“ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO Y POROSIDAD EN SUELOS ARENOSOS”

LABORATORIO # 1

ASIGNATURA:

EXPLOTACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

ING. HERNAN ROJAS PALACIOS

ALUMNO:

DIEGO EDINSON HINCAPIE

COD: 310017

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE PALMIRA

VALLE DEL CAUCA

25-02 -2013

“ANÁLISIS GRANULOMETRICO”

RESUMEN

Para el análisis granulométrico del suelo que se quiere comparar; se hace por tamizado, hasta un tamaño de tamiz de 0,250 mm, (n° 60), y se puede continuar, si es preciso. El tamizado consiste fundamentalmente en disponer una serie de tamices normalizados, uno sobre otro de mayor a menor diámetro de malla y tamizar determinada cantidad de suelo, del que se ha consignado su peso inicial, el cual en dicho ensayo es de 500 grs; tras someter al conjunto de tamices a vibrado mecánico, Se pesa la cantidad de suelo retenida en cada uno de los tamices seleccionados y con dichos valores; se calcula por diferencia de peso total con el retenido, los porcentajes que pasan por cada uno de los tamices, o sea el tanto por ciento del suelo con partículas menores que la abertura del tamiz considerado. Con los resultados obtenidos se obtiene la grafica representada como; La curva granulométrica.

OBJETIVO PRINCIPAL

Determinar los porcentajes de suelo arenoso que pasan por los diferentes tamices de la serie utilizada; para obtener la curva granulométrica.

OBJETIVO ESPECIFICO

Comparar y comprender los datos obtenidos; a través del comportamiento en la curva granulométrica

DEFINICIONES

La ordenación de diversas fracciones del suelo en función del tamaño de sus partículas se denomina análisis granulométrico.

Granulometría: Se define como la relación de porcentajes, en peso, de los distintos tamaños de grano que se encuentran en el suelo, determinados por tamizado, sedimentación, u otros medios.

Los tamices: son una serie de de recipientes cilíndricos (a modo de cacerolas metálicas, con bases en malla de alambre, en diferente diámetro), que sirve para seleccionar los tamaños, por medio de la malla de alambre de aberturas distintas y normalizadas.

INTRODUCCION TEORICA

Se denomina distribución granulométrica de un suelo a la división del mismo, en diferentes fracciones, seleccionadas por el tamaño de sus partículas componentes; las partículas de cada fracción se caracterizan porque su tamaño se encuentra comprendido entre un valor máximo y un valor mínimo, en forma correlativa para las distintas fracciones de tal modo que el máximo de una fracción es el mínimo de la que le sigue correlativamente. En suelos gruesos (gravas, arenas y limos no plásticos), de estructura simple, Una de las razones que han contribuido a la difusión de las técnicas granulométricas es que, en cierto sentido, la distribución granulométrica proporciona un criterio de clasificación. Los conocidos términos arcilla, limo, arena y grava tiene tal origen y un suelo se clasificaba como arcilla o como arena según tuviera tal o cual tamaño máximo.

CLASIFICACION USDA (μ) S.I.C.S. (μ)

Ar Menor de 2 Menor de 2

L 2 - 50 2 – 20

A muy fina 5 – 100

A fina 100 - 250 2 0- 200

A media 250 - 500

A gruesa 500 - 1000 200 – 2000

A muy gruesa 1000 - 2000

La necesidad de un sistema de clasificación de suelos no es discutible, en general los ensayos de granulometría; tienen por finalidad determinar en forma cuantitativa la distribución de las partículas del suelo de acuerdo a su tamaño, pero el profesional ha de buscar uno; en que el criterio de clasificación le sea útil. La forma de la curva, da idea inmediata de la distribución granulométrica del suelo; un suelo constituido por partículas de un solo tamaño estará representado por una Representación de la distribución granulométrica.

