Guia Geotécnia lll by Guia de laboratorio geotécnia

Guia

Laboratorio GeotĂŠcnia

1000ml

Compactación Permeabilidad Corte directo Triaxial Consolidación

31 6 73 52 20 62 20 6 20 6 20 6

Límite de contracción

20 6

Limite plástico

20 6

Limite líquido

20 6

Hidrometría

20 6

Granulometría

Clasificación de suelos

41 22

Gravedad especifica

51 32

Contenido de agua

indice

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14

i n d i c e

Identificación de suelos

Identificación

de suelos Introducción

Esta práctica se realiza para describir visualmente una muestra de suelo en campo o en el laboratorio, de acuerdo a sus principales características presentes en la fracción gruesa y fina, de una muestra representativa de suelo. (ASTM D2488, 2000).

Aplicación

Este ensayo permite a los técnicos de campo, estudiantes, ingenieros obtener una descripción rápida de las principales características del suelo, la cual de forma posterior será confirmada con los procedimientos normalizados en el laboratorio. La identificación se realiza tanto a la fracción gruesa (material retenido en el tamiz No. 200) y dentro de esta el agregado grueso (retenido Tamiz No. 4) y agregado fino (pasa tamiz No. 4 y retiene No. 200), como para la fracción fina (pasa tamiz No. 200), obtenido en características de tamaño, forma, dureza, humedad, color, resistencia en seco, dilatancia, plasticidad, entre otras, las cuales se describen a lo largo de este capítulo. (ASTM D2488, 2000)

herramientas de trabajo Equipo básico

1 Navaja o espátula pequeña

materiales

Muestra representativa de suelo. Tabla 1. Tamaño de Muestra.

Tamaño del Tamiz

Tamaño mínimo peso seco.

4.75mm (No. 4)

100g

9.5 mm (3/8 in)

200g

19mm (3/4in)

1 Kg

38.1mm (1 1/2 in)

8 Kg

75mm (3in)

60 Kg

Fuente: (ASTM D2488, 2000)

Procedimiento

Indetificación de grano grueso Inicialmente se selecciona una muestra representativa retenida en el tamiz No 200. El material que tenga mayor porcentaje en la muestra será el que predomina para la identificación (grava o arena). Adicionalmente, este material se considera limpia si se presenta menos del 5% de finos en la misma. (ASTM D2488, 2000) Si la muestra cuenta con diferentes tamaños entre partículas y en cantidades similares, se clasifica como un material bien gradado, de lo contrario, será pobremente gradado. Adicionalmente, si la muestra presenta 10% de finos, al suelo se le asigna doble símbolo en donde el primero representa el material predominante (grava o arena) y el segundo hace referencia al material fino. (ASTM D2488, 2000) Adicionalmente, se debe realiza un análisis de angularidad, forma, color, olor, condicion de humedad, reaccion HCL, consistencia, entre otros. Angularidad Ésta propiedad caracteriza el suelo en angulosa, sub-angulosa, sub-redondeado y redondeado de acuerdo a la forma de sus bordes como se muestra en la tabla 2 Tabla 2: Angulosidad. Descripción. C

riterio.

Angulosa.

Bordes agudos y caras planas

Sub-angulosa.

Material anguloso con bordes un poco redondeados.

Sub- redondeadas.

Caras planas pero los bordes estan redondeados.

Redondeado.

Material sin bordes y redondeados

Fuente: (ASTM D2488, 2000)

Forma Define la apariencia que presenta la muestra de suelo clasificandola como plana, alargada o mixta. Ver tabla 3.

Tabla 3: Forma. Descripción. C

riterio.

Planas.

Ancho/Espesor>3

Alargadas

Longitud/Ancho>3

Planas y Alargadas

Lados curvos sin bordes.

Fuente: (ASTM D2488, 2000)

Color Esta propiedad tiene presente los diferentes tonos que se pueden presentar en el suelo y generalmente, con esto, se puede identificar el origen geológico o la presencia de materiales organicos en el mismo. Olor Detectar el aroma de un suelo muchas veces permite identificar presencia de material organico o inusuales (petroleo, quimicos) que se deben tener en cuenta para la identificacion del suelo. Condición de humedad Permite identificar que cantidad de agua esta presente en la muestra de suelo. Se clasifica en seca, humeda o saturada como se muestra en la tabla 4. Tabla 4: Contenido de humedad. Descripción. C

riterio.

Seca.

Seca al tacto, no presenta humedad.

Húmeda.

Visiblemente no presenta agua pero al tacto se encuentra húmeda.

Saturada

Agua visible.

Fuente: (ASTM D2488, 2000)

Reaccion con HCL El acido clorhidrico es utilizado para identificar la presencia de sales como carbonato de calcio. Su reaccion, se clasifica como nula, debil o fuerte. Ver tabla 5.

Tabla 5: Reacción con HCL. Descripción. C

riterio.

Nula.

No presenta reaccion visible.

Debil.

Formacion lenta de burbujas.

Fuerte.

Formacion rápida de burbujas

Fuente: (ASTM D2488, 2000)

Consistencia Esta propiedad determina la firmeza de los suelos de grano finos y se describen como muy blanda, firme, dura y muy dura. Ver tabla 6. Tabla 6: Consistencia. Descripción. C

riterio.

Muy blanda.

El dedo se hunde mas de 25mm.

Blanda.

El dedo se hunde aproximadamente 25mm.

Firme.

El dedo forma grieta de 6mm.

Dura.

Solo la uña puede penetrar el suelo.

Muy dura.

La uña no penetra el suelo.

Fuente: (ASTM D2488, 2000)

Cementación La principal caracteristica de esta propiedad es el desmoronamiento. Se tienen tres diferentes criterios los cuales se explican en la tabla 7. Tabla 7: Cementación. Descripción. C

riterio.

Debil.

Material se desmoroal al tocarlo.

Moderada.

Material se desmorona con presión.

Fuerte.

Material no se desmorona con presion de los dedos.

Fuente: (ASTM D2488, 2000)

Estructuración Tiene en cuenta las capas o planos en los suelos. Según la tabla 8, se describen como estratificada, laminada, fisurada, entre otros. Tabla 8: Estructuración. Descripción. C

riterio.

Estratific ada.

Capas alternadas al menos de 6 mm con diferentes materiales o colores.

Laminada.

Capas alternadas menores a 6 mm con diferentes materiales o colores.

Fisurada.

Rompimiento de planos con poca resistencia.

Lisa.

Planos de fractura lisos.

En bloques.

Suelo cohesivos que se rompen en pedazos pequeños.

Lenticular.

Presencia de direfentes materiales (cristales)

Homogenea.

Apariencia y color uniforme.

Fuente: (ASTM D2488, 2000)

Tamaño de la particula Se determina en el ensayo de granulometria en donde se cola el material por diferentes tamaños de tamices y se identifica la cantidad de suelo retenido en los mismos. IDENTIFICACIÓN GRANO FINO Inicialmente se selecciona una muestra representativa que pase el tamiz No 40 y con esto se realizan pruebas de resistencia seca, dilatación, tenacidad y plasticidad, a continuación, se describe cada una de estas: Resistencia Seca Con una porción de suelo seleccionado previamente, se realiza una esfera de 1/2” o 12.5 mm de diámetro aproximadamente hasta obtener una adecuada consistencia (si es necesario se adiciona un poco de agua). Si la muestra cuenta con terrones secos de 1/2” o 12.5 mm, estos pueden ser utilizados en lugar de las esferas. Posteriormente, dicho material se deja secar al aire libre o artificialmente no excediendo los 60°C. Finalmente se prueba su resistencia en seco definiendo la clasificación de acuerdo a los criterios señalados en la tabla 9 . (ASTM D2488, 2000)

Tabla 9 : Clasificación de resistencia seca.

Descripción

Criterio.

Nulo.

La muestra se desmorona con una simple manipulación.

Bajo.

La muestra de desmorona hasta pulverizarse con una pequeña presión de los dedos.

Mediana.

La muestra se rompe en fragmentos a una presión considerable de los dedos

Alta.

