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Facultad de Ingeniería y Arquitectura

Análisis granulométrico por sedimentación

Mecánica de suelos I Cajamarca, mayo del 2011


Métodos de sedimentación

Estos métodos se basan en que la velocidad de sedimentación de las

partículas en un líquido es función de su tamaño.

Existen dos métodos: análisis granulométrico por sifonaje y análisis


granulométrico con densímetro.


Ensayo: análisis granulométrico por sifonaje

Se utiliza cuando el material es fino (arcillo limoso). Con este método se

determina la cantidad de limo y la cantidad de arcilla que contiene una

muestra de suelo.

Equipo

- Dispersor eléctrico


- Dispersor eléctrico

- Probeta de 5 ml.

- Probeta de 100 ml

- Disco metálico o de madera

- Manguera para sifonear

- Estufa

- Tamices N°10, N°40, N°200

- Cápsula de porcelana


Procedimiento

- Secar la muestra

- Pesar la muestra seca (Ws)

- Separar el material mediante la malla

N°10, el material retenido es grava, el

material que pasa es arena, limo y


material que pasa es arena, limo y

arcilla.

- Pesar el material que pasa la malla N°

10 (Wi), colocar en el dispersador

eléctrico agregar agua y 5 ml. de

silicato de sodio, luego mezclar durante

15 minutos.


- Vaciar la mezcla del dispersador

a una probeta de 1000 ml. luego

agregar agua hasta una altura de

20 cm., agitar durante 1 minuto.


- Dejar reposar la probeta con la

muestra durante 30 minutos

considerando que el tamaño de

las partículas del limo están

comprendidas entre 0.075 mm y

0.002 mm. (AASHTO)


- Colocar el disco metálico en la

probeta hasta donde se encuentra

el material sedimentado, luego

sifonear con la manguera el agua

con el material que ha quedado en


suspensión.


- Sacar la muestra sedimentada, secar en la estufa durante 24 horas a 105°C

- Pesar la muestra seca (Wf)

- Determinar la cantidad de arcilla por diferencia de pesos Warcilla = Wi – Wf

- La muestra sedimentada seca se tamiza en las mallas N°40 y N°200.

- El material retenido en la malla N°40 es arena grue sa


- El material que pasa la malla N°40 y se retiene en l a malla N°200 es arena

fina

- El material que pasa la malla N°200 es limo.


Ejemplo: determinar la cantidad de arena gruesa, arena fina, limo y

arcilla de un suelo que fue sometido al ensayo de análisis

granulométrico por sifonaje, obteniéndose los siguientes resultados

Peso total de la muestra seca que pasa N°10 80.4 gr.


Peso de material retenido en la malla N°40 5.8 gr.

Peos de material retenido en la malla N°200 26.5 gr.

Peos de material que pasa la malla N°200 17.3 gr.


Ws:80.4 gr.

Malla Malla(mm) P.R.P (gr) % R.P. % R.A % PASA

N° 40 0.42


N° 40 0.42

N°200 0.074

Limo 0.002

Arcilla 0.0002


Ensayo: análisis granulométrico utilizando densíme tro

Se utiliza en material fino

(arcillo limoso). Con este

método se determina el

tamaño de las partículas de


limo y de las partículas de

arcilla que contiene una

muestra de suelo. Además se

puede dibujar la curva

granulométrica.


Ensayo: análisis granulométrico utilizando densímetro

Este ensayo se realiza por sedimentación, consta de tres partes:

calibración del densímetro, corrección de las lecturas del densímetro por

menisco y defloculante y ejecución del ensayo.

� Calibración del densímetro


� Calibración del densímetroEquipo

- Densímetro

- Probeta de vidrio de 1000 ml.


Procedimiento

• Determinar el área de la probeta de 1000 ml. (Ap)

- Medir el volumen entre 2 graduaciones (Vp)

- Medir la distancia comprendida entre las 2


- Medir la distancia comprendida entre las 2

graduaciones (L)

- Determinar el área Ap = VpL


• Determinar el volumen del

bulbo del densímetro (Vb)

- Colocar un volumen

determinado de agua en la

probeta (Vi)


- Sumergir el densímetro en la

probeta y determinar el nuevo

volumen (Vf)

- Determinar el volumen del

bulbo Vb = Vf – Vi


• Medir la longitud del bulbo (h)

• Medir la distancia entre el

extremo superior del bulbo y

las distintas graduaciones del


vástago, las cuales

pertenecen a las diferentes

lecturas del peso especifico

relativo (H1)


• Calcular las alturas H que corresponden

a las alturas del peso específico relativo

de la suspensión.

