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Facultad de Ingeniería y Arquitectura
Análisis granulométrico por sedimentación
Mecánica de suelos I Cajamarca, mayo del 2011
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Métodos de sedimentación
Estos métodos se basan en que la velocidad de sedimentación de las
partículas en un líquido es función de su tamaño.
Existen dos métodos: análisis granulométrico por sifonaje y análisis
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granulométrico con densímetro.
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Ensayo: análisis granulométrico por sifonaje
Se utiliza cuando el material es fino (arcillo limoso). Con este método se
determina la cantidad de limo y la cantidad de arcilla que contiene una
muestra de suelo.
Equipo
- Dispersor eléctrico
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- Dispersor eléctrico
- Probeta de 5 ml.
- Probeta de 100 ml
- Disco metálico o de madera
- Manguera para sifonear
- Estufa
- Tamices N°10, N°40, N°200
- Cápsula de porcelana
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Procedimiento
- Secar la muestra
- Pesar la muestra seca (Ws)
- Separar el material mediante la malla
N°10, el material retenido es grava, el
material que pasa es arena, limo y
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material que pasa es arena, limo y
arcilla.
- Pesar el material que pasa la malla N°
10 (Wi), colocar en el dispersador
eléctrico agregar agua y 5 ml. de
silicato de sodio, luego mezclar durante
15 minutos.
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- Vaciar la mezcla del dispersador
a una probeta de 1000 ml. luego
agregar agua hasta una altura de
20 cm., agitar durante 1 minuto.
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- Dejar reposar la probeta con la
muestra durante 30 minutos
considerando que el tamaño de
las partículas del limo están
comprendidas entre 0.075 mm y
0.002 mm. (AASHTO)
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- Colocar el disco metálico en la
probeta hasta donde se encuentra
el material sedimentado, luego
sifonear con la manguera el agua
con el material que ha quedado en
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suspensión.
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- Sacar la muestra sedimentada, secar en la estufa durante 24 horas a 105°C
- Pesar la muestra seca (Wf)
- Determinar la cantidad de arcilla por diferencia de pesos Warcilla = Wi – Wf
- La muestra sedimentada seca se tamiza en las mallas N°40 y N°200.
- El material retenido en la malla N°40 es arena grue sa
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- El material que pasa la malla N°40 y se retiene en l a malla N°200 es arena
fina
- El material que pasa la malla N°200 es limo.
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Ejemplo: determinar la cantidad de arena gruesa, arena fina, limo y
arcilla de un suelo que fue sometido al ensayo de análisis
granulométrico por sifonaje, obteniéndose los siguientes resultados
Peso total de la muestra seca que pasa N°10 80.4 gr.
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Peso de material retenido en la malla N°40 5.8 gr.
Peos de material retenido en la malla N°200 26.5 gr.
Peos de material que pasa la malla N°200 17.3 gr.
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Ws:80.4 gr.
Malla Malla(mm) P.R.P (gr) % R.P. % R.A % PASA
N° 40 0.42
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N° 40 0.42
N°200 0.074
Limo 0.002
Arcilla 0.0002
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Ensayo: análisis granulométrico utilizando densíme tro
Se utiliza en material fino
(arcillo limoso). Con este
método se determina el
tamaño de las partículas de
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limo y de las partículas de
arcilla que contiene una
muestra de suelo. Además se
puede dibujar la curva
granulométrica.
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Ensayo: análisis granulométrico utilizando densímetro
Este ensayo se realiza por sedimentación, consta de tres partes:
calibración del densímetro, corrección de las lecturas del densímetro por
menisco y defloculante y ejecución del ensayo.
� Calibración del densímetro
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� Calibración del densímetroEquipo
- Densímetro
- Probeta de vidrio de 1000 ml.
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Procedimiento
• Determinar el área de la probeta de 1000 ml. (Ap)
- Medir el volumen entre 2 graduaciones (Vp)
- Medir la distancia comprendida entre las 2
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- Medir la distancia comprendida entre las 2
graduaciones (L)
- Determinar el área Ap = VpL
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• Determinar el volumen del
bulbo del densímetro (Vb)
- Colocar un volumen
determinado de agua en la
probeta (Vi)
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- Sumergir el densímetro en la
probeta y determinar el nuevo
volumen (Vf)
- Determinar el volumen del
bulbo Vb = Vf – Vi
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• Medir la longitud del bulbo (h)
• Medir la distancia entre el
extremo superior del bulbo y
las distintas graduaciones del
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vástago, las cuales
pertenecen a las diferentes
lecturas del peso especifico
relativo (H1)
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• Calcular las alturas H que corresponden
a las alturas del peso específico relativo
de la suspensión.