La muestra no se romperá con la simple presión de los dedos, pero si lo hará si se presiona sobre una superficie dura.

Muy Alta.

La muestra no se rompe con la presión de una superficie dura.

Fuente: (ASTM D2488, 2000)

Dilatancia Inicialmente se realiza una esfera con la muestra de aproximadamente ½” o 12.5 mm de diámetro hasta obtener una consistencia blanda, Posteriormente, se coloca el material en una de las manos y con ayuda de una espátula se aplana completamente, se mueve horizontalmente con la ayuda de la otra mano varias veces. A continuación, notará brillo y consistencia gelatinosa en la muestra, producto de la reacción del agua. Paso seguido, se aprieta la mano junto con el material y se obtendrá una reacción nula, lenta o rápida de acuerdo a la tabla 10. (ASTM D2488, 2000) Tabla 10: Clasificación de Dilatancia.

Descripción

Criterio.

Nula.

La muestra no presenta cambios visibles.

Lenta.

El agua aparece al ser sacudido, pero no desaparece en el momento de apretarlo con la mano.

Rápida.

El agua aparece en el momento de sacudir y desaparece al ser apretada con la muestra.

Fuente: (ASTM D2488, 2000)

Tenacidad y plasticidad Con el material utilizado para determinar la dilatancia, se hace un bloque alargado en una superficie plana y con ayuda de las manos, se enrolla el material. Esto se repetirá varias veces hasta que el material comienza a desmoronarse, lo que significa que el material se acerca a su límite plástico. El material caído se juntará y se amasará hasta que se desmorone nuevamente. Esta propiedad tiene un clasificación baja, media y alta como se explica en la tabla 11. (ASTM D2488, 2000) Tabla 11: Clasificación de tenacidad.

Descripción

Criterio.

Bajo.

Los rollitos no necesitan presión muy fuerte para que se formen. Estos son débiles y blandos.

Mediana. Alta.

Los rollitos se forman cuando se aplica una presión mediana. Los rollitos se forman utilizando una presión considerable.

Fuente: (ASTM D2488, 2000)

Para determinar la plasticidad del material se tiene en cuenta lo ocurrido anteriormente (ensayo de tenacidad) y se clasifica como no plástico, baja, media o alta. Ver tabla 12. Tabla 12: Clasificación de plasticidad.

Descripción. C No plástico.

riterio. Es imposible la formación de rollos con contenido de agua.

Baja.

Cuando l a muestra se e ncuentra m ás s eca que el l ímite liquido es muy difícil que se formen los rollitos.

Media.

La realización de los rollitos es muy fácil pero no se pueden enrollar otra vez después de haber alcanzado el límite plástico.

Alta.

Formar e l rollo y remodelarlo para q ue a lcance e l limite p lástico toma un gran tiempo, pero después de que esto se presente, puede ser enrollado varias veces.

Fuente: (ASTM D2488, 2000)

Suelos Orgánicos Estos suelos se caracterizan porque no presentan plasticidad ni tenacidades altas y el material en este último ensayo es esponjoso. Adicionalmente, presentan un color carmelita oscuro a negro, también, dichos materiales pueden presentar olores orgánicos (ASTM D2488, 2000) A continuación en la tabla 13 se enceuntra un resumen de la calsificación posible que se puede realizar para el análisis de un suelo de grano grueso y grano fino. Tabla 13 Rango de tolerancia para la clasificación de suelos de grano fino y grueso. Fuente: (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2013) Criterio

Orden de Magnitud de Respuestas Obtenidas

Angulosidad

Angulosa, sub-angulosa, sub-redondeada y redondeada

Forma

Plana, alargada, plana y alargada

Color (según el brillo por la humedad)

Seca al horno, seca al aire, saturada y superficialmente seca, Húmeda

Olor

olor a materia orgánica en descomposición o presencia de algún químico

Condición de Humedad

Seca, Húmeda y Saturada

Reacción con HCI

Nula, Débil y Fuerte

Consistencia

Muy Blanda, Blanda, Firme, Dura y Muy Dura

Cementación

Débil, Moderada y Fuerte

Estructura

Estratificada, Laminada, Fisurada, Lisa, En bloques, Lenticular y Homogénea

Rango de los tamaños de partículas

Tamaño arena, grava y cantos rodados y de guijarros o fragmentos de roca.

Resistencia en seco

Nula, Baja, Mediana, Alta y Muy Alta

Dilatancia

Nula, Lenta y Rápida

Tenacidad

Baja, Mediana y Alta

Plasticidad

No plástico, Baja, Media y Alta

01 1 resistencia seca 2

Dilatancia 3

tenacidad y plasticidad

Explicación Como ya se mencionó, esta práctica permite una identificación rápida y aproximada de una muestra de suelo, estimando posibles comportamientos físicos y mecánicos, del suelo, como elemento de cimentación, o material de préstamo para mejoramientos, estabilización, fabricación de mezclas asfálticas, mezclas hidráulicas mezclas recicladas, entre otras. Después de identificar cada una de las características antes mencionadas para cada una de las fracciones (gruesa y fina), se asigna el símbolo el cual puede mezclar los resultados del análisis de las dos fracciones. En caso que el suelo solo contenga una de las dos fracciones se procederá con la clasificación de la fracción que corresponda. A continuación en la Tabla 6 (International Standards Worldwide, ASTM, 2011)(International Standards Worldwide, ASTM, 2011)se puede observar la simbología según el sistema unificado de clasificación de suelos para los diferentes tipos de suelo encontrado. Tabla 6. Simbología para la clasificación de suelos granulares y finos. Fuente: (International Standards Worldwide, ASTM, 2011)

% Finos

Gravas (G) A renas (S)

Arcillas (C)

Limos (M)

<5% de fracción fina

GW S

ML C

GP S

MH C

>12% de fracción fina

GM S

GC S

5-12% de fracción fina

GM-GC

SM-SC

ML-CL

GW-GM

SW-SM

MH-CH

GW-GC

SW-SC

GP-GM

SP-SM

GP-GC

SP-SC

Nota: Tenga en cuenta el significado de cada notación en la simbología. •W: Bien gradada •P: Pobremente gradada •L: Baja plasticidad •H: Alta plasticidad •O: Presencia de materia orgánica

LABORATORIO DE GEOTECNÍA CLASIFICACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE SUELOS INFORME DE ENSAYO Procedimiento de referencia:

Docente: Fecha de ensayo:

Tabla No. 1 . Consignación de datos. MUESTRA MUESTRA M -1

CRITERIO ANGULOSIDAD FORMA

SUELO DE GRANO GRUESO

COLOR OLOR CONDICIÓN DE HUMEDAD REACCIÓN CON HCl CONSISTENCIA CEMENTACIÓN ESTRUCTURA RANGO DE LOS TAMAÑOS DE LAS PARTÍCULAS TAMAÑO MÁXIMO DE PARTÍCULA DUREZA

SUELO DE GRANO FINO

ejemplo de resultado

Responsable:

MATERIA ORGÁNICA RESISTENCIA EN SECO DILATANCIA TENACIDAD PLASTICIDAD CLASIFICACIÓN ESTIMADA

Tabla No. 2. Descripción general. DESCRIPCIÓN

MUESTRA M-1 M-2 M-3 M-4

OBSERVACIONES:

MUESTRA M -2

MUESTRA M -3

MUESTRA M -4

LABORATORIO DE GEOTECNÍA

CLASIFICACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE SUELOS INFORME DE ENSAYO Procedimiento de referencia:

Responsable:

Fecha de ensayo:

Tabla No. 1 . Consignación de datos. MUESTRA MUESTRA M -1

CRITERIO ANGULOSIDAD FORMA

SUELO DE GRANO GRUESO

COLOR OLOR CONDICIÓN DE HUMEDAD REACCIÓN CON HCl CONSISTENCIA CEMENTACIÓN ESTRUCTURA RANGO DE LOS TAMAÑOS DE LAS PARTÍCULAS TAMAÑO MÁXIMO DE PARTÍCULA DUREZA

