Practica 17: Densidad y absorcion del agregado INTRODUCCIN Una de las propiedades fsicas de los agregados es la DENSIDAD. AL realizar este laboratorio podemos decir que de acuerdo a los tipos de agregados encontraremos partculas que tienen poros saturables como no saludables que dependiendo de su permeabilidad pueden estar vacos parcialmente saturados o totalmente llenos de agua, generando as una serie de estados de humedad y densidad.Sabiendo lo que ms interesa en el diseo de mezcla es la densidad aparente de los agregados. Este factor es importante para el diseo de mezcla porque con l podemos determinar la cantidad de agregado requerido para un volumen unitario de concreto. 1. OBJETIVOSOBJETIVO GENERAL. -Determinar la densidad y la absorcin de los agregados (finos y gruesos) a partir del humedecimiento de los agregados en un tiempo determinado.OBJETIVOS ESPECFICOS.-Calcular la densidad y absorcin de una cierta muestra de agregado (fino y grueso) para saber si cumple los requerimientos para la elaboracin del diseo de mezcla.-Establecer el tipo de agregado (fino y grueso) para la elaboracin de un buen diseo de mezcla.-Conocer la importancia y cmo influye la densidad y absorcin que tienen los agregados en una mezcla de concreto.2. MATERIAL Y EQUIPOS Se utilizaron los siguiente materiales y equipos: PARA EL AGREGADO GRUESO -Balanza. Un aparato sensible, fcil de leer, con precisin del 0.05% de la masa de la muestra en cualquier punto dentro del rango usado para este ensayo. La balanza debe estar equipada con un aparato apropiado para suspender el recipiente de la muestra en agua desde el centro de la plataforma de la balanza.-Recipiente de la muestra. Una canasta de malla con abertura de 3.35 mm o ms fina, o un balde de aproximadamente igual ancho y altura, con capacidad de 4L y 7L para un tamao mximo nominal de 37.5 mm o menos. El recipiente debe ser construido de modo que no se atrape aire cuando se sumerja.-Tamices. Tamiz N 4 o 4.75 mm. PARA EL AGREGADO FINO -Balanza. Un aparato sensible, fcil de leer, con sensibilidad de 0.1 gramo de la masa de la muestra en cualquier punto dentro del rango usado para este ensayo.-Picnmetro. Frasco volumtrico de vidrio con capacidad de 500 cm a temperatura normal-Molde Metlico. Debe ser de forma tronco cnica con las medidas siguientes: 40 mm de dimetro en la base superior, 90 mm de dimetro en la inferior y 75 mm de altura.-Pisn Metlico. Debe tener un peso de 340 g y una seccin plana de 25 mm de dimetro-Secador de Pelo. Aparato utilizado para secar el agregado. 3.-BASE TERICA La densidad es una propiedad fsica de los agregados y est definida por la relacin entre el peso y el volumen de una masa determinada, lo que significa que depende directamente de las caractersticas del grano de agregado.Como generalmente las partculas de agregado tienen poros tanto saturables como no saturables, dependiendo de su permeabilidad interna pueden estar vacos, parcialmente saturados o totalmente llenos de agua se genera una serie de estados de humedad a los que corresponde idntico nmero de tipos de densidad, descritos en las Normas Tcnicas Colombianas 176 y 237; la que ms interesa en el campo de la tecnologa del concreto y especficamente en el diseo de mezclas es la densidad aparente que se define como la relacin que existe entre el peso del material y el volumen que ocupan las partculas de ese material incluidos todos los poros (saturables y no saturables).Este factor es importante para el diseo de mezclas porque con l se determina la cantidad de agregado requerido para un volumen unitario de concreto, debido a que los poros interiores de las partculas de agregado van a ocupar un volumen dentro de la masa de concreto y adems porque el agua se aloja dentro de los poros saturables. El valor de la densidad de la roca madre vara entre 2.48 y 2.8 kg/cm. El procedimiento para determinarla est se encuentra en la NTC 176 pra los agregados gruesos y la NTC 327 para los agregados finos.Existe tres tipos de densidad las cuales estn basadas el la relacin entre la masa (en el aire) y el volumen del material; a saber:-Densidad Nominal. Es la relacin entre la masa en el aire de un volumen dado de agregado, incluyendo los poros no saturables, y la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a temperatura establecida.-Densidad Aparente. La relacin entre la masa en el aire de un volumen dado de agregado, incluyendo sus poros saturable y no saturables, (pero sin incluir los vacos entre las partculas) y la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a una temperatura establecida.-Densidad Aparente (SSS). La relacin entre la masa en el aire de un volumen dado de agregado, incluyendo la masa del agua dentro de los poros saturables, (despus de la inmersin en agua durante aproximadamente 24 horas), pero sin incluir los vacos entre las partculas, comparado con la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a una temperatura establecida.La densidad aparente es la caracterstica usada generalmente para el clculo del volumen ocupado por el agregado en diferentes tipos de mezclas, incluyendo el concreto de cemento Portland, el concreto butiminoso, y otras mezclas que son proporcionadas o analizadas sobre la base de un volumen absoluto. La densidad aparente es tambin usada en el clculo de los vacos en el agregado en la NTC 1926. La densidad aparente (SSS) se usa si el agregado est hmedo, es decir, si se ha satisfecho su absorcin. Inversamente, la densidad nominal (seco al horno) se usa para clculos cuando el agregado esta seco o se asume que est seco. La densidad nominal concierne a la densidad relativa del material slido sin incluir los poros saturables de las partculas constituyentes.La absorcin en los agregados, es el incremento en la masa del agregado debido al agua en los poros del material, pero sin incluir el agua adherida a la superficie exterior de las partculas, expresado como un porcentaje de la masa seca. El agregado se considera como "seco" cuando se ha mantenido a una temperatura de 110C 5C por suficiente tiempo para remover toda el agua no combinada.La capacidad de absorcin se determina por medio de los procedimientos