Granulometria por Sedimentación

Expositor: Antioco Quiñones Villanueva

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TALLER BÁSICO DE

MECÁNICA DE SUELOS

Análisis Granulométrico por Sedimentación

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniería Civil

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Marzo 2006 Curso Taller de Mecánica de Suelos LMS-FIC-UNI


Laboratorio de Mecánica de Suelos GRANULOMETRIA POR SEDIMENTACION

Análisis Granulométrico Por SedimentaciónASTM D422

El análisis hidrométrico se usa para obtener un estimado de la distribución e basa en la ley de Stokes. Se asume que la ley de Stokes puede ser aplicada a una masa de suelo dispersado, con partículas de varias formas y tamaños.

El hidrómetro se usa para determinar el porcentaje de partículas de suelos dispersados, que permanecen en suspensión en un determinado tiempo.



Laboratorio de Mecánica de Suelos GRANULOMETRIA POR SEDIMENTACION

METODOS DE ENSAYOS:

METODO A:Se usa si más del 80% del material pasa por la malla Nº 200. Este método se explicará en detalle y más adelante se hará alguna explicación del otro método.

METODO B:Si menos del 80% de material es retenido por la malla Nº 200 y/o se encuentre material superior en tamaño a la malla Nº 10.


Laboratorio de Mecánica de Suelos EQUIPO


• Tamices Nº 10 y Nº 200.• Balanza con sensibilidad de 0.1 gramo.• Aparato agitador. • Hidrómetro 152H.• Cilindro de Sedimentación de 1000 cm3.• Agente dispersivo (hexametafosfato sodio, NaPO3).• Termómetro.• Muestra representativa del suelo.




Balanza digital

Tamiz Nº 10

Cilindro de Sedimentación de 1000 cm3.



Febrero 2006 Curso Taller de Mecánica de Suelos LMS-FIC-UNI

Agente dispersivoAparato agitador.




Hidrómetro 152H y termómetro

Frasco volumétrico para preparar la

mezcla.


Laboratorio de Mecánica de Suelos PROCEDIMIENTO


FASES DEL ENSAYO:1. Preparar la muestra.2. Preparar solución agua mas defloculante.3. Mezclar solución con la muestra. Dejar reposar.4. Batir la mezcla. Colocar en el cilindro de sedimentación.5. Colocar el hidrómetro e iniciar la toma de datos.6. Calcular Gs de la muestra.7. Realizar la lectura hidrómetro en agua + defloculante.8. Realizar la lectura hidrómetro en agua.9. Correcciones y cálculos.


Laboratorio de Mecánica de Suelos 1. Preparación de la Muestra


• Secar la muestra en el horno.

• Tamizar por la malla Nº 10.

• Se toma 50 grde muestra.

Cernido por la malla Nº 10


Laboratorio de Mecánica de Suelos 2. Preparación de la Solución


• Pesar 5.0 gr de defloculante.

• Medir 125 ml de agua destilada.

• Mezclar ambos componentes.

Componentes de la solución.

Agitado de la solución.


Laboratorio de Mecánica de Suelos 3. Mezcla de solución con la muestra


• Mezclar la solución con la muestra.

• Se deja reposar para el defloculante penetre en la muestra.

• En arenas reposa de 2 a 4 horas. En arcillas reposa 24 horas.

Dejar reposar la mezcla.


Laboratorio de Mecánica de Suelos 4. Batir la mezcla.


• Luego de reposar, se coloca la mezcla en el cilindro de la batidora.

• Añadir 125 ml de agua destilada.• Batir la mezcla. Para arenas durante 3 a

4 minutos. Para arcillas, durante 15 minutos.

Se coloca la mezcla en el cilindro de la batidora.

Batir la mezcla.


Laboratorio de Mecánica de Suelos 5. Colocar el hidrómetro.


• Se vierte la mezcla en el cilindro de sedimentación.

• Se añade agua destilada hasta completar los 1000 ml.

• Se agita el cilindro con la mano por un minuto. Se debe hacer 90 ciclos en ese tiempo.

• Se coloca el hidrómetro y inicia la toma de datos.

• En cada lectura se lee la temperatura.

Se añade agua hasta completar los 1000 ml.




Se coloca el hidrómetro.

Se agita el cilindro de sedimentación.




Detalle: hidrómetro y termómetro

Detalle: Separación de partículas durante el

ensayo.


