ANLISIS GRANULOMTRICO ASTM D-422

OBJETIVO Determinar cuantitativamente la distribucin de tamaos de partculas de un suelo (granular o cohesivo) hasta la malla No.200 (0,075 mm). Obtener la distribucin granulomtrica de suelos cuyas partculas se encuentran principalmente desde la malla No.200 hasta alrededor de 0,001 mm y determinar el porcentaje de arcilla. Utilizar los procedimientos de sedimentacin para la obtencin de una curva granulomtrica de un suelo en estudio (Hidrmetro). EQUIPO

Fig. 5. Hidrmetro

Balanzas Tamices con malla cuadrada con las especificaciones ASTM E-11, son su tapa y charola. Incluir 3 (76,1 mm), 1 (38,1 mm), (19,0 mm), 3/8 (9,51 mm), No.4 (4,76 mm), No.10 (2,0 mm), No.40 (0,425 mm) y No.200 (0,075 mm) Aparato agitador mecnico Hidrmetro tipo 151H o 152H conforme especificaciones ASTM E-100. Cilindro de vidrio para sedimentacin, de unos 45 cm de alto, marcado para un volumen de 1000 cm3 a 20 C. El dimetro debe ser tal que la marca de 1000 mL est a 36 cm 2cm del fondo interior. Batidora para dispersar el suelo Termmetro de inmersin, 0,5 C Utensilios de uso general: horno, beaker, cpsulas, etc. Agente dispersante: Hexametafosfato de Sodio (NaPO3): 125 mL por litro de suspensin de una solucin cuya concentracin sea de 40 g/L. DESCRIPCIN DE LA MUESTRA Procedencia, profundidad, estado de la muestra en el laboratorio, color, forma, tamao, olor y nmero de muestra.

PROCEDIMIENTO A. Anlisis de la Fraccin Gruesa por Lavado y Tamizado. 1. Se toma una muestra de suelo de aproximadamente 500 g y se deja en remojo de un da

para otro (este paso solo es necesario si el suelo posee grumos los cuales deben ablandarse previamente).

2. Se coloca la muestra en el tamiz No.200 y se lava cuidadosamente el material a travs

del tamiz utilizando agua comn hasta que el agua que pasa a travs de este mantenga su transparencia. Cuidar de que no se pierda ninguna de las partculas retenidas en el tamiz.

3. Se coloca el suelo retenido en la malla, en una bandeja y se pone a secar la muestra en

el horno a una temperatura de 60 C, por espacio 24 h. Esta temperatura es por si el suelo contiene material orgnico u otras sustancias cuya composicin pueda ser alterada a la temperatura de 110 C.

4. Se pesa el contenido de la bandeja para obtener el peso total de la muestra de suelo,

una vez que la temperatura se haya equilibrado con la del ambiente. 5. Se tamiza la parte gruesa a travs de una columna formada por los tamices 3/4, No.4,

No.10, No.40, No.100 y No.200 y la charola, puestos de abajo hacia a arriba, en orden creciente segn la abertura de la malla.

Fig. 6.Tipo de tamiz

6. Se agita el conjunto de unos 5 min a 10 min. (de arriba-abajo y giratoria

simultneamente, para garantizar varias orientaciones de las partculas y as tengan mayor oportunidad de pasar a travs del tamiz)

7. Se pesa lo retenido en cada tamiz con una precisin de 0,5 g, teniendo cuidado al

limpiar cada tamiz y de apuntar las pesadas en un cuadro apropiado. Se suma los pesos y se comparan con el total obtenido anteriormente.

8. Con la ayuda de un cuadro se calculan los porcentajes retenidos, el porcentaje retenido

acumulado y los porcentajes pasando; para dibujar la curva granulomtrica. donde: % Ret.= (Wret / Wmuestra original ) * 100, Ret.Acum.= Wret hasta malla especfica % Pas.= 100 - %Ret.Acum. Notas: La prdida mxima aceptable es de 2 %. Despus de lavado no ms del 0,5 % pasando malla No.200.

B. Anlisis de la Fraccin Fina. (Anlisis por sedimentacin). 1. Se toman 50 g de limo y/o arcilla o 100 g si se trata de un suelo esencialmente granular,

tamizado previamente a travs de la malla No.10 y en estado seco. 2. Se coloca el suelo en un envase de 250 cm3 y se aaden 125 cm3 de solucin de un

dispersante (NaPO3). 3. Se homogeneiza la mezcla y se deja en reposo 24 h (esta operacin la encontrar el

alumno ya realizada al comenzar la prctica). 4. Se introduce la mezcla de suelo y dispersante con alguna cantidad de agua destilada

(unos 150 cm3) en el agitador y se le deja batir por un perodo de 1 min. Debe tenerse cuidado de no dejar residuos en el envase, adems de no llenar demasiado el vaso.