descritos en la Norma Tcnica Colombiana 176, para agregados gruesos, y la Norma Tcnica Colombiana 237, para los agregados finos. Bsicamente consiste en sumergir la muestra durante 24 horas luego de lo cual se saca y se lleva a la condicin de densidad aparente (SSS); obtenida esta condicin, se pesa e inmediatamente se seca en un horno y la diferencia de pesos, expresado como un porcentaje de peso de la muestra seca, es la capacidad de absorcin.Para el clculo, tanto las densidades como la absorcin para el agregado grueso se calculan de la siguiente manera:-Densidad AparenteD = A / [ B C ] DondeA es la masa en el aire de la muestra de ensayo secada al horno (grs)B es la masa en el aire de la muestra de ensayo saturada y superficialmente seca (grs)C es la masa en el agua de la muestra de ensayo saturada (grs)-Densidad Aparente (saturada y superficialmente seca).D = B / [ B C ] -Densidad Nominal.D = A / [ A C ] -ABSORCINAbsorcin = ( [ B A ] / A ) * 100 Para el agregado fino la densidad se calcula de la siguiente manera:-Densidad AparenteDaparente = A / [ B + S C ] DondeA es la masa en el aire de la muestra de ensayo secada al horno (grs)B es la masa del picnmetro lleno con aguaS es la masa de la muestra saturada y superficialmente seca (grs)C es la masa del picnometro con la muestra y el agua hasta la marca de calibracin (grs), yD densidad grs / cm-Densidad Aparente (saturada y superficialmente seca).Dsss = S / [ B + S C ] -Densidad Nominal.D = A / [ B + A C ] -ABSORCINAbsorcin (%) = ( [ S A ] / A ) * 100 Nota: Para que la densidad se exprese en unidades de grs/cm, se multiplica su valor por 1grs/cm que es la densidad del agua a 20C. En el ensayo no se indica pero se asume esta operacin. 4.-PROCEDIMIENTO Se llevaron a cabo dos procedimientos, uno para el agregado grueso y el otro para el agregado fino.-PARA EL AGREGADO GRUESOSe escogi una muestra representativa del agregado, la cual se redujo desechando el material que pasara por el tamiz # 4, luego se procedi a lavarla y sumergirla en el balde durante 24 horas.Al da siguiente, se tomo la muestra secndola parcialmente con una toalla hasta eliminar pelculas visibles de agua en la superficie. Se tuvo en cuenta que las partculas ms grandes se secaron por separado. Cuando las partculas tienen un color mate es porque ya esta en la condicin saturada y superficialmente seca.Con la balanza debidamente calibrada se pesa la muestra para averiguar su masa en esta condicin. Luego se introdujo en la canastilla y se sumergi, y se cuantifico la masa sumergida en agua a una temperatura ambiente. Luego fue llevada al horno a una temperatura de 110C durante 24 horas, al da siguiente se cuantifico su peso y se tomaron apuntes. -PARA EL AGREGADO FINOSe toma una muestra representativa de agregado fino la cual se sumerge durante 24 horas. Al da siguiente se expande la muestra sobre la superficie de un recipiente o bandeja la cual no es absorbente. Con el secador se le inyecta una corriente de aire hasta conseguir un secado uniforme, la operacin es terminada cuando los granos del agregado estn sueltos. Luego se introduce la muestra en un molde cnico, se apisona unas 25 veces dejando caer el pisn desde una altura aproximada de 1 cm, posteriormente se nivela y si al quitar el molde la muestra se deja caer es porque no existe humedad libre, si es lo contrario se sigue secando y se repite el proceso hasta que cumpla con la condicin. Cuando se cae el agregado al quitar el molde cnico es porque se ha alcanzado una condicin saturada con superficie seca.Se procede a tomar una muestra de 500 gramos del agregado para envasarla en el picnmetro llenndolo con agua a 20C hasta ms o menos 250 cms, luego se hace girar el picnmetro para eliminar todas las burbujas de aire posibles. Se procede a cuantificar el peso del picnmetro en la balanza anotando su respectivo valor.Al trmino de este paso, se embaza la muestra en tazas para ser dejadas en el horno por espacio de 24 horas. Y por ltimo, al da siguiente se llevaron las muestras a la balanza y su cuantifico su valor. Se tomaron apuntes. 5.-DATOS Y RESULTADOS -DATOS PARA EL AGREGADO GRUESOPARA LA MUESTRA # 1Peso de Canastilla : 56,5 grsPeso taza : 42,5 grsC = 586,5 grs 56,5 grs = 530,4 grsB = 906,15 grs 42,5 grs = 863,65 grsA = 898,9 grs 42,5 grs = 856,4 grsD aparente = A / [ B C ]D aparente = 856,4 grs / [ 863,65 grs 530, 4 grs ]Daparente = 2,5698 grs/cmDsss = B / [ B C ]Dsss = 863,65 grs / [ 863,65 grs 530,4 grs ]Dsss = 2.5916 grs/cmDnominal = A / [ A C ]Dnominal = 856,4 grs/ [ 856,4 grs 530,3 grs ]Dnominal = 2,6270 grs/cmAbsorcin = ( [ B A ] / A ) * 100Absorcin = ( [ 863,65 grs 856,4 grs ] / 856,4 grs ) * 100Absorcin = 0.84%PARA LA MUESTRA # 2Peso de Canastilla : 56,5 grsPeso taza : 42,5 grsC = 668,0 grs 56,5 grs = 611,5 grsB = 1029,15 grs 42,5 grs = 986,65 grsA = 1023,8 grs 42,5 grs = 981,3 grsD aparente = A / [ B C ]D aparente = 981,65 grs / [ 986,65 grs 611,5 grs ]Daparente = 2,6157 grs/cmDsss = B / [ B C ]Dsss = 986,65 grs / [ 986,65 grs 611,5 grs ]Dsss = 2.6300 grs/cmDnominal = A / [ A C ]Dnominal = 981,3 grs/ [ 981,3 grs 611,5 grs ]Dnominal = 2,6535 grs/cmAbsorcin = ( [ B A ] / A ) * 100Absorcin = ( [ 986,65 grs 981,3 grs ] / 986,65 grs ) * 100Absorcin = 0.54%PARA LA MUESTRA # 3Peso de Canastilla : 56,5 grsPeso taza : 42,5 grsC = 619,7 grs 56,5 grs = 563,2 grsB = 954,9 grs 42,5 grs = 912,4 grsA = 948,1 grs 42,5 grs = 905,6 grs D aparente = A / [ B C ]D aparente = 905,6 grs / [ 912,4 grs 563,2 grs ]Daparente = 2,5933 grs/cmDsss = B / [ B C ]Dsss = 912,4 grs / [ 912,4 grs 563,2 grs ]Dsss = 2.6128 grs/cmDnominal = A / [ A C ]Dnominal = 905,6 grs/ [ 905,6 grs 563,2 grs ]Dnominal = 2,6448 grs/cmAbsorcin = ( [ B A ] / A ) * 100Absorcin = ( [ 912,4 grs 905,6 grs ] / 905,6 grs ) * 100Absorcin = 0.75%-DATOS PARA EL AGREGADO FINOMUESTRA # 1Peso Picnmetro : 177, 3 grsPeso taza : 82 grsA = 581,95 grs 82 grs = 499,95 grsB = 350 grsC = 821,8 grsS = 582 grs 82 grs = 500 grsDaparente = A / [ B + S C ]Daparente = 499,95 grs / [ 350 grs + 500 grs 821,8 grs ]Daparente = 17,7287 grs/cmDsss = S / [ B + S C ]Dsss = 500 grs / [ 350 grs + 500 grs 821,8 grs ]Dsss = 17,7305/cmDnominal = A / [ B + A C ]Dnominal = 499,95 grs / [ 350 grs + 499,95 grs 821,8 grs ]Dnominal = 17,7602 grs/cmAbsorcin (%) = ( [ S A ] / A ) * 100Absorcin (%) = ( [ 500 grs 499,95 grs ] / 499,95 grs ) * 100Absorcin (%) = 0.01% MUESTRA # 2Peso Picnmetro : 143,6 grsPeso taza : 61 grsA = 560,92 grs 61 grs = 499,92 grsB = 350 grsC = 965,5 grs 143,6 grs = 821,9 grsS = 500 grsDaparente = A / [ B + S C ]Daparente = 499,92 grs / [ 350 grs + 500 grs 821,9 grs ]Daparente = 17,790 grs/cmDsss = S / [ B + S C ]Dsss = 500 grs / [ 350 grs + 500 grs 821,9 grs ]Dsss = 17,7935 grs /cmDnominal = A / [ B + A C ]Dnominal = 499,92 grs / [ 350 grs + 499,92 grs 821,9 grs ]Dnominal = 17,8415 grs /cmAbsorcin (%) = ( [ S A ] / A ) * 100Absorcin (%) = ( [ 500 grs 499,92 grs ] / 499,92 grs ) * 100Absorcin (%) = 0.016%6.