SUELO DE GRANO FINO

FORMATO TIPO REPORTE

Docente:

MATERIA ORGÁNICA RESISTENCIA EN SECO DILATANCIA TENACIDAD PLASTICIDAD CLASIFICACIÓN ESTIMADA

Tabla No. 2. Descripción general. DESCRIPCIÓN

MUESTRA M-1 M-2 M-3 M-4

OBSERVACIONES:

MUESTRA M -2

MUESTRA M -3

MUESTRA M -4

REFERENCIAS ASTM(D2488). (2000). Standard Practice for Description and Identification of Soils. Instituto Nacional de Vías, INVIAS. (2016). Descripción e Identificación de suelos (Procedimeinto Visual y Manual). I.N.V.E - 102 - 13. Bogotá D.C. 20

contenido

de agua

Introducción

El ensayo de contenido de agua es una prueba utilizada para determinar el porcentaje de agua (humedad) que presenta una muestra de suelo. Este tiene en cuenta la masa las partículas en estado húmedo y seco, para luego determinar la masa de agua en el suelo. Existen diferentes métodos para dicho cálculo, pero el más utilizado es aquel que emplea un horno a temperatura de 110 ± 5° C para el secado de la muestra hasta obtener su masa constante. (Jean- Pierre Bardet, 1997).

02 1

Aplicación

110

El contenido de agua es utilizado para determinar las propiedades índices del suelo estudiado, por medio de las relaciones de fase y con esto estimar el comportamiento del material en las condiciones iniciales. En suelos de grano fino, la humedad también es utilizada para determinar el grado de consistencia o el índice de liquidez. (ASTM D2216, 2010).

herramientas de trabajo Equipo básico

1 Horno controlado termostáticamente. 2 Balanza: Con precisión de ± 0.01 g para muestras menores o iguales a 200 g, y ± 0.1 g para muestras de mayores a 200g 3 Recipientes para las muestras: Con materiales resistentes a la corrosión y a cambios de temperatura repetitivos.

materiales

4 Muestra representativa: La cantidad de material mínima para realizar el ensayo varía de acuerdo al tamaño máximo de partículas como se muestra en la siguiente tabla: Tabla 1. Requerimientos mínimos de masa para el ensayo. Tamaño máximo de la partícula Tamaño del tamiz (mm)

Tamaño Tamiz alternativ a (in)

37.5

1-1/2

Contenido de agua a ± 1% C Masa del Espécimen (g) 5000 1 1000

3/4 2

50 1

9.5

3/8 5

4.75 2

No. 4

20 0

No. 10 2

ontenido de agua a ± 0.1%

Legibilidad de Balanza (g)

Masa del Espécimen (g)

Legibilidad de Balanza (g)

50000

10 1 2 0.1 .1 1 0.1

0000 1 500 500

0 1 0.1

00 0

20 0

.01

Fuente: (ASTM D2216, 2010)

0,00

Procedimiento

Inicialmente se determina la masa del recipiente limpio y seco en la balanza. Luego, se le agrega una muestra al recipiente de acuerdo a lo indicado en la tabla 1, y se registra la masa nuevamente. A continuación, se introduce el recipiente con la muestra en el horno, a una temperatura igual a 110° ± 5° C, hasta obtener masa constante (esto puede variar de forma principal de acuerdo al tipo suelo y tamaño de la muestra). Cuando la muestra se encuentre seca y a temperatura ambiente, se pesa nuevamente en la balanza y se registra el valor. (ASTM D2216, 2010)

142

110 C o

150

Explicación El contenido de agua se obtiene como se muestra en la Ecuación 1, como el cociente entre el la masa del agua en gramos y la masa de las partículas sólidas del suelo nuevamente en gramos. Se debe obtener el porcentaje del contenido de agua de la muestra de suelo analizada. Este resultado será de gran importancia como insumo para el cálculo de otras propiedades del suelo útiles como el peso específico, esto a través de relaciones de fase. (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2013) Ecuación 1

Donde: •ω: Contenido de agua. •Mw: Masa del agua en gramos. •M s : Masa de las partículas sólidas del suelo en gramos. •M 1 : Masa del recipiente con la muestra de suelo húmedo en gramos. •M 2: Masa del recipiente con la muestra seca en gramos. •MC: Masa del reciente en gramos.

EJEMPLO DE RESULTADO

LABORATORIO DE GEOTECNÍA CONTENIDO DE HUMEDAD INFORME DE ENSAYO Responsable:

Procedimiento de referencia:

Docente: Fecha de ensayo:

Tabla No. 1 . Consignación de datos. MUESTRA N°

MUESTRA M -1

MUESTRA M -2

PESO RECIPIENTE+SUELO HÚMEDO

PESO RECIPIENTE+SUELO SECO

PESO RECIPIENTE

PESO SUELO SECO

PESO AGUA

CONTENIDO DE HUMEDAD (%)

Tabla No. 2. Descripción general. MUESTRA

DESCRIPCIÓN

M-1 M-2 M-3 M-4

OBSERVACIONES:

MUESTRA M -3

MUESTRA M -4

FORMATO TIPO REPORTE

LABORATORIO DE GEOTECNÍA CONTENIDO DE HUMEDAD INFORME DE ENSAYO Responsable:

Procedimiento de referencia:

Docente: Fecha de ensayo:

Tabla No. 1 . Consignación de datos. MUESTRA N°

MUESTRA M -1

MUESTRA M -2

PESO RECIPIENTE+SUELO HÚMEDO

PESO RECIPIENTE+SUELO SECO

PESO RECIPIENTE

PESO SUELO SECO

PESO AGUA

CONTENIDO DE HUMEDAD (%)

Tabla No. 2. Descripción general. MUESTRA

DESCRIPCIÓN

M-1 M-2 M-3 M-4

OBSERVACIONES:

MUESTRA M -3

MUESTRA M -4

COMPAREMOS...

fuentes bibliográficas En la Pontificia Universidad Javeriana se realizó una investigación entre los años 2015 y 2016 sobre la variación que puede tener el contenido de agua con respecto al secado. A continuación se muestra en la Tabla 1 los tiempos en los que se consideró que las muestras se encontraban en masa constante y por tanto que el ensayo ya había terminado. (Hermes Ariel Vacca, Samir Chamíe Carrillo, 2016) Tabla 1. Clasificación USCS de los Materiales Ensayados. Muestra

Tiempo (h) W agua

M10

Fuente: (Hermes Ariel Vacca, Samir Chamíe Carrillo, 2016)

En la Tabla 2 se pueden encontrar algunos valores de referencia basados en los resultados obtenidos para la investigación de la Pontificia Universidad Javeriana. (Tenga en cuenta que estos resultados son para suelo encontrado en condiciones naturales) con los cuales se puede comparar para los resultados obtenidos para este ensayo.

Tabla 2. Contenido de Humedad para las muestras de suelo analizadas en la Investigación universitaria. Fuente: (Hermes Ariel Vacca, Samir Chamíe Carrillo, 2016) Muestra M1 M2

Promedio D 11,40

esviación Estándar 0,11

1,71 0

,11

97,96

0,24

69,51

0,16

37,12

0,11

22,97

0,10

2,90 0

,11

REFERENCIAS ASTM(D2216). (2010). Standart Test Methods for Laboratory Determination of Water Content of Soil and Rock by Mass. Jean- Pierre Bardet. (1997). Experimental Soil Mechanics. Los Angeles: Prentice ll.Ha Hermes Ariel Vacca, Samir Chamíe Carrillo. (2016). Estudio de la Masa Constante para diferentes tipos de Suelos. Bogotá D.C: Pontifia Universidad Javeriana. Instituto Nacional de Vías, INVIAS. (2016). Determinación en laboratorio del contenido de agua (humedad) de muestras de suelo, roca y mezclas de suelo-agragdo.I.N.V.E - 122-13. Bogotá D.C. 31

gravedad

especifica

IntroducciĂłn

El ensayo de gravedad especĂfica permite determinar la relaciĂłn que existe entre la densidad del suelo y el agua en una muestra, a una misma temperatura y volumen total. (Bardet, 1997)