La grafica granulométrica se diseña con los porcentajes como ordenadas y tamaños de las partículas como abscisas. Las ordenadas se refieren al porcentaje en peso de las partículas menores, del tamaño correspondiente; La forma de la curva da inmediata idea de la distribución granulométrica del suelo, un suelo constituido por partículas de granulometría uniforme, que corresponde

generalmente a la arenas esta; representado por una línea casi vertical Como una medida simple de la uniformidad de un suelo;

CURVA GRANULOMÉTRICA

Allen Hazen propuso el coeficiente de uniformidad Cu=D60/D10; D60 es el diámetro de las partículas correspondiente al 60% en peso que pasa el tamiz; D10 es el diámetro de las partículas correspondiente al 10% en peso que pasa el tamiz.

En realidad la relación es un coeficiente de no uniformidad pues su valor numérico decrece cuando la uniformidad amerita.

Los suelos con Cu<3 se consideran muy uniformes aun las arenas naturales muy uniformes rara vez presentan Cu<2

Línea vertical, una curva muy tendida indica gran variedad en tamaños (suelo bien graduado).

MATERIALES Y METODOS

500 grs de suelo (arenas)

Juego de tamices n° (4, 8, 20, 40, 60, Fondo)

Balanza de precisión ± 0,1 %

Recipientes metálicos.

Tamizadora (mecánica)

PRECEDIMIENTO.

A. Se selecciona el material secado a temperatura ambiente (arenas) ,y luego se separa la mezcla en cuatro partes iguales, como se muestra en la figura; se mezcla dos de las partes opuestas y descarta las otras dos, Luego de mezclar nuevamente se repite el procedimiento anterior y se utiliza el sobrante; de 500 grs promedio.

B. Se verifica el peso de 500 grs del material; utilizando la pesa digital.

C. Ya con el material dispuesto y el suelo pesado; se ordenan los tamices en forma descendente del N° 4 al Nº60 para la arena; Y se le pone la base o fondo.

D. Después se le agrega el material (arenas); y se coloca su respectiva tapa al tamiz superior y se introduce al agitador mecánico por un tiempo de 5 minutos; el cual es agitado de manera vertical.

E. El material retenido en cada tamiz una vez agitado vigorosamente; se pesa anotando el valor obtenido

Finalmente se pesa el fondo; lo que paso por todos los tamices.Se procede al cálculo de datos y confección de tablas para obtener la curva granulométrica.

CÁLCULO Y EXPRESIÓN DE RESULTADOS

El peso de las partículas retenidas en los diferentes tamices, se expresa como porcentaje respecto al peso seco total del material (arenas).

Los porcentajes acumulados que pasan por cada tamiz se presentan en forma numérica y en forma gráfica.

Pasos a seguir para el cálculo de los resultados son:

Descripción

Se traza una curva logarítmica donde se especifican las porciones granulométricas en % calculadas en cada  tamiz.

Cómo se Expresan?

Los resultados se expresan en peso y porcentaje de material retenido y que, pasa en cada uno de los tamices, y en forma gráfica se lleva los valores obtenidos al gráfico logarítmico.

NOTA: Para obtener datos representativitos del comportamiento del suelo, se deberán efectuar varias pruebas o ensayos de lo que se deduce una acertada comprensión e interpretación de los resultados; siendo necesaria una clasificación de los suelos.

DATOS OBTENIDOS DE LAS MUESTRAS

Muestra N° 1Tabla1

DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO

n° Tamiz Peso Suelo retenido (grs)Peso Suelo retenido

ajustado (grs)4 10,88 11,368 41,84 42,32

20 103,84 104,3240 144,54 145,0260 125,41 125,89

fondo 70,64 71,12

TOTAL SUELO (grs) 497,15 500,0Ajuste peso (grs) a cada tamiz 0,48

ERROR 500−497,15

500=0 ,0057 grs x100=0,5

Tabla 1,1CALCULOS GRANULOMETRICOS

№ TamizDiámetro

(mm)peso Suelo

Retenido (g)% suelo

RetenidoRetenido

acumulado% suelo que pasa

4 4,75 11,36 2,27 2,27 97,738 2,36 42,32 8,46 10,73 89,27

20 0,850 104,32 20,86 31,60 68,4040 0,425 145,02 29,00 60,60 39,4060 0,250 125,89 25,18 85,78 14,22

