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Universidad Tecnologica de Bolivar
Facultad de Ingeniería
Informe – Principios de geotecnia
1P - 2015
Informe:
Análisis granulométrico por tamizado
Integrantes
Sandry Smith Martinez
Kevin Canchila Barrios
Deimer Castro López
Carlos Acosta Olmedo
Profesora:
Angela Patricia Barreto Maya
22 de abril de 2015
1
Informe
Análisis granulométrico por tamizado
Principios de geotecnia
Índice
1. Introducción
3
2. Objetivos
2.1. Objetivo general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2. Objetivos específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
4
4
3. Conceptos generales
5
4. Análisis granulométrico por
4.1. Descripción de la muestra
4.2. Procedimiento . . . . . . .
4.3. Cálculos . . . . . . . . . .
4.4. Toma de datos y cálculos .
tamizado
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6
6
6
6
8
5. Consistencia y plasticidad
5.1. Resultados obtenidos y cálculos . . . . . . . . .
5.1.1. Límite líquido . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.2. Límite plástico . . . . . . . . . . . . . .
5.1.3. Carta de plasticidad de CASAGRANDE
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6. Clasificación por la AASTHO
14
7. Conclusiones
16
8. Referencias
17
Índice de figuras
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Datos tomados en el ensayo . . . .
Cálculos . . . . . . . . . . . . . . .
Curva granulométrica . . . . . . . .
Gráfica de límite líquido . . . . . .
Carta de plásticidad de casagrande
Clasificación por AASTHO . . . . .
Clasificación por AASTHO . . . . .
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8
8
9
11
13
15
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Ensayo con cazuela de casagrande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ensayo con rollitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Cálculos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Índice de tablas
1.
2.
3.
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Principios de geotecnia
1.
Introducción
El suelo es la parte superficial más fina de la corteza terrestre, conformada por una
variedad de minerales y materiales que se hallan sueltos en ella, generados por un proceso
de desintegración mecánica y descomposición química de rocas. Gracias a este proceso,
podemos encontrar una gran variedad de tamaños de partículas que constituyen una característica principal de los suelos que es susceptible de medición.
Con el fin de conocer el máximo de las propiedades del suelo y las necesarias en un proyecto de construcción, se han implementado diversas técnicas y tecnologías, con las cuales
se busca reducir la intervención humana para evitar los errores y obtener mejor precisión
en los resultados.
En este trabajo se presentara la descripción de una de estas técnicas en particular, la
granulometría por tamizado, la cual se ha implementado para determinar el tamaño y la
distribución de las partículas del suelo. Este proceso consiste en hacer pasar una muestra
de suelo a través de una serie de tamices estandarizados con el fin de establecer una relación entre el porcentaje que pasa cada tamiz y el diámetro de las partículas, obteniendo así
una curva de granulometría. Como parte de la muestra seleccionada de suelos contendrá un
porcentaje que es muy fino (pasa el tamiz No. 200), es importante realizar una clasificación
para este fino; por eso se realiza un ensayo de limite líquido y limite plástico, con el fin de
conocer acerca de la plasticidad del suelo.
A continuación se presentan los resultados obtenidos de la práctica de laboratorio en la cual
se realizó un análisis granulométrico por tamizado junto con una prueba de determinación
del limite líquido y limite plástico.
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Análisis granulométrico por tamizado
Principios de geotecnia
2.
Objetivos
Con el desarrollo de este trabajo se pretende alcanzar los siguientes objetivos
2.1.
Objetivo general
Realizar un ensayo de granulometría por tamizado, determinación del límite líquido y
plástico en laboratorio para una muestra de suelo previamente seleccionada y su casificación.
2.2.
Objetivos específicos
Con los resultados obtenidos del ensayo, clasificar el suelo teniendo en cuenta el
sistema de clasificación unificada (USC) y la ASTHO y Calcular los límites de consistencia.
Desarrollar en el estudiante la capacidad de manejar adecuadamente el procedimiento
que se debe llevar a cabo en un ensayo de granulometría.
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3.
Conceptos generales
El suelo está conformado por una infinidad de partículas de diversos tamaños y disposición. Cuando se inició el estudio de las propiedades mecánicas de los suelos, se creía que
estas estaban enfocadas directamente a su tamaño, sin embargo hoy en día se sabe que
deducir las propiedades mecánicas de un suelo con solo el tamaño de sus partículas se hace
realmente difícil.