Aplicación

110

El valor de la gravedad específica es un dato importante para el cálculo de relaciones de fase en un volumen determinado. Este valor, varía de acuerdo al tipo de material que se esté analizando y a su naturaleza. Un ejemplo son las muestras con materias extrañas (cemento, cal, etc.) que requieren un tratamiento especial o una definición particular. (ASTM D854, 2014)

herramientas de trabajo

1000ml

Equipo básico

1 Picnómetro. 2 Bomba de vacío o mechero Bunsen. 3 Horno. 4 Balanzas. 5 Pipeta. 6 Termómetro. 7 Desecador. 8 Recipiente con aislante. 9 Embudo. 10 Tubo para llenar el picnómetro. 11 Tamiz No. 4

materiales

El material deberá ser una muestra representativa de solidos que pasan el tamiz No.4 en estado seco o húmedo (ASTM D854, 2014) 11

200

Procedimiento

1. Secados al horno. Para comenzar, se debe obtener una masa constante de suelo utilizando un horno a temperatura igual a 110± 5°C. Paso seguido, se deposita la muestra en el embudo, garantizando que el material se encuentre totalmente separadas en pequeñas partículas. Finalmente, de deposita agua des-aireada en el embudo. (ASTM D854, 2014) 2. Húmedos. En un principio, se define el contenido de humedad de la muestra y se coloca en un mezclador junto con 100ml de agua desaireada. Luego, se deposita la muestra en un picnometro utilizando un embudo. Este espécimen se utiliza generalmente cuando se trabaja con materiales orgánicos, con alta plasticidad, granos finos, suelos tropicales, entre otros. (ASTM D854, 2014) Independiente el tipo de espécimen (secado al horno o húmedo), se agrega agua desaireada al picnómetro hasta una profundidad igual a 1/3 o ½ y se agita la mezcla hasta formar una lechada. Es importante extraer el aire que se encuentra en la lechada utilizando una bomba de vacío, calor (hervir la lechada) o la combinación entre los dos. Paso seguido, se coloca agua desairada en el picnómetro utilizando un tubo delgado y flexible hasta observar que el fluido se encuentre por encima de la lechada. A continuación, se levanta el tubo, se ajusta la cantidad de fluido y se determina la masa y la temperatura del picnómetro con una balanza y con un termómetro respectivamente. Finalmente, se registra la masa de un recipiente seco y se vierte la lechada que se encuentra en el picnómetro. Esto se lleva al horno a una temperatura de 110 ±5°C hasta obtener una masa constante la cual debe ser medida nuevamente en la balanza. (ASTM D854, 2014)

2 0,00

1000ml

4 1000ml

1000ml

5 6 1000ml

1000ml

1000ml 0

1000ml

0,00

Explicación Para determinar la gravedad específica se emplea la Ecuación 1. Se debe tener en cuenta que la masa del suelo seco se obtiene como la masa seca de la muestra en el recipiente menos la masa del mismo recipiente o picnómetro vacío, esto después de un o proceso de secado en un horno a 110±5 C, que inicialmente consistía en un picnómetro que contenía agua y la muestra de suelo a analizar. (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2016) Ecuación 1

Donde:

•G t : Gravedad específica a temperatura de ensayo de las partículas sólidas del suelo. •Ps : Densidad de las partículas sólidas en g/cm3. •Pw : Densidad del agua a la temperatura de ensayo en g/cm3. •Mpw : Masa del picnómetro con agua más muestra de sólidos a temperatura de ensayo (la cual fue pesada antes del ensayo con el picnómetro vacío). •Ms : Masa del suelo seco. La Gravedad Específica de un suelo es un parámetro de suma importancia al momento de tener la necesidad de encontrar otros parámetros como el peso específico del suelo, a través de relaciones de fase. (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2013)

ejemplo de resultado

LABORATORIO DE GEOTECNÍA DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA INFORME DE ENSAYO Responsable:

Procedimiento de referencia:

Docente: Fecha de ensayo:

Tabla No. 1 . Consignación de datos. MUESTRA No.

M-1

M-2

PESO PICNÓMETRO+AGUA+SUELO PESO PICNÓMETRO+AGUA PESO RECIPIENTE PESO RECIPIENTE+SUELO SECO PESO SUELO SECO VALOR Mpw VALOR Ms VALOR Pw VALOR Ps VALOR Gt

Tabla No. 2. Descripción general. DESCRIPCIÓN

MUESTRA M-1 M-2 M-3 M-4

OBSERVACIONES:

M-3

M-4

FORMATO TIPO REPORTE

LABORATORIO DE GEOTECNÍA DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA INFORME DE ENSAYO Responsable:

Procedimiento de referencia:

Docente: Fecha de ensayo:

Tabla No. 1 . Consignación de datos. MUESTRA No.

M-1

M-2

PESO PICNÓMETRO+AGUA+SUELO PESO PICNÓMETRO+AGUA PESO RECIPIENTE PESO RECIPIENTE+SUELO SECO PESO SUELO SECO VALOR Mpw VALOR Ms VALOR Pw VALOR Ps VALOR Gt

Tabla No. 2. Descripción general. DESCRIPCIÓN

MUESTRA M-1 M-2 M-3 M-4

OBSERVACIONES:

M-3

M-4

COMPAREMOS...

fuentes bibliográficas Según el tipo de suelo ensayado se puede obtener una alta gamma de resultados para el ensayo de la gravedad específica, a partir de esto se debe tener con un buen criterio sobre la aceptabilidad de los resultados obtenidos. En este caso se puede hacer una comparación de los valores obtenidos en laboratorio con valores que son aceptados por la norma INVIAS, y de esta manera determinar si el ensayo es aceptable o no, y si sus resultados son relevantes o no. La norma INVIAS cuenta con dos tablas para observar estos resultados, en ambas se muestra el tipo de suelo, la identificación del suelo como se hizo para el primer laboratorio, número de laboratorios participantes, valor promedio obtenido para la gravedad específica para cada tipo de suelo ensayado, y desviación estándar del resultado, donde se puede ver qué tan lejos o cerca se encuentran los resultados obtenidos en el laboratorio. En la Tabla 1 del INVIAS se muestra el valor promedio para el resultado de los ensayos de Gravedad especifica por cada tipo de suelo analizado por el INVIAS. (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2016). Tabla 1. Resumen de los resultados de ensayos de gravedad específica hechos por triplicado en el laboratorio. Fuente: (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2016)

Tipo de Suelo

Identificación del Suelo V

alor Promedio de Gs

Desviación Estándar

Arcilla Pesada, Color Marrón y Gris 2

,715 0

,027

Arcilla Magra, Color Gris 2

,673 0

,018

Limo, Color Marrón Claro

2,726

Arena Mal Gradada, Color Marrón Amarillento

2,66 0

0,022 ,007

REFERENCIAS ASTM(D854). (2014). Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer. . Bardet, J.-P. (1997). Experimental Soil Mechanics . United States of Amereica. Instituto Nacional de Vías, INVIAS. (2016). Descripción e Identificación de suelos (Procedimeinto Visual y Manual). I.N.V.E - 128 - 13. Bogotá D.C. 40

clasificación

de suelos Introducción

El sistema de clasificación de suelos se realiza con fines ingenieriles para asignar símbolos a una muestra de suelo. Este ensayo tiene en cuenta principales características del material como el tamaño de las partículas, limite liquido (LL), índice de plasticidad (IP), entre otros. (ASTM D2487, 2011).

Aplicación Esta clasificación de suelos es un lenguaje universal utilizado por los ingenieros. Con ésta, se pueden conocer algunas propiedades significativas y posibles comportamientos que presenta el suelo. (ASTM D2487, 2011).

herramientas de trabajo Equipo básico

200 200 200

1 Tamices. 2 Grafica LL Vs IP. 3 Grafica granulométrica.

materiales

Muestra representativa de suelo.

