Analisis Granulometrico de Un Suelo

U. A. J. M. S.

Laboratorio de Mecánica. de Suelos

ANALISIS GRANULOMETRICO DE UN SUELO (METODO GENERAL) INDICE

I.

INTRODUCCIÓN

II.

ENFOQUE

III. METODOLOGÍA

IV. CÁLCULOS Y GRÁFICOS

U. A. J. M. S.

V.

I. 


CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

INTRODUCCION: CONCPTO DEL ENSAYO

El concepto de esta practica no es mas que obtener la distribución porcentual de los tamaños de partículas que conforman un suelo, esto se realiza real iza con la ayuda de un juego de mallas, que tienen un tamaño graduado graduad o establecido por las normas no rmas ASTM y AASHTO en donde se obtienen los peso retenidos para luego realizar posteriores cálculos y la curva granulométrica 

OBJETIVO GENERAL

Es obtener el porcentaje de material ma terial que pasa en e n cada tamiz, para luego graficar una curva granulométrica y así tener una visión de l a distribución del de l tamaño de d e los granos grano s presentes en suelo natural.

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OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Uno de los objetivos específicos podemos destacar la importancia que tiene esta practica que nos ayuda a estudiar en forma directa la textura del suelo

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Este método de ensayo abarca el procedimiento para la determinación de los tamaños de las partículas de solo empleando tamices de aberturas cuadradas siendo

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también aplicables al empleo de cribas de laboratorio de aberturas circulares.

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Uno de los objetivos también es la clasif icación de las g r avas, ar enas , arc illas , lim o s y la clas ifi cació n suelos

II.

en tr e

gruesas y suelos finos.

ENFOQUE

SUELO.-

Es como una creencia la de que el suelo es un agr egado de partículas orgánicas e inorgánicas, no sujetas a ninguna organización. Pero en realidad se trata de un conjunto con organi zación definida y propiedades que varían “vectorialmente”. En dirección vertical

generalmente sus propiedades cambian mucho más rápidamente que en la horizontal. El suelo ti ene perfil y este es un hecho del que se hace abundante aplicación. “SUELO” es un término del que h acen

uso diferentes

profesiones, la interpretación varia de acuerdo con sus respectivos intereses. Para la corteza capaz de sustentar vida vegetal. Para el geólogo es todo material intemperizado en el lugar en que ahora se encuentra y con contenido de mate ria orgánica cerca de la superficie; esta definición peca del parcial en Ingeniería, al no tomar en cuenta los materiales transportados no intemperizados posteriormente a su transporte.

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Para los fines de esta obra, la palabr a suelo representa todo tipo de material terroso, desde un relleno de desperdicio, hasta areniscas parcialmente cementadas o lutitas suaves. Quedan excluidas de la definición las rocas, ígneas o meta mórficas y los depósitos sedimentarios altamente cementados. Que no se avancen o se integren rápidamente por la acción de la intemperie. El agua contenida juega un papel tan fundamental en el comportamiento mecánico del suelo, que debe considerarse como par te integral del mismo. AGENTES GENERALES DEL SUELO.-

La corteza terrestre es atacada principa lmente por el aire y las aguas, siendo los medios de acción de estas sustancias sumamente variados. Sin embargo, en último análisis todos los mecanismos de ataque pueden incluirse en dos grupos, desintegración mecánica y descomposición mecánica. Él termino desintegración mecánica se refiere a la interpretación de las rocas por agentes físicos, tales como cambios periódicos de temperatur a, acción de la congelación del agua en las juntas y grietas de las rocas, efecto de organismos, plantas, etc. Por estos fenómenos las rocas llegan a form ar arenas o cuando muchos limos y solo en casos especiales arcillas. Por descomposición quí mica se entiende la acción de agentes

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que atacan las rocas modificando su constitución mineralógica o química. El principal agente es, desde luego, el agua y los mecanismos de ataque más importante son la ox idación, la hidratación y la carburación.

