UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

MECNICA DE SUELOS I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERA

Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera CivilINFORME N 2 : Anlisis Granulomtrico y Sedimentacin

Asignatura

: MECNICA DE SUELOS IDocente

: M.Cs. Ing. RAL VALERA GUERRA

Alumnos : Bustamante Meja, Beymer.

Carahuatay Goicochea,Vernica del Pilar.Izquierdo Alaya, Wendy Mariam.Narvez Alcntara, Dany Antonio.Prez Ortega, Sissy Vanessa.Requelme Llico, Ana Marily. Ciclo : V Grupo: A2

Cajamarca, 16 de Junio de 2010

I. INTRODUCCINUna parte importante de los criterios de aceptabilidad de suelos para carreteras, aeropistas, presas de tierra, diques y otro tipo de terraplenas es el anlisis granulomtrico.

La informacin obtenida del anlisis granulomtrico puede en ocasiones utilizarse para predecir movimientos del agua a travs del suelo, an cuando los ensayos de permeabilidad se utilizan ms comnmente. La susceptibilidad de sufrir la accin de las heladas en suelo, una consideracin de gran importancia de climas muy fros, puede predecirse a travs del anlisis granulomtrico del suelo.

Los suelos muy finos son fcilmente arrastrados en suspensin por el agua que circula a travs del suelo y en los sistemas de sub drenaje, usualmente se colman con sedimentos rpidamente a menos que sean protegidos adecuadamente por filtros de material granular debidamente graduado. La gradacin adecuada de estos materiales, denominados filtros, puede ser establecida a partir de su anlisis granulomtrico.

El anlisis granulomtrico es un intento de determinar las proporciones relativas de los diferentes tamaos de grano presentes en una masa de suelo dada. Obviamente para obtener un resultado significativo la muestra debe ser estadsticamente representativa de la masa del suelo.

Como no es fsicamente posible determinar el tamao real de cada partcula independiente del suelo, la prctica solamente agrupa los materiales por rangos de tamao. Para lograr esto se obtiene la cantidad de material que pasa a travs de un tamiz con una malla dada pero que es retenido en un siguiente tamiz cuya malla tiene dimetros ligeramente menores a la anterior y se relaciona esta cantidad retenida con el total de la muestra pesada a travs de los tamices. Es evidente que el material retenido de esta forma en cualquier tamiz consiste en partculas de muchos tamaos todos los cuales son menores al tamao de la malla del tamiz en el cual el suelo fue retenido.

II. OBJETIVOS:

El objetivo principal que persigue este ensayo de laboratorio, es el de poder clasificar el suelo, segn el tamao de sus partculas por medio de la granulometra.

El principal objetivo del anlisis de hidrmetro es obtener el porcentaje de arcilla (porcentaje ms fino que 0.002 mm) ya que la curva de distribucin granulomtrica cuando ms del 12% del material pasa a travs del tamiz No. 200 no es utilizada como criterio dentro de ningn sistema de clasificacin de suelos y no existe ningn tipo de conducta particular del material que dependa intrnsecamente de la forma de dicha curva.III. FUNDAMENTO TEORICO:A. GRANULOMETRA.

La prueba de granulometra de un material sirve para determinar el porcentaje en peso de las partculas de diferentes tamaos que lo forman. Para realizar esta prueba, el material se hace pasar por varios tamices o mallas, se pesan las partculas retenidas en cada tamiz y se encuentra el porcentaje respectivo en relacin con el peso total seco; despus se calcula el porcentaje que pasa por las mallas.Las mallas se denominan de dos maneras la primera indica la separacin interior que hay entre los alambres y se usa para las mallas de 7,5 cm igual a 3 pulgadas a 6.4 cm pulgada

.Normas ASHTO T87 - 70 ASTM D421 - 63 ASTM D422 63 AASHTO T88 70B. ANLISIS GRANULOMTRICO

El anlisis granulomtrico se realiza siempre en el estudio de cualquier suelo. Con este anlisis se pretende conocer la distribucin (en porcentajes) de las partculas minerales individuales del suelo inferiores a 2 mm, agrupadas en fracciones granulomtricas segn su tamao. Con estos porcentajes se obtiene la textura, utilizando el diagrama triangular. La textura nos va a dar a conocer muchas propiedades del suelo, relacionadas directa o indirectamente con la productividad de este.

Para separar las diferentes fracciones hay 2 pasos:

Dispersin y destruccin de agentes cementantes: se separan fsica y qumicamente las partculas (arena, limo, arcilla), se rompen los agregados. Para esto primero se elimina la materia orgnica con H2O2 en bao caliente de agua a poca temperatura, convirtindola en CO2 y agua. Se elimina la materia orgnica porque favorece la formacin de terrones agregados y da estabilidad a la estructura del suelo. Los xidos de Fe y Al y el CaCO3 tambin favorecen la agregacin, y los eliminamos con HCl convirtindolos en sustancias solubles. Para terminar de dispersar las partculas tenemos que individualizarlas, las desagregamos, para esto se utiliza el Calgn (hexametafosfato sdico y carbonato sdico), el Na+ es un agente dispersante. Ahora se tienen todas las fracciones individualizadas.

Anlisis: se determina la cantidad que se tiene de cada fraccin.

- Las arenas se separan por tamizado en hmedo en tamiz 0.05 mm del resto de las fracciones. Una vez secas (en estufa a 110C) se tamizan con un tamiz de 0.2 mm, se obtienen dos fracciones:

arena gruesa............. 2- 0.2 mm de dimetro.

arena fina................. 0.2- 0.05 mm de dimetro.

-Los limos y arcillas se obtienen por la diferente velocidad de sedimentacin de las partculas segn tamao, basndose en la Ley de Stokes (las partculas de mayor tamao sedimentan antes). Se toman alcuotas a diferentes tiempos, en crisoles que se llevan a la estufa, y se obtienen las fracciones.

Limo grueso..........0,05-0,02 mm de dimetro.

Limo fino...............0,02-0,002 mm de dimetro.

Arcilla...................< 0,002 mm de dimetro

Los tamices son hechos de malla de alambre forjado con aberturas rectangulares que varan en tamao desde 101.6 mm (4") en la parte ms gruesa hasta el nmero 400 (0.038 mm) en la serie correspondiente a suelo fino, sin embargo, en la prctica el tamiz ms pequeo es el tamiz No.200 (0.075). Para mallas de tamao inferior al de este tamiz es difcil permitir el paso libre del agua. El suelo, por supuesto, provee generalmente ms resistencia que el agua al tamizado; por consiguiente, los tamices de malla ms pequea que el nmero 200 son ms interesantes desde un punto de vista acadmico que desde el prctico.

Todos los sistemas de clasificacin utilizan el tamiz No.200 como un punto divisorio, las clasificaciones se basan generalmente en trminos de la cantidad retenida o cantidad que pasa a travs del tamiz No.200. Ocasionalmente es deseable conocer la escala aproximada de partculas de suelo menores que el tamiz No.200. Cuando se presenta esta necesidad, entonces se recurre al mtodo del anlisis granulomtrico del hidrmetro, que es comnmente utilizado.

La informacin obtenida del anlisis granulomtrico se presenta en forma de curva. Para poder comparar suelos y visualizar ms fcilmente la distribucin de los tamaos de granos presentes, y como una masa de suelos tpica pueden tener partculas que varen entre tamaos de 2.00 mm y 0.075 mm las ms pequeas, por lo que es necesario recurrir a una escala muy grande para poder dar el mismo peso y precisin de lectura a todas las medidas, es necesario recurrir a una presentacin logartmica para los tamaos de partculas. Los procedimientos patrones utilizan el porcentaje que pasa como la ordenada en la escala natural de la curva de distribucin granulomtrica. Existen diferentes mtodos, dependiendo de la mayor proporcin de tamaos que existen en la muestra que se va a analizar. Para las partculas Gruesas, el procedimiento utilizado es el Mtodo Mecnico o Granulometra por Tamizado. Pero para las partculas finas, por dificultarse ms el tamizado se utiliza el Mtodo del Hidrmetro, basados en la Ley de Stokes.C. METODOS PARA EL ANLISIS GRANULOMTRICOa. Por tamizado:Es el mtodo ms directo para separar un suelo en fracciones de distinto tamao consiste en el uso de tamices en orden decreciente el cual se separan las partculas de un suelo en sus diferentes tamaos, La cantidad de suelo retenido indica el tamao de la muestra. Pero como la abertura de las mallas ms fina que se fabrica corrientemente es de 0.075 mm. (Tamiz No 200). El uso de tamices est restringido al anlisis de arenas limpias.

b. Por sedimentacin:

Si un suelo contiene partculas menores de dicho tamao debe ser separado en dos partes por lavado sobre aquel tamiz N 200. Para luego secarlo en el horno y la parte sometida al tamizado y demasiado fina; es analizada por medio de mtodos basados en la sedimentacin.c. Los mtodos para efectuar anlisis granulomtricos por va hmeda Se basa en la Ley de Stokes, el cual establece La velocidad de cada de una partcula esfrica a travs de un medio lquido, en funcin del dimetro y del peso especfico de la partcula. Desarrollndose as el Mtodo del Hidrmetro.Estn basados en la ley de Stokes, que fija la velocidad a que una partcula esfrica de dimetro dado sedimenta en lquido en reposo. En el mtodo que se utiliza comnmente en mecnica de suelos, de 20 a 40 gr. de suelos arcillosos o de 50 a 100 gr. de suelo arenoso, se mezclan con 1 lt. De agua, se agitan y se vierten en un recipiente. A intervalos de tiempos dados se mide la densidad de la suspensin por medio de un hidrmetro o densmetro.

La forma ms conveniente para representar el anlisis granulomtrico la proporciona el grfico semi-logartmico indicado en la figura que se muestra, luego.

En este las abscisas representan el logaritmo del dimetro de las partculas, y las ordenadas el porcentaje P en peso de los granos menores que el tamao indicado por las abscisas. Cuanto ms uniforme es el tamao de los granos, tanto ms inclinada es la curva, la lnea vertical representa a un polvo perfectamente uniforme.

Ley de Stokes La ley fundamental de que se hace uso en el procedimiento del hidrmetro, es debida a Stokes y proporciona una relacin entre la velocidad de sedimentacin (descenso) de las partculas del suelo en un fluido y el tamao de esas partculas. Granos con distintos tamaos, descienden en un lquido con distintas velocidades, y establece que la velocidad de cada de una esfera pequea en un medio fludo viscoso, es:

V = = Donde:

V = Velocidad de sedimentacin en (cm/seg).

g = Aceleracin en (cm/seg2).d = dimetro de la esfera (cm).

= viscosidad (dinas-seg/cm2), (gr-seg/cm2), (poises) (cambia con la temperatura)

1 (s) = Peso especfico de la esfera (gr/cm3)2 (f) = Peso especfico del medio fluido en (gr/cm3) (vara con la temperatura)

Si la velocidad se mide en cm/minuto y d en milmetros: V = Si d se expresa en mm, resulta: d = Al aplicar la ley de Stokes, a la determinacin del tamao de las partculas de un suelo, deben tomarse en cuenta las limitaciones siguientes:Las partculas de un suelo no son esfricas. Las hay de forma angular, redondeada, alargada, etc. D = 0.752 D Donde:

D = dimetro de la esfera.

D = dimetro del disco. = D / H

H = altura del disco. La ley de Stokes considera el movimiento de una sola esfera y, por lo tanto, no toma en cuenta ni la influencia ni la interferencia de unas partculas con otras, lo que si sucede en una masa de suelo dentro de un medio fluido. Para aligerar los clculos, existen nomogramas que ofrecen suficiente exactitud y son fciles de utilizar, hacemos notar que cada nomograma funciona para un densmetro determinado, por lo que es necesario calibrar dicho densmetro. D. CURVA GRANULOMTRICA Para graficar la curva granulomtrica, debemos tomar en cuenta que los porcentajes de muestra que pasa cada uno de los tamices, se encuentran en el eje de las ordenadas y a una escala aritmtica, en cambio la ordenacin de la abertura del tamiz se encuentra en el eje de las abscisas y con una escala logartmica; esto para facilitar la construccin de la curva granulomtrica. El propsito del anlisis granulomtrico, es determinar el tamao de las partculas o granos que constituyen un suelo y fijar en porcentaje de su peso total, la cantidad de granos de distintos tamaos que el suelo contiene. La granulometra correcta es fundamental para muchos elementos de la cantidad del suelo.

Es evidente que una curva de distribucin granulomtrica solo pueda aproximar la situacin real. Esto se debe a varias razones consideradas hasta aqu, incluyendo las limitaciones fsicas para obtener muestras estadsticamente representativas, la presencia de grumos en el suelo, la limitacin prctica impuesta por la utilizacin de mallas de forma rectangular para medir partculas de suelo de forma irregular y el nmero limitado de tamices utilizables en el anlisis. La exactitud del anlisis es ms cuestionable an para los suelos de grano fino (ms fino que el tamiz No.4) que para los suelos gruesos, y la prctica comn y ampliamente seguida de utilizar suelos secados al horno puede influir el anlisis en otro tanto.IV. PROCESO DEL DESARROLLO DE LA PRCTICAANALISIS GRANULOMTRICO POR TAMIZADO

ENSAYO N 1

En Seco (Muestra 1)

Objetivo.

Determinar la granulometra del material mediante el tamizado.

Equipo.

Juego de tamices. Horno. Mortero. Martillo de Goma. Balanza.

Procedimiento.

1. Elaborar el formato de datos.

Proyecto: Anlisis Granulomtrico por Tamizado

Pozo: 2Estrato n:2N de muestras: 01

Ensayo: Tamizado en Seco

Operador: Grupo 2Fecha: 02-06-10Observaciones:

Ws = 184gr

Tamiz No.Abertura (mm)W Retenido (gr)% Retenido% que Pasa

# 44.7563.2696.74

# 102.00147.6189.73

# 200.853418.4870.65

# 300.60137.0663.59

# 400.425158.1555.44

# 600.252915.7639.68

# 1000.153116.8522.83

# 2000.0753116.855.98

Cazoleta--115.980.00

184 gr.

2. Seleccionar aproximadamente 200g. de suelo seco.

3. Registrar el Ws (exacto), previo morteado o disgregado.

4. Tamizar 15 min., previa limpieza de los tamices.

5. Registrar el peso retenido en cada tamiz.6. Dibujar la curva de distribucin granulomtrica y determinar los coeficientes de uniformidad y curvatura.

Para la determinacin de los coeficientes de uniformidad y curvatura, tomaremos los valores ms prximos para D10, D30 y D60.

ANALISIS GRANULOMETRICO POR TAMIZADO VIA HUMEDA.ENSAYO N 1Referencias.

ASTM D421

Material.

Muestra seca aproximadamente 200 gr.Equipo.

Juego de tamices. Balanza con aproximacin de 0.1 gr. Horno. Tara.

Procedimiento.

Hacer un formato de datos. Seleccionar 200 gr. De muestra de suelo seco. Registrar el peso seco exacto de la muestra previamente morterada o disgregada. Lavar la muestra en el tamiz # 200 en un chorro de agua constante, hasta que el agua q pasa sea lo ms limpia posible. Recuperar el material lavado y colocarlo en el horno durante 24 horas. Despus Tamizar la muestra durante 15 minutos. Registrar el peso retenido en cada tamiz, y sacar su porcentaje (%RP).

Determinar los porcentajes acumulados en cada tamiz % RA, para lo cual se sumaran en forma progresiva los %RP.

Determinar lo porcentajes acumulados que pasan en cada tamiz.

Dibujar la curva granulomtrica en escala semilogaritmica, en el eje de abscisas se registrara la abertura de las mallas en milmetros, y en el eje de ordenadas se registrar los porcentajes acumulados que pasan en las mallas que se utilizan.

Determinar el coeficiente de uniformidad y curvatura.

DATOS DE LABORATORIO

Proyecto: Anlisis Granulomtrico por TamizadoPozo:2

Estrato n:2

N de muestras:1

Ensayo: Por Lavado

Operador: Grupo 2.

Fecha:02-06-10.

Observaciones.

Ws= 184 gr.W lavado= 76.6 gr.

Tamiz NAbertura (mm)W ret

% retenido

%RP% que pasa.

# 44,754,15,3594,65

#102,004,15,3589,30

#200,852,73,5285,77

#300,602,53,2682,51

#400,4253,03,9278,59

#600,2520,827,1551,44

#1000,1530,840,2111,23

#2000,078,611,23-

Cazoleta.----

Grafico % que pasa vs Abertura del tamiz.

Calculando el coeficiente de uniformidad y curvatura.

ENSAYO DE SEDIMENTACIN

El ensayo de sedimentacin se hace para las muestras que no se puede calcular su D10; estas muestras deben estar previamente seleccionadas por el tamiz N 200.

1. EQUIPO:

Probetas graduadas de 10 cm3 y 1000 cm3.

Densmetro 152H.

Termmetro.

Horno.

Cronmetro.

Mortero.

Tamiz N 200

Defloculante.

2. PROCEDIMIENTO.

PRIMERA ETAPA. (Determinar la correccin por menisco y defloculante).

Para la correccin por menisco se tiene las siguientes lecturas:

Lect. Superior: 1.003

Lect. Inferior: 1.006

Cm = (Lect. Inferior - Lect. Superior)*1000

Cm = (1.006 1.003)*1000

Cm = 3

El defloculante evita que el suelo forme grumos de tal manera que el ensayo salga correctamente; en esta prctica se utilizaron 65 ml de defloculante por lo que para la correccin de defloculante se obtuvieron las siguientes lecturas:

Lect. Superior: 1.000

Lect. Inferior: 1.006

Cd = (Lect. Inferior - Lect. Superior)*1000

Cd = (1.006 1.000)*1000

Cd = 6

SEGUNDA ETAPA. (Calibracin del hidrmetro). Temperatura de calibracin: 20C

h = 12 cm.

Volumen del bulbo: 65 cm3

Ap. = 31.195.

Vol Inicial (cm): 248

Vol Final (cm): 313h = 12 cm.

Volumen del bulbo: 65 cm3Ap. = 31.195.

Lecturas del hidrmetroHiH

1.00011.216.2209369

1.0109.214.2209369

1.0207.212.2209369

1.0305.210.2209369

1.0403.28.22093689

1.0501.26.22093689

TERCERA ETAPA. (Ensayo).

Triturar y seleccionar la muestra (50 gr.)

Hacer la solucin agua mas defloculante mas suelo (previamente remojar el suelo y batir).

Agitar vigorosamente y luego depositar la probeta en un lugar protegido del sol. Registrar lecturas de densidad y temperatura.

Elaborar el proceso de datos.

TIEMPO

(min)LECTURA DE

DENSIDADTEMP. (C)

11.042018.5

21.041818.5

31.041218.5

41.040718.5

51.035018

101.028018

151.021018

301.015018

1 H1.011018

2 H1.009016

4 H1.007014

8 H1.005014

10 H1.002012

24 H1.001018

3. PROCESO DE DATOS:

TIEMPOLECTURA DETEMP. (C)etRHR% que pasaDiam.

(min)DENSIDAD(mm)

142.018.5-0.4035.64569.780.0399

241.818.5-0.4035.444.869.380.0285

341.218.5-0.4034.844.268.210.0233

440.718.5-0.4034.343.767.230.0203

535.018-0.5028.53855.860.0193

1028.018-0.5021.53142.140.0143

1521.018-0.5014.52428.420.0123

3015.018-0.508.51816.660.0090

1 H11.018-0.504.5148.820.0065

2 H9.016-0.902.1124.120.0048

4 H7.014-1.30100.0041

8 H5.014-1.3080.0029

10 H2.012-1.7050.0027

24 H1.018-0.5040.0021

V. CONCLUSIONESMediante los experimentos realizados dentro del laboratorio, pudimos observar que el suelo se divide en Fraccin Granular Gruesa y Fraccin Granular Fina. Al realizar un estudio profundo de estos, nos dimos cuenta de caractersticas importantes como son: La Permeabilidad y Cohesin que poseen, las cuales nos permitirn verificar que tan apto puede ser para la realizacin de proyectos de construccin.

El mtodo del Tamizado fue el elegido para clasificar las muestras, debido a la facilidad y sencillez con que se realiza.El coeficiente de uniformidad y curvatura que se obtuvo en los dos primeros ensayos fueron:Cu=6

CC=1.0416

Cu= 2

Cc=0.889

Respectivamente

VI. BIBILIOGRAFIA

MECNICA DE SUELOS, Jurez Badillo. Separatas de clase.

Abertura (mm)