Procedimiento

La muestra se pasa inicialmente por una serie de tamices los cuales van a clasificar el suelo de acuerdo a su tamaño. El material se considera fino (Limo (m)/ Arcilla (C)). Si más del 50% del mismo pasa el tamiz No.200, de lo contrario es un material granular (Gravas(G)/ Arenas(S)). Adicionalmente, se considera que una muestra es grava si más del 50% de éste queda retenido en el tamiz No. 4, si no, el material es una arena. (ASTM D2487, 2011) Material fino Nota: Para la clasificación de este material, es necesaria la gráfica de LL Vs. IP. Es necesario determinar si un material es orgánico o inorgánico. Para esto se determina el limite liquido antes y después de secado en horno. Si el valor del material seco es menor al 75% de la muestra original entonces se considera un suelo orgánico. Un limo también se considera orgánico si el limite liquido de la muestra original es menor al 50% o el índice de plasticidad es menor a 4, mientras que en la arcilla se debe tener un índice de plasticidad mayor o igual a 4. (ASTM D2487, 2011) Un suelo es arcilla inorgánica si se tiene un límite liquido (LL) e índice de plasticidad (IP) por encima de la línea “A”. De lo contrario se considera limo inorgánico. Muchas veces la muestra estudiada contiene menos del 30% pero más del 15% de material retenido en el tamiz No.200. para estos casos, se debe adicionar el símbolo del material predominante (G o S). (ASTM D2487, 2011) Material granular Nota: para la clasificación de este material es necesario contar con la gráfica granulométrica (cantidad de material que pasa Vs. Tamaño de tamices) y los coeficientes de uniformidad (Cu) y de curvatura (Cc). Si la muestra quedo retenida con más del 50% del material en el tamiz No. 200 entonces dicho material se clasifica nuevamente con el tamiz No. 4. Si más del 50% de la muestra pasa dicho tamiz, entonces, el suelo es arena, de lo contrario se consideran gravas. (ASTM D2487, 2011) Se considera un suelo bien gradado si Cu es mayor o igual a 4 para las gravas o mayor a 6 para las arenas y Cc es mayor a 1 pero menor a 3 en ambos casos. Si menos del 5% de la muestra total no pasa el tamiz No.200 entonces el material es pobremente gradado. (ASTM D2487, 2011) Si en la muestra total se tiene un 12% de material que pasa el tamiz No.200, es necesario nombrar este material con los símbolos apropiados ya que se tiene material granular con algo de finos. Para esto es necesario implementar la gráfica de LL Vs. IP que se utilizó en la clasificación de suelos finos. (ASTM D2487, 2011) 45

200 200 200 200 200 200 200

Explicación El reporte que será entregado para la clasificación de un suelo debe tener: •Nombre de grupo •Símbolo del grupo •Distribución de los tamaños de partículas (en % de Grava, Arena y Finos) •Características como Límite líquido e Índice de plasticidad para la descripción de los materiales finos. •Un reporte donde se describe el procedimiento empleado en la práctica. •Es recomendable en algunos casos adicionar una interpretación geológica local o regional de los materiales. Un ejemplo de lo anterior se puede ver a continuación: Grava arcillosa con arena y guijarros (GC). Cuenta con un 46 % fino a grueso de grava dura sub-redondeada; 30 % fino a grueso de arena dura sub-redondeada; 24 % de finos arcillosos, con L.L=38, IP=19; el material presenta débil reacción con HCl, y la muestra de campo original tenía 4 % de adoquines sub-redondeados duros; la dimensión máximo es de 150 mm. La interpretación geológica describe el material como proveniente de un abanico aluvial de suelo firme, homogéneo, seco y de color marrón. (International Standards Worldwide, ASTM, 2011) Para determinar el nombre del grupo y el símbolo de este se debe pasar por un proceso de análisis granulométrico y ensayos de límites de consistencia (L.L e I.P), para ello se pueden basar de la Figura 1, (International Standards Worldwide, ASTM, 2011)Figura 2, y (International Standards Worldwide, ASTM, 2011)Figura 3 (International Standards Worldwide, ASTM, 2011)donde se observan los diagramas de flujo para materiales finos con materia orgánica, para gravas y para arenas. En la Figura 4 (International Standards Worldwide, ASTM, 2011)se encuentra la gráfica de plasticidad para suelos finos, en donde después de determinar el límite líquido e índice de plasticidad, se ingresa y se puede determinar el tipo de suelo fino, si es una arcilla o limo y si es de alta o baja plasticidad.

04 SIMBOLO DEL GRUPO

NOMBRE DEL GRUPO 15% mayor de No.200

Arcilla Orgánica

<30% mayor de No. 200

%arena>%grava %arena<%grava

Arcilla Orgánica con Arena Arcilla Orgánica con Grava

%arena > %grava

<15%grava >15%grava

Arcilla Orgánica Arenosa Arcilla Orgánica Arenosa con Grava

%arena < %grava

<15%arena >15%arena

Arcilla Orgánica con mucha Grava Arcilla Orgánica con mucha Grava y Arena

15%-29% mayor de No.200 IP>4 >30% mayor de No. 200

OL 15% mayor de No.200

Limo Orgánica

<30% mayor de No. 200 IP<4

%arena>%grava %arena<%grava

Limo Orgánica con Arena Limo Orgánica con Grava

%arena > %grava

<15%grava >15%grava

Limo Orgánica Arenosa Limo Orgánica Arenosa con Grava

%arena < %grava

<15%arena >15%arena

Limo Orgánica con mucha Grava Limo Orgánica con mucha Grava y Arena

15%-29% mayor de No.200 >30% mayor de No. 200

SIMBOLO DEL GRUPO

NOMBRE DEL GRUPO 15% mayor de No.200

Arcilla Orgánica

<30% mayor de No. 200

%arena>%grava %arena<%grava

Arcilla Orgánica con Arena Arcilla Orgánica con Grava

%arena > %grava

<15%grava >15%grava

Arcilla Orgánica Arenosa Arcilla Orgánica Arenosa con Grava

%arena < %grava

<15%arena >15%arena

Arcilla Orgánica con mucha Grava Arcilla Orgánica con mucha Grava y Arena

15%-29% mayor de No.200 arriba de la línea A >30% mayor de No. 200

OH Limo Orgánica

15% mayor de No.200 <30% mayor de No. 200 debajo de la línea A >30% mayor de No. 200

%arena>%grava

Limo Orgánica con Arena

15%-29% mayor de No.200

%arena<%grava

Limo Orgánica con Grava

%arena > %grava

<15%grava >15%grava

Limo Orgánica Arenosa Limo Orgánica Arenosa con Grava

%arena < %grava

<15%arena >15%arena

Limo Orgánica con mucha Grava Limo Orgánica con mucha Grava y Arena

Figura 1. Diagrama de flujo para suelo fino orgánico de alta o baja Compresibilidad (50% o más de finos pasan el No.200). Fuente: (Ing. Iván Matus Lazo y Ing. Marvin Blanco Rodríguez, 2014)

Simbolo del Grupo.

< 5% de finos.

Cu ≥ 4 y 1≤ Cc ≤3

Cu < 4 y/o 1> Cc

Cu ≥ 4 y 1≤ Cc ≤3 GRAVA %grava > %arena

Finos= ML o MH

GW-GM

Finos= CL o CH (o CL-ML)

GW-GC

Finos= ML o MH

GP-GM

Finos= CL o CH (o CL-ML)

GP-GC

Finos= ML o MH

5 a 12 % finos Cu < 4 y/o 1> Cc

> 12% de finos

Nombre del grupo <15% de arena

Grava bien graduada

≥15% de arena. <15% de arena

Grava bien graduada con arena. Grava mal graduada.

≥15% de arena.

Grava mal graduada con arena.

<15% de arena

Grava bien graduada con limo

≥15% de arena. <15% de arena

Grava bien graduada con limo y arena Grava bien graduada con arcilla (o arcilla limosa)

≥15% de arena. <15% de arena

Grava bien graduada con arcilla y arena (o arcilla limosa y arena) Grava mal graduada con limo.