H = H1 + 1 / 2 * ( h – Vb/Ap)


• Estos valores H se anotan en el lado

derecho del nomograma lo cual viene

hacer la escala para el densímetro en

uso (por lo que se precisa un

nomograma para cada densímetro)


� Corrección de las lecturas del densímetro por deflo culante y menisco

• Corrección de las lecturas del densímetro por deflo culante

Material

- 5 ml. de defloculante (silicato de sodio)

- Agua


- Agua

Equipo

- Probeta de 1000 ml. (debe ser la misma que se utilizó para calibrar el

densímetro.


Procedimiento

- Colocar agua en la probeta de 1000 ml,

añadir 5 ml de defloculante, agregar agua

hasta la marca de 1000 ml. y determinar

la densidad de la suspensión con el


la densidad de la suspensión con el

densímetro (c’d)

- Determinar la corrección por defloculante.

Cd = (C’d – 1)*1000


• Corrección de las lecturas del densímetro por menis coEquipo

- Probeta de 1000 ml.

- Densímetro

Procedimiento

- Colocar agua en la probeta hasta la marca de


1000 ml. luego colocar el densímetro

- Realizar una lectura en la parte superior del

menisco (Ls)

- Realizar una lectura en la parte inferior del

menisco (Li)

- Determinar la corrección por menisco mediante

la siguiente expresión: Cm = ( Ls – Li) *1000


� Ensayo de sedimentación

Material

- 5 ml. de defloculante (silicato de sodio)

- muestra seca cuyas partículas pasen la malla N°80,

generalmente se trabaja con material que pasa la malla N°200

(0.074 mm.)


Equipo

- Probeta de 1000 ml. (debe ser la misma que se utilizó para

calibrar el densímetro)

- Densímetro

- Dispersador eléctrico

- Estufa con control de temperatura

- Cápsula de porcelana


Procedimiento

- Secar la muestra en la estufa a

50 °C.

- Pesar la muestra seca (Ws)


aproximadamente 40 a 60 gr.

- En el dispersador eléctrico

colocar la muestra, agregar agua

y 5ml de defloculante, mezclar

durante 15 minutos.


- Vaciar la mezcla del dispersador a la probeta,

agregar agua hasta la marca de 1000 ml, luego

agitar durante 1 minuto.

- Colocar la probeta en reposo y empezar a tomar las

lecturas con el densímetro (g), de acuerdo a los


lecturas con el densímetro (g), de acuerdo a los

siguientes tiempos (t) 15”, 30”, 1’, 2’, 4’, 8’, 15’, 30’,

1h, 2h, 4h, 8h,16h, 24h, 48h, etc. así mismo se

registra la temperatura (T) en cada lectura realizada

con el densímetro.

NOTA: Después de cada lectura se sacará el densímetro para lavarlo

y secarlo, excepto hasta lecturas de los 2 primeros minutos.


- Determinar el coeficiente

de corrección por

temperatura (Ct) según

ábacos o tablas (existen

ábacos o tablas para

Temperatura(° C)

Densímetro calibrado a15° C 20° C

10 - 0.5 - 1.2511 - 0.4 - 1.1812 - 0.3 - 1.1013 - 0.2 - 1.014 - 0.1 - 0.8815 0.0 - 0.7716 + 0.1 - 0.64


ábacos o tablas para

densímetros calibrados

a 15°C y a 20°C.)

16 + 0.1 - 0.6417 + 0.2 - 0.518 + 0.4 - 0.3919 + 0.5 - 0.1920 + 0.7 0.021 + 0.9 + 0.1922 + 1.1 + 0.3723 + 1.3 + 0.5824 + 1.5 + 0.8025 + 1.8 + 1.0226 + 2.0 + 1.2827 + 2.2 + 1.51


- Determinar el diámetro de las partículas según ábaco.

- Determinar los porcentajes correspondientes a cada diámetro de las

partículas:

% = 100 * γs * (R + Ct – Cd – Cm)

Ws (γs – 1 )


Ws (γs – 1 )

R = (g- 1)*1000

Ws: peso de la muestra seca

γs : peso específico de la muestra (se determina mediante la fiola)

Cd : corrección de la lectura del densímetro por defloculante

Ct : coeficiente de corrección por temperatura

Cm: corrección de la lectura del densímetro por menisco


- Si es un análisis granulométrico combinado (método de cribado y

método de suspensión) se debe determinar el porcentaje del total de la

muestra, mediante la siguiente expresión:

% del total = X * Y


100

X: % material pasa malla N°200 determinado en análi sis

granulométrico por lavado

Y: % averiguado en el ensayo de sedimentación.