fondo 71,12 14,22 100,00

Masa total 500,0 100,00

MUESTRA N°2

Tabla 2

DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO

n° Tamiz Peso Suelo retenido (grs)Peso Suelo retenido

ajustado (grs)4 0,71 1,548 1,81 2,64

20 6,78 7,6140 47,03 47,8660 352,38 353,21

fondo 86,32 87,15TOTAL (grs) 495,03 500,0

Ajuste peso (grs) a cada tamiz 0,83

ERROR 500−495,03

500=0 ,0099grs x100=0,9%

Tabla 2,1

CALCULOS GRANULOMETRICOS

№ TamizDiámetro

(mm)peso Suelo

Retenido (grs)% suelo

RetenidoRetenido

acumulado% suelo que pasa

4 4,750 1,54 0,31 0,31 99,698 2,360 2,64 0,53 0,84 99,16

20 0,850 7,61 1,52 2,36 97,6440 0,425 47,86 9,57 11,93 88,0760 0,250 353,21 70,64 82,57 17,43

fondo   87,15 17,43 100,00  Peso total (grs)   500 100,00    

RESULTADOS

GRAFICA DE COMBINACION DE AGREGADOS (ANALISIS DE TAMICES)

0.10 1.00 10.00 0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

100.0%

MUESTRA N°2

MUESTRA N°1

CURVA GRANULOMETRICA

DIAMETRO PARTICULAS (mm)

% S

UE

LO

QU

E P

AS

A E

N P

ES

O

Coeficiente de Uniformidad Muestra

N° 1Cu=

2,7

D10=

0,25

D50=

0,53

D60=

0,68

D90=

2,6

Coeficiente de Uniformidad Muestra N°2

Cu= 1,3D10= 0,25D50= 0,32D60= 0,33D90= 0,45

Se define el coeficiente de uniformidad como:Cu = D60 / D10Siendo Dx la abertura del tamiz por el que pasa el x% de la muestra.El coeficiente de uniformidad está relacionado con el origen del suelo, y cuanto menor es, más uniforme es el suelo.El valor del coeficiente de uniformidad de cada muestra indica mejor uniformidad para muestra N°2 ya que valores del coeficiente de uniformidad inferiores a 5 corresponden a suelos uniformes y los inferiores a 2,5 a suelos muy uniformes.

. ANÁLISIS

Los resultados obtenidos en el laboratorio de granulometría por tamizado confirman a través de la curva granulométrica y obteniendo como base la literatura donde I.T.M clasifican los suelos dependiendo de su diámetro; se muestra el carácter arenoso de las muestras analizadas; Se puede ver en la grafica; que la fracción de arena media es considerable, con el 97% para la muestra N°2 y un restante de 3% de arena gruesa. A diferencia de la muestra N°1, que da como resultado 55% de arena media; 30 % arena gruesa y un restante de 15% de gravilla. De acuerdo a mencionados porcentajes es fácil determinar el rango de diámetro que se encuentran a través de la escala logarítmica.

CONCLUSIÓN

La textura del suelo está determinada por la proporción en la que se encuentran en una determinada muestra de suelo las partículas elementales de varias dimensiones que lo conforman. La determinación de la textura es muy importante ya que de esta depende y ayuda muchas de otras propiedades del suelo. Además conociendo que suelo es podemos saber muchos más de esta como cuidados, usos y características más significativas.

Se realizado esta granulometría no con los procedimientos indicados, con los elementos necesarios para obtener datos cercanos a la realidad, en el caso de la arena para en las dos muestras presenta diferentes porcentajes de material, este debe ser compensado en diferentes tamaños.,

Los porcentajes de retenido y acumulado no deben ser mayores al 100% de la muestra, ya que indicaría que se adiciono muestra, y se tendría que repetir el ensayo, si resulta el 100% o menos que no pase del 1% de error es porque está bien medido, de lo contrario indicaría que hubo desperdicio o quedo en las herramientas utilizadas, para la muestra utilizada resulto dentro del rango de error.

Con esta práctica se identifico si un suelo tiene una fracción granular gruesa o una fracción granular fina.

También se puede  tener características importantes; como son la permeabilidad y la cohesión del suelo, ya que estas características tienen que ver esencialmente con el tamaño del su fracción granular.