≥15% de arena. <15% de arena

Grava mal graduada con limo y arena. Grava mal graduada con arcilla (o arcilla limosa)

≥15% de arena. <15% de arena

Grava mal graduada con arcilla y arena (o arcilla limosa y arena) Grava limosa.

≥15% de arena. <15% de arena

Grava limosa con arena. Grava arcillosa.

≥15% de arena. <15% de arena

Grava arcillosa con arena. Grava limosa arcillosa.

≥15% de arena.

Grava limosa arcillosa con arena.

GC Finos CL O CH GC-GM Finos= CL-ML

Figura 2. Diagrama de flujo para suelo Grueso, clasificado como grava. Fuente: (Ing. Iván Matus Lazo y Ing. Marvin Blanco Rodríguez, 2014) Simbolo del Grupo.

< 5% de finos.

Cu ≥ 6 y 1≤ Cc ≤3

Cu < 6 y/o 1>

Cu ≥ 6 y 1≤ Cc ≤3 Arena % arena ≥ %grava.

Finos= ML o MH

SW-SM

Finos= CL, CH (o CL-ML)

SW-SC

Finos= ML o MH

SP-SM

Finos= CL, CH (o CL-ML)

SP-SC

5 a 12 % finos Cu < 6 y/o 1>

Finos= ML o MH > 12% de finos

Nombre del grupo <15% de arena

Arena bien graduada

≥15% de arena. <15% de arena

Arena bien graduada con grava. Arena mal graduada.

≥15% de arena.

Arena mal graduada con grava.

<15% de arena

Arena bien graduada con limo

≥15% de arena. <15% de arena

Arena bien graduada con limo y grava Arena bien graduada con arcilla (o arcilla limosa)

≥15% de arena. <15% de arena

Arena bien graduada con arcilla y grava (o arcilla limosa y grava) Arena mal graduada con limo.

≥15% de arena. <15% de arena

Arena mal graduada con limo y grava. Arena mal graduada con arcilla (o arcilla limosa)

≥15% de arena. <15% de arena

Arena mal graduada con arcilla y grava (o arcilla limosa y grava) Arena limosa.

≥15% de arena. <15% de arena

Arena limosa con grava. Arena arcillosa.

≥15% de arena. <15% de arena

Arena arcillosa con grava. Arena limosa arcillosa.

≥15% de arena.

Arena limosa arcillosa con grava.

SC Finos CL O CH SC-SM Finos= CL-ML

Figura 3. Diagrama de flujo para suelo Grueso, clasificado como arena. Fuente: (Ing. Iván Matus Lazo y Ing. Marvin Blanco Rodríguez, 2014)

Figura 4. Gráfica de plasticidad de suelo fino, basada en la línea A. Fuente: Propia, 2016.

COMPAREMOS...

fuentes bibliográficas Dentro de la gran variedad de resultados que se pueden obtener al clasificar suelos, se podría decir que los resultados posibles según la simbología del material se pueden ver en la Tabla 1. En cuanto al nombre se pueden basar en los diagramas de flujo que fueron expuestos en este documento. En la Tabla 1 (International Standards Worldwide, ASTM, 2011)se puede observar la simbología para los suelos granulares, clasificados según él % de la fracción fina para la muestra. La clasificación para los suelos finos está basada en la gráfica de plasticidad de suelos finos basada en la línea A, y de los ensayos de límites de consistencia.

Tabla 1. Simbología para la clasificación de suelos granulares y finos. Fuente: (International Standards Worldwide, ASTM, 2011) % Finos

Gravas (G) A renas (S)

Limos (M)

Arcillas (C )

<5% de fracción fina

GW S

ML C

GP S

MH C

>12% de fracción fina

GM S

GC S

GM-GC

SM-SC

ML-CL

5-12% de fracción fina

GW-GM

SW-SM

MH-CH

GW-GC

SW-SC

GP-GM

SP-SM

GP-GC

SP-SC

REFERENCIAS

ASTM D422. (1963). Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils. United States . Ing. Iván Matus Lazo y Ing. Marvin Blanco Rodríguez. (5 de Abril de 2014). Slide Share. Obtenido de http://es.slideshare.net/renzoflorescardenas/clasificacin-de-suelos International Standards Worldwide, ASTM. (2011). Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System). D2487 - 11. Louisiana, USA: Editorial Board. 51

Granulometría

Introducción

Este ensayo determina los porcentajes de suelo que pasan los diferentes tamaños de tamices hasta llegar al No 200 (75 μm) y así poder iniciar el proceso de clasificación del suelo que se está estudiando. (ASTM D422, 1963)

Aplicación El ensayo de granulometría, es una de las pruebas que se realiza para la clasificación de una muestra de suelo. Ésta, tiene en cuenta los materiales que quedan retenidos en el tamiz No 200 (material granular) (ASTM D422, 1963)

herramientas de trabajo

200 200 200

Equipo básico

1 Balanza. 2 Tamices. 3 Cepillo.

materiales

4 Muestra representativa de suelo.

0,00

Procedimiento

Inicialmente se separa la porción de material que es retenida en el tamiz No. 10 (2 mm) en fracciones que dependerán de los diferentes tamaños de tamices. Luego, se realiza el proceso de tamizado del material, el cual consiste en hacer movimientos continuos horizontales y verticales a los diferentes tamices para que las partículas se distribuyan apropiadamente, evitando manipular el material con las manos. Este proceso culmina cuando el material retenido en el tamiz no pasa más del 1% en el tiempo determinado de 1 minuto. Se debe retirar el material que queda atrapado en la malla por medio de un cepillo y se coloca como material retenido. Para terminar, se determina la masa del material retenido en los diferentes tamices por medio de una balanza. Con esto, se realiza una gráfica de porcentaje de material que pasa VS tamaño de tamices para el análisis de la muestra (ASTM D422, 1963)

200 200 200 200 200

200

200 200 200 200 200

0,00

Explicación Todo informe de un análisis granulométrico debe contener la siguiente información: (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2013) •Tamaño máximo de las partículas contenidas en la muestra. •Porcentajes retenidos o que pasan cada uno de los tamices utilizados en el análisis. Esto puede ser presentado de forma tabulada en una tabla o de forma gráfica. •Breve descripción de las partículas de grava y arena presentes en la muestra lavada en la granulometría, esto en base en el ensayo de identificación de suelos. •Gravedad específica (si se realizó), especialmente si este ensayo obtuvo un resultado atípica, ya sea muy alto o muy bajo. •Descripción de los dispositivos de dispersión utilizados y duración de su uso. Se debe especificar dificultades presentes en la dispersión la fracción de material que pasa cada tamiz, en especial se debe tener cuidado con el No. 10. Una vez se haya registrado el masa retenida en cada tamiz en el análisis granulométrico, se procede a calcular el porcentaje del peso retenido como se ve en la Ecuación 1. Ψ ‫݋݀݅݊݁ݐ݁ݎ‬௜ ൌ

௉Ǥோ೔ ௉Ǥ்

‫ ͲͲͳ כ‬Ecuación 1

Ecuación 1

 Ψ ‫݋݀݅݊݁ݐ݁ݎ‬௜ : porcentaje de la masa retenida en el tamiz i. Donde: 

ܲǤ ܴ : masa retenida en el tamiz i.

•% retenido௜ i : porcentaje de la masa retenida en el tamiz i  ܲǤ ܶ: masa total de la muestra después del tamizado. •P.Ri: masa retenida en el tamiz i •P.Ti: masa total de la muestra después del tamizado

A continuación se calcula el porcentaje del peso retenido acumulado como se ve en la Ecuación 2, donde el primer porcentaje retenido acumulado es igual a cero: Ψ ‫݉ݑܿܽ ݋݀݅݊݁ݐ݁ݎ‬௜ ൌ Ψ ‫݉ݑܿܽ ݋݀݅݊݁ݐ݁ݎ‬௜ିଵ ൅ Ψ ‫݋݀݅݊݁ݐ݁ݎ‬௜ Ecuación Ecuación 22 

 

Ψ ‫݉ݑܿܽ ݋݀݅݊݁ݐ݁ݎ‬௜ : porcentaje de la masa retenida acumulada en el tamiz i. Ψ ‫݉ݑܿܽ ݋݀݅݊݁ݐ݁ݎ‬௜ିଵ : porcentaje de la masa retenida acumulada en el tamiz anterior. 56 Ψ ‫݋݀݅݊݁ݐ݁ݎ‬௜ : porcentaje de la masa retenida en el tamiz i.