Laboratorio de Mecánica de Suelos 6. Calcular Gs.


Hallar Gs.

• Hacer el ensayo del peso especifico relativo de sólidos (Gs) con el material que pasa por la malla Nº 10.


Laboratorio de Mecánica de Suelos 7 y 8. Realizar lecturas


• También se requieren como datos la lectura del hidrómetro con:

a) Sólo con agua.b) Con agua y con

defloculante.


Laboratorio de Mecánica de Suelos DATOS QUE SE OBTIENEN



Laboratorio de Mecánica de Suelos DATOS QUE SE OBTIENEN


Hora de Inicio : Peso especifico relativo de sólidos (Ss) :Peso Suelo Seco (gr) : % que pasa la malla N° 200 :% que pasa la malla N° 10 : Lectura Hidrómetro en agua (Cm) : 0.5Coeficiente "a" : Lectura Hidrómetro en agua + defloculante (Cd) : 5.0

13:03:00 p.m. 2.746

25.00

25.00

60.00

P(%)

1.00

5.00

25.30

Ct Rd Rc

240.00

1440.00

Constante

K

L

(cm)

L/tiempo(cm/min)

Diámetro

(mm)

30.00 25.30 32.80

25.00

10.00

15.00

R

39.30

36.40

25.00

49.30

TiempoºC

(min)

2.00 25.00

52.00

43.60

29.00

22.2026.50

25.00 14.50

50.0

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11)


Laboratorio de Mecánica de Suelos CALCULO COLUMNA 3


CORRECCION POR TEMPERATURA (Ct):

(Temp °C) Ct (Temp °C) Ct15 -1.1 23 0.7016 -0.9 24 1.0017 -0.7 25 1.3018 -0.5 26 1.6519 -0.3 27 2.0020 0.00 28 2.5021 0.20 29 3.0522 0.40 30 3.80

Se debe corregir por temperatura con la siguiente Tabla. Note que en 20 ºC, la corrección es cero.




Ahora se presenta la columna Nº 3, ya llenada.

(1) (2) (3) (4)

25.00

25.00

60.00

1.00

5.00

25.30

Ct Rd

240.00

1440.00

30.00 25.30 32.80

25.00

10.00

15.00

1.300

1.300

1.405

39.30

36.40

25.00 1.300

49.30

TiempoºC

(min)

2.00 25.00 1.300

52.00

43.601.300

29.00

22.20

1.405

1.825

1.300

26.50

25.00 14.50




Lectura del hidrómetro corregido (Rc):

Rc = Rd – Cd + Ct

Donde:Rc = Lectura del hidrómetro corregido.Rd = Lectura del hidrómetroCd = Lectura del hidrómetro en agua mas defloculante.Ct = Corrección por temperatura





14.50

1.405

1.825

1.300

26.50

25.00

1.300

29.00

22.20 19.0250

10.8000

43.60

48.300025.00 1.300

49.30

TiempoºC

(min)

2.00 25.00 1.300

52.00

1.300

1.300

1.405

39.9000

39.30

36.40

30.00 25.30 32.80

25.00

10.00

15.00

1.00

5.00

25.30

Ct Rd Rc

240.00

1440.00

25.00

25.00

60.00

45.6000

25.4050

29.2050

32.7000

35.6000

(1) (2) (3) (4) (5)




Cálculo del Porcentaje más fino, P(%):

Donde:Rc = Lectura del hidrómetro corregido.a = Corrección por gravedad especifica.Ws = Peso seco de la muestra.Gs = Peso especifico de sólidos.

WsaRc

P100**

(%) =

65.2)1()65.1(

−=

GsGs

a




Ahora se presenta la columna Nº 6, ya llenada.a = 0.9793

37.261

21.15214.50

1.405

1.825

1.300

26.50

25.00

1.300

29.00

22.20 19.0250

49.756

10.8000

64.043

43.60

48.300025.00 1.300

49.30

TiempoºC

(min)

2.00 25.00 1.300

52.00

1.300

1.300

1.405

94.596

89.308

39.9000 78.144

39.30

36.40

30.00 25.30

69.723

32.80 57.198

25.00

10.00

15.00

P(%)

1.00

5.00

25.30

Ct Rd Rc

240.00

1440.00

25.00

25.00

60.00

45.6000

25.4050

29.2050

32.7000

35.6000

(1) (2) (3) (4) (5) (6)




Lectura del hidrómetro corregido sólo por menisco (R) :

Donde:R = Lectura del hidrómetro corregido por menisco.Rd = Lectura del hidrómetro.Cm= Lectura del hidrómetro en agua.