El método del tamizado es relativamente fácil para clasificar las muestras de suelos.

“POROSIDAD”

RESUMEN

En el presente laboratorio se mostrara a través de dos muestras de suelo, en este caso, (arenas); donde se harán tres repeticiones por muestra por tanto se especificara, cómo se puede obtener la porosidad total (Nt), porosidad efectiva (Ne), rendimiento especifico (Sy), y retención especifica (Sr); de manera práctica y teórica; lo cual revelara la capacidad de almacenar y transportar el agua en dicho suelo; mostrando resultados diferentes en cada una de las muestras, , a pesar de ser arenas; del cual se utilizaron métodos convencionales; en el que se calcula un volumen total (Vt) de suelo, y un volumen de agua (Vw) . Partiendo de estos dos volúmenes se obtienen datos, con los que se calculan en porcentajes, mencionada porosidad total (Nt)= Sy + Sr.

INTRODUCCIÓN TEORICA

La porosidad es el volumen de poros por cada unidad volumétrica de formación, o sea, es la fracción del volumen de total de una muestra que es ocupada por poros o huecos, el símbolo de la porosidad es n.= V huecos /V total de rocaLa porosidad de las formaciones subterráneas puede variar en alto grado, losCarbonatos densos (calizas y dolomitas) y las evaporitas (sal, yeso, anhidrita), pueden tener una porosidad prácticamente nula; las areniscas bien consolidadas pueden tener porosidades del 10 – 15%, las arenas no consolidadas pueden llegar hasta el 30% o más de porosidad...Las porosidades se clasifican de acuerdo a la disposición física del material que rodea los poros y a la distribución y forma de los mismos. En una arena limpia (sin arcilla) la matriz de roca se compone de granos de arena individuales, con una forma más o menos esférica y apiñada de manera que los poros se encuentran entre los granos. A esta porosidad se le llama intergranular o de matriz; por lo general ha existido en las formaciones desde el momento en que se depositan, por esta razón también se les conoce como porosidad primaria

CAPACIDAD Y RETENCION ESPECÍFICA

La capacidad específica (SY) es la razón entre el volumen de agua que drena desde una muestra de suelo saturado debido a la acción de la gravedad y el volumen total de la muestra. Las moléculas de agua cuelgan desde superficies debido a la tensión superficial del agua. Debido al efecto de la fuerza de gravedad sobre las moléculas de agua presentes en una muestra se producirá el drenaje de este líquido hasta que la fuerza de gravedad es balanceada por la tensión superficial. Al agua que permanece alrededor del material del suelo se le denomina agua pendular.

La retención específica (Sr) de una muestra de suelo es la razón entre el volumen de agua que la muestra puede retener una vez que la fuerza de gravedad ha sido balanceada, y el volumen total de la muestra. Dado que la capacidad específica representa el volumen de agua que una muestra de suelo puede drenar debido a la fuerza de gravedad, es fácil mostrar que la porosidad total es igual a la suma de la capacidad y retención específica: n = Sy +Sr

Si dos muestras son similares en cuanto a su porosidad, pero el tamaño específico de los granos de una de ellas es menor a la otra, el área superficial del material más fino será mayor a la otra. Debido a esta situación, más agua puede ser almacenada como agua pendular en la muestra que contiene una mayor proporción de finos.

SR (suelo fino) >> SR (suelo grueso)

Materiales

Vasos plásticos de 12 onzas

alfiler

Probeta de 100 ml , 500 ml

Cinta adhesiva

Agua

Papel y lápiz

PROCEDIMIENTO PRÁCTICO POR CADA MUESTRA DE SUELO

Paso 1 Se obtiene la muestra representativa de suelo (arenas), homogenizada

secado a temperatura ambiente.

Se adecuan los materiales con los que se realizara el laboratorio. De tal manera que; se dejaran los tres vasos sin perforar y tres se perforaran de manera consecutiva, en su parte inferior con el alfiler, de tal manera que; solo el agua se drene a través de los agujeros y no las arenas. Y por último se le pone cinta adhesiva a cada vaso. Tapando los agujeros.