Donde:

•% retenido acum i : porcentaje de la masa retenida acumulada en el tamiz i •% retenido acumi-1: porcentaje de la masa retenida acumulada en el tamiz anterior •% retenidoi : porcentaje de la masa retenida en el tamiz i Finalmente se calcula el porcentaje que pasa en cada tamiz, como se observa en la Ecuación 3:

% pasa ii= 100 -% retenido acum Ecuación 3

Donde:

•% Pasai : porcentaje que pasa el tamiz i •% retenido acum i : porcentaje de la masa retenida acumulada en el tamiz i

LABORATORIO DE GEOTECNÍA Procedimiento de referencia:

Responsable: Docente: Fecha de ensayo:

Tabla No. 1 . Consignación de datos. ABERTURA DEL TAMIZ MASA RETENIDO (g) (mm)

% RETENIDO

% RETENIDO ACUMULADO

% QUE PASA

(pulg)

76.1

2.5

50.8

38.1

1.5

25.4

0.75

12.7

0.5

9.5

0.375

4.8

No. 4

No. 10

0.425

No. 40

0.15

No. 100

0.075

No. 200

Curva Granulométrica 100.00%

90.00%

80.00%

70.00%

Porcentaje que pasa (%)

ejemplo de resultado

GRANULOMETRÍA INFORME DE ENSAYO

60.00%

50.00%

40.00%

30.00%

20.00%

10.00%

0.00%

0.0

0.1

1.0

Abertura del tamiz (mm)

OBSERVACIONES:

10.0

100.0

COMPAREMOS...

fuentes bibliográficas Dependiendo del análisis granulométrico se puede obtener la siguiente clasificación de la muestra según el tamaño de las partículas, como se observa en la , en donde al final se debe especificar cuál es el porcentaje que pasa de cada uno de los tipo de suelos según su tamaño. Tabla 1. Clasificación de los tipos de suelos según análisis granulométrico por tamaño de partículas. Fuente: (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2016)

Clasificación por Tamaño P asa el tamiz Grava Gruesa N Arena

Retenido en el tamiz

3" (75mm) N

o. 4 (4.75mm)

o. 4 (4.75mm) N

Media

No. 10 (2mm)

Fina

No. 40 (425

Limo

No. 200 (75 - 5

Arcilla

No. 200 (< 5

Tipo de Suelo

o. 10 (2 mm) No. 40 (425

Grano Grueso

o. 200 (75 G

rano Fino

REFERENCIAS ASTM D422. (1963). Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils. United States . Instituto Nacional de Vías, INVIAS. (2016). Determinación de los tamaños de las partículas de los suelos.I.N.V.E - 123 -.13 Bogotá D.C. 60

Hidrometría

Introducción

El ensayo de hidrometría determina la distribución de los suelos de grano fino o materiales que pasan el tamiz No. 200. Ésta prueba, se basa en la ley de Stokes quien supuso que las partículas de suelo caen en el agua como esferas debido a su peso. (Bardet, 1997)

06 1

Aplicación El ensayo de hidrometría, es una de las pruebas que se realiza para la clasificación de una muestra de suelo. Ésta, tiene en cuenta los materiales que pasan el tamiz No 200 (material fino) (Bardet, 1997)

herramientas de trabajo Equipo básico

1 Hidrómetro 2 Probeta 3 Termómetro de inmersión. 4 Cronómetro. 5 Baño de agua. 6 Varilla de vidrio. 7 Recipiente.

materiales

8 Agua. 9 Agente dispersante. 10 Muestra representativa de suelo.

06 1

Procedimiento

Inicialmente, se coloca la muestra de suelo en un envase de 250ml y se sumerge totalmente con agua destilada, ahora, se coloca el agente dispersante (125ml de hexametafosfato de sodio). Esta mezcla se deja durante toda la noche para desintegrar completamente los terrones de suelo. (ASTM D422, 2007) Al día siguiente, se lleva la muestra a un vaso de disipación en donde se mezcla muy bien el suelo con el agua destilada de la noche anterior. Posteriormente, se coloca la mezcla en un cilindro de sedimentación de 1000ml, éste se tapa y se agita durante 1 minuto para remover los sedimentos del fondo. A continuación, se coloca el cilindro sobre una mesa alejado de los agentes que pueden cambiar la temperatura de la muestra. Paso seguido, se corre el cronometro, y al mismo tiempo, se introduce el hidrómetro en la suspensión, evitando perturbar la misma. (ASTM D422, 2007) Se realizan lecturas del hidrómetro y el termómetro a 1, 2, 5, 15, 30, 60, 120,250, y 1140 minutos (este valor se lee en el tope del menisco). Es importante que después de cada lectura, se limpie el hidrómetro con agua limpia.(ASTM D422, 2007) Por otro lado, para este ensayo, es necesario conocer la masa de la muestra. Esto se determina secando la muestra en un horno, dejándola enfriar y finalmente pesándola en una balanza. Este valor se puede determinar al inicio o al final del ensayo. (ASTM D422, 2007)

5 1 2 5 15 30 60 120 250 1140

1 2 5 15 30 60 120 250 1140

Minutos

Explicación Durante la ejecución del ensayo se deben registrar, entre varios datos, el periodo de sedimentación, temperatura de la toma y lectura del hidrómetro, para con ello calcular el diámetro de las partículas que no fueron retenidas por el tamiz No. 200 en el proceso de lavado de la muestra. Para calcular el diámetro se emplea la Ecuación 1. (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2013)

D=K*√(L/t) Ecuación 1

Donde:

•D: Diámetro de las partículas en mm. •K: Constante. •L: Distancia o Prof unddad ef ectiva entre la superficie de la suspensión y el nivel al cual se mide la densidad en cm. •T: Periodo de sedimentación en min. Primeramente para determinar el diámetro se debe hacer una corrección por temperatura, la cual se hace con la Ecuación 2, para hidrómetro 152H. (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2016) C.T=(0,2548*T)-4,9671 Ecuación 2

Donde:

•C.T: Corrección por Temperatura. •T: Temperatura en C. Posteriormente se procede a determina K. Constante que depende del valor de la gravedad específica de la muestra y de la temperatura registrada en cada suspensión. Este valor K puede ser obtenido con ayuda de la Tabla 1

Tabla 1. Valores de K para el cálculo del diámetro de partículas. Fuente: (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2013) T( )

Gs de 2,45

2,5

2,55

2,6

2,7

2,75

2,8

2,85

16 0,01510 0,01505 0,01481 0,01457 0,01414 0,01394 0,01374 0,01356 17 0,01501 0,01486 0,01462 0,01439 0,01396 0,01376 0,01356 0,01338 18 0,01492 0,01467 0,01443 0,01421 0,01378 0,01359 0,01339 0,01321 1

0,01474 0,01449 0,01425 0,01403 0,01361 0,01342 0,01323 0,01305 0,01456 0,01431 0,01408 0,01386 0,01344 0,01325 0,01307 0,01289 1 0,01438 0,01414 0,01391 0,01369 0,01328 0,01309 0,01291 0,01273 0,01421 0,01397 0,01374 0,01353 0,01312 0,01294 0,01276 0,01258 0,01404 0,01381 0,01358 0,01337 0,01297 0,01279 0,01261 0,01243 0,01388 0,01365 0,01342 0,01321 0,01282 0,01264 0,01246 0,01229 0,01372 0,01349 0,01327 0,01306 0,01267 0,01249 0,01232 0,01215 6 0,01357 0,01334 0,01312 0,01291 0,01253 0,01235 0,01218 0,01201 7 0,01342 0,01319 0,01297 0,01277 0,01239 0,01221 0,01204 0,01188 8 0,01327 0,01304 0,01283 0,01264 0,01255 0,01208 0,01191 0,01175 0,01312 0,01290 0,01269 0,01249 0,01212 0,01195 0,01178 0,01162 0,01298 0,01276 0,01256 0,01236 0,01199 0,01182 0,01165 0,01149

A continuación se estima L o profundidad efectiva, el cual depende del tipo de hidrómetro (151H o 152H) y cilindro de tamaños especificados. L puede ser determinado con ayuda de la Tabla 2, Tabla 3 y Tabla 4.