R = Rd + Cm





37.261

21.15214.50

1.405

1.825

1.300

26.50

25.00

1.300

29.00

22.20

33.30

19.0250

49.756

10.8000

29.50

64.043 36.90

43.60

48.3000 52.50

44.10

25.00 1.300

49.30

TiempoºC

(min)

2.00 25.00 1.300

52.00

R

1.300

1.300

1.405

94.596

89.308

39.9000 78.144

39.30

36.40

30.00 25.30

69.723 39.80

32.80 57.198

25.00

10.00

15.00

P(%)

1.00

5.00

25.30

Ct Rd Rc

240.00

1440.00

25.00

25.00

60.00

45.6000

25.4050

29.2050

32.7000

35.6000

49.80

22.70

15.00

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)




Cálculo de longitud de hidrómetro (L) :En función del valor de R, se puede calcular el valor de L (cm) con la siguiente Tabla:

R L (cm) R L (cm) R L (cm)0 16.3 21 12.9 42 9.41 16.1 22 12.7 43 9.22 16.0 23 12.5 44 9.13 15.8 24 12.4 45 8.94 15.6 25 12.2 46 8.85 15.5 26 12.0 47 8.66 15.3 27 11.9 48 8.47 15.2 28 11.7 49 8.38 15.0 29 11.5 50 8.19 14.8 30 11.4 51 7.9

10 14.7 31 11.2 52 7.811 14.5 32 11.1 53 7.612 14.3 33 10.9 54 7.413 14.2 34 10.7 55 7.314 14.0 35 10.5 56 7.115 13.8 36 10.4 57 7.016 13.7 37 10.2 58 6.817 13.5 38 10.1 59 6.618 13.3 39 9.9 60 6.519 13.2 40 9.720 13.0 41 9.6




Ahora se presenta la columna 8 ya llenada:

37.261

21.15214.50

1.405

1.825

1.300

26.50

25.00

1.300

29.00

22.20

33.30

12.56019.0250

49.756

10.8000

10.220

29.50

64.043 36.90

7.700

43.60

48.3000 52.50

44.10 9.080

25.00 1.300

49.30

TiempoºC

(min)

2.00 25.00 1.300

52.00

R

1.300

1.300

1.405

94.596

89.308

39.9000 78.144

39.30

36.40

30.00 25.30

69.723

10.840

39.80

32.80 57.198

25.00

10.00

15.00

L

(cm)P(%)

1.00

5.00

25.30

Ct Rd Rc

240.00

1440.00

25.00

25.00

60.00

8.140

11.450

45.6000

25.4050

29.2050

32.7000

35.6000

49.80

22.70

15.00 13.800

9.740

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)




Cálculo del valor L/t:

La columna 9 es la división de la Columna 8 / Columna 1:

37.261

21.15214.50

1.405

1.825

1.300

26.50

25.00

1.300

29.00

22.20

33.30

12.56019.0250

49.756

10.8000

0.0523

0.0096

10.220 0.6813

29.50

64.043 36.90

7.700

4.0700

7.7000

0.3613

0.1908

43.60 1.8160

48.3000 52.50

44.10 9.080

25.00 1.300

49.30

TiempoºC

(min)

2.00 25.00 1.300

52.00

R

1.300

1.300

1.405

94.596

89.308

39.9000 78.144

39.30

36.40

30.00 25.30

69.723

10.840

39.80

32.80 57.198

25.00

10.00

15.00

L

(cm)

L/tiempo(cm/min)

P(%)

1.00

5.00

25.30

Ct Rd Rc

240.00

1440.00

25.00

25.00

60.00

8.140

11.450

45.6000

25.4050

29.2050

32.7000

35.6000 0.9740

49.80

22.70

15.00 13.800

9.740

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)




El valor de K puede hallarse de la siguiente Tabla, en función de la temperatura y el peso especifico de sólidos.