-CONCLUSIONESLa densidad del agregado se encuentra dentro del intervalo especificado en la revista ASOCRETO, el cual determina que la roca madre se encuentra dentro de los lmites de 2,48 y 2,8 grs /cm. En nuestro laboratorio la densidad aparente promedio del agregado grueso de las tres muestras tomadas es de 2,5929 grs/cm. Esta densidad es importante porque la utilizaremos para nuestro diseo de la mezcla.El resultado de laboratorio arroj que la densidad del agregado fino es mayor que el agregado grueso debido a que la relacin entre masas de los dos agregados. El agregado fino es proporcionalmente ms grande el agregado grueso debido a tiene una mayor compactacin y menos espacio de vacos, lo cual hace que aumente su densidad.La absorcin que se present en el agregado grueso es buena, ya que nos indica que en el diseo de mezclas, el agregado aportar agua en una mnima dosis; debemos tener en cuenta este porcentaje. Se observa en los resultados que ese mnimo aumento en peso debido a la absorcin del agregado fue de 0.84% para la muestra #1 y 0.54% para la muestra #2. Puede ser que el agregado escogido en la muestra #2, las partculas escogidas sean ms pequeas que las partculas de la muestra # 1 y por eso la diferencia entre el porcentaje de absorcin.La densidad promedio del agregado fino que nos result en el laboratorio esta entre 17,70 grs/cm y 17,84 grs/cm. Esto indica que el grado de compactacin es menor que en el agregado grueso, presentando un mejor acomodamiento en las partculas. La saturacin que se present en el agregado fino es muy mnima, esto se nota en el aumento de peso se observ en el laboratorio; por eso sus densidad aparente es menor que la densidad saturada y la densidad nominal.Debido a que la saturacin de el agregado fino fue mnima, su absorcin tambin. Por esto los resultados de 0.01% y 0.016% en la absorcin de las dos muestras estudiadas. Puede que ser que el agregado no se halla dejado durante el tiempo suficiente para que la absorcin se llevara hasta el mximo alcance. 7.-BIBLIOGRAFA NORMA TECNICA COLOMBIANA # 176. Mtodo de Ensayo para Determinar la Densidad y la Absorcin del Agregado Grueso.NORMA TECNICA COLOMBIANA # 237. Mtodo de Ensayo para Determinar la Densidad y la Absorcin del Agregado Fino.CONCRETO. Serie de Conocimientos Bsicos. Revista N1. ASOCRETO. Instituto Colombiano de Productores de Cemento. MECANICA DE SUELOS MECANICA: parte de la ciencia fsica que trata de la accin de las fuerzas sobre los cuerpos. MECANICA DE SUELOS: Es la rama de la mecnica que trata de la accin de las fuerzas sobre la masa de suelo. DEFINICIN DE KARL TERZAGHI: La Mecnica de Suelos es la aplicacin de las leyes de la Mecnica y la Hidrulica a los problemas de ingeniera que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partculas slidas, producto de la desintegracin qumica y mecnica de las rocas Actualmente se ha incorporado a la terminologa de suelos las acepciones GEOTECNIA INGENIERA GEOTECNICA, lo que nos evidencia que se esta tomando en cuenta los principios y la aplicacin tanto de la Mecnica de Suelos como de la Geologa y la Mecnica de las rocas. Hoy en da es concluyente el hecho de que Ningn ingeniero que sienta responsabilidad tcnica y moral de su profesin deja de efectuar un estudio de las condiciones del suelo cuando disea estructuras de cierta importancia, esta situacin determina dos caractersticas que se conjugan: Seguridad y economa. Por mucho tiempo y por muy diversas razones el hombre ha estudiado y sigue estudiando el suelo sobre el cual vive, presentando varias teoras y mtodos en la solucin de los problemas relativos al uso del mismo. Sin embargo fue el distinguido investigador Dr. Karl Terzaghi quin organiz conceptos y los hizo crecer hasta formar una nueva rama de la ingeniera La Mecnica de Suelos; as mismo, en cierta ocasin mencion: Quin solo conoce la teora de la Mecnica de Suelos y carece de experiencia prctica, puede ser un peligro pblico.KARL TERZAGHI Se le conoce como el Padre de la Mecnica de Suelos. Naci en Praga el 2 de Octubre de 1883 y muri el 25 de Octubre de 1963 en WINCHESTER - MASSACHUSSETS. Abord problemas de ingeniera de suelos y cimentaciones. Public su famoso libro ERDBAUMECHANIH, que en la actualidad se considera como el nacimiento de la mecnica de Suelos; trabajo en: Instituto Tecnolgico de Massachussets (1925-1929) En la Universidad de Harvard (1938) Durante muchos aos desempeo el cargo de Presidente de la Sociedad Internacional de Mecnica de Suelos y Cimentaciones. Se le otorgaron numerosos premios honorficos, incluido la Medalla de Norman de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (A.S.C.E.), en 1942, 1946 y 1955. Universidades de ocho pases diferentes le concedieron nueve ttulos de Dr. HONORIS CAUSA.PROPIEDADES FISICAS DE LOS SUELOS FASES DEL SUELO, SMBOLOS Y DEFINICIONES. Consideramos el suelo como un material trifsico constituido por partculas slidas rodeada por espacios de agua y aire. En efecto, con la finalidad de poder describir las caractersticas del suelo es necesario expresar la mezcla de slidos, agua y aire. Para definir las propiedades fsicas utilizaremos la figura 1.1, la que representa de manera esquemtica las proporciones en volumen y peso (masa en otros casos) de las fases que constituyen el suelo. Se distinguen tres fases constituyentes: . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . Va . Fase gaseosa . Wa. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . Vv. . . .. Fase gaseosa . . . Vm Vw Fase lquida Ww. . . . Wm.. . . . . . Fase lquida Vs . Fase slida . . Ws. . . . . . . . . . . . . . .Fase slida . . . . . . . . . .. Fase gaseosa: Comprende especficamente el aire; pueden estar presentes otros gases (vapores sulfurosos, anhdrido carbnico, etc) que no se consideran en esta fase. Fase lquida: Constituida por el agua (libre, especficamente), aunque en los suelos pueden existir otros lquidos de menor significacin. Fase slida: Formada por partculas minerales del suelo (incluyendo la capa slida absorbida) a) VOLMENES: Va = Volumen del aire o de la fase gaseosa Al agruparse las partculas mineralesVw = Volumen de agua o de la fase lquida unas a otras para formar el suelo, Vs = Volumen de slidos o de la fase slida quedan espacios vacos (oquedades)Vm = Volumen total de la muestra de suelo que son ocupados por el agua total Vm = Va + Vw + Vs parcialmente. Vv = Volumen de vacos de la muestra de suelo: Vv = Va + Vw Suelo seco: Cuando la muestra de suelo no contiene la fase lquida, el mismo que no existe en la naturaleza, solamente se obtiene en laboratorio.= 0Vm = Vs + Vw + Va = Vs + Va Suelo totalmente saturado: Cuando todos sus vacos estn ocupados por agua Vm = Vw + Vs b) PESOS: (Tambin se puede trabajar considerando masa) Wa = Peso del aire o de la fase gaseosa Ma = Masa del aire El Peso Masa del aire en los poros: Wa, Ma, = 0Ww = Peso del agua o de la fase lquida Mw = Masa del agua intersticialWs =Peso de los slidos o de la fase slida del suelo Ms = Masa de slidos Wm = Peso total de la muestra de suelo. Mm = Masa total de la muestra = 0 = 0 Wm = Ws + Ww + Wa = Ws + Ww Mm = Ms + Mw + Ma = Ms + Mw El peso de los slidos o sea del suelo seco, es obtenido eliminando la fase lquida. La pelcula de agua absorbida, no desaparece por completo al someter el suelo al horno a temperaturas prcticas. En Mecnica de suelos, el estado seco de un suelo se considera que se obtiene a temperaturas de 105C - 110C.RELACIONES DE PESOS Y VOLMENES Peso especfico del suelo: Es la relacin entre el peso del suelo y su volumen. Tambin se denomina peso volumtrico; es decirpeso de dicho suelo contenido en la unidad de volumen. o = Peso especfico del agua destilada; a una temperatura de 4C y 01 atmsfera de presin (a nivel del mar), es igual a 1.0 gr/cm3 . En Mecnica de Suelos relacionamos el peso de las distintas fases con sus volmenes correspondientes: En el suelo se distinguen los siguientes pesos especficos o pesos volumtricos: PESOS ESPECIFICOS ABSOLUTOS 1.- Peso especfico de slidos =s: Tambin se denomina:Peso especfico real s (gr/cm3) Peso especfico verdadero 2.- Peso especifico del aga contenida en el suelo = w w = (gr/cm3) Su valor vara con la temperatura y difiere muy poco deloA temperatura 0Cw = 0.95gr/cm3; a temperatura 100Cw = 0.99gr/cm3 En problemas prcticos ambos se toman como iguales: w =o = 1 gr/cm3 3.- Peso especfico total de la muestra de suelo: m (gr/cm3) Tambin se denomina:Peso especfico hmedo, peso especfico aparentePeso volumtrico del suelo, peso volumtrico hmedo del sueloPESOS ESPECIFICOS RELATIVOS (S): Peso especfico relativo: Se define como la relacin entre el peso especfico de una sustancia y el peso especfico del agua. S = SIN UNIDADES 1.- Peso especfico relativo de slidos: Tambin se llama: Gravedad especfica Ss w = densidad del agua = 1000kg/mm3 2.- Peso especfico relativo de masa del suelo: Se conoce como peso volumtrico relativoSmde la masa de suelo. RELACIONES VOLUMTRICAS Son de gran importancia, para el manejo comprensible de las propiedades mecnicas de los suelos y un completo dominio de su significado y sentido fsico. 1.- Relacin de vacos (e): Se llama tambin proporcin de vacos ndice de poros e Es la relacin entre el volumen de vacos y el volumen de slidos Tericamente e puede variar desde 0 hasta el " En la prctica, segn Jurez Badillo: 0.25 " e " 15e = 0.25, se trata de arenas muy compactas con finose = 15, se trata de arcillas altamente compresibles 2.- Porosidad ( ): Porosidad de un suelo es la relacin entre el volumen de vacos y el volumen de su masa. (%) Los valores de pueden variar: 0 " " 100% Si = 0, es un suelo ideal con solo fase slida Si = 100%, solo sera un espacio vaco (imposible). Los valores de , en la prctica varan: 20% " " 95%Si = 20%, Se trata de arenas muy compactas con finos Si = 95%, Se trata de arcillas altamente compresibles Segn Meter L. Berry - David Reid: En suelos granulares:Estado ms suelto: Corresponde al mximo volumen de vacos: emx = 0.91, = 47.6% Estado ms denso: Corresponde al mnimo volumen de vacos: emin = 0.35, = 26%En la prctica los valores extremos para suelos granulares: Arenas bien graduadas: 0.43 " e " 0.67; Arenas de tamao uniforme: 0.51 " e " 0.85 Arenas bien graduadas: 30% " " 40%; Arenas de tamao uniforme: 34% " " 46% En suelos cohesivos: La proporcin de vacos es mucho ms alta que en suelos granulares, ello se debe a la actividad electroqumica asociada con las partculas de mineral de arcilla: 0.55 " e " 5 ; 35% " " 83% Turba: Se caracteriza por tener alto contenido de materia orgnica y una gran capacidad para retener y almacenar agua, los valores de e estn en rango de 10 - 15. Por tanto, un depsito tpico de turba de 3.0m de espesor podr haber menos de 300mm materia slida La turba es un material muy compresible y los depsitos superficiales podran experimentar una deformacin del 50% o ms si es sometido a la accin de una carga equivalente a 1.0m de suelo de relleno. 3.- Grado de saturacin (Gw): De un suelo expresa la proporcin de vacos ocupada por el agua. Se define por la relacin entre el volumen del agua y el volumen de sus vacos. Tambin se conoce como humedad relativa del suelo. Gw(%) Los valores de Gw pueden variar de: 0% "Gw " 100% Si Gw = 0, es un suelo seco Si Gw = 100%, Es un suelo totalmente saturado 4.- Contenido de humedad agua de un suelo (w): Expresa la proporcin de agua presente en el suelo. Es la relacin entre el peso de agua del suelo y el peso de su fase slida. Generalmente se expresa en porcentaje. W(%) , tambin Tericamente los valores varan de: 0 "w " " En la naturaleza la humedad de los suelos varia entre lmites muy amplios; por ejemplo: Los suelos de los valles de Mxico tienen humedades normales entre 500 - 600% En arcillas Japonesas se han registrado contenidos de agua de 1200 - 1400%. 