Todos estos efectos anteriores suelen acentu arse con los cambios de temperatura, por lo cual es frecuente encontrar formaciones arcillosas de importancia en zonas húmedas y caídas, mientras que son típicas de zonas más frías for maciones arenosas o limosas, mas gruesas. En los desiert os cálidos, la falta de agua hace que los fenómenos de descomposición no se desarrollen, por lo cual la arena predomina en esas zonas. Allí los efectos d e ciclos de tensiones y compresiones sobre las rocas producidas por elevaciones y descensos periódicos y continuado de temperatura. No debe creerse, sin embargo, qu e las reglas anteriores sean inmutables, la naturaleza suele actuar con una complejidad que se desafía cualquier regulación. Por ejemplo, en países fríos o secos pueden existir formaciones arcillosas de importancia, cuando el aporte de corriente de agua quede en condiciones favorables para construir un depósito. Los suelos deben, su origen a una tal variedad de caus as que excede todo poder de descripción detallada. El resultado de ese concurso de causas, es una inmensa diversidad de tipos de suelos resultantes, también debe notarse que su formación a ocurrido a

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través de las eras geológicas, tal como sigu e ocurriendo hoy, en consecuencia el hombre es completa mente ajeno a la génesis de suelo: Solo le toca mejorarlo, tal completamente ajeno a la génesis del suelo: solo le toca manejarlo, tal como la naturaleza se lo presenta.

SUELOS RESIDUALES Y TRANSPORTADOS.-

Los productos del ataque de los agentes de intenperizmo pueden quedar en el lugar , directamente sobre la roca de la cual se derivan, dando así origen a los suelos llamados residuales. Pero esos productos pueden ser removidos del lugar de formación, por los mismos agentes geológico y redep ositados en otra zona. Así se generan suelos que sobrepasen sobre otros estratos sin relación directa con ellos; a estos suelos se les llama transportados. FASES DE SUELO.-

Se distinguen 3 fases: la sólida, la liq uida y la gaseosa. La fase SÓLIDA esta formada por las partículas minerales del suelo (incluyendo la capa sólida absorbida). La fase LIQUIDA compr ende sobre todo el aire, si bien pueden estar presentes otros gases como ser vapores, sulfuros, anhídrido carbónico, etc.

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Algunos suelos contienen además materia or gánica en diversas formas y cantidades, en las turbas estas materias predominan y consisten en residuos vegetales.

PRINCIPALES TIPOS DE SUELO.-

Para su identificación todos los suelos pueden agruparse en 5 tipos básicos: grava, arena, limo, arcilla y materia orgánica, además de varias de sus combinaciones. En la natural eza los suelos no se representan separados como tipo base, sino que se encuentran como compuestos. GRAVA.-

Está formada por grandes granos minerales que según la serie americana Standard, tendrá diámetros entre dos pulgadas (5,08cm.) y el tamiz #4 (4,76 mm.). Las piezas grandes se denominan piedras y cuando son mayores de 10 pulgadas se denominan morrillos. ARENAS.-

Se compone de partículas mi nerales que varían del tamiz # 4 al tamiz # 200 (0,076 mm.).

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LIMOS.-

Consiste en partículas de los minerales naturales, más pequeñas y varían del tamiz # 200 a un diámetro mayor a 0,002 mm.

ARCILLAS.-

Contiene partículas de tamaño coloidal que producen elasticidad y resistencia en seco, están afectadas p or la forma y la composición mineral de las partículas. Tienen un diámetro menor a 0,002 mm. MATERIA ORGÁNICA.-

Consiste en vegetales parcialmente descompuestos como sucede en la Turba o en la materia vegetal finament e dividida como son los limos orgánicos y las arcillas orgánicas. ANALISIS GRANULOMETRICO DE LOS SUELOS.-

Existen pruebas mecánicas para determinar la granulometría de un suelo. Dentro de este tipo de pruebas encontramos para suelos gruesos el análisis mediante mallas, y para suelos finos el análisis de una suspensión

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del suelo mediante el hidrómetro (densímetro). La medición en el tamaño de los granos de un suelo gr ueso puede efectuarse mediante: a) Análisis Directo. Se realiza en par tículas de suelo de más de 3

pulgadas de tamaño con aparatos de precisión manuales, como el Vernier.