TemperaturaT (ºC) 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 0.013617 0.0149 0.0146 0.0144 0.0142 0.0140 0.0138 0.0136 0.013418 0.0148 0.0144 0.0142 0.0140 0.0138 0.0136 0.0134 0.013219 0.0145 0.0143 0.0140 0.0138 0.0136 0.0134 0.0132 0.013120 0.0143 0.0141 0.0139 0.0137 0.0134 0.0133 0.0131 0.012921 0.0141 0.0139 0.0137 0.0135 0.0133 0.0131 0.0129 0.012722 0.0140 0.0137 0.0135 0.0133 0.0131 0.0129 0.0128 0.012623 0.0138 0.0136 0.0134 0.0132 0.0130 0.0128 0.0126 0.012424 0.0137 0.0134 0.0132 0.0130 0.0128 0.0126 0.0125 0.012325 0.0135 0.0133 0.0131 0.0129 0.0127 0.0125 0.0123 0.012226 0.0133 0.0131 0.0129 0.0127 0.0125 0.0124 0.0122 0.012027 0.0132 0.0130 0.0128 0.0126 0.0124 0.0122 0.0120 0.011928 0.0130 0.0128 0.0126 0.0126 0.0123 0.0121 0.0119 0.011729 0.0129 0.0127 0.0125 0.0123 0.0121 0.0120 0.0118 0.011630 0.0128 0.0126 0.0124 0.0122 0.0120 0.0118 0.0117 0.0115

Gravedad Especifica de Sólidos





37.261

21.152

0.012312

14.50

1.405

1.825

1.300

26.50

25.00

1.300

29.00

22.20

33.30

12.56019.0250

49.756

10.8000 0.012516

0.0523

0.0096

10.220 0.6813

29.50

64.043 36.90

7.700 0.012516

4.0700

7.7000

0.012516

0.3613

0.1908

0.012516

43.60 1.8160

48.3000 52.50

44.10 0.0125169.080

25.00 1.300

49.30

TiempoºC

(min)

2.00 25.00 1.300

52.00

R

1.300

1.300

1.405

94.596

89.308

39.9000 78.144

39.30

36.40

30.00 25.30

69.723

10.840

39.80

32.80 57.198

25.00

10.00

15.00

Constante

K

L

(cm)

L/tiempo(cm/min)

P(%)

1.00

5.00

25.30

Ct Rd Rc

240.00

1440.00

25.00

25.00

60.00

8.140

11.450

45.6000

25.4050

29.2050

32.7000

35.6000 0.012516

0.012484

0.012484

0.9740

49.80

22.70

15.00 13.800

9.740

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)




Ahora ya podemos encontrar el diámetro equivalente:

tL

KD =

En nuestra Tabla, es el producto de la columna 10 por la raíz cuadrada de la columna 9.





37.261

21.152

0.012312

14.50

1.405

1.825

1.300

26.50

25.00

1.300

0.0124

29.00

22.20

33.30

12.56019.0250

49.756

10.8000 0.012516

0.0523

0.0096

10.220 0.6813

29.50

64.043 36.90

7.700 0.012516

4.0700

7.7000

0.012516

0.3613

0.1908

0.0028

0.0012

0.012516

43.60 1.8160

48.3000

0.0253

0.0169

0.034752.50

44.10 0.0125169.080

25.00 1.300

49.30

TiempoºC

(min)

2.00 25.00 1.300

52.00

R

1.300

1.300

1.405

94.596

89.308

39.9000 78.144

39.30

36.40

30.00 25.30

69.723

10.840

39.80

32.80 57.198

25.00

10.00

15.00

Constante

K

L

(cm)

L/tiempo(cm/min)

Diámetro

(mm)P(%)

1.00

5.00

25.30

Ct Rd Rc

240.00

1440.00

25.00

25.00

60.00

8.140

11.450

45.6000

25.4050

29.2050

32.7000

35.6000 0.012516

0.012484

0.0103

0.0055

0.0075

0.012484

0.9740

49.80

22.70

15.00 13.800

9.740

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11)


Laboratorio de Mecánica de Suelos GRAFICO P(%) vs D (mm)


Con la columna 6 y la columna 11 se puede preparar una gráfica de P(%) vs. Diámetro (mm), el cual vendría a ser la curva granulométrica del material que pasa por la malla Nº 200.

Curva Granulometrica

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

0.00100.01000.10001.0000

Diámetro (mm)

Por

cent

aje

que

pasa

(%)

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Granulometria por Sedimentación