H = H1 + 1 / 2 * ( h – Vb/Ap)
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• Estos valores H se anotan en el lado
derecho del nomograma lo cual viene
hacer la escala para el densímetro en
uso (por lo que se precisa un
nomograma para cada densímetro)
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� Corrección de las lecturas del densímetro por deflo culante y menisco
• Corrección de las lecturas del densímetro por deflo culante
Material
- 5 ml. de defloculante (silicato de sodio)
- Agua
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- Agua
Equipo
- Probeta de 1000 ml. (debe ser la misma que se utilizó para calibrar el
densímetro.
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Procedimiento
- Colocar agua en la probeta de 1000 ml,
añadir 5 ml de defloculante, agregar agua
hasta la marca de 1000 ml. y determinar
la densidad de la suspensión con el
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la densidad de la suspensión con el
densímetro (c’d)
- Determinar la corrección por defloculante.
Cd = (C’d – 1)*1000
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• Corrección de las lecturas del densímetro por menis coEquipo
- Probeta de 1000 ml.
- Densímetro
Procedimiento
- Colocar agua en la probeta hasta la marca de
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1000 ml. luego colocar el densímetro
- Realizar una lectura en la parte superior del
menisco (Ls)
- Realizar una lectura en la parte inferior del
menisco (Li)
- Determinar la corrección por menisco mediante
la siguiente expresión: Cm = ( Ls – Li) *1000
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� Ensayo de sedimentación
Material
- 5 ml. de defloculante (silicato de sodio)
- muestra seca cuyas partículas pasen la malla N°80,
generalmente se trabaja con material que pasa la malla N°200
(0.074 mm.)
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Equipo
- Probeta de 1000 ml. (debe ser la misma que se utilizó para
calibrar el densímetro)
- Densímetro
- Dispersador eléctrico
- Estufa con control de temperatura
- Cápsula de porcelana
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Procedimiento
- Secar la muestra en la estufa a
50 °C.
- Pesar la muestra seca (Ws)
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aproximadamente 40 a 60 gr.
- En el dispersador eléctrico
colocar la muestra, agregar agua
y 5ml de defloculante, mezclar
durante 15 minutos.
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- Vaciar la mezcla del dispersador a la probeta,
agregar agua hasta la marca de 1000 ml, luego
agitar durante 1 minuto.
- Colocar la probeta en reposo y empezar a tomar las
lecturas con el densímetro (g), de acuerdo a los
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lecturas con el densímetro (g), de acuerdo a los
siguientes tiempos (t) 15”, 30”, 1’, 2’, 4’, 8’, 15’, 30’,
1h, 2h, 4h, 8h,16h, 24h, 48h, etc. así mismo se
registra la temperatura (T) en cada lectura realizada
con el densímetro.
NOTA: Después de cada lectura se sacará el densímetro para lavarlo
y secarlo, excepto hasta lecturas de los 2 primeros minutos.
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- Determinar el coeficiente
de corrección por
temperatura (Ct) según
ábacos o tablas (existen
ábacos o tablas para
Temperatura(° C)
Densímetro calibrado a15° C 20° C
10 - 0.5 - 1.2511 - 0.4 - 1.1812 - 0.3 - 1.1013 - 0.2 - 1.014 - 0.1 - 0.8815 0.0 - 0.7716 + 0.1 - 0.64
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ábacos o tablas para
densímetros calibrados
a 15°C y a 20°C.)
16 + 0.1 - 0.6417 + 0.2 - 0.518 + 0.4 - 0.3919 + 0.5 - 0.1920 + 0.7 0.021 + 0.9 + 0.1922 + 1.1 + 0.3723 + 1.3 + 0.5824 + 1.5 + 0.8025 + 1.8 + 1.0226 + 2.0 + 1.2827 + 2.2 + 1.51
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- Determinar el diámetro de las partículas según ábaco.
- Determinar los porcentajes correspondientes a cada diámetro de las
partículas:
% = 100 * γs * (R + Ct – Cd – Cm)
Ws (γs – 1 )
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Ws (γs – 1 )
R = (g- 1)*1000
Ws: peso de la muestra seca
γs : peso específico de la muestra (se determina mediante la fiola)
Cd : corrección de la lectura del densímetro por defloculante
Ct : coeficiente de corrección por temperatura
Cm: corrección de la lectura del densímetro por menisco
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- Si es un análisis granulométrico combinado (método de cribado y
método de suspensión) se debe determinar el porcentaje del total de la
muestra, mediante la siguiente expresión:
% del total = X * Y
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100
X: % material pasa malla N°200 determinado en análi sis
granulométrico por lavado
Y: % averiguado en el ensayo de sedimentación.
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Ejemplo dibujar la
curva granulométrica
de un suelo que ha
sido sometido al
ensayo de
A. Calibración del densímetro
a.1 Area de la probeta
Vp (cm3) 300L (cm) 10.7Ap (cm2)
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sedimentación con
densímetro. Se utiliza
densímetro calibrado a
20°C.
a.2 Volumen del bulbo del densímetro
Vi (cm3) 800.00Vf (cm3) 828.00Vb (cm3)
a.3 Longitud del bulbo del densímetro
h (cm) 12.00
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a.4 Valores de H1 y H
Graduaciones H1 H
Densímetro
1.00 13.00
1.01 11.80
1.02 10.60
H = H1 + 1 / 2 * ( h – Vb/Ap)
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1.02 10.60
1.03 9.40
1.04 8.20
1.05 7.00
1.06 5.80
1.07 4.60
1.08 3.40
1.09 2.20
1.10 1.00
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B. Corrección de las lecturas del densímetro por de floculante y menisco
b.1 Corrección de las lecturas por defloculante
C'd 1.0030Cd
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b2. Corrección de las lecturas del densímetro por m enisco
Ls 0.999Li 0.998
Cm
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C. Ensayo de sedimentación Densímetro calibrado a 20°CWs = 50 Cm = 1.0
Cd = 3 γs = 2.53
Tiempo (t)
Densidad (g)
Temp. (°C)
Ct R (g-1)*100
R + Ct -Cd -Cm
Díametro %
15 " 1.0345 16.030 " 1.03 16.001 ' 1.026 16.0
% = 100 * γγγγs * (R + Ct – Cd – Cm)
Ws (γγγγs – 1 )
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01 ' 1.026 16.002 ' 1.023 16.005 ' 1.018 16.015 ' 1.0165 16.030 ' 1.015 16.001 h 1.0145 16.002 h 1.0135 17.004 h 1.0115 17.008 h 1.0105 17.016 h 1.010 17.024 h 1.009 16.048 h 1.008 16.0
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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO CON DENSIMETRO
100
Por
cent
aje
que
pasa
(%
)
Fina Media Grue Fina Gruesa
Arena Grava
Arcilla y limo
N° 200 N° 40 N° 10 N° 4 3/4 " 3 "
Mecánica de suelos I Cajamarca, mayo del 2011
0
20
40
60
80
0.001 0.010 0.100 1.000 10.000 100.000
Diámetro de partículas (mm)
Por
cent
aje
que
pasa
(%
)
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Ejemplo: Los siguientes datos del ensayo por tamizado vía húmeda son de la
muestra de suelo que fue sometida al ensayo por sedimentación con densímetro
del ejemplo anterior. Se pide dibujar la curva granulométrica total.
MUESTRA : 500.00 gr.TAMIZ PRP %RP %RA % QUE
N° ABER.(mm) (gr) PASA3/4" 19.00 40.8
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3/4" 19.00 40.81 /2 " 12.70 6.301/4" 6.35 19.70N°4 4.75 4.00
N°10 2.00 15.30N°20 0.85 7.70N°30 0.59 8.20N°40 0.42 10.80N°60 0.25 26.70
N°100 0.15 119.20N°200 0.075 43.20
CAZOLETA -.- 198.10TOTAL
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C. Ensayo de sedimentaciónWs = 50 % pasa N° 200 = 39.62Cd = 3 Cm = 1.0 γs = 2.53
Tiempo (t)
Densidad (g)
Temp. (°C)
Ct R R + Ct -Cd-Cm
Díametro % % del total
15 " 1.0345 16.030 " 1.03 16.001 ' 1.026 16.0
% del total = X * Y100
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01 ' 1.026 16.002 ' 1.023 16.005 ' 1.018 16.015 ' 1.0165 16.030 ' 1.015 16.001 h 1.0145 16.002 h 1.0135 17.004 h 1.0115 17.008 h 1.0105 17.016 h 1.010 17.024 h 1.009 16.048 h 1.008 16.0
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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO COMBINADO
80
100
Por
cent
aje
que
pasa
(%
)
Fina Media Gruesa Fina Gruesa
Arena GravaLimo y arcilla
N° 200 N° 40 N° 10 N° 4 3/4 " 3 "
Mecánica de suelos I Cajamarca, mayo del 2011
0
20
40
60
80
0.001 0.010 0.100 1.000 10.000 100.000
Diámetro de partículas (mm)
Por
cent
aje
que
pasa
(%
)
por lavado por sedimentación