b ) Medición con Mallas. Este análisis mecánico es el usado

principalmente en suelos gruesos y consiste en ordenar en forma descendente una serie de mallas, depositar al suelo previamente seco en juego de mallas agitándolo en forma horizontal o vertical durante 5 ó 10 minutos en un agitador. Después se pesa el suelo retenido en cada malla teniendo mucho cuidado de evitar pérdidas de material, posteriormente, se calcula el por ciento retenido en cada malla con respecto al peso total de la muestra y el por ci ento que pasa respecto a dicho total. Por último, se gráfica en escala semilogarítmica el por ciento de material qu e pasa, en peso, y el diámetro de la malla, por lo que forman ambos parámetros un sistema de ejes sobre el cual, una vez graficados los resultados, obtendremos la llamada Curva de Distribución Granulométrica.

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Mediante el método de mallas pueden presentarse problemas para que pasen las partículas por las mallas más finas. Cuando esto sucede, se utiliza el procedi miento de la vía húmeda, o sea, lavar el material para que puedan pasar. A continuación se presentan las mallas U.S. Bureau Standars a utilizar en esta prueba, con sus correspondientes aberturas.

Número de Malla

Abertura En mm

3" 2"

76.20 50.80

1"

25.40

1/2" 3/8" 1/4" 4 10 20 40 60 100 200

12.70 9.52 6.35 4.76 2.00 0.84 0.42 0.25 0.149 0.074

El propósito del análisis mecánico o análisis granulométrico es

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determinar el tamaño de las partículas o granos que constituyen un suelo y fijar en porcentaje de su p eso total, la cantidad de granos de distintos tamaños que contiene. El método más directo para sep arar un suelo en fracciones de distinto tamaño consiste en hacerlo pasar a través de un juego de tamices. Pero como la abertur a de la malla más fina que se fabrica corrientemente es de 1.17 mm. El uso de tamices es ta registrado al análisis de arena limpiada, de modo que si un suelo cont iene partículas menores de dicho tamaño, debe ser separado en dos partes por lavado sobre aquel tamiz. La parte de suelo retenida por el tamiz es sometida al tamizado mientras que aquella demasiado fina para ser retenida por tamices y que ha sido arrastrada por el agu a, es analizada por medio de métodos de análisis granulométri cos por vía húmeda, basados en la sedimentación o en la levigación. Los métodos para efectuar análisis granulométricos por vía húmeda que se utiliza comú nmente en mecánica de suelos de 20 a 40 gramos de suelo arcilloso o de 50 a 100 de suelos arenosos, se mezclan con un litro de agua, se agitan y se vierten en un recip iente. A intervalos de tiempos dados se mide la densidad de la

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suspensión por medio de un hidrómetro especial. El tamaño de las partícu las más grandes que a un quedan en suspensión al nivel del hidrómetr o en un instante determinado, se calcula por medio de la ley d e STOKES mientras que con la densidad de la suspensión al nivel del hidrómetr o en un instante determinado se calcula por medio del análisis p or medio de vía húmeda se puede superar las partículas del suelo hasta un tamaño de 1.5 micrones. Las fracciones más finas pueden separarse utilizando una centrifuga, pero los resultados de métod os tan definidos son de interés solo en relación con investigaciones de carácter científico. La agitación en agua transforma a muchas arcillas en suspensiones que no están formadas por partículas individuales sino por glóculos y al efecto de dividir dicho glóculos en tramos individuales o sea dispersar el suelo, se debe agregar a l agua un agente deflouculante. Los errores más comunes que se cometen al ef ectuar el análisis granulométrico por vía húmeda se originan de una dispersión incompleta de las partículas del suelo. Los resultados del análisis granulométrico por vía húmeda no son estrictamente comparables con los obtenidos con los tamices, por que los granos no son nunca esféricos , los más pequeños tienen por lo común forma de escamas.