Paso 2 Se coge la muestra y se determina el volumen de suelo, atreves de una

probeta, teniendo en cuenta no sobrepasar el volumen del vaso en un 80% el cual dejaremos 20% restante del vaso para agregar el agua.

Por otro lado se mide el volumen de agua que se agregara al suelo en una probeta.

Paso 5Se coge cada vaso perforado con su respectiva cinta, y se le agrega el volumen de suelo ya calculado; consecutivamente se le agregara el agua teniendo en cuenta y anotar su volumen hasta que entre en saturación dicho suelo;

Paso 6Ya teniendo Cada vaso saturado, se pasa a retirarle la cinta sin dejar perder lo drenado en cada vaso; lo cual se hace de manera que; se introduce cada vaso perforado por la parte superior, a cada uno sin perforar, y se le dará determinado tiempo, hasta que deje de drenar; al cual se le medirá su volumen drenado para realizar los cálculos posteriores.

DATOS OBTENIDOS Y CALCULOS

FORMULAS

Porosidad total NT = sy+sr

Capacidad especifica (sy)= v drenado / v total

Retención especifica (Sr)= NT - Sr

MUESTRA N°1

DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO DE LA MUESTRA N°1

VOLUMEN (ml)REPETICIONES

1 2 3SUELO TOTAL 210 210 210 AGUA APLICADA 79 77 76 DRENADO 5 4 3RETENIDO 74 73 73

RESULTADOS MUESTRA N°1

PORCENTAJESREPETICIONES1 2 3

POROSIDAD TOTAL( Nt) 37,62 36,7 36,2 POROSIDAD EFECTIVA (Ne) 2,38 1,90 1,43 RENDIMIENTO ESPECIFICO (Sy) 2,38 1,90 1,43 RETENCIÓN ESPECIFICA (Sr) 35,24 34,76 34,76

MUESTRA N°2

DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO DE LA MUESTRA N°2

VOLUMEN (ml)REPETICIONES

1 2 3SUELO TOTAL 210 210 210 AGUA APLICADA 100 100 100 DRENADO 7 6 8

RETENIDO 93 94 92

RESULTADOS MUESTRA N°2

PORCENTAJESREPETICIONES1 2 3

POROSIDAD TOTAL( Nt) 47,62 47,6 47,6 POROSIDAD EFECTIVA (Ne) 3,33 2,86 3,81 RENDIMIENTO ESPECIFICO (Sy) 3,33 2,86 3,81 RETENCIÓN ESPECIFICA (Sr) 44,29 44,76 43,81

Análisis de varianza de un factorRESUMEN

Grupos Cuenta Suma PromedioVarianza    

Columna 1 3 110,48 36,83 0,5291    

Columna 2 3 142,82 47,61 0,0001                 ANÁLISIS DE VARIANZA

Origen de las variaciones

Suma de cuadrados

Grados de libertad

Promedio de los cuadrados F

Probabilidad

Valor crítico para F

Entre grupos174,353669

1 1 174,3536691658,89

1 0,00001377,70864742

1Dentro de los grupos

1,058467725 4 0,264616931

Total175,412136

8 5

Análisis de los resultados;A partir del análisis de varianza se puede observar que la muestra N° 2 presenta un promedio de 47,61% de porosidad total lo cual indica una correcta aireación del suelo y una buena retención de agua, ya que la literatura indica que es conveniente que la porosidad se sitúe entre el 40 % y el 60 %. Valores menores del límite inferior pueden crear asfixia en las raíces, contenidos de agua retenida muy bajos, o ambas cosas a la vez. CONCLUSION

Sin embargo la medida de porosidad que se usa comúnmente en los estudios sobre reservorios, es la razón entre los espacios que ocupan los poros interconectados y el volumen total de la roca, razón a la que se denomina porosidad efectiva.

Bibliografía

Mecánica de Suelos y Cimentaciones 5ª Ed.; Carlos Crespo Villela Pequeños Embalses de Uso Agrícola; Rafael Dal-Ré Tenreiro,Francisco

Ayuga Téllez. Muestreo y descripción de suelos; J. M. Hodson Isótopos ambientales en el ciclo hidrológico: principios y

aplicaciones ; Willem Gerrit Mook Drenaje; Máximo Villón Béjar

Anexos