5.- El contenido de aire (Ar): Expresa la proporcin de aire presente en el suelo. Es la relacin entre el volumen de aire y el volumen total de la muestra de suelo. 0 " Ar " Tabla 1.1: Propiedades de algunos suelos naturales (basadas en Terzaghi y Peck 1967) ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- Contenido dePorosidad Relacin de humedad Vacos Gw = 1 Densidad (Mg/m3) Descripcin (%) e w (%)d s --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Arena uniforme suelta 46 0.85 32 1.44 1.89 Arena uniforme densa 34 0.51 19 1.75 2.08 Arena bien graduada suelta 40 0.67 25 1.59 1.98 Arena bien graduada densa 30 0.43 16 1.86 2.16 Tilita glacial bien graduada 20 0.25 9 2.11 2.32 Arcilla glacial blanda 55 1.20 45 1.21 1.76 Arcilla glacial dura 37 0.60 22 1.69 2.06 Arcilla ligeramente orgnica blanda 66 1.90 70 0.92 1.57 Arcilla muy orgnica blanda 75 3.00 110 0.68 1.43Arcilla montmorilonotoca blanda (bentonita) 84 5.20 194 0.44 1.28 Turba amorfa 91 10 500 0.18 1.09 Turba fibrosa 94 15 1,000 0.09 1.03 d = densidad secas = densidad saturada RELACIONES ENTRE e Y eDespejando tenemos: yIgualando tenemos: ; despejando:Sabemos que: Vm = Vv + VsReemplazando tenemos:Entonces: ; Luego porosidad: Ahora, proporcin de vacos:DENSIDAD Densidad absoluta: De un cuerpo es la masa de dicho cuerpo contenida en la unidad de volumen, sin incluir sus vacos. Se le puede llamar simplemente densidad. Densidad aparente: Es la masa de un cuerpo contenida en la unidad de volumen, incluyendo sus vacos. Densidad relativa: De un slido, es la relacin de su densidad a la densidad absoluta del agua destilada., tambinDonde:Ps = Peso de la partcula slida en gramos Vs = Volumen de slidos en Cm3 Vt = Volumen de slidos ms volumen de vacos, en cm3 Dw = Densidad absoluta del agua destilada a temperatura de 4C; su valor es 1 gr/cm3Los suelos que contienen partculas gruesas en su mayor parte se les determina la densidad relativa aparente, y a los suelos que estn formados por gran cantidad de partculas finas se les determina la densidad relativa absoluta.SUELOS PARCIALMENTE SATURADOSVOLMENES PESOS. . . . . . . .Va . . . F.G . . . Wa = 0 e=Vv Vw F.L Ww = wSs wVm=1+e Wm = Ss w(1+w) . . . . . . . . . . 1=Vs . . . F.S . . . Ws = Ss w . . . . . . 1.- PESOS -Peso de slidos ; Si Vs = 1 Ws = s Ahora, como peso esp. relativo: s = Ss w Ws = Ss wb) Peso del agua Ww = wWs Ww = wSsw -Peso de la masa Wm = Ww + Ws Wm = wSsw + Ssw Wm = Ssw(1+w)2.- VOLMENES ; como Vs =1 Vv = e Vm = Vv + Vs Vm = 1 + e FORMULAS: -Para Calcular Grado de Saturacin: ; Pero: Tambin: Por tanto el grado de saturacin ser:b) Peso Especfico Relativo Aparente de la Masa: ; Pero Entonces: Reemplazando valores de Wm y Vm: c) Peso Especfico Aparente peso volumtrico parcialmente saturado: S Reemplazando valores de Sm, tenemos: ; Como Tambin Segn a, reemplazando: wSs = eGw SUELOS SATURADOS En un suelo saturado Gw = 100% y el Vv = Vw, significa que todos los vacos estn llenos de agua; en consecuencia esta conformado por dos fases: VOLMENES PESOSe=Vv = Vw F.L Ww =Vw w = e w 1+e = Vm Wm =w(Ss+e)1= Vs F.S Ws =Ss w1.- PESOS: Asumiendo que Vs = 1u3 a) Peso de Slidos: ; Como Vs = 1 y b) Peso del agua: ; Pero: * Ahora en funcin de: e (porque Vs = 1 u3); Pero Por tanto, reemplazando en (*): c) Peso total de la muestra de suelo: 2.- VOLUMEN DE LA MUESTRA FORMULAS: -Para evaluar la proporcin de vacos, partimos de: (*) Remplazamos valores de: y en (*) -Peso especfico relativo de la masa: y Reemplazando: Wm y Vm, tenemos: ; tambin reemplazando valor de eOtra frmula en funcin de n; Reemplazando en Sm -Peso especfico de la muestra de suelo Densidad saturada , tambin SUELO SECO En su conformacin no existe agua, por tanto no tiene fase lquida: w = 0 y Gw = 0 Se llama tambin: Peso volumtrico seco VOLMENES PESOSVv = Va F.G Wa = 0 Vm Wm = WsVs F.S WsFORMULAS: 0 a) Wm = Ws + Wa Wm = Ws ; Sabemos que:Entonces: ; Por tanto, peso especfico seco:-Tambin el peso especfico seco se obtiene a partir del m para un suelo parcialmente saturado. ; como w = 0 ; Por tanto:-Otra expresin del peso especfico seco es: En un suelo saturado tenemos: i) y ii) e = w SsReemplazando ii) en i), pero solo en el numerador:Como: m = Smo ;m = d (1+w)Correlacin de pesos volumtricos secos y saturados y/ parcialmente saturados en funcin de la humedad. PROBLEMAS PROBLEMA: Una muestra de arcilla blanda saturada tiene un contenido de agua natural de 43 por ciento. El peso especfico relativo de sus slidos es 2.70. Determinar la relacin de vacos, la porosidad y el peso volumtrico saturado. SOLUCION: Se trata de un suelo totalmente saturadoDatos: w = 43% Ss = 2.70. Asumimos que Ws = 1gr yw = 1gr/cm3 Volumen de slidos Vs = Ws/ s = 1.0 gr/ 2.70 gr/cm3 0.43 F. L 0.43 Vs = 0.37 cm3 Vm=0.800.37 F.S 1.0 Volumen de vacos e = Vv/vs = 0.43/0.37 = 1.16 Entonces volumen de la muestra: Vm = Vw + Vs = Vv + Vs = 0.43 + 0.37 = 0.80 cm3Luego, Porosidad: = Vv/Vm = 0.43/0.80 = 0.51Como: Wm = Ww + Ws = 0.43 + 1.0 = 1.43 gr Vm = 0.80 cm3Por tanto:msat =m = Wm/Vm = 1.43 / 0.80 = 1.79 gr/cm3 PROBLEMA: Una muestra de suelo parcialmente saturada tiene un peso de 63.4gr y un volumen de 46.5cm3. despus de secado al horno su peso se ha reducido a 52.7gr. El peso especfico de las partculas slidas es de 168 lb/pie3. Calcular: El grado de saturacin, el peso especfico de la masa y el peso especfico seco.SOLUCION: Wm =63.4gr Vm = 46.4gr Vs = 52.7grss s = 2.69 gr/cm3 Clculo del peso del agua: Ww = Wm - Ws = 63.4 - 52.7 = 10.7gr Ww = 10.7grsClculo del volumen de los slidos:Clculo del volumen de agua:Clculo del volumen de vacos: Va = Vm - Vs - Vw = 46.5 - 19.60 -10.7 = 16.2cm3 Por tanto: Vv = Vw + Va = 10.7 + 16.2 = 26.9cm3 Vv = 26.9cm31.- Grado de saturacin:2.- Peso especfico de la masa:m m = 1.36gr/cm3 3.