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Con el tamizado, lo que se mid e es el ancho de la partícula, mientras que la dimensión que se obtiene p or sedimentación es el diámetro de la esfera que sedimenta a l a misma vellosidad que la partícula, diámetro que puede ser mucho menos que el ancho de esta. La forma más conveniente para representar el análisis granulométrico la proporciona el gráfico semilogaritmico indicado en la figura posterior. En estas abscisas representan el logaritmo del diámetro de las partículas y las ordenadas el porcentaje P en peso de los granos menores que el tamaño indicado por la abs cisa. Cuanto más uniforme es el tamaño de ellos, tanto mas inclinada es la curva;

una línea recta vertical representa a un polvo perfectamente uniforme. La ventaja más importante de la representación semilogarítmica es que escriba en que las curvas granulométricas de suelos de igual uniformidad tiene formas idénticas, cualquiera sea el tamaño medio de sus partícu las y en que además la distancia horizontal entre dos curvas de la misma forma igual al logaritmo de la relación entre los tamaños medios de los gr anos de los representados. En la figura 5.2 nos muestra una curva granulométrica.

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100 90 80 a 70 s a P 60 e 50 u q 40 % 30 20 10 0 100

10

1

0.1

0.01

Apeatura de Tamiz

La curva que se muestra pertenece a los cálculos realizados en la practica del análisis granulométrico.

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La curva se usan de tipo más común y se asemeja a la curv a de frecuencia normal, que representa una de las leyes fundamentales de la estadística. Como la Granulometría es un fenómeno estadístico se ha querido utilizar los términos y los conceptos de la estadística para describir los resultados de los análisis granulométricos pero tales refinamientos no son aplicabl es a la mecánica practica de los suelos. III. M E T O D O L O G I A

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MATERIAL UTILIZADO

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Balanza mecánica con precisión de 0.1 gr. Una muestra de suelo de 5000 gr.

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Un juego de tamices con las siguientes aberturas: 2” ,

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3/2”, 1”, ¾”, 3/8”, Nª4, Nº10   

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Bandejas, platos, cucharas Rodillos de madera Una brocha.

PROCEDIMIENTO 

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La muestra utilizada debe ser muy representativa en cantidad. Se peso la Muestra en un recipiente lo suficientemente grande, en este caso 5000gr.

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Se coloco el material en una bandeja luego se procedió a triturar la muestra de suelo con rodillo de madera para separar la s partícul as y así de esta manera obtener un buen tamizado.

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Se procedió a tamizar una muestra de 5000gr utilizando los tamices antes mencionados previo ordenamiento por aberturas de mayor a menor.

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

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Luego se agita todo el juego de tamices de mallas horizontalmente con movimientos de rotación con movimientos verticales y g olpeando de ves en cuando El tiempo de agitado depende de la cantidad de finos en la muestra, aproximadamente 15 minutos Luego se quita la tapa y se separa los tamices, vaciando el suelo retenido de cada tamiz sobre un papel bien limpio, y las partículas que quedan atrapadas entre las aberturas de dichos tamices no se deben forzar a que pasen por ella, nosotros utilizamos una brocha que nos sirvió para hacer desprender las partículas y se los agrego a las depositadas en el papel.

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Luego se procedió al pesaje de cada fr acción y los

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resultados anotamos en un registro. Después de haber tomado todos los datos de nuestra muestra se procedió a realizar l os cálculos y así poder obtener nuestra curva granulométrica para realizar la clasificación de nuestro suelo

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GRAFICOS

MUESTRAS DE SUELOS.

Muestra original de suelo conteniendo partículas de varios tamaños

Porción que queda retenida en el tamiz de diámetro 4.75 mm

Porción que pasa el tamiz 4.75 mm

La porción A, después de lavarla en el tamiz #4, para eliminar las partículas de arena y las más finas

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La porción B, después de lavarla en el tamiz #200 para eliminar las partículas finas

JUEGO DE TAMICES UTILIZADOS EN LA PRÁCTICA

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Algunas mallas utilizadas en el proceso de tamizado

Tamizado del suelo en una serie de mallas


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Determinación del peso retenido en una de las mallas

BALANZAS DE PRECISION DE 0.1gr

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IV .