Con el fin de comprender el contenido de este trabajo, se ha propuesto el siguiente
marco conceptual:
El análisis Granulométrico: Es la determinación de los tamaños de las partículas
de una cantidad de muestra de suelo, en términos de su capacidad o incapacidad de pasar
por orificios estandarizados; aunque no es de utilidad por sí solo, se emplea junto con otras
propiedades del suelo para clasificarlo, a la vez que nos auxilia para la realización de otros
ensayos. En los suelos granulares nos da una idea de su permeabilidad y en general de su
comportamiento ingenieril, no así en suelos cohesivos donde este comportamiento depende
más de la historia geológica del suelo.
Curva granulométrica: Es aquella que representa la distribución de frecuencia acumulada de los tamaños de las partículas del suelo, representándose gráficamente en un
papel denominado “log-normal”, donde en la vertical se tiene una escala logarítmica con el
porcentaje de suelo que pasa y en la horizontal una escala natural con el diámetro de las
partículas.
Tamiz: Es el instrumento empleado en la separación del suelo por tamaños, está formado por un marco metálico y alambres que se cruzan ortogonalmente formando aberturas
cuadradas. Los tamices del ASTM son designados por medio de pulgadas y números. Por
ejemplo un tamiz 2.es aquel cuya abertura mide dos pulgadas por lado; un tamiz No. 4 es
aquel que tiene cuatro alambres y cuatro aberturas por pulgada lineal[Ref. 2].
Consistencia de los suelos: La consistencia del suelo es la firmeza con que se unen
los materiales que lo componen o la resistencia de los suelos a la deformación y la ruptura.
La consistencia del suelo se mide por muestras de suelo mojado, húmedo y seco. En los
suelos mojados, se expresa como adhesividad y plasticidad, tal como se define infra. La
consistencia del suelo puede estimarse en el campo mediante ensayos sencillos, o medirse
con mayor exactitud en el laboratorio.[Ref. 1]
Índice de plasticidad: Es el rango de contenido de agua en el que el suelo presenta
propiedades plásticas, es decir, es la diferencia entre los límites líquido y plástico.
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Principios de geotecnia
4.
4.1.
Análisis granulométrico por tamizado
Descripción de la muestra
La muestra a analizar fue tomada de un espacio abierto, por ese motivo se realizó la
excavación de un apique de aproximadamente 0.9m x 1.4m de lado y 1.4m de profundidad,
la muestra se extrajo del fondo del apique.
4.2.
Procedimiento
El ensayo granulométrico por tamizado es una técnica que busca clasificar las partículas
de una muestra de suelos en función de la capacidad que tienen de pasar o no pasar por
ciertos tamices. Consiste en colocar una muestra de suelo en la parte superior de un juego
de tamices con una secuencia descendente en el tamaño de la abertura de estos.
para realizar un ensayo de granulometría por tamizado debemos seguir el siguiente procedimiento:
Se selecciona previamente una muestra de suelo traída de campo, se somete a un
proceso de secado al aire, para luego desmenuzarse hasta su tamaño elemental de
partícula.
Ahora se toma el material reducido para colocarlo en el juego de tamices organizados
descendentemente de acuerdo a su abertura, se agitan rotacionalmente los tamices de
manera horizontal y si no es suficiente para que la muestra pase por los tamices, se
le dan una serie de golpes verticales por un tiempo prudente (10 min mínimo) para
que la muestra quede bien cernida.
Una vez se haya realizado el procedimiento anterior, pesamos cada uno de los tamices
con la muestra de suelo retenida en ellos con el fin de obtener el peso retenido de la
muestra en cada tamiz, se registran todo los resultados para luego hacer los cálculos
pertinentes.
4.3.
Cálculos
De acuerdo a los valores obtenidos en el porceso de tamizado (pesos retenidos en cada
tamiz), podemos realizar una serie de cálculos los cuales se registran en una tabla [Ref. 5]:
Porcentaje retenido ( %): Es la relación entre el peso retenido en cada tamiz y el
peso total de la muestra por 100.
