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INFORME DE LABORATORIO Nº 03 I.- NOMBRE DEL ENSAYO:
ANALISIS GRANULOMETRICO Y LIMITES DE CONSISTENCIA
II.- FUNDAMENTO TEORICO
2.1. ANALISIS GRANULOMETRICO
Los agregados constituyen alrededor del 75% en volumen, de una mezcla típica de
concreto. El término agregados comprende las arenas, gravas naturales y la piedra triturada
utilizada para preparar morteros y concretos. La limpieza, sanidad, resistencia, forma y tamaño
de las partículas son importantes en cualquier tipo de agregado. En nuestro laboratorio nos
enfocaremos en esta última, teniendo como propiedad LA GRANULOMETRÍA de agregado
fino.
La granulometría y el tamaño máximo de los agregados son importantes debido a su
efecto en la dosificación, trabajabilidad, economía, porosidad y contracción del concreto. Para
la gradación de los agregados se utilizan una serie de tamices que están especificados en la
Norma Técnica Peruana TNP 32, los cuales se seleccionarán los tamaños y por medio de unos
procedimientos hallaremos su módulo de finura, para el agregado fino y el tamaño máximo
nominal y absoluto para el agregado grueso.
Los granos que pasen o se queden en el tamiz tienen sus características ya determinadas.
Para el ensayo o el análisis de granos gruesos será muy recomendado el método del Tamiz;
pero cuando se trata de granos finos este no es muy preciso, porque se le es más difícil a la
muestra pasar por una malla tan fina; debido a esto el Análisis granulométrico de Granos finos
será bueno utilizar otro método.
A partir de la curva granulométrica se puede obtener diámetros característicos tales
como el D10, D60, D30. Donde D se refiere al tamaño del grano o diámetro aparente de la
partícula del suelo y el sub índice (10, 60) denota el porcentaje de material más fino.
Una indicación de la variación del tamaño de los granos presentes en la muestra se
obtiene mediante el coeficiente de uniformidad, definida por:
D60
CU = D10
Un valor grande de este parámetro CU, indica que los diámetros D10 y D60 difieren en
tamaño apreciablemente, no se asegura sin embargo que no exista un vacio de gradación, como
el que se presentan cuando faltan por completo o solamente existe una pequeña cantidad de
diámetros de un determinado tamaño. La curva entre el D10 y D60, se define de la siguiente
forma:
(D30) 2 Cc= D10* D60
Donde: Cc, es el coeficiente de concavidad o curvatura. Los valores de Cc muy
diferentes de 1.0 indican que falta una serie de diámetros entre los tamaños correspondientes al
D10 y D60.
2.2. LIMITE DE CONSISTENCIA
Los Límites de Atterberg o Límites de Consistencia se utilizan para caracterizar el
comportamiento de los suelos finos. Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de
grano fino solo pueden existir 4 estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo se
encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al agregársele agua poco a poco va pasando
sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y finalmente líquido. Los contenidos de
humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados Límites de
Atterberg.
Los ensayos se realizan en el laboratorio y miden la cohesión del terreno y su contenido
de humedad, para ello se forman pequeños cilindros de 3mm de espesor con el suelo. Siguiendo
estos procedimientos se definen tres límites:
1. Límite líquido (LL): Cuando el suelo pasa de un estado semilíquido a un estado
plástico y puede moldearse. Para la determinación de este límite se utiliza la cuchara de
Casagrande.
2. Límite plástico (LP): Cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado
semisólido y se rompe.
3. Límite de retracción o contracción (LC): Cuando el suelo pasa de un estado
semisólido a un estado sólido y deja de contraerse al perder humedad.
ESQUEMATICAMENTE:
Relacionados con estos límites, se definen los siguientes índices:
Índice de plasticidad: Ip ó IP = LL - PL
Índice de fluidez: If = Pendiente de la curva de fluidez
Índice de tenacidad: It = Ip/If
Índice de liquidez (IL ó IL), o Relación humedad-plasticidad (B):
IL = (Wn - Wp) / (Wl-Wp) (Wn = humedad natural)
III.- TRABAJO DE LABORATORIO
3.1.-EQUIPOS Y MATERIALES:
Lampa.
Listón de madera
Escoba y recogedor
Bandeja de latón
Tazones de porcelana
Recipientes de aluminio ( tara Nº 28 al 31)
Tamices (3”, 2 ½”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, ¼”, Nº 4, Nº 10, Nº 16, Nº 20,
Nº 30, Nº 40, Nº 60, Nº 100, Nº 200)
Balanza electrónica
Horno eléctrico (temperatura 105 ± 5 grados Calcios)
Agitador de vidrio, brochas de cerda.