- Peso especfico seco:d d = 1.13gr/cm3 PROBLEMA: Un recipiente contiene 2.00 m3 de arena de peso especfico de slidos 2.68 ton/m3 y la arena seca pesa 3,324 kg. Calcular la cantidad de agua requerida para saturar la arena del recipiente. SOLUCION: Vm = 2.00m3s = 2.68 ton/m3 Ws = 3,324 kg = 3.324 ton. Clculo del volumen de vacos:s = Vs = Vs =Vv = Vm - Vs = 2.00 - 1.24 = 0.76 m3 Para suelo saturado (100% de saturacin) se tiene: e = w.Ss w =Pero: , yPeso de la muestra de suelo saturada peso en estado 2 (peso del suelo saturado): Wmsat = Ws ( 1+w) Wmsat. = 3.324(1+0.229)= 4,084 kgs Luego la cantidad de agua para saturar la arena ser: Ww = Wmsat. - Ws = 4,084 - 3,324 = 760 kg. Vw = 760 lts. Rpta PROBLEMA: Un suelo de 0.25 pie3 pesa 30.8 lbs. Despus de secado al horno pesa 28.2 lbs; si Ss = 2.7. Determine: -Peso especfico hmedo - Peso especfico seco - Porosidad -Contenido de agua - Relacin de vacos - Grado de saturacin SOLUCION Vm = 0.25 pie3 Wm = 30.8lbs Ws = 28.2lbs Ss = 2.7 1.- Calculo de peso especfico hmedo (peso especfico de la masa) m2.- Contenido de humedad o de agua3.- Peso especfico seco:d4.- Proporcin de vacos: e Vs e 5.- Porosidad: n6.- Grado de saturacin:Entonces:PROBLEMA: Una probeta de suelo de 20cm de alto y 5cm de radio pesa 7.2 lbs, el porcentaje de humedad de dicho suelo es 20% . Si el peso especfico relativo de las partculas slidas es 2.7, calcular el grado de saturacin, as como la porosidad y el peso unitario al estado seco SOLUCION: Datos: h = 20 cm r = 5.0 cm w = 20% Ss = 2.7 Hallar: Gw, , yd Volumen de la muestra:Vm = r2 h Vm = (5)2 x 20Vm = 1,570 cm3Peso de los slidos del suelo: Ws = 6.0 lbs Volumen de slidos: sWs = Vs . Ss . oPeso del agua: Ww = 0.20 Ws Ww = 0.20x6.0lbs = 120lbs Volumen del agua: Ww = Vw. o VwWw = Vw. o Vw Vw = 543 cm3 Volumen de vacos: Vv = Vm - Vs = 1570 cm3 - 1000 cm3 = 570 cm3 El grado de saturacin ser:Porosidad:Peso unitario hmedo:Entonces, el peso unitario seco es:PROBLEMA: El peso de una muestra hmeda y su recipiente es de 75.49gr antes de secar, y 64.28gr despus de secado en el horno a 110C por 24 horas. Tomando en el laboratorio el peso del recipiente dio 32.54gr y segn datos del terreno: Ss = 2.69. S suponemos que la muestra se encuentra totalmente saturada, se pide calcular: El contenido de humedad, la porosidad y la proporcin de vacos SOLUCION Wm + Wr = 75.49gr Wr = 32.54gr Ws * Wr = 64.28gr Ss = 2.69 Se trata de un suelo saturado totalmentePeso del suelo hmedo: Wm = 75.49 - 32.54 = 42.95gr Peso del suelo seco : Ws = 64.28 - 32.54 = 31.74grEntonces, peso del agua : Ww = 42.95 - 31.74 = 11.21gr 1.- Contenido de humedad:2.- Porosidad: sComo se trata de suelo saturado:Por tanto:Luego:3.- Proporcin de vacos: PROBLEMA: Se tiene 900 kg de arena seca (Ss = 2.65) que ocupan 0.55m3. Responda:Cuantos litros de agua son necesarios agregar a la muestra para saturarla al 70% Con la cantidad agregada de agua, Que porcentaje de humedad tiene la muestra? Si se compacta la arena mojada, esta reduce su volumen en 0.05; Cul ser el peso volumtrico saturado? Ws = 900kg Ss = 2.65 F.G Wa=0Vm = 0.55m3 VvVwVm=0.55 0.21 0.147 F.LVs=0.34 F.S Ws=900 Clculo del volumen de los slidos: s = Ss o = 2.65(1 gr/cm3) = 2.65gr/cm3s = 2650 kg/m3 Entonces, el volumen de slidos ser:Ahora el volumen de vacos:1.- Clculo de los litros de agua que se debe agregar para saturar al 70% la muestra. S 1.0 m3 1000lts 0.147 m3 X X = 147 kg Se requieren 147 lts de agua para saturar la muestra al 70%2.- Calculo del contenido de humedad de la muestra con 70% de saturacin , y Ww = Vw w =0.147m3x1000kg/m3 = 147 kg3.- Peso volumtrico saturado: Viene hacer el peso especfico de la muestra saturada Condicin: Al compactarse la arena mojada, se reduce el volumen en 0.05m3Al reducirse la arena en 0.05m3, entonces se reduce el volumen de vacos El nuevo volumen de vacos ser: Vv = 0.21 - 0.05 = 0-16m3El volumen de la masa ser : Vm = 0.55 - 0.05 = 0.50m3 El peso volumtrico saturado, es el peso especfico de la muestra en estado saturado: cuando Gw = 100% . sat =m msat =sst = sat = 2122 kg/m3 Problema: Una muestra representativa e inalterada obtenida de un estrato de suelo pesa 28.0kg. con un volumen de 14.8 litros. De esta muestra se extrae un pequeo espcimen que pesa 80gr hmedo y 70 gr ya seco al horno. La densidad absoluta relativa de las partculas slidas de la muestra es de 2.66. se desea calcular: -Humedad de la muestra g) Porosidad de la muestra -Peso seco de toda la muestra extrada del estrato h) Grado de saturacin de-Peso del agua en toda la muestra extrada del estrato la muestra -Volumen de la parte slida de toda la muestra obtenida i) Peso volumtrico-Volumen de vacos de la muestra hmedo de la muestra-Relacin de vacos de la muestra j) Peso volumtrico seco de la muestra Solucin: Wm=28kg Vm=14.8lts=14,800cm3 Wm=80gr; Ws=70gr; Ss=2.66a) Contenido de humedad: b) Peso Seco, viene hacer Peso de los slidos de toda la muestra (ya que Wa = 0) w 1c) Peso del agua en toda la muestra: d) Volumen de la parte slida de toda la muestra; viene hacer el volumen de slidos e) Volumen de vacos de toda la muestra: f) Relacin de vacos de la muestra es: g) Porosidad de la muestra: h) Grado de saturacin de la muestra: i) Peso volum. hmedo de la muestra: j) Peso volumtrico seco de la muestra: SUELO SUMERGIDO Suelos que se ubican debajo del nivel fretico; por tanto son suelos totalmente saturados NTN Peso del suelo = W E1 E2 m -w E3N.FSUELOS SUMERGIDOS E4 Peso del agua = Ww En suelos sumergidos es necesario considerar el empuje hidrosttico, es decir el peso en agua del volumen desalojado por los slidos.. El suelo se ha sedimentado, porque el peso del suelo ha vencido la resistencia del agua ! =Peso especfico absoluto de suelo sumergido.S! = Peso especfico relativo de suelo sumergidoe=Vv = Vw F.L Ww =Vw o = e o 1+e = Vm Wm =o(Ss+e)1= Vs F.S Ws =Ss oFORMULAS: !s =s - 1 S!s = Ss - 1 P.e relativo de slidos de suelos sumergidos !m =m - 1 S!m = Sm- 1 P.e relativo de la masa de suelos sumergidosEn suelos saturados tenemos: ; Como: Entonces: Tambin: COMPACIDAD RELATIVA El grado de compactacin en el campo puede medirse de acuerdo a la compacidad relativa. En los suelos formados por partculas gruesas, como las gravas y las arenas; es muy importante conocer su estado de compacidad, que se define por la Densidad relativa Compacidad relativa. Se puede calcular la Compacidad relativa mediante la frmula emprica de Terzaghi, determinada