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PRÁCTICA 2: GRANULOMETRÍA FÍSICA Y MECÁNICA DE SUELOS Arcos Méndez Francisco Mateo Arroyo Prado Ezequías Bautista Santiago Astrid Cárdenas Bañuelos Gersom Alfonso Meraz García Ricardo Morales Ferrari Wilberth de Jesús Osorio Aguilar Regina Pérez Juárez José de Jesús Vera Alvarado Orlando PROFESOR: Noel Chávez Aguilera O UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPING DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA AGRICOLA Introducción Un suelo consiste en una unión de partículas discontinuas que varían en forma y en tamaño. El objeto de un análisis de tamaño de partículas es agrupar éstas en rangos separados de tamaños y así determinar las proporciones relativas, en base a peso seco, de cada rango de tamaño. A los análisis de tamaño de partículas en ocasiones se les denomina ensayos de distribución de partículas, y en otros ensayos de análisis mecánico. Con el propósito de separar y clasificar el amplio rango de partículas que componen un suelo, dos son los procedimientos utilizados y completamente diferentes. Estos son los procedimientos por tamizado y por sedimentación. El procedimiento por tamizado es usado para partículas como grava y arena gruesa (partículas mayores de 0.075 mm), las cuales pueden ser separadas en rangos de tamaño diferente empleando una serie de tamices con orificios de abertura estándar, por lo tanto, con este procedimiento se determinan los tamaños y distribución de partículas mayores de 0.075 mm (tamiz No. 200). El procedimiento por sedimentación es usado para determinar el tamaño y distribución de partículas que pasan el tamiz No. 200 (limos y arcillas). En este procedimiento las mediciones se hacen muestreando una suspensión con una pipeta especial (método de la pipeta) o por determinar su densidad con un hidrómetro especial (método del hidrómetro). Para suelos que se componen de partículas gruesas (gravas y arenas) y finas (limos y arcillas), ambos procedimientos tamizado y sedimentación pueden ser realizados sobre el mismo suelo, si es que se requiere de un análisis de tamaño de partícula completo. Comúnmente cuando ambos procedimientos son realizados el análisis es denominado análisis combinado. En esta práctica se determina la distribución de partículas y se clasifican por tamaño empleando el método por tamizado. El procedimiento por tamizado determina la proporción relativa en base a peso seco de los varios tamaños de partículas presentes en una muestra de suelo. El principio se ilustra al situar una muestra de suelo no cohesivo de peso conocido, en el tamiz superior de un juego de tamices arreglados en orden descendente de tamaño de abertura. El juego de tamices es sacudido en una máquina para sacudimiento de tamices, de tal manera que el suelo pase a través de los tamices, la masa retenida en cada tamiz se registra. De estos datos se calcula la masa pasando cada tamiz. El período de sacudimiento normalmente se considera de 10 minutos, sin embargo, depende del tamaño de la muestra y tipo de material, muestras grandes requieren de períodos mayores que muestras pequeñas, muestras de material grueso requieren de períodos de tiempo más cortos que materiales más finos y del mismo peso. Las partículas que queden retenidas en las aberturas de la malla del tamiz no deben ser forzadas a pasar, pero se deben de quitar con una brocha empujando de la cara inferior del tamiz hacia afuera. Nódulos y terrones se pulverizan con el propósito de no alterar el análisis del tamaño de partículas y que este sea válido. Propósito Realizar un análisis del tamaño de las partículas de una muestra de suelo mediante un tamizado, a fin de separar y clasificar el amplio rango de partículas que componen a este. Analizar el contenido de humedad presente en el suelo muestra. Revisión bibliográfica GRANULOMETRÍA. Consiste en separar y clasificar por tamaño las partículas que componen un suelo. ANÁLISIS DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS. Expresa cuantitativamente las proporciones en base a peso seco al horno los varios tamaños de partículas presentes en el suelo. TAMAÑO DE PARTÍCULA. Es comúnmente dado en términos de diámetro equivalente de partícula. Por ejemplo, de acuerdo con el sistema de clasificación de partículas por tamaño British Standard, se tienen los diámetros siguientes: Tipo de partícula Descripción Grava Partículas de 60 a 2 mm Arena Partículas de 2 a 0.06 mm Limo Partículas de 0.06 a 0.002 mm Arcilla Partículas menores de 0.002 mm Finos Partículas que pasan a través del tamiz con aberturas de orificio de 63 μm de diámetro Tabla 1. Tamaño de partículas de acuerdo con el Sistema British Standard. CUARTEO. Se refiere al proceso de obtener una pequeña pero representativa porción de una muestra grande de material cohesivo. La muestra primero es dividida en cuartos por un procedimiento estándar (círculo dividido en cuatro cuadrantes), dos de los cuales son separados. Esto reduce el tamaño de la muestra por la mitad. El proceso se repite hasta que se obtiene un tamaño de muestra deseado. TAMIZ. Consiste en un anillo metálico, usualmente hecho de cobre, cuyas dimensiones son típicamente 2" de profundidad y 8" de diámetro, con una malla de alambre en el fondo. Se le da un número que corresponde al número de aberturas por pulgada lineal de la malla, por ejemplo, el tamiz No. 4 tiene cuatro aberturas por pulgada. JUEGO DE TAMICES. Estante de tamices arreglados en orden descendente de tamaño de abertura pero en orden ascendente de No. de tamiz. ──────────────────────┬─────────────────────┬───────────────── Tamaño de partículas │ Designación │ Procedimiento (mm) │ │ a utilizar ──────────────────────┼─────────────────────┼──────────────── > 200 │ Piedras grandes │ Medición por 200──────────┼─────────────────────┤ separación manual │ Guijarros ├───────────────── 60────────────────────┼───────┬─────────────┤ │Gruesa │ │ 20──────────┼───────┤ │ Análisis │Media │Grava │ por 6──────────┼───────┤ │ tamizado │Fina │ │ 2────────────────────┼───────┼─────────────┤ │Gruesa │ │ 0.6────────┼───────┤ │ │Media │Arena │ 0.2────────┼───────┤ │ │Fina │ │ 0.06─────────────────┼───────┼─────────────┼───────────────── │Grueso │ │ 0.02───────┼───────┤ │ Análisis │Medio │Limo │ por 0.006──────┼───────┤ │ Sedimentación │Fino │ │ 0.002────────────────┼───────┼─────────────┤----------------- < 0.002 │ │Arcilla │ ──────────────────────┴───────┴─────────────┴───────────────── Tabla 2. Clasificación de partículas por tamaño, Sistema BS Materiales y medios necesarios 1. Juego de mallas o tamices. Un juego completo, otro Standard y uno corto especificados por el Sistema British Standard. Juego completo (mm) Abertura de tamiz Tapa y Charola 76.1 50.8 28.57 22.6 19.0 16.0 13.0 9.51 6.35 3.36 2 1.41 0.84 + 2. Vibrador mecánico (Ro-tap). 3. Balanza con capacidad de 4,000 gr y aproximación de 0.1 gr. 4. Muestra del material a analizar. 5. Charola. 6. Cuchara de albañilería. 7. Cepillo de cerdas suaves. 8. Vaso de aluminio. 9. Horno eléctrico.Metodología Secado de la muestra. El secado de la muestra se realiza con la finalidad de eliminar el agua que contenga. Para ello es conveniente vaciar el material (aproximadamente entre 15 a 20 kg) en una charola y posteriormente se expone al sol, también se puede utilizar un horno eléctrico sometiendo la muestra a una temperatura no mayor de 60 oC. Disgregación. Consiste en dispersar los agregados que forman las partículas bajo condiciones naturales. La disgregación se lleva acabo con un mazo de madera (5 cm de espesor, 10 cm de largo y un kg de peso). Se golpea la muestra dejando caer el mazo desde una altura de 20 cm. Con la finalidad de facilitar la disgregación es necesario cribar el material por la malla No. 4. Tanto los agregados retenidos como los que pasan, se deben seguir dispersando. Finalmente se recoge todo el material mezclado entre si para proceder con el cuarteo. Cuarteo. Cuando la muestra ha sido dispersada y mezclada homogéneamente, se efectúa el cuarteo. Para ello, se le da una forma de cono truncado, y en seguida se golpea la parte superior con la cuchara de albañilería, expandiendo de manera circular la muestra. Entonces se procede a dividir la muestra en cuatro cuadrantes, de los cuales se toman los dos opuestos. El cuarteo se sigue efectuando hasta obtener una muestra de aproximadamente 2 kg. Análisis por tamizado (procedimiento vía seca). 