Vaso precipitado.
Copa de Casagrande.
Espátula (tipo cuchillo mantequillero).
Cortador.
Plancha de vidrio con una cara rugosa.
Calculadora.
Agua acidulada.
Muestra de suelo (30.00Kg).
Sacos de poliuretano.
3.2.-PASOS DESARROLLADOS
1. Toma de muestra de suelo, embolsado y transportado al laboratorio de suelos.
Tendido de la muestra, con la ayuda de una lampa, se procede a mezclar el material;
dando como 06 vueltas al material de muestra. Luego partir la muestra,
primeramente en dos partes y luego en cuatro partes, con la ayuda del listón de
madera. Las muestras a usarse son las que quedan en diagonal, el resto es devuelto
al saco.
2. Luego se pesa la muestra en la balanza electrónica, previamente se ha pesado la
bandeja de latón; el mismo que será descontado del peso total.
3. Se procede a lavar la muestra con agua del caño, la misma que será pasada por la el
tamiz N 200. Este proceso se repetirá cuantas veces sea necesaria hasta que el agua
salga de color transparente.
4. El mismo proceso de lavado con agua se hace con el tamiz N 200, frotando la malla
con la yema de los dedos, teniendo cuidado de no malograr el tamiz.
5. La muestra saturada es llevada para ser secada en el horno a una temperatura de 110
grados Celsius. Por 24 horas.
6. La muestra secada es tamizado con las siguientes mallas: Tamices (¾”, ½”, 3/8”,
¼”, Nº 4, Nº 10, Nº 16, Nº 20, Nº 30, Nº 40, Nº 60, Nº 100, Nº 200)
7. Luego tamiz por tamiz es revisado para ver que cantidad de material es retenido, los
mismos que son pesados y anotados en el formato de análisis granulométrico por
tamizado del laboratorio de suelos de la Universidad San Pedro – Huaraz.
3.3. LIMITE LIQUIDO Y LIMITE PLASTICO.
Esta muestra se tamiza con el tamiz Nº 40 y se obtiene una muestra aproximadamente
de 100gr a 300 gr. Después se satura con agua acidulada la muestra que fue depositada
en un tazón de porcelana, la muestra saturada es mezclada con la espátula logrando
homogeneizarla. A continuación se deja reposar la muestra por 24 horas dentro de una
bolsa plástica a temperatura ambiente.
3.3.1. LIMITE LÍQUIDO:
1. La muestra satura y reposada, es sometida a la prueba del límite líquido, para esto se
usara el equipo llamado Copa Casagrande, en el cual se aplica la muestra con la
espátula aproximadamente en 1/3 de la copa y con el acanalador partimos la
muestra dentro del plato por la mitad. Se enciende el contador digital del número de
golpes de la copa Casagrande, procedemos a realizar el ensayo: Giramos la
manizuela del equipo copa Casagrande; dando golpes de la copa y se debe haber
juntado la muestra (zona abierta por el acanalador) en una longitudinal de 1 cm.
2. Luego se traza dos líneas horizontales como esta en la imagen y se procede a retirar
con la espátula la sección donde se junto luego de los golpes y es colocado dentro
de los recipientes de aluminio y pesado en la balanza electrónica. Este proceso se
repite 03 veces
3. Este ensayo debe tener 3 puntos y en cada punto se repite el mismo procedimiento,
al final las muestras obtenidas son puestas al horno a 110 grados por 24 horas.
3.3.2. LIMITE PLASTICO:
1. Para este ensayo se toma lo que sobro de la muestra y es mezclada con muestra seca
para poder disminuir la humedad, necesitaremos un vidrio esmerilado que se usara
como superficie para realizar el ensayo.
2. Luego se forma una rollitos con la muestra de aproximadamente 3mm de diametro, se ruedan hasta que se rajen y luego se colocan en una tara para ser pesados.
3. En este ensayo tomamos 2 puntos, las muestras de igual forma fueron pesadas y llevadas al horno a 110 grados por 24 horas.
IV.-CALCULOS Y RESULTADOS
4.1. LIMITE LÍQUIDO:
Para hallar el cálculo del Límite Líquido primero debemos tener nuestros valores, los cuales
se muestran en la siguiente tabla:
N TARRO 32 29 11
PESO TARRO + SUELO HUMEDO (g) 44.7 42.63 43.63
PESO TARRO + SUELO SECO (g) 41.47 39.62 40.23
PESO DE AGUA (g) 3.23 3.01 3.4
PESO DEL TARRO (g) 27.35 26.73 26.2
PESO DEL SUELO SECO (g) 14.12 12.89 14.03
CONTENIDO DE HUMEDAD (%) 22.88 23.35 24.23
NUMERO DE GOLPES 33 26 18
LIMITE LIQUIDO
Cálculos: 1er., 2do. y 3er. PUNTO: Peso de agua: P. agua= P1-P2 = 44.70-41.47 = 3.23 Peso del suelo seco: P. ms= P2- P. tara = 41.47-27.35 = 14.12 Contenido de humedad:
Una vez obtenidos estos resultados se grafica en papel semilogarítmica: Nº de golpes vs
contenido de humedad. En las abscisas y en escala logarítmica se colocan los golpes, mientras
que como ordenadas en escala aritmética van las humedades. Se unen los puntos mediante una
línea recta promedio. Si uno de los puntos se aleja mucho, se anula.
El límite líquido se determina como el contenido de humedad para la cual la hendidura se
cierra en 25 golpes.
LIMITE LÍQUIDO: 23.49
P.agua 3.23 W= ______ * 100 = ______ *100 = 22.88 P. ms 14.12
4.2. LIMITE PLASTICO:
Para hallar el cálculo del Límite Plástico primero debemos tener nuestros valores, los
cuales se muestran en la siguiente tabla:
N TARRO 4 15
PESO TARRO + SUELO HUMEDO (g) 29.05 29.36
PESO TARRO + SUELO SECO (g) 28.74 29.02
PESO DE AGUA (g) 0.31 0.34
PESO DEL TARRO (g) 26.73 26.88
PESO DEL SUELO SECO (g) 2.01 2.14
CONTENIDO DE HUMEDAD (%) 15.42 15.89
LIMITE PLASTICO
CONSTANTES FISICAS DE LA MUESTRA LIMITE LIQUIDO 23.49 LIMITE PLASTICO 15.66 INDICE DE PLASTICIDAD 7.83
Cálculos: 1ER PUNTO: Peso de agua: P. agua= P1-P2 = 29.05-29.36 = 0.31 Peso del suelo seco: P. ms= P2- P. tara = 28.74-26.73 = 2.01 Contenido de humedad: 2DO PUNTO: Peso de agua: P. agua= P1-P2 = 29.36-29.02 = 0.34 Peso de suelo seco: P. ms= P2- P. tara = 29.02-26.88 = 2.14 Contenido de humedad:
P.agua 0.31 W= ______ * 100 = ______ *100 = 15.42 P. ms 2.01
P.agua 0.34 W= ______ * 100 = ______ *100 = 15.89 P. ms 2.14
LIMITE PLASTICO: 15.66
Por lo tanto ahora podemos obtener
4.3.- ANALISIS GRANULOMETRICO POR TAMIZADO:
Peso inicial seco : 2,703.00 gr
PESO % RETENIDO % RETENIDO % QUE TAMAÑO MAXIMO
RETENIDO PARCIAL ACUMULADO PASA DESCRIPCION DE LA MUESTRA
3 " 0.0 - - -
2 1/2 " 0.0 - - -
2 " 0.0 - - -
1 1/2" 0.0 - - -
1 " 0.0 - - -
3/4 " 0.0 - - 100.0 PESO INICIAL (gr.)
1/2 " 10.5 0.4 0.4 99.6 2,703.00
3/8 " 10.5 0.4 0.8 99.2
N ° 4 26.0 1.0 1.7 98.3
N ° 8 65.0 2.4 4.1 95.9
N° 10 32.0 1.2 5.3 94.7
N° 16 202.0 7.5 12.8 87.2
N° 20 178.0 6.6 19.4 80.6
N° 30 212.5 7.9 27.2 72.8
N° 40 209.5 7.8 35.0 65.0
N° 50 208.0 7.7 42.7 57.3
N° 80 273.0 10.1 52.8 47.2
N° 100 42.0 1.6 54.3 45.7
N° 200 188.0 7.0 61.3 38.7
PAN 1046.00 38.7 100.0 -
TOTAL 1657.00 100.00
% PERDIDO
ANALISIS GRANULOMETRICO POR TAMIZADO
TAMICES
MUESTRA N 01
INDICE DE PLASTICIDAD = LL-LP= 7.83
V.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
De acuerdo al resultado de los Cálculos, Características Físicos, Mecánicas de los Suelos, se establecen las siguientes consideraciones finales:
El procedimiento realizado para la determinación del Contenido de Humedad,
indica que este método de secado de muestras en horno es bastante adecuado
para trabajos rutinarios de laboratorio sobre muestras pequeñas y para lograr una
determinación confiable del Contenido de Humedad de un suelo se recomienda
obtener 3 muestras de suelo en estado natural representativas por estrato.