% Retenido =
P eso retenido en el tamiz (g)
× 100
P eso total de la muestra (g)
Porcentaje que pasa más fino ( %): El porcentaje que pasa más fino se calcula
restando en forma acumulativa de 100 % los porcentajes retenidos sobre cada tamiz:
% P asa mas f ino = 100 − % Retenido Acumulado
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Porcentaje de gravas ( %): Se determina como la diferencia entre el 100 %, que
representa la totalidad del suelo empleado, y el porcentaje que pasa la malla No. 4
% Gravas = 100 % − % P asa N o. 4
Porcentaje de arenas ( %): Se determina como la diferencia entre el porcentaje
que pasa la malla No. 4 y el porcentaje que pasa la malla No. 200
% Arenas = % P asa N o. 4 − % P asa N o. 200
Porcentaje de finos ( %): Se determina con la cantidad que pasa la malla No. 200
% F inos = % P asa N o. 200
Graficar la curva granulométrica: donde la ordenada será el porcentaje que pasa
en peso en cada tamiz en escala natural y la abscisa el tamaño (diámetro equivalente)
de las partículas en escala logarítmica. De esta curva se obtiene el porcentaje de
gravas, arenas, finos y diámetros mayores a 3” del suelo.
Coeficiente de uniformidad y curvatura: Calcular el coeficiente de uniformidad
(Cu ), el cual es una medida de uniformidad (graduación) del suelo y el coeficiente de
curvatura (Cc ), el cual es un dato complementario para definir la uniformidad de la
curva, mediante las siguientes expresiones:
Cu = D60 /D10
2
Cc = D30
/D10 ∗ D60
P ara gravas, si :
Cu > 4; 1 < Cc < 3
entonces, es una grava bien gradada; si no cumple con estas condiciones, se dice que es un
grava mal gradada.
P ara arenas, si :
Cu > 6; 1 < Cc < 3
entonces, es una arena bien gradada; si no cumple con estas condiciones se dice que es
una arena mal gradada.
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4.4.
Toma de datos y cálculos
A continuación se muestra con una imagen las tablas realizadas en excel con los respectivos cálculos ontenidos.
Figura 1: Datos tomados en el ensayo
Figura 2: Cálculos
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Figura 3: Curva granulométrica
De acuerdo a los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio de granulometría
por tamizado y los cálculos realizados podemos decir que el suelo trabajado es predominantemente arenoso debido a que el mayor porcentaje (94.99 %) de este suelo es arena, con
un contenido de gravas finas de 1.38 % y con contenido de finos de 3.62 %.
Conociendo que el material es una arena, podríamos hablar de su estado de gradación,
si es bien gradada (W) o mal gradada (P).
Como se muestra en la figura 2 el Cu es mayor que 6 y el Cc se encuentra entre 1 y 3,
por lo tanto podemos decir que el material es una arena bien gradada SW.
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5.
Consistencia y plasticidad
El término de consistencia hace referencia a la calidad de un suelo fino granular relacionada con la mayor o menor facilidad que tenga para fluir, deformarse o romperse. Los suelos
finos se pueden encontrar en diferentes estados en la naturaleza dependiendo del contenido
de agua. La consistencia equivale a la capacidad de mantener las partes en conjunto unidas
formando la estabilidad en el suelo; por otro lado la plasticidad es la propiedad que tiene
un suelo la cual le permite deformarse sin alcanzar la ruptura y sin cambiar notablemente
su volumen.
Limite líquido: es el contenido de agua en el que el suelo está a punto de pasar de un
estado plástico a un estado líquido. En laboratorio se calcula a través de una prueba que
llamaremos determinación del límite líquido, la cual describe el siguiente procedimiento:
Se tomam varias muestras de suelo con humedades vairables que se encuentren por
debajo del límite líquido. Cada una de estas muestras es colocada en el aparato o
cazuela de Casagrande para determinar el número de golpes con los cuales dos partes
separadas de la muestra se unen una distancia de 13 mm.
Para ello se coloca la muestra húmeda en la copa de la cazuela, se extiende de tal
manera que quede una superficie uniforme de 1cm.
Luego se divide la muestra en dos partes con la herramienta de ranura.
Se gira la manigueta del aparato de Casagrande para iniciar el conteo de los golpes
hasta lograr que las dos partes del suelo se unan 13 mm, y se registra el número de
golpes.
Se realiza el mismo procedimiento para todas las muestras seleccionadas, registrando
los datos obtenidos.
Limite plástico: es el contenido de agua en la cual el suelo tiende a pasar de un
estado plástico a un estado semisólido, mostrando fisuras y agrietamientos. En laboratorio
se determina el límite plástico a través de pequeños rollitos o cilindros hechos con el suelo
de estudio con un diámetro de 3mm aproximadamente, este proceso se hace con varias
muestras, al final el límite plástico será igual a promedio de las humedades medidas.
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5.1.
5.1.1.
Resultados obtenidos y cálculos
Límite líquido
Tabla 1: Ensayo con cazuela de casagrande
LIMITE LIQUIDO
Concepto
Muestra 1 Muestra 2
No. de golpes
24
18
Tara
T1
T2
Peso tara + suelo húmedo (g)
34.3
33.6
Peso tara + suelo seco (g)
24.2
24.3
Peso de la tara (g)
15.6
15.6
Peso del agua (g)
10.1
9.3
Peso del suelo seco (g)
8.6
8.7
% de humedad
70.55
72.32
L.L
70.842
69.98
L.L. promedio
70.41
Donde:
Peso del agua = [Peso tara + suelo húmedo (g)] - [Peso tara + suelo seco (g)]
Peso del suelo seco (g) = [Peso tara + suelo seco (g)] - [Peso de la tara (g)]
eso del agua
w
% Humedad = W
= P esoPdel
Wd
suelo seco (g)
Límite líquido (L.L.) = 1,49−0,3 logwN o. golpes
Figura 4: Gráfica de límite líquido
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5.1.2.
Límite plástico
Tabla 2: Ensayo con rollitos
LIMITE PLASTICO
Concepto
Muestra 1 Muestra 2
Tara
T1
T2
Peso tara + suelo húmedo (g)
28.7
30.1
Peso tara + suelo seco (g)
23.4
25.3
Peso de la tara (g)
15.6
15.6
Peso del agua (g)
5
4.8
Peso del suelo seco (g)
7.8
9.7
% de humedad
67.95
49.48
L.P.
58.72
I.P.
11.70
Donde:
Límite plástico (LP) = Promedio de la humedad
índice plástico (IP) = Límite líquido - Límite plástico ; LL = 70.41
5.1.3.
Carta de plasticidad de CASAGRANDE
Se utiliza para distinguir entre limos y arcillas o incluso para clasificar la porción más
finas de los suelos gruesos, se emplea el limite líquido y el índice plástico [Ref. 6].
Esa carta se encuentra dividida en cuatro partes, se paradas por dos rectas, la línea A y
la línea B; los suelos que caen por encima de la línea A son arcillas (c), los suelos que caen
por debajo de esta línea son limos (M). Los suelos que caen a la derecha de la línea B son
altamente plásticos (H) y los de la izquierda son de baja plasticidad (L). En la franja del
4 % al 7 % del índice plástico y entre el 10 % del límite liquido se encuentran los llamados
(CL-ML).
A continuación se muestra la ubicación del suelo seleccionado en este trabajo en la carta
de plasticidad de Casagrande Figura 5
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Figura 5: Carta de plásticidad de casagrande
De la gráfica (figura 5) podemos concluir que es fino con el que se está trabajando
corresponde a un limo de alta plasticidad.
Durante la elaboración de esta práctica de laboratorio se realizaron las pruebas de límite líquido y limite plástico sin complicaciones. Los rollitos de 3mm se hicieron sin ningún
problema ya que el suelo era muy plástico, al finalizar los rollitos, se observó el agrietamiento que se producía, en algunos un poco antes de los 3mm y se realizó el respectivo
procedimiento para luego realizar los cálculos.
De los cálculos realizados podemos observar que se obtuvo un límite liquido (LL) de
70.41, un Limite plástico (LP) de 58.72, un índice de plasticidad (IP) de 11.70, con los que
se logró hacer de manera exitosa la clasificación del suelo, de la cual se obtuvo que nuestro
suelos es una arena bien gradada con un porcentaje de finos que corresponde a limos de
alta plasticidad SW-MH
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6.
Clasificación por la AASTHO
El sistema de clasificación AASHTO (American Association of State Highway and
Transportation Officials) (Designación ASTM D-3282; método AASHTO M145) es uno
de los primeros sistemas de clasificación de suelos, desarrollado por Terzaghi y Hogentogler
en 1928.[Ref. 7]
La evaluación de los suelos dentro de cada grupo se realiza por medio de un índice de
grupo, que es un valor calculado a partir de una ecuación empírica. El comportamiento
geotécnico de un suelo varía inversamente con su índice de grupo, es decir que un suelo
con índice de grupo igual a cero indica que es material “bueno” para la construcción de
carreteras, y un índice de grupo igual a 20 o mayor, indica un material “muy malo” para
la construcción de carreteras [Ref. 7].
Los suelos clasificados dentro los grupos A-1, A-2 y A-3 son materiales granulares de
los cuales 35 % o menos de las partículas pasan a través del tamiz Nº 200. Los suelos que
tienen más del 35 % de partículas que pasan a través del tamiz Nº 200 se clasifican dentro
de los grupos de material fino A-4, A-5, A-6 y A-7. Estos suelos son principalmente limo y
materiales de tipo arcilla [Ref. 7].
Utilizaremos entonces los límites líquido, plástico y el índice de plasticidad obtenidos
en el punto anterior para clasificar el suelo por el sistema de clasificación AASTHO. A continuación se muestra los cálculos realizados y la ubicación del suelo en la tabla AASTHO.
Cálculo del indice de grupo
GI = 0,2a + 0,005ac + 0,01bd
(1)
Donde:
GI : es el índice de grupo, el cual se emplea en la clasificación.
a : es la porción del porcentaje de partículas de suelo que pasan el tamiz No. 200 mayor
de 35.→
a = F – 35
b : es la porción del porcentaje de partículas de suelo que pasan el tamiz No. 200 mayor
de 15. →
b = F – 15
c : es la parte del limite liquido mayor que 40. →
c = LL - 40
d : es la parte del índice de plasticidad mayor que 10. →
d = IP – 10
F : es el porcentaje de suelos que pasa la malla No. 200.
Tabla 3: Cálculos
LL
70.41
a
LP
58.72
b
⇒
c
IP
11.70
d
F ( %) 72.1
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37.1
57.1
30.41 GI 14.03
1.70
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Figura 6: Clasificación por AASTHO
Figura 7: Clasificación por AASTHO
De la gráfica (figura 6) podemos observar que el suelo se encuentra en el grupo A-6
que corresponde a arcillas, para nuestro caso y según la clasificación AASTHO, de baja
plasticidad como se observa en la gráfica (Figura 7).
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7.
Conclusiones
En la actualidad la ingeniería cuenta con una variedad de técnicas y tecnologías que
han representado un aporte importante en el avance constructivo, eficiente y seguro.
Es importante que para el uso de los materiales de construcción, específicamente el de
arenas. Gravas y la diversidad de suelos en general, empleados en la construcción como
rellenos y componentes de mezclas, tengan un buen estudio previo. Este estudio implica
conocer las características necesarias del suelo para su propósito y gracias a las técnicas
y tecnologías actualmente empleadas con este objetivo, podemos conseguirlo. Los análisis
granulométricos juegan un papel muy importante en estos estudios, con ellos podemos obtener las características de las partículas del suelo, su disposición y su tamaño seguidas de
la consistencia al realizar ensayos de este tipo y plasticidad. Estas son propiedades que a
pesar de no ser muchas, nos brindan una idea acerca del tipo de suelo con el cual se está
trabajando.
Con el desarrollo de este trabajo se ha logrado poner en práctica los conocimientos
adquiridos en clase logrando así, realizar el análisis granulométrico por tamizado de una
muestra de suelo seleccionada a nuestra conveniencia, la clasificación del mismo a través
de los dos sistemas vistos en clase y descritos en el contenido de este trabajo (USC y
AASTHO), los cuales implicaron una serie de cálculos y conclusiones. Además con este
trabajo se ha logrado que nosotros como estudiantes de principios de geotecnia, manejemos
las herramientas de una forma adecuada e identifiquemos el proceso que se debe realizar
para la obtención de buenos resultados en la realización de un análisis granulométrico
de suelos de acuerdo a las normativas estipuladas, logrando de este modo complementar
nuestra formación como profesionales en el campo.
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8.
Referencias
1. Introducción a la Química Ambiental, S.E. Manahan
2. Dirección de página web:
f tp : //f tp.f ao.org/f i/CDrom/F AOt raining/F AOt raining/general/x6706s/x6706s08.htm
3. Archivo de internet-Dirección de página web:
http : //www.monograf ias.com/trabajos98/analisis−granulometrico−mecanico/analisis−
granulometrico − mecanico.shtml
4. (Pdf), Dirección de página web: Limite líquido
http : //www.f ceia.unr.edu.ar/geologiaygeotecnia/Ensayo %20de %20Limite %20Liquido.P DF
5. (Pdf), Dirección de página web: Granulométria por tamizado
http : //es.slideshare.net/jetly206/granulometria − 12644677?related = 1
6. (Pdf), Dirección de página web: Notas sobre granulométria de los suelos
http : //savio.utbvirtual.edu.co/pluginf ile.php/348805/modr esource/content −
/0/N otas %20sobre %20granulometria %20de %20los %20suelos.pdf
7. (Archivo), Dirección de página web: sistema de clasificación AASHTO
http : //apuntesingenierocivil.blogspot.com/2010/11/sistema−de−clasif icacion−
aashto.html
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