UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL ESTADO DE MÉXICO FACULTAD DE ARQUITECTURA Y DISEÑO

Manual de Prácticas de Laboratorio de Materiales Practica 4. Análisis Granulométrico INTRODUCCIÓN: El suelo es la composición de partículas de diferentes diámetros y formas. En la caracterización de un suelo, es de gran importancia determinar los rangos de estos diámetros así como las proporciones con su masa, para cada rango de los mismos. Al separar y clasificar los granos por tamaños se hace un análisis granulométrico. El método más utilizado para realizar dicho análisis, es el de granulometría por mallas o “tamices”, el cual es un medio mecánico para definir los diferentes tamaños de las partículas de las que esta compuesto el suelo. Posteriormente se grafica, colocando los diámetros de las partículas, en el eje de las abscisas y el porcentaje que pasa cada malla en las ordenadas. Se obtiene así la curva granulométrica del suelo que será utilizada en la clasificación del mismo.

1.) EQUIPO, APARATOS E INSTRUMENTOS: Balanza con capacidad de 20kg y precisión de 1gr Balanza con capacidad de 2610gr y precisión de 0.01gr. Mallas de acero con la abertura estandarizada que se indica en la tabla 1, con

charolas de fondo y tapa que cumplan con las especificaciones de la NMX-B-231.

Horno de secado de tamaño apropiado y capaz de mantener una temperatura constante de 383K +-5K; (110°C +- 5°C).

Cucharón metálico resistente, no absorbente y con dimensiones suficientes para manipular la muestra.

Charolas metálicas, resistentes y con dimensiones suficientes para extender la muestra.

Recipiente metálico con capacidad para saturar y lavara la muestra. Agitador mecánico de mallas. Debe impartir un movimiento horizontal o lateral

y vertical a las mallas. Cepillo de cerdas, brocha o cepillo de alambre delgado.

2.) PREPARACIÓN Y ACONDICIONAMIENTO DE LAS MUESTRAS Obtener la muestra de acuerdo con lo indicado en el capítulo 2 de la NMX-C-416-ONNCCE-2003, siguiendo los procedimientos de secado, disgregación y Cuarteo descritos. La cantidad de material necesaria para realizar la prueba es como se indica a continuación.

a) Agregado Fino: La muestra de prueba para el agregado fino debe tener una masa, después de secado, de 500gr.

b) Agregado grueso: La muestra de prueba de agregado grueso se debe ajustar a lo indicado en la tabla 2.

3.) CONDICIONES AMBIENTALES: La prueba de granulometría debe realizarse en un local con espacio suficiente y ventilado, sin cambios bruscos de temperatura, y procurando mantener la misma temperatura ambiente durante el ensaye.

4.) PROCEDIMIENTO (Para muestras de material de agregado fino) 4.1. Se seca la muestra a la intemperie, sobre un lugar limpio y terso o al horno por al menos 24 hrs.

4.2. Se deben seleccionar los tamaños apropiados de las cribas para proveer la información requerida por las especificaciones que debe cubrir el material que se está probando. 4.3. Se colocan las cribas en orden de tamaño de abertura decreciente de arriba hacia abajo, terminando con la charola de fondo, colocando la muestra en la malla superior y cubriéndola con su tapa. Se agitan las cribas manualmente o por un aparato mecánico por al menos 5 min. (Al realizar el cribado manual se requiere que la acción dure al menos 10 minutos).

TABLA 2.- Masa de la muestra para el agregado grueso

4.4. Para continuar con el cribado, se toma con una mano la malla individual, provista con un fondo y una tapa en una posición ligeramente inclinada. Se golpea el lado de la malla con rapidez y contra la palma de la otra mano a una velocidad aproximada de 150 veces por minuto, se gira la malla un sexto de una revolución en intervalos de 25 golpes. Se trata de garantizar que toda partícula tenga oportunidad de pasar por las aberturas de mayor tamaño que ellas. 4.5. Se determina la masa de cada tamaño en una báscula o balanza aproximado al 0.1% de la masa seca total y anote su masa respectiva en gramos. La masa total original debe comprobarse después del cribado estrechamente con la masa original. Si la cantidad difiere en más de 0.5% basándose en la masa total de la muestra seca original, los resultados no deben ser utilizados para propósitos de aceptación y la práctica debiera repetirse.

125.0  (5") 300

150.0  (6") 500

90.0   (3 1/2") 100

100.0   (4") 150

112.0   (4 1/2") 200

50.0   (2") 20

63.0   (2 1/2") 35

75.0   (3") 60

19.0   (3/4") 5

25.0   (1") 10

37.5   (1 1/2") 15

Tamaño máximo nominal, aberturas 

cuadradas (mm)

Masa mínima de la 

muestra de prueba (kg)

9.5    (3/8") 1

12.5   (1/2") 2

4.6. Una vez terminado el procedimiento de cribado, pesado y registro, se procede a limpiar con una brocha o cepillo las mallas y depositar el material de la prueba en donde el responsable del laboratorio indique.

5.) MÉTODO MANUAL PARA AGREGADO GRUESO (NO APLICA PARA ESTA PRÁCTICA).