Clasificación de la muestra de suelo: DATOS: – % pasa tamiz N° 200 = 38.7% – % pasa tamiz N° 4 = 98.3% – LL = 23.49 – IP = 7.83
a) Sistema de Clasificación SUCS:
Paso 1: 38.7% < 50% (suelos de granos gruesos, puede ser: S,G). Paso 2: 98.3% > 50% (Arenas, puede ser: SW, SP, SM, SC ). Paso 3: 38.7% > 12% (Arenas con finos, puede ser: SM, SC). Paso 4: IP = 7.83 > 7 (El Índice Plasticidad es superior a 7 y los limites
de Atterberg están sobre la línea A). Por lo tanto: Es un suelo SC Podemos concluir que nuestra muestra es un tipo suelo con Arena
arcillosa, con mezclas de arena y arcilla.
b) Sistema de Clasificación AASHTO:
Paso 1: 38.7% > 35% (Materiales de arcilla-limo). Paso 2: 38.7% > 36% min. (Grupos: A-4, A-5, A-6, A-7). Paso 3: LL = 23.49 < 40% max. (Grupos: A-4, A-6 ). Paso 4: IP = 7.83 < 10% max. (Grupos: A-4). Paso 5: IG = (F-35) (0.2+0.005 (LL–40)) + 0.01(F-15)(IP-10)
IG = (38.7-35) (0.2+0.005 (23.49–40)) + 0.01(38.7-15)(7.83-10) IG = -0.079 = 0
Por lo tanto: Es un suelo A-4 (0) Podemos concluir que nuestra muestra contiene principalmente partículas
finas limosas.
Tener en consideración algunas variables que pueden afectar el resultado de la
prueba de Limite Liquido, tales como:
Cuando se utiliza una porción mayor de suelo a ensayar en la cuchara, no se
cumple con la frecuencia de golpes especificado (2 golpes/seg.), el tiempo en
realizar la prueba y la humedad del laboratorio.
También afecta el tipo de herramienta empleada para hacer la ranura. La
desarrollada por Casagrande, tiene la ventaja de permitir un mejor control de la
profundidad de la pasta de suelos en la cuchara, en cambio la de la ASTM es mejor
para suelos con bajo límite líquido, en los cuales es generalmente difícil hacer la
ranura, como sucede con materiales arenosos y limosos.
En suelos arcillosos el acanalador será pasado una sola vez, en cambio para suelos
limosos se requerirán 2 a 3 pasadas, limpiando cada vez el acanalador
En relación al tiempo de curado varía según el tipo de suelo. Es así que en suelos
de alta plasticidad se requerirá de por lo menos 24 horas, en cambio en suelos de
baja plasticidad este plazo puede ser mucho menor e incluso en ciertos casos
puede eliminarse.
En cuanto al Limite Plástico, este tipo de determinación es subjetiva por lo cual el
operador debería ser la misma persona para todas las determinaciones y de este modo
evitar dispersión en los resultados obtenidos.
La falla o resquebrajamiento del cilindro se puede definir de la siguiente manera:
Simplemente por separación en pequeños pedazos.
Por desprendimiento de escamas en forma tubular desde dentro hacia afuera del
cilindro de suelo.
Por pedacitos en forma de barril de 6 a 8 mm. de largo.
Es recomendable realizar el ensayo en cámara humeda para evitar la evaporación en la
muestra de suelo.
Si no es posible determinar uno de los limites (LL o LP), o si la diferencia es negativa
(IP), el suelo se clasificara como no plástico (NP).
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
Manual de Ensayo de Materiales EM – 2000 – Sección MTC E 108 – 2000.
Ensayo de suelos y fundamentales para la Construcción – George E. Bertram
Mecánica de Suelos I – Juárez Badillo & Rico Rodríguez.
Reglamento Nacional de Edificaciones – Suelos y Cimentaciones.