1. De manera representativa cuarteada se toman 2 kg de material los cuales se pesan en una balanza con capacidad de 4000 kg. 2. La separación de las partículas se lleva a cabo en tres etapas. La primera implica un tamizado a mano con los tres tamices mas grandes, posteriormente los siguientes seis tamices con la charola, por medio de la maquina de vibraciones, y finalmente con los últimos cinco tamices y la maquina vibratoria. 3. Se deposita el material de cada tamiz en una bolsa de plástico previamente tarada, y por separado. Las partículas que queden retenidas en la malla de alambre de cada tamiz no deben forzarse a pasar a través de ella, se deben quitar con una brocha o cepillo, depositándolas en la fracción retenida. 4. Se pesa el material retenido en cada malla (masa parcial retenida). Los valores obtenidos se anotan en la hoja de registro. Resultados y discusión Con los valores obtenidos en la practica de los porcentajes que se pesaron en cada uno de los tamices, y el numero de los mismos, se construye una gráfica granulométrica en escala semilogarítmica, tal como la que se indica a continuación. Abertura (mm) Masa retenida (g) % retenido % que pasa 76.1 0 0 100 50.8 0 0 100 28.57 178.6 9.019746477 90.98025352 22.6 38.05 1.92162012 98.07837988 19 33.45 1.689308621 98.31069138 16 85.7 4.328064239 95.67193576 13 177.4 8.959143478 91.04085652 9.51 69.9 3.530124741 96.46987526 6.35 305.15 15.41083784 84.58916216 3.36 198.5 10.02474622 89.97525378 2 194 9.797484976 90.20251502 1.41 105.85 5.345689612 94.65431039 1 84.9 4.287662239 95.71233776 0.84 23.55 1.189333872 98.81066613 Charola 485.05 24.49623756 75.50376244 Masa total 1980.1 100 0 100 200 300 400 500 600 M as a re te n id a (g ) Abertura de la malla del tamíz (mm) GRANULOMETRIA Calculo de humedad Datos iniciales de las muestras Nombre del bote Peso del bote vacío (g) Peso del bote con muestra húmeda (g) Peso del bote con muestra después de aplicar el Método por secamiento al horno eléctrico (g). E1’1 33.6 89.05 83.45 E1’2 33.25 100.5 94.16 E1’3 34.0 90.0 84.5 Humedad gravimétrica 𝑊 = ( 𝑀𝑠ℎ+𝑏𝑡 − 𝑀𝑠𝑠+𝑏𝑡 𝑀𝑠𝑠+𝑏𝑡 − 𝑀𝑏𝑡 ) (100) 𝑀𝑠ℎ+𝑏𝑡 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜 𝑚á𝑠 𝑒𝑙 𝑏𝑜𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑛 𝑡𝑎𝑝𝑎 𝑀𝑠𝑠+𝑏𝑡 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑚á𝑠 𝑒𝑙 𝑏𝑜𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑛 𝑡𝑎𝑝𝑎 𝑀𝑏𝑡 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑜𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑛 𝑡𝑎𝑝𝑎 𝑊1 = ( 89.05 − 83.45 83.45 − 33.6 ) (100) = 11.233% 𝑊2 = ( 100.5 − 94.16 94.16 − 33.25 ) (100) = 10.408% 𝑊3 = ( 90.0 − 84.5 84.5 − 34 ) (100) = 10.891% En promedio la humedad es de W= 10.844 % Conclusiones • La correcta determinación del análisis granulométrico nos ayuda a conocer de una manera eficiente la distribución del tamaño de las partículas que contiene una muestra de agregado, lo que es muy importante ya que nos ayuda a conocer las propiedades de los concetos, así como realizar su comparación con las especificaciones estandarizadas ya que influyen en la confección de morteros, hormigones, etc. • La grafica de la curva granulométrica nos indica que la distribución del tamaño árido cumple con los limites recomendados por la norma de distribución del tamaño de partículas. • Ya que la cantidad total del material después del tamizado no define en un numero mayor de 0.3 % del tamaño inicial de la misma, los resultados obtenidos durante el experimento pueden ser utilizados con fines de aceptación. Bibliografía Aguilera C.N. (2022). Granulometría file:///C:/Users/ricat/Downloads/Granulometr%C3%ADa-2022.pdf Introducción Propósito Revisión bibliográfica Materiales y medios necesarios Metodología Resultados y discusión Conclusiones Bibliografía
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