CALCULOS Y GRAFICAS

DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO Peso retenidos en los tamices TAMICES

DATOS

2"

0.00

3/2"

356gr+peso papel

1"

756gr+peso papel

3/4"

455gr+peso papel

3/8"

990gr+peso plato

Nº4

748gr+peso plato

Nº10

575gr+peso plato

Nº40

919gr+peso plato

Nº200

674gr+peso plato

PASA 200

170gr+peso palto

PESO PAPEL

4.60gr

PESO PLATO

105.38gr

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Para nuestros cálculos utilizamos un %W igual a 2.77 gr que obtuvimos de la anterior practica de CONTENIDO DE HUMEDAD. Muestra total humeda= 5000gr Muestra retenida en el tamiz Nº10=3550.06gr Muestra que pasa tamiz Nº10 humeda=1449.94gr Muestra que pasa tamiz Nº10 seca Mss

Mss

Msh *100 

100  %W

1449.94 *100 

100  2.77

Mss=1410.86gr

Peso del agua

P H 2 0 = Msh-Msc P H 2 0 = 1449.94-1410.86 PH20=39.08gr. Muestra total seca

Mts=Mth-P H 2 0 Mts=5000-39.08 Mts=4960.92gr. Para poder realizar los calculos de nuestra planilla utilisamos

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las formulas elementales

% Peso. Re t . Acum.

Peso. Re t . Acum. *100 

Peso.Total

%que pasa=100-%Peso Ret.

Tabla de calculos que pasa n en % AGREGADO TAMICES 2" 3/2" 1" 3/4" 3/8" Nº4 Nº10

TAMAÑO mm. 50.80 25.40 12.70 9.52 6.35 4.76 2.00

PESO RETENIDO gr 0 351.4 751.4 450.4 884.62 642.62 469.62

GRUESO

RETENIDO ACUMLADO gr % 0 0 351.4 7.08 1102.8 22.23 1553.2 31.31 2437.82 49.14 3080.44 62.09 3550.06 71.56

TOTAL QUE PASA % 100 92.92 77.77 68.69 50.86 37.91 28.44

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V.




CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES 

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Las conclusiones de la presente practica son las siguientes: Primeramente se concluye que para realizar un buen cálculo antes que nada se debe reali zar un buen cuarteado para así tener una mejor uniformidad en el material.

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Que para que resulte un buen cálculo de la práctica se debe realizar una buena limpieza de los tamices por lo que de lo contrario los cálcul os finales que se obtendrán no serán los verdaderos.

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Se concluye también que la cur va que se tiene que obtener al final nunca va a ser constante aunque se realice la practica con toda la perfección del mundo por lo que este factor es muy influido por el tipo de material con el que se cuente para realizar la práctica.

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Se concluye también que siempr e donde va a tener a existir una falla con perdida de material en la práctica será del material que qu edara en la base por lo parte de este material que debe pasar a l a base sé ira perdiendo en el proceso de la practica por tratarse de un material de

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granos infinitamente pequeños, obvio está que las fallas en esta parte serán mínimas si se realiza una b uena práctica. 

El estudio de análisis granulométrico es de mucha importancia para nuestra vida profesional ya que gracias a este análisis podemos conocer la gradación de cualquier tipo de suelo que es una característica muy importante.



RECOMENDACIONES 



Las recomendaciones que se puede dar en una buena práctica son: La más importante es en lo posibl e no se derrame material utilizado, por lo que con esa falla al final lo que tengamos que conseguir en peso ya no será con la que empezamos la práctica.



Que se realice el tamizado manualmente y el mayor tiempo posible para que no quede material que tendría que haber pasado de dicho tamiz con lo cual se va arras trando material que debería haber pasado ha ser tamizado en un tamiz posterior.



Que el pesaje del material ya tamizado por partes deberá

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ser muy bien pesado por l o que de lo contrario como decíamos antes se va produciendo de error con lo qu e al final cuando queramos obtener el mismo peso del material con él empezamos la práct ica, ya no se lo obtendrá por lo anteriormente explicado.

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