6.) CÁLCULOS. Se debe llenar adecuadamente el formato incluido con esta práctica, capturando los resultados con precisión de 0.1gr. Los datos de la primer columna se refieren al número de las mallas utilizadas y en la segunda columna la abertura de las mismas en milímetros. En la tercera columna del formato, se anotarán las masas de cada malla, mientras que en la cuarta columna se anotan las masas de la malla con la fracción retenida en cada una de ellas. En la quinta columna se calcula el peso de material retenido en cada una de ellas (la diferencia entre la cuarta y tercera columna). TODOS los valores deben estar en gramos. Se calculan los porcentajes que pasan del total retenido, o los porcentajes en las varias fracciones de tamaño con aproximación de 0.1% en base a la masa seca total. Los porcentajes retenidos (columna 6) para cualquier malla (i) se obtienen dividiendo la masa retenida en la malla entre la masa total de la muestra y se multiplica por cien.

%

100

Para los porcentajes retenidos acumulados (columna 7) se suma el porcentaje retenido de la malla donde se está calculando y se suma el porcentaje retenido en la malla anterior y así sucesivamente.

La octava columna del formato, que es el porcentaje de finos que pasan por cada malla, se calcula de la siguiente forma: Para el primer renglón al “100 %” se le resta el porcentaje retenido acumulado, en dicha malla que es el primer renglón de la 7ª columna, para el segundo renglón de la 8ª columna se resta a 100 % el segundo renglón de la 7ª columna que es el retenido de la segunda malla, y así para el resto de los porcentajes.

% 100% % Ya obtenidos los porcentajes que pasan en cada una de las mallas, se grafica en una escala semilogarítmica donde los tamaños de las partículas se colocan en el eje de las abscisas, y los porcentajes del material que pasa en el eje de las ordenados como se ilustra en la gráfica. También se calculan los porcentajes de material que corresponde a los diferentes tamaños definidos por el S.U.C.S (parte inferior del formato). La masa de los materiales finos se refiere a la cantidad de material que pasa por la malla No. 200 (partículas de suelo menores a 0.075mm). La mase de la arena se refiere a la suma del material retenido en las mallas No. 100, No 80, No. 40, No.20 y No. 10. Es decir partículas de un tamaño comprendido entre (4.75mm y 0.075mm) La masa de la grava se refiere a la suma de las masas del material retenido en las mallas de 2” y la malla No. 4. Es decir partículas entre 3” y 4.75mm de diámetro. Para fines de clasificación de un suelo, se deben calcular los coeficientes de uniformidad (Cu) y de curvatura (Cc) que se emplean para la graduación de un material en función del tamaño de sus partículas en milímetros (mm) de cada uno de los retenidos, aplicando las siguientes fórmulas:

D6010

D30

60 10

Donde: Cu es el coeficiente de uniformidad del material, (número adimensional) Cc es el coeficiente de curvatura del material, (número adimensional) D10, D30 y D60 son los que representan los tamaños de las partículas de suelo en

milímetros (mm) que en la gráfica de composición granulométrica corresponden al 10, 30 y 60 por ciento del material que pasa a la siguiente malla respectivamente. Es decir, D10, D30 y D60 son las abscisas de la gráfica granulométrica donde intersectan los valores “10, 30 y 60%” respectivamente.

7.) INFORME El informe debe incluir como mínimo la siguiente información:

Porcentaje total del material que pasa en cada malla. Porcentaje total del material retenido en cada malla.

Porcentaje del material retenido en cribas consecutivas. Procedencia de la muestra Localización de la muestra Registro de sondeos o pozo Profundidad de la que se obtuvo muestra Masa de la muestra Fecha de muestreo Clasificación de la muestra

8.) OBSERVACIONES SOBRE EL PROCEDIMIENTO Entre los puntos de cuidado, se debe tratar de no perder la masa de la muestra

durante el proceso de cribado, de desensamble de las cribas, y de pesado de las mismas, se recuerda que una pérdida mayor a 0.5% del material total induce errores en la prueba que no son aceptables.

El total de la muestra al que se hace referencia es obtenido de un procedimiento adecuado de muestreo en campo, disgregación y cuarteo en laboratorio. (Dichos procedimientos serán realizados previamente por el responsable del laboratorio).

En caso de que el material presente cantidades considerables de material fino (material que pasa por la malla No 200), o de material grueso (material retenido en la malla No. 4); el procedimiento descrito en esta práctica es insuficiente para tener los datos correctos para el tipo de suelo que se trate.

EJEMPLO DE CÁLCULO Y GRÁFICA DE COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA:

Tabla 1. Resultados del análisis granulométrico

Pulg mm

% parcia l  

retenido

% tota l  

retenido

% que  

pasa

2" 50.0 0.0 0 100

1 1/2" 37.5 0.0 0 100

1" 25.0 0.0 0 100

3/4" 19.0 0.0 0 100

1/2" 12.7 0.0 0 100

3/8" 9.50 1.0 1 99

No. 4 4.45 4.5 5.5 94.5

No. 10 2.000 1.7 7.2 92.8

No. 20 0.850 2.8 10 90

No. 40 0.425 3.2 13.2 86.8

No. 60 0.250 6.1 19.3 80.7

No. 100 0.150 8.4 27.7 72.3

No. 200 0.075 9.3 37 63.0

D10 = s in dato D30 = s in dato

D60 = s in dato en mm

Cu =No apl ica Cc = No apl ica

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0100.1001.00010.000100.000

%  que pasa la malla en peso

DIÁMETRO DE LA PARTÍCULA EN mm.

GRÁFICA DE COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA

GRAVAS ARENAS FINOS