Ejemplo dibujar la

curva granulométrica

de un suelo que ha

sido sometido al

ensayo de

A. Calibración del densímetro

a.1 Area de la probeta

Vp (cm3) 300L (cm) 10.7Ap (cm2)


sedimentación con

densímetro. Se utiliza

densímetro calibrado a

20°C.

a.2 Volumen del bulbo del densímetro

Vi (cm3) 800.00Vf (cm3) 828.00Vb (cm3)

a.3 Longitud del bulbo del densímetro

h (cm) 12.00


a.4 Valores de H1 y H

Graduaciones H1 H

Densímetro

1.00 13.00

1.01 11.80

1.02 10.60

H = H1 + 1 / 2 * ( h – Vb/Ap)


1.02 10.60

1.03 9.40

1.04 8.20

1.05 7.00

1.06 5.80

1.07 4.60

1.08 3.40

1.09 2.20

1.10 1.00


B. Corrección de las lecturas del densímetro por de floculante y menisco

b.1 Corrección de las lecturas por defloculante

C'd 1.0030Cd


b2. Corrección de las lecturas del densímetro por m enisco

Ls 0.999Li 0.998

Cm


C. Ensayo de sedimentación Densímetro calibrado a 20°CWs = 50 Cm = 1.0

Cd = 3 γs = 2.53

Tiempo (t)

Densidad (g)

Temp. (°C)

Ct R (g-1)*100

R + Ct -Cd -Cm

Díametro %

15 " 1.0345 16.030 " 1.03 16.001 ' 1.026 16.0

% = 100 * γγγγs * (R + Ct – Cd – Cm)

Ws (γγγγs – 1 )


01 ' 1.026 16.002 ' 1.023 16.005 ' 1.018 16.015 ' 1.0165 16.030 ' 1.015 16.001 h 1.0145 16.002 h 1.0135 17.004 h 1.0115 17.008 h 1.0105 17.016 h 1.010 17.024 h 1.009 16.048 h 1.008 16.0


ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO CON DENSIMETRO

100

Por

cent

aje

que

pasa

(%

)

Fina Media Grue Fina Gruesa

Arena Grava

Arcilla y limo

N° 200 N° 40 N° 10 N° 4 3/4 " 3 "


0

20

40

60

80

0.001 0.010 0.100 1.000 10.000 100.000

Diámetro de partículas (mm)

Por

cent

aje

que

pasa

(%

)


Ejemplo: Los siguientes datos del ensayo por tamizado vía húmeda son de la

muestra de suelo que fue sometida al ensayo por sedimentación con densímetro

del ejemplo anterior. Se pide dibujar la curva granulométrica total.

MUESTRA : 500.00 gr.TAMIZ PRP %RP %RA % QUE

N° ABER.(mm) (gr) PASA3/4" 19.00 40.8


3/4" 19.00 40.81 /2 " 12.70 6.301/4" 6.35 19.70N°4 4.75 4.00

N°10 2.00 15.30N°20 0.85 7.70N°30 0.59 8.20N°40 0.42 10.80N°60 0.25 26.70

N°100 0.15 119.20N°200 0.075 43.20

CAZOLETA -.- 198.10TOTAL


C. Ensayo de sedimentaciónWs = 50 % pasa N° 200 = 39.62Cd = 3 Cm = 1.0 γs = 2.53

Tiempo (t)

Densidad (g)

Temp. (°C)

Ct R R + Ct -Cd-Cm

Díametro % % del total

15 " 1.0345 16.030 " 1.03 16.001 ' 1.026 16.0

% del total = X * Y100


01 ' 1.026 16.002 ' 1.023 16.005 ' 1.018 16.015 ' 1.0165 16.030 ' 1.015 16.001 h 1.0145 16.002 h 1.0135 17.004 h 1.0115 17.008 h 1.0105 17.016 h 1.010 17.024 h 1.009 16.048 h 1.008 16.0


ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO COMBINADO

80

100

Por

cent

aje

que

pasa

(%

)

Fina Media Gruesa Fina Gruesa

Arena GravaLimo y arcilla

N° 200 N° 40 N° 10 N° 4 3/4 " 3 "


0

20

40

60

80

0.001 0.010 0.100 1.000 10.000 100.000

Diámetro de partículas (mm)

Por

cent

aje

que

pasa

(%

)

por lavado por sedimentación

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