5. Se prepara el cilindro patrn de control con agua comn y 125 mL de solucin

dispersante. 6. Se transfiere el contenido del vaso de la batidora a un cilindro de sedimentacin (probeta

de 1000 cm3), lavando cualquier residuo con agua destilada. Debe completarse con agua hasta la capacidad calibrada, es decir que el volumen de la suspensin sea de 1000 mL.

Fig. 7. Hidrmetro y probeta de 1000ml

7. Se coloca un tapn en la boca de la probeta se presiona con la mano en la boca y se

bate manualmente hasta que se homogeneice la mezcla. Para esto invierta el cilindro varias veces durante 1,0 min.

8. Inmediatamente se coloca el cilindro rpida y cuidadosamente en el sitio destinado para

el ensayo, se pone en marcha el cronmetro y se sumerge el hidrmetro en el interior de la probeta. Tomar lecturas a 15 s y 30 s,1 min, 2 min y 4 min.(sin sacar el hidrmetro del interior de la probeta) Luego se saca el hidrmetro y se agita el contenido del cilindro cuantas veces sea necesario hasta que las medidas a los 15 s, 30 s, 1 min, 2 min y 4 min sean constantes. Debe tomarse igualmente la lectura del termmetro.

9. Se toman a continuacin lecturas del hidrmetro a los 8, 15, 30 y 60 minutos, 2, 4, 8, 16,

24, 32, 64 y 96 horas. Despus de los 15 min se saca el hidrmetro y se sumerge unos 30 s. antes de cada lectura. Determnese adems la temperatura de la suspensin. No dejar el hidrmetro dentro de la suspensin porque se adhieren partculas de la muestra en su superficie.

10. Se coloca el hidrmetro y el termmetro en el cilindro de control y se toma la lectura para la correccin del hidrmetro por menisco. Este cilindro de control debe estar lleno de agua destilada.

Para esto se observa la diferencia de nivel entre la superficie del agua y el tope del menisco formado alrededor del vstago.

11. Despus de la ltima lectura con el hidrmetro, se vierte la suspensin y el suelo

sedimentado sobre la malla No.200 y se lava con agua abundante hasta que este salga claro.

12. Se recoge el contenido de la malla y se pone a secar en una cpsula por espacio de 24

h. 13. Basndose en las lecturas del hidrmetro se determina, mediante la recta de tarado del

mismo, la altura de cada L. Dicha altura de cada es la distancia desde el centro de gravedad del hidrmetro a la superficie del lquido.

14. Antes de proceder a los clculos, las lecturas de hidrmetro debern ser corregidas por

menisco, por temperatura y por defloculante y punto cero. (Ver cuadro E) 15. La correccin por temperatura corresponde a cada lectura del hidrmetro y el valor del Ct

se obtiene de la cuadro adjunta. (Ver cuadro C) 16. La correccin por defloculante y punto cero se realiza en una probeta llena de agua

destilada ms una cantidad de defloculante igual a la que se utiliz en el ensayo. Se introduce el hidrmetro dentro del cilindro y se deja que la temperatura de este iguale a la temperatura de la solucin. Anotar la temperatura y la lectura.

17. Ya con las lecturas corregidas se obtiene el dimetro de las partculas de suelo en

suspensin en el instante t, a travs de la siguiente expresin:

D= (30 x ) /[(g x (G-G1) ] x L/T

D= K x L/T donde:

g: aceleracin gravitacional: 980 cm/s : coeficiente del medio en suspensin (en este caso agua destilada Ver cuadro A) L: profundidad de inmersin efectiva del hidrmetro (cm). T: tiempo transcurrido (min). G: peso especfico de las partculas de suelo G1:peso especfico del medio en suspensin (igual a la unidad para efectos prcticos)

Notas: Los valores del coeficiente K (Es una constante que des funcin de la temperatura, de la

suspensin y de la gravedad especfica de la muestra)aparecen tabulados en funcin de la temperatura de la suspensin y del peso especfico del suelo en cuadros.(Ver cuadro D)

Los valores de la profundidad efectiva para los hidrmetros del tipo ASTM aparecen

tabulados en cuadros. 18. Finalmente se calcula el porcentaje de suelo en suspensin (porcentaje ms finos) en el instante t.

%Pas = ((Rc x a) / Ws ) 100

Donde:

Ws: peso seco del suelo empleado en el ensayo Rc: lectura del hidrmetro corregida (granos de suelo en suspensin)

Rc= Rreal - Ccero y defloculanteCtemperatura a:coeficiente de correccin en funcin del peso especfico del suelo. (Ver cuadro B)

19. Los resultados obtenidos en ambas partes del ensayo, debe integrarse para dar lugar a una sola curva granulomtrica.

Cuadro A Propiedades del agua destilada

Temperatura C Peso Unitario del Agua (g/cm3) Viscosidad Agua (Poises)*

4 1.00000 0.01567 16 0.99897 0.01111 17 0.99880 0.01083 18 0.99862 0.01056 19 0.99844 0.01030 20 0.99823 0.01005 21 0.99802 0.00981 22 0.99780 0.00958 23 0.99757 0.00936 24 0.99733 0.00914 25 0.99708 0.00894 26 0.99682 0.00874 27 0.99655 0.00853 28 0.99627 0.00836 29 0.99598 0.00818 30 0.99568 0.00801

Cuadro B Factores de correccin a para el peso unitario de slidos.

