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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 11 11 12 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 8 9 11 13 15 15 Ensayo con cazuela de casagrande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ensayo con rollitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cálculos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 12 14 Índice de tablas 1. 2. 3. Facultad de Ingeniería 2 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar Informe Análisis granulométrico por tamizado 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. Facultad de Ingeniería 3 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar Informe 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. Facultad de Ingeniería 4 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar Informe Análisis granulométrico por tamizado Principios de geotecnia 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. Facultad de Ingeniería 5 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar Informe Análisis granulométrico por tamizado 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 Facultad de Ingeniería 6 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar Informe Análisis granulométrico por tamizado Principios de geotecnia 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. Facultad de Ingeniería 7 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar Informe Análisis granulométrico por tamizado Principios de geotecnia 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 Facultad de Ingeniería 8 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar Informe Análisis granulométrico por tamizado Principios de geotecnia 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. Facultad de Ingeniería 9 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar Informe Análisis granulométrico por tamizado Principios de geotecnia 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. Facultad de Ingeniería 10 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar Informe Análisis granulométrico por tamizado Principios de geotecnia 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 Facultad de Ingeniería 11 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar Informe Análisis granulométrico por tamizado Principios de geotecnia 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 Facultad de Ingeniería 12 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar Informe Análisis granulométrico por tamizado Principios de geotecnia 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 Facultad de Ingeniería 13 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar Informe Análisis granulométrico por tamizado Principios de geotecnia 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 Facultad de Ingeniería 37.1 57.1 30.41 GI 14.03 1.70 14 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar Informe Análisis granulométrico por tamizado Principios de geotecnia 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). Facultad de Ingeniería 15 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar Informe Análisis granulométrico por tamizado Principios de geotecnia 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. Facultad de Ingeniería 16 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar Informe Análisis granulométrico por tamizado Principios de geotecnia 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 Facultad de Ingeniería 17 de 17 Universidad Tecnológica de Bolívar