06 Tabla 2. Profundidad Efectiva L para Hidrómetro H52. Fuente: (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2013)

Tabla 3. Profundidad Efectiva L para Hidrómetro H52 continuación. Fuente: (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2013)

Hidrómetro H52

Hidrómetro H (continuación)

Profundidad Lectura Real d el Efectiva, L Hidrómetro (cm)

0,0

16,3

21,0

12,9

1,0

16,1

22,0

12,7

2,0

16,0

23,0

12,5

3,0

15,8

24,0

12,4

4,0

15,6

25,0

12,2

5,0

15,5

26,0

12,0

6,0

15,3

27,0

11,9

7,0

15,2

28,0

11,7

8,0

15,0

29,0

11,5

9,0

14,8

30,0

11,4

10,0

14,7

31,0

11,2

11,0

14,5

32,0

11,1

12,0

14,3

33,0

10,9

13,0

14,2

34,0

10,7

14,0

35,0

10,6

15,0

13,8

36,0

10,4

16,0

13,7

37,0

10,2

17,0

13,5

38,0

10,1

18,0

13,3

39,0

9,9

19,0

13,2

40,0

9,7

20,0

13,0

41,0

9,6

Tabla 4. Profundidad Efectiva L para Hidrómetro H52 continuación. Fuente: (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2013) Hidrómetro H (continuación)

Profundidad Lectura Real d el Efectiva, L Hidrómetro (cm) 51,0

7,9

52,0

7,8

53,0

7,6

54,0

7,4

55,0

7,3

56,0

7,1

57,0

7,0

58,0

6,8

59,0

6,6

60,0

6,5

Después de calcular el diámetro de las partículas se procede a calcular el porcentaje de suelo en suspensión, como se muestra en la Ecuación 3: (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2013) Ecuación 3

Donde:

•R: Lectura del Hidrómetro en (g/l). •Cd: Lectura del Hidrómetro en agua destilada con defloculante (la cual fue realizada al inicio del ensayo). •C.T: Corrección por temperatura. •α: Factor de corrección por G_S. •Wo : Masa corregida por humedad higroscópica. El Peso corregido por humedad higroscópica se determina de la siguiente manera en la Ecuación 4 (para Hidrómetro H52): (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2013) Ecuación 4

Donde:

•W : Masa seca de la muestra al aire en gramos. •Ms: Masa seca de la‫ܯ‬muestra y el recipiente a 60 C en gramos. ௌ െ ‫ܯ‬ு ܹ଴ ൌseca ܹ െ de ሺܹ la ‫ כ‬muestra ሻ y el recipiente en horno a 110± 5 C en gramos. •Mh: Masa ‫ܯ‬ு െ ‫ܯ‬஼ •Mc: Masa del recipiente en gramos. El factor de corrección por G , se estima como la Ecuación 5 (para Hidrómetro H52): (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2013) ߙ ൌ ൫Ͳǡͳͳͻ ‫ܩ כ‬ௌ ଶ ൯ െ ൫Ͳǡͺͷͻͷ ‫ܩ כ‬ௌ ଶ ൯ ൅ ʹǡͶͶͳ͵

Ecuación 5 Finalmente se calcula el porcentaje de totales pasantes P, lo cual se determina como en la Ecuación 6 (para Hidrómetro H52): (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2016) Ecuación 6

Donde: Ψ ܵ‫݋݈݁ݑ‬

ௌ௨௦௣௘௡௖௜×௡

‫ͲͲʹ͓ܽݏܽܲ כ‬

ܲൌ •Pasa#200: MasaͳͲͲ de muestra resultante en el tamiz No. 200 después del tamizado en gramos. Una vez obtenidos los diámetros y el porcentaje que poseen dentro de la muestra de suelo de grano fino, se establece la distribución del tipo de suelo (limo o arcilla) dependiendo el diámetro de las partículas.

EJEMPLO DE RESULTADO

LABORATORIO DE EOTECN A HIDRO ETR A IN OR E DE ENSA O Responsa le: Docente:

Descripción :

echa de ensa o:

Tabla No. 1 . Datos de entrada. Humedad higroscópica (%)

0.042

Recipiente No.

12.44

Peso seco a 60 C recipiente (g)

28.49

Peso seco al horno (110 /-5 C) muestra recipiente (g)

27.84

Peso Seco de la muestra al aire ( )

60.00

Peso corregido por humedad higroscópica ( o)

57.5 2.65 0.998 100.0

% Pasa Tami de 2.0mm (No.10)

0.0 (Cd)

6.0

Ct (g/l)

0.0

Tabla No. 2. Análisis Granulométrico de la fracción que pasa el tamiz de 2.0 mm (No10) Temperatura (°C):

19.9

Hidrómetro:

152-h A

Periodo de sedimentación t (min)

Temperatura (°C)

Corrección por temperatura

Lectura del Hidrómetro R (g/l)

6 Duración del período de dispersión (min): K

1 (mm)

L(cm) D

L t

(%) De suelo en suspensión

(%) Totales Pasantes

20.3

0.2

45.0

0.0

8.9

0.02865

68.11

20.2

0.2

42.0

0.0

9.4

0.01865

62.86

20.3

0.2

37.0

0.0

10.2

0.01120

54.21

20.3

0.2

34.0

0.0

10.7

0.00811

49.00

250

20.6

0.3

29.0

0.0

11.5

0.00290

40.45

1440

19.7

0.1

21.0

0.0

12.9

0.00130

26.15

OBSERVACIONES:

FORMATO TIPO REPORTE

LABORATORIO DE GEOTECNÍA HIDROMETRÍA INFORME DE ENSAYO Responsable: Docente:

Descripción :

Fecha de ensayo:

Tabla No. 1 . Datos de entrada. Humedad higroscópica (%) Recipiente No. Peso seco a 60ºC + recipiente (g) Peso seco al horno (110+/-5ºC) muestra + recipiente (g) Peso Seco de la muestra al aire (W) Peso corregido por humedad higroscópica (Wo)

% Pasa Tamiz de 2.0mm (No.10)

(Cd) Ct (g/l)

Tabla No. 2. Análisis Granulométrico de la fracción que pasa el tamiz de 2.0 mm (No10) Temperatura (°C):

Hidrómetro:

Periodo de sedimentación t (min)

Corrección por temperatura

Duración del período de dispersión (min): Temperatura (°C)

Lectura del Hidrómetro R (g/l)

OBSERVACIONES:

(mm)

L(cm) D

L t

(%) De suelo en suspensión

(%) Totales Pasantes

COMPAREMOS...

fuentes bibliográficas Según el diámetro de las partículas analizadas en el ensayo de hidrometría se puede determinar a qué tipo de suelo de grano fino pertenece y completar la granulometría iniciada con el proceso de tamizado. En este caso se pueden observar los intervalos dentro de los cuales se espera clasificar la muestra en la Tabla 7(Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2013): Tabla 5. Clasificación del slo según el diámetro de las partículas analizadas en el ensayo de Hidrometría. Fuente: (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2013)

Clasificación del Suelo

Diámetro ( m (

Limo

75 - 5

Arcilla

5-1

Coloides

REFERENCIAS ASTM D422. (2007). Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils. United States. Bardet, J.-P. (1997). Experimental Soil Mechanics. United States. Instituto Nacional de Vías, INVIAS. (2013). Determinción de los tamaños de las particas de los suelos I.N.V.E - 123 - 13. Bogotá D.C.