Peso unitario de los slidos del suelo (g/cm3) Factor de correccin a 2.85 0.96 2.80 0.97 2.76 0.98 2.70 0.99 2.65 1.00 2.60 1.01 2.55 1.02 2.50 1.04

* Poise = (dina * s) / cm2 = g / (cm * s)

Cuadro C Factores de correccin por Temperatura (Ct) TEMPERATURA C CT

15 -1.10 16 -0.90 17 -0.70 18 -0.50 19 -0.30 20 0.00 21 0.20 22 0.40 23 0.70 24 1.00 25 1.30 26 1.65 27 2.00 28 2.50 29 3.05 30 3.80

Cuadro D Valores K para combinaciones de pesos unitarios y temperaturas. Temp C Peso unitario de slidos del suelo 2.50 2.55 2.60 2.65 2.70 2.75 2.80 2.85 16 0.0151 0.0148 0.0146 0.0144 0.0141 0.0139 0.0137 0.0136 17 0.0149 0.0146 0.0144 0.0142 0.0140 0.0138 0.0136 0.0134 18 0.0148 0.0144 0.0142 0.0140 0.0138 0.0136 0.0134 0.0132 19 0.0145 0.0143 0.0140 0.0138 0.0136 0.0134 0.0132 0.0131 20 0.0143 0.0141 0.0139 0.0137 0.0134 0.0133 0.0131 0.0129 21 0.0141 0.0139 0.0137 0.0135 0.0133 0.0131 0.0129 0.0127 22 0.0140 0.0137 0.0135 0.0133 0.0131 0.0129 0.0128 0.0126 23 0.0138 0.0136 0.0134 0.0132 0.0130 0.0128 0.0126 0.0124 24 0.0137 0.0134 0.0132 0.0130 0.0128 0.0126 0.0125 0.0123 25 0.0135 0.0133 0.0131 0.0129 0.0127 0.0125 0.0123 0.0122 26 0.0133 0.0131 0.0129 0.0127 0.0125 0.0124 0.0122 0.0120 27 0.0132 0.0130 0.0128 0.0126 0.0124 0.0122 0.0120 0.0119 28 0.0130 0.0128 0.0126 0.0124 0.0123 0.0121 0.0119 0.0117 29 0.0129 0.0127 0.0125 0.0123 0.0121 0.0120 0.0118 0.0116 30 0.0128 0.0126 0.0124 0.0122 0.0120 0.0118 0.0117 0.0115 Cuadro E Valores de L (profundidad Efectiva) a usar en frmula de Stokes en la determinacin de dimetros de partculas con el hidrmetro ASTM 152H

Lectura original de hidrmetro (corregida por

menisco)

Profundidad Efectiva L (cm)

Lectura original de hidrmetro (corregida por

menisco)

Profundidad Efectiva L (cm)

Lectura original de hidrmetro (corregida por

menisco)

Profundidad Efectiva L (cm)

0 16.3 21 12.9 42 9.4 1 16.1 22 12.7 43 9.2 2 16.0 23 12.5 44 9.1 3 15.8 24 12.4 45 8.9 4 15.6 25 12.2 46 8.8 5 15.5 26 12.0 47 8.6 6 15.3 27 11.9 48 8.4 7 15.2 28 11.7 49 8.3 8 15.0 29 11.5 50 8.1 9 14.8 30 11.4 51 7.9

10 14.7 31 11.2 52 7.8 11 14.5 32 11.1 53 7.6 12 14.3 33 10.8 54 7.4 13 14.2 34 10.7 55 7.3 14 14.0 35 10.5 56 7.1 15 13.8 36 10.4 57 7.0 16 13.7 37 10.2 58 6.8 17 13.5 38 10.1 59 6.6 18 13.3 39 9.9 60 6.5 19 13.2 40 9.7 20 13.0 41 9.6

UNIVERSIDAD DE COSTA RICA LABORATORIO NACIONAL DE MATERIALES Y MODELOS ESTRUCTURALES

ANLISIS DE HIDRMETRO (ASTM - D422) Hidrmetro N Gs de slidos = a = Agente Dispersante:

Cantidad = Peso del Suelo Ws =

Correccin de Cero Correccin de Menisco:

FECHA

HORA DE LA

LECTURA

TIEMPO TRANSCURRIDO

( min)

TEMP C

LECTURA REAL

HIDRMETRO(Rr)

LECTURA CORREGIDA

HIDRMETRO (RC)

% Ms Fino

Hidrmetro corregido solo por Menisco

(R)

L De la

Cuadro*

L/T

K De la

Cuadro**

D (mm)

* Ver Cuadro E adjunta ** Ver Cuadro D adjunta

Rc = Rr - Correccin de Cero + Cr % Ms Fino = (Rc * a) / Ws D = k * (L/t)