1.300 - LMS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
Facultad de Ingeniería Civil
Laboratorio de Mecánica de Suelos
TALLER BÁSICO DE
MECÁNICA DE SUELOS
Análisis Granulométrico por Sedimentación
Expositor: Antioco Quiñones Villanueva
[email protected]
[email protected]
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GRANULOMETRIA POR SEDIMENTACION
Análisis Granulométrico Por Sedimentación
ASTM D422
El análisis hidrométrico se usa para obtener un
estimado de la distribución e basa en la ley de
Stokes. Se asume que la ley de Stokes puede ser
aplicada a una masa de suelo dispersado, con
partículas de varias formas y tamaños.
El hidrómetro se usa para determinar el
porcentaje de partículas de suelos dispersados,
que permanecen en suspensión en un
determinado tiempo.
Marzo 2006
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GRANULOMETRIA POR SEDIMENTACION
METODOS DE ENSAYOS:
METODO A:
Se usa si más del 80% del material pasa por la
malla Nº 200. Este método se explicará en detalle
y más adelante se hará alguna explicación del
otro método.
METODO B:
Si menos del 80% de material es retenido por la
malla Nº 200 y/o se encuentre material superior
en tamaño a la malla Nº 10.
Marzo 2006
Curso Taller de Mecánica de Suelos
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•
•
•
•
•
•
•
•
Marzo 2006
EQUIPO
Tamices Nº 10 y Nº 200.
Balanza con sensibilidad de 0.1 gramo.
Aparato agitador.
Hidrómetro 152H.
Cilindro de Sedimentación de 1000 cm3.
Agente dispersivo (hexametafosfato sodio, NaPO3).
Termómetro.
Muestra representativa del suelo.
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EQUIPO
Balanza digital
Cilindro de
Sedimentación
de 1000 cm3.
Marzo 2006
Tamiz Nº 10
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Aparato agitador.
Febrero 2006
EQUIPO
Agente dispersivo
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Frasco volumétrico
para preparar la
mezcla.
Marzo 2006
EQUIPO
Hidrómetro 152H y
termómetro
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PROCEDIMIENTO
FASES DEL ENSAYO:
1. Preparar la muestra.
2. Preparar solución agua mas defloculante.
3. Mezclar solución con la muestra. Dejar reposar.
4. Batir la mezcla. Colocar en el cilindro de sedimentación.
5. Colocar el hidrómetro e iniciar la toma de datos.
6. Calcular Gs de la muestra.
7. Realizar la lectura hidrómetro en agua + defloculante.
8. Realizar la lectura hidrómetro en agua.
9. Correcciones y cálculos.
Marzo 2006
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1. Preparación de la Muestra
• Secar la
muestra en el
horno.
• Tamizar por la
malla Nº 10.
• Se toma 50 gr
de muestra.
Cernido por la malla
Nº 10
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2. Preparación de la Solución
• Pesar 5.0 gr de
defloculante.
• Medir 125 ml de
agua destilada.
• Mezclar ambos
componentes.
Componentes de la solución.
Agitado de la solución.
Marzo 2006
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3. Mezcla de solución con la muestra
• Mezclar la solución con
la muestra.
• Se deja reposar para el
defloculante penetre en
la muestra.
• En arenas reposa de 2 a
4 horas. En arcillas
reposa 24 horas.
Dejar reposar la mezcla.
Marzo 2006
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4. Batir la mezcla.
• Luego de reposar, se coloca la mezcla
en el cilindro de la batidora.
• Añadir 125 ml de agua destilada.
• Batir la mezcla. Para arenas durante 3 a
4 minutos. Para arcillas, durante 15
minutos.
Se coloca la mezcla en el
cilindro de la batidora.
Batir la mezcla.
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5. Colocar el hidrómetro.
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• Se vierte la mezcla en el
cilindro de
sedimentación.
• Se añade agua destilada
hasta completar los
1000 ml.
• Se agita el cilindro con
la mano por un minuto.
Se debe hacer 90 ciclos
en ese tiempo.
• Se coloca el hidrómetro
y inicia la toma de
datos.
• En cada lectura se lee la
temperatura.
Marzo 2006
Se añade agua hasta
completar los 1000 ml.
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5. Colocar el hidrómetro.
Se agita el cilindro de
sedimentación.
Se coloca el hidrómetro.
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Detalle: hidrómetro y
termómetro
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5. Colocar el hidrómetro.
Detalle: Separación de
partículas durante el
ensayo.
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6. Calcular Gs.
• Hacer el ensayo del peso especifico relativo de
sólidos (Gs) con el material que pasa por la malla
Nº 10.
Hallar Gs.
Marzo 2006
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7 y 8. Realizar lecturas
•
a)
b)
Marzo 2006
También se
requieren como
datos la lectura del
hidrómetro con:
Sólo con agua.
Con agua y con
defloculante.
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Febrero 2006
DATOS QUE SE OBTIENEN
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DATOS QUE SE OBTIENEN
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Tiempo
ºC
Ct
Rd
Rc
P(%)
R
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
1.00
25.00
52.00
2.00
25.00
49.30
5.00
25.00
43.60
10.00
25.00
39.30
15.00
25.00
36.40
30.00
25.30
32.80
60.00
25.30
29.00
240.00
26.50
22.20
1440.00
25.00
14.50
(min)
Hora de Inicio
Peso Suelo Seco (gr)
% que pasa la malla N° 10
Coeficiente "a"
Febrero 2006
:
:
:
:
L
L/tiempo
Constante
Diámetro
(cm)
(cm/min)
K
(mm)
(8)
(9)
(10)
(11)
13:03:00 p.m. Peso especifico relativo de sólidos (Ss)
% que pasa la malla N° 200
50.0
Lectura Hidrómetro en agu a (Cm)
Lectura Hidrómetro en agua + defloculante (Cd)
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:
:
:
:
2.746
0.5
5.0
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CALCULO COLUMNA 3
CORRECCION POR TEMPERATURA (Ct):
Se debe corregir por temperatura con la siguiente
Tabla. Note que en 20 ºC, la corrección es cero.
(Temp °C)
15
16
17
18
19
20
21
22
Febrero 2006
Ct
-1.1
-0.9
-0.7
-0.5
-0.3
0.00
0.20
0.40
(Temp °C)
23
24
25
26
27
28
29
30
Curso Taller de Mecánica de Suelos
Ct
0.70
1.00
1.30
1.65
2.00
2.50
3.05
3.80
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CALCULO COLUMNA 3
Laboratorio de Mecánica de Suelos
Ahora se presenta la columna Nº 3, ya llenada.
Tiempo
ºC
Ct
Rd
(1)
(2)
(3)
(4)
1.00
25.00
1.300
52.00
2.00
25.00
1.300
49.30
5.00
25.00
1.300
43.60
10.00
25.00
1.300
39.30
15.00
25.00
1.300
36.40
30.00
25.30
1.405
32.80
60.00
25.30
1.405
29.00
240.00
26.50
1.825
22.20
1440.00
25.00
1.300
14.50
(min)
Febrero 2006
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CALCULO COLUMNA 5
Lectura del hidrómetro corregido (Rc):
Rc = Rd – Cd + Ct
Donde:
Rc = Lectura del hidrómetro corregido.
Rd = Lectura del hidrómetro
Cd = Lectura del hidrómetro en agua mas defloculante.
Ct = Corrección por temperatura
Febrero 2006
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CALCULO COLUMNA 5
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Ahora se presenta la columna Nº 5, ya llenada.
Tiempo
ºC
Ct
Rd
Rc
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
1.00
25.00
1.300
52.00
48.3000
2.00
25.00
1.300
49.30
45.6000
5.00
25.00
1.300
43.60
39.9000
10.00
25.00
1.300
39.30
35.6000
15.00
25.00
1.300
36.40
32.7000
30.00
25.30
1.405
32.80
29.2050
60.00
25.30
1.405
29.00
25.4050
240.00
26.50
1.825
22.20
19.0250
1440.00
25.00
1.300
14.50
10.8000
(min)
Febrero 2006
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CALCULO COLUMNA 6
Cálculo del Porcentaje más fino, P(%):
Rc * a *100
P(%) =
Ws
Donde:
Rc = Lectura del hidrómetro corregido.
a = Corrección por gravedad especifica.
Ws = Peso seco de la muestra.
Gs = Peso especifico de sólidos.
Gs (1.65)
a=
(Gs − 1)2.65
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CALCULO COLUMNA 6
Laboratorio de Mecánica de Suelos
Ahora se presenta la columna Nº 6, ya llenada.
a = 0.9793
Tiempo
ºC
Ct
Rd
Rc
P(%)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
1.00
25.00
1.300
52.00
48.3000
94.596
2.00
25.00
1.300
49.30
45.6000
89.308
5.00
25.00
1.300
43.60
39.9000
78.144
10.00
25.00
1.300
39.30
35.6000
69.723
15.00
25.00
1.300
36.40
32.7000
64.043
30.00
25.30
1.405
32.80
29.2050
57.198
60.00
25.30
1.405
29.00
25.4050
49.756
240.00
26.50
1.825
22.20
19.0250
37.261
1440.00
25.00
1.300
14.50
10.8000
21.152
(min)
Febrero 2006
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CALCULO COLUMNA 7
Lectura del hidrómetro corregido sólo por menisco (R) :
R = Rd + Cm
Donde:
R = Lectura del hidrómetro corregido por menisco.
Rd = Lectura del hidrómetro.
Cm= Lectura del hidrómetro en agua.
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CALCULO COLUMNA 7
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Ahora se presenta la columna Nº 7, ya llenada.
Tiempo
ºC
Ct
Rd
Rc
P(%)
R
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
1.00
25.00
1.300
52.00
48.3000
94.596
52.50
2.00
25.00
1.300
49.30
45.6000
89.308
49.80
5.00
25.00
1.300
43.60
39.9000
78.144
44.10
10.00
25.00
1.300
39.30
35.6000
69.723
39.80
15.00
25.00
1.300
36.40
32.7000
64.043
36.90
30.00
25.30
1.405
32.80
29.2050
57.198
33.30
60.00
25.30
1.405
29.00
25.4050
49.756
29.50
240.00
26.50
1.825
22.20
19.0250
37.261
22.70
1440.00
25.00
1.300
14.50
10.8000
21.152
15.00
(min)
Febrero 2006
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CALCULO COLUMNA 8
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Cálculo de longitud de hidrómetro (L) :
En función del valor de R, se puede calcular el valor de L (cm)
con la siguiente Tabla:
R
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Febrero 2006
L (cm)
16.3
16.1
16.0
15.8
15.6
15.5
15.3
15.2
15.0
14.8
14.7
14.5
14.3
14.2
14.0
13.8
13.7
13.5
13.3
13.2
13.0
R
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
L (cm)
12.9
12.7
12.5
12.4
12.2
12.0
11.9
11.7
11.5
11.4
11.2
11.1
10.9
10.7
10.5
10.4
10.2
10.1
9.9
9.7
9.6
R
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
L (cm)
9.4
9.2
9.1
8.9
8.8
8.6
8.4
8.3
8.1
7.9
7.8
7.6
7.4
7.3
7.1
7.0
6.8
6.6
6.5
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CALCULO COLUMNA 8
Laboratorio de Mecánica de Suelos
Ahora se presenta la columna 8 ya llenada:
Tiempo
L
ºC
Ct
Rd
Rc
P(%)
R
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
1.00
25.00
1.300
52.00
48.3000
94.596
52.50
7.700
2.00
25.00
1.300
49.30
45.6000
89.308
49.80
8.140
5.00
25.00
1.300
43.60
39.9000
78.144
44.10
9.080
10.00
25.00
1.300
39.30
35.6000
69.723
39.80
9.740
15.00
25.00
1.300
36.40
32.7000
64.043
36.90
10.220
30.00
25.30
1.405
32.80
29.2050
57.198
33.30
10.840
60.00
25.30
1.405
29.00
25.4050
49.756
29.50
11.450
240.00
26.50
1.825
22.20
19.0250
37.261
22.70
12.560
1440.00
25.00
1.300
14.50
10.8000
21.152
15.00
13.800
(min)
Febrero 2006
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(cm)
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CALCULO COLUMNA 9
Laboratorio de Mecánica de Suelos
Cálculo del valor L/t:
La columna 9 es la división de la Columna 8 / Columna 1:
Tiempo
L
L/tiempo
(cm)
(cm/min)
(7)
(8)
(9)
94.596
52.50
7.700
7.7000
45.6000
89.308
49.80
8.140
4.0700
43.60
39.9000
78.144
44.10
9.080
1.8160
1.300
39.30
35.6000
69.723
39.80
9.740
0.9740
25.00
1.300
36.40
32.7000
64.043
36.90
10.220
0.6813
30.00
25.30
1.405
32.80
29.2050
57.198
33.30
10.840
0.3613
60.00
25.30
1.405
29.00
25.4050
49.756
29.50
11.450
0.1908
240.00
26.50
1.825
22.20
19.0250
37.261
22.70
12.560
0.0523
1440.00
25.00
1.300
14.50
10.8000
21.152
15.00
13.800
0.0096
ºC
Ct
Rd
Rc
P(%)
R
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
1.00
25.00
1.300
52.00
48.3000
2.00
25.00
1.300
49.30
5.00
25.00
1.300
10.00
25.00
15.00
(min)
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CALCULO COLUMNA 10
Laboratorio de Mecánica de Suelos
El valor de K puede hallarse de la siguiente Tabla, en
función de la temperatura y el peso especifico de
sólidos.
Temperatura
T (ºC)
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Febrero 2006
2.50
0.0151
0.0149
0.0148
0.0145
0.0143
0.0141
0.0140
0.0138
0.0137
0.0135
0.0133
0.0132
0.0130
0.0129
0.0128
2.55
0.0148
0.0146
0.0144
0.0143
0.0141
0.0139
0.0137
0.0136
0.0134
0.0133
0.0131
0.0130
0.0128
0.0127
0.0126
Gravedad Especifica de Sólidos
2.60
2.65
2.70
2.75
0.0146
0.0144
0.0141
0.0139
0.0144
0.0142
0.0140
0.0138
0.0142
0.0140
0.0138
0.0136
0.0140
0.0138
0.0136
0.0134
0.0139
0.0137
0.0134
0.0133
0.0137
0.0135
0.0133
0.0131
0.0135
0.0133
0.0131
0.0129
0.0134
0.0132
0.0130
0.0128
0.0132
0.0130
0.0128
0.0126
0.0131
0.0129
0.0127
0.0125
0.0129
0.0127
0.0125
0.0124
0.0128
0.0126
0.0124
0.0122
0.0126
0.0126
0.0123
0.0121
0.0125
0.0123
0.0121
0.0120
0.0124
0.0122
0.0120
0.0118
Curso Taller de Mecánica de Suelos
2.80
0.0137
0.0136
0.0134
0.0132
0.0131
0.0129
0.0128
0.0126
0.0125
0.0123
0.0122
0.0120
0.0119
0.0118
0.0117
2.85
0.0136
0.0134
0.0132
0.0131
0.0129
0.0127
0.0126
0.0124
0.0123
0.0122
0.0120
0.0119
0.0117
0.0116
0.0115
LMS-FIC-UNI
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
Facultad de Ingeniería Civil
CALCULO COLUMNA 10
Laboratorio de Mecánica de Suelos
Ahora se presenta la columna 10 ya llenada:
Tiempo
L
L/tiempo
Constante
(cm)
(cm/min)
K
(7)
(8)
(9)
(10)
94.596
52.50
7.700
7.7000
0.012516
45.6000
89.308
49.80
8.140
4.0700
0.012516
43.60
39.9000
78.144
44.10
9.080
1.8160
0.012516
1.300
39.30
35.6000
69.723
39.80
9.740
0.9740
0.012516
25.00
1.300
36.40
32.7000
64.043
36.90
10.220
0.6813
0.012516
30.00
25.30
1.405
32.80
29.2050
57.198
33.30
10.840
0.3613
0.012484
60.00
25.30
1.405
29.00
25.4050
49.756
29.50
11.450
0.1908
0.012484
240.00
26.50
1.825
22.20
19.0250
37.261
22.70
12.560
0.0523
0.012312
1440.00
25.00
1.300
14.50
10.8000
21.152
15.00
13.800
0.0096
0.012516
ºC
Ct
Rd
Rc
P(%)
R
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
1.00
25.00
1.300
52.00
48.3000
2.00
25.00
1.300
49.30
5.00
25.00
1.300
10.00
25.00
15.00
(min)
Febrero 2006
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Facultad de Ingeniería Civil
Laboratorio de Mecánica de Suelos
CALCULO COLUMNA 11
Ahora ya podemos encontrar el diámetro equivalente:
L
D=K
t
En nuestra Tabla, es el producto de la columna 10 por
la raíz cuadrada de la columna 9.
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CALCULO COLUMNA 11
Laboratorio de Mecánica de Suelos
Ahora se presenta la columna 11 ya llenada:
L
L/tiempo
Constante
Diámetro
(cm)
(cm/min)
K
(mm)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
94.596
52.50
7.700
7.7000
0.012516
0.0347
45.6000
89.308
49.80
8.140
4.0700
0.012516
0.0253
43.60
39.9000
78.144
44.10
9.080
1.8160
0.012516
0.0169
1.300
39.30
35.6000
69.723
39.80
9.740
0.9740
0.012516
0.0124
25.00
1.300
36.40
32.7000
64.043
36.90
10.220
0.6813
0.012516
0.0103
30.00
25.30
1.405
32.80
29.2050
57.198
33.30
10.840
0.3613
0.012484
0.0075
60.00
25.30
1.405
29.00
25.4050
49.756
29.50
11.450
0.1908
0.012484
0.0055
240.00
26.50
1.825
22.20
19.0250
37.261
22.70
12.560
0.0523
0.012312
0.0028
1440.00
25.00
1.300
14.50
10.8000
21.152
15.00
13.800
0.0096
0.012516
0.0012
Tiempo
ºC
Ct
Rd
Rc
P(%)
R
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
1.00
25.00
1.300
52.00
48.3000
2.00
25.00
1.300
49.30
5.00
25.00
1.300
10.00
25.00
15.00
(min)
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Laboratorio de Mecánica de Suelos
GRAFICO P(%) vs D (mm)
Con la columna 6 y la columna 11 se puede preparar una
gráfica de P(%) vs. Diámetro (mm), el cual vendría a ser
la curva granulométrica del material que pasa por la
malla Nº 200.
100.0
80.0
60.0
40.0
20.0
1.0000
0.1000
0.0100
0.0
0.0010
Porcentaje que pasa (%)
Curva Granulometrica
Diámetro (mm)
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