en laboratorio y se expresa en porcentaje: - Cuando los suelos tienen apreciables cantidades de arcilla limos, la Cr pierde su significado, por notener valores definidos de emx y emn.Relacin de vacos de un suelo en su estado ms suelto. Relacin de vacos de un suelo en su estado ms compacto Relacin de vacos de un suelo en su estado natural La compacidad relativa indica el grado de compacidad de un suelo granular en su estado naturalTambin la densidad relativa compacidad relativa, puede medirse en trminos del peso especfico seco, mediante el BUREAU RECLAMATION, frmula emprica que se utiliza en el diseo y construccin de presas de tierra. Peso especfico seco en su estado ms compacto; es decir cuando la relacin de vacos en mnimo (peso volumtrico seco mximo). Peso especfico seco insitu (peso volumtrico seco en estado natural) Peso especfico seco del suelo en su estado ms suelto (peso volumtrico seco mnimo) Estado de un material granular (grava o arena) segn su compacidad relativa: Estado Cr Muy flojo 0 a 15% Flojo 16% a 35% Medio 36% a 65% Denso 66% a 85% Muy denso 86% a 100%PROBLEMA: Calcular el peso especfico y la densidad relativa de una muestra de suelo que al estado natural tiene una proporcin de vacos e = 0.7. Adems se han obtenido los siguientes datos en el laboratorio: VOLUMEN PESO - En el estado ms denso y seco 580 c.c 980 grs - En el estado ms flojo y seco 750 c.c 960 grs Usando un frasco volumtrico se observ: Wfw = Peso del frasco + agua = 408.2 grs Wfsw = Peso del frasco + 20 grs de suelo seco + agua = 420.7 grs SOLUCION: Ws = Peso del suelo seco = 20 grs; enat = 0.7 Clculo del peso especfico relativo de slidos de la muestra de suelo Sabemos que: , suelo seco: (*) Para un estado ms flojo (emx) :Para un estado ms denso : . Ahora de (*) despejamos:Por tanto:Clculo de:GRANULOMETRA DE SUELOS En cualquier masa de suelo, los tamaos de los granos varan considerablemente. Para clasificar apropiadamente un suelo se debe conocer su distribucin granulomtricaInicialmente se crey que las propiedades mecnicas de los suelos dependan directamente de la distribucin de las partculas constituyentes del suelo segn sus tamaos; a ello se debi la preocupacin especial de los ingenieros en la bsqueda de mtodos adecuados para obtener tal distribucin. En efecto, solamente en suelos gruesos, cuya granulometra puede determinarse por mallas, la distribucin por tamaos puede revelar algo de lo referente a las propiedades fsicas del material; por consiguiente la experiencia indica que los suelos gruesos bien graduados tienen un comportamiento ingenieril ms favorableANLISIS GRANULOMETRICO Se llama tambin Anlisis Mecnico y consiste en la determinacin de los porcentajes de piedra, grava, arena, limo y arcilla que hay en una cierta masa de suelo; es decir, el anlisis granulomtrico se refiere a determinar la cantidad en porcentaje de los diversos tamaos de las partculas que constituyen el suelo.Para clasificar por tamaos las partculas del suelo se tiene los mtodos siguientes: El Anlisis Mecnico por Tamizado: Se utiliza para partculas gruesas (tamao mayores a 0.074mm). El conocimiento de la composicin granulomtrica de un suelo grueso sirve para discernir sobre la influencia que puede tener en la densidad del material compactadoPor Sedimentacin o Mtodo del Hidrmetro: Cuando se trata de partculas finas (limosas, arcillosas), este mtodo requiere mucho tiempo y exige una serie de operaciones de clculo y correcciones de peso especfico, temperatura, etc.} Las propiedades fsicas de los suelos de partculas finas se determinan mejor y con mayor seguridad mediante los estudios de plasticidad; sin embargo se requiere conocer el porcentaje de material menor a 0.02 mm de dimetro para saber la susceptibilidad de los suelos finos a la accin de las heladas. De igual manera, cuando se quiere emplear como medio de clasificacin de un suelo el dimetro de sus partculas, se debe efectuar un anlisis granulomtrico por sedimentacin.ANLISIS MECANICO POR TAMIZADO Para separar las partculas de un suelo segn el tamao se utiliza mallas o tamices, haciendo pasar una muestra representativa de suelo a travs de una serie determinada de tamices estndar de aberturas mayores a cada vez menores. La parte inferior es una malla, con cribas que constituyen cuadrados perfectos TAMIZ: Es un elemento de metal y forma cilndrica Tamices ms recomendables a utilizar en el anlisis mecnico por tamizado: Tamiz Abertura (mm) 4 101.600 S 2 50.800 U 1 25.400 E 19.100 GRAVAS L 12.700 O 3/8 9.520 S 6.350N4 4.760 Indispensable para clasificar gravas y arenasN10 2.000 GN20 0.840 RN30 0.590 U N40 0.426 E N50 0.297 ARENAS SN60 0.250 O N70 0.210 S N100 0.149 N200 0.074 Separa la fraccin gruesa de fraccin fina. No debe faltar N270 0.053 N400 0.037 SUELOS FINOS Segn sean las caractersticas de los materiales finos de la muestra, el anlisis con tamices se hace, bien con la muestra entera, o con parte de ella (despus de separar los finos por lavado). Si la necesidad del lavado no se puede determinar por examen visual, se seca en el horno una pequea porcin hmeda de suelo y luego se examina su resistencia en seco rompindola entre los dedos. Si se puede romper fcilmente y el material fino se pulveriza bajo la presin de los dedos, entonces el anlisis con tamices, se puede efectuar sin previo lavado.PROCEDIMIENTO SIN EFECTUAR LAVADO Para efectuar el anlisis granulomtrico, la muestra de suelo debe estar completamente seco (proceso de secado en la estufa a 105C 110C por 24 horas) 1.- Seleccionar muestra de suelo: Gravas 1200gr-2500gr; arenas 300gr-500gr; Suelo fino 200gr. Pesar la muestra seca con aproximacin en gramos. 2.- Si hay presencia de terrones se machacan con un rodillo suavemente sobre una superficie limpia y llana pulverizar con la mano. 3.- Seleccionar los tamices y ordenarlos (tamices de mayor abertura van en la parte superior), el tamiz N200 puede ser el ltimo. Colocamos la muestra en el tamiz de la parte superior 4.- Proceder a efectuar un movimiento mecnico (vibrador), que permita esparcir las partculas del suelo y pasen a los tamices inferiores. Tambin el conjunto de tamices podemos sacudir vigorosamente con un movimiento rotatorio horizontal, pueden agitarse dejndolos caer ligeramente sobre un rimero de peridicos (manual).5.- Terminado el movimiento, se procede a determinar el peso de la muestra retenida en cada tamiz. 6.- La suma de todos los pesos, debe ser igual al peso original de la muestra.ACLARACIN: En el proceso de pesado pueden ocurrir errores por defecto: 2% Ensayo bien ejecutado; errores por defecto mayores no son aceptables. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIN OBTENIDA EN LABORATORIOPeso total de la muestra = m Tamiz Abertura Peso % parcial % retenido % Que pasa retenido (gr) Retenido acumulado1 25.400 aN4 4.760 bN100 0.149 c... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... N200 0.074 XPlatillo Y 100 07.- Luego, en papel semilogartmico se procede a trazar la composicin de la CURVA GRANULOMETRICA con los datos de abertura de tamiz en el eje horizontal (abscisas) con escala logartmica y % que pasa en eje vertical (ordenadas) a escala aritmtica. 8.- La forma de la curva granulomtrica dibujada en escala semilogartmica, nos indica la composicin granulomtrica del suelo.- Cuando la curva es de pendiente muy empinada (vertical), se trata de un suelo formado por partculas de un mismo tamao; es decir son suelos uniformes pobremente graduados. - En cambio cuando la curva es de pendiente suave (bien tendida) nos indica un suelo con gran variedad de tamaos de partculas; por consiguiente se trata de un suelo bien graduado. El mtodo ms conocido para determinar las caractersticas granulomtricas de un suelo es el de Allen Hazen, quin descubri que la permeabilidad de las arenas sueltas para filtros dependa de: dimetro efectivo, coeficiente de uniformidad y coeficiente de curvatura. Dimetro efectivo(D10): Tamao de las partculas que corresponde al 10% en la curva granulomtrica, de modo que el 10% de las partculas son ms finas que D10 y el 90% ms gruesas. Coeficiente de Uniformidad (Cu): Cu , donde D60 = es el dimetro en milmetros para el cual el 60% de las partculas son menores que ese dimetro Coeficiente de curvatura (Cc): CcUn suelo bien graduado debe cumplir las condiciones siguientes: Cu > 4, para gravas Cu > 6, para arenas Tambin, el coeficiente de curvatura: 1 " Cc " 3 Los suelos bien graduados tienen mejor comportamiento ingenierl que aquellos de granulometra uniforme.Los suelos finos, tanto sus propiedades mecnicas como hidrulicas dependen de su estructura, plasticidad e historia geolgica. Esto hace que la determinacin de la granulometra de dichos suelos no conduzcan a obtener, por s sola, datos muy tiles sobre ellos. Los suelos bien graduados cuando se compactan, se obtiene un mnimo de vacos, lo que no sucede con suelos uniformes (gran cantidad de vacos).Ubicacin del D60: - Ubicamos en el eje % que pasa el valor de 60% - Levantamos una perpendicular al este eje hasta cortar la curva ( tambin una paralela al eje X, hasta cortar la curva). - A partir del punto de corte bajamos una perpendicular al eje X, entonces en el punto de corte del eje X se obtiene la lectura (dimetro en mm) que corresponde a D60. De la misma forma se procede para hallar el D10 y D30PROBLEMA: El ensayo de anlisis granulomtrico por tamizado de un suelo proporciona la siguiente informacin: Peso total de la muestra hmeda antes del ensayo: 180 grs Contenido de humedad : 25% Tamiz : N10 N60 N200 Peso retenido (grs): 35 18 25El 40% de las partculas que pasan el tamiz N200 son mayores que 0.05mm, y 10grs son partculas de dimetro mayor que 0.04mm. -Dibujar la curva granulomtrica-Hallar los coeficientes de uniformidad (Cu) y curvatura (Cc).SOLUCION: El anlisis granulomtrico por tamizado se trabaja con muestra seca, entonces se debe calcular el peso de slidos. Significa entonces que 144grs es el 100% de la muestra seca, con la cual procedemos a realizar los clculos del anlisis granulomtrico. Tamiz Abertura Peso % parcial % retenido % Que pasa (mm) retenido (gr) Retenido acumulado la mallaN10 2.000 35 24.31 24.31 75.69 N60 0.250 18 12.50 36.81 63.19N200 0.074 25 17.33 54.14 45.860.05 26 18.05 72.19 27.81 0.04 10 6.94 79.13 20.87PLATILLO 30 20.83 100% 0El 40% de partculas que pasan el tamiz N200 son mayores de 0.05mm: Peso retenido en malla N200: 35+18+25 = 78grs Pasan la malla N200 : 144 - 78 = 66grsEntonces: 66grs 100% X 40% , quedan retenidos Para 10grs son partculas mayores a 0.04mm: Quiere decir que los 10grs son retenidos en un tamiz terico de 0.04mm de dimetro. Trazamos la curva granulomtrica: Para suelo bien graduado debe cumplirse que: 1"Cc"3, como Cc = 0.47, no cumple dicha condicin; por tanto es un suelo uniforme o pobremente graduado. PROCEDIMIENTO EFECTUANDO LAVADO DE LA MUESTRA. 1.- Se toma una muestra representativa de unos 20.0kg y se seca al sol o en horno, unas 12 horas. 2.- Por medio de cuarteos, de la muestra mencionada, se sacan unos 2.0kg. 3.- Los 2.0kg de muestra se hacen pasar por las mallas de: 2, 1 , 1, , 3/8,y N4, luego se pesa las porciones de muestra retenidas en cada una de las mallas. 4.- De la muestra de suelo que pasa la malla N4 se toma una cierta cantidad (generalmente 200gr) y se coloca en un vaso con agua, dejando que el material se remoje unas 12 horas. 5.- Con un agitador metlico se agita el contenido del vaso durante un minuto y se vaca luego sobre la malla N200, luego se procede nuevamente a vaciar el material al vaso lavando la malla en posicin invertida; se agita nuevamente el agua del vaso y se repite el procedimiento tantas veces como sea necesario hasta que no se enturbie el agua al ser agitada. 6.- Se elimina el agua y se pone la muestra a secar en un horno a temperatura constante. 7.- Se pesa y por diferencia a los 200gr se obtiene el porcentaje que pas la malla N200. 8.- Se vaca el material que pas la malla N4 y se retuvo en la malla N200 para que pase lo correspondiente por las mallas Ns 10, 20, 40, 60, 100 y 200, pesando los retenidos. 9.- Conociendo los pesos parciales retenidos desde la malla de 2 hasta la 200 se obtienen los porcentajes retenidos parciales, los porcentajes retenidos acumulados y los porcentajes pasando. Es necesario aclarar que: Los retenidos parciales en cada malla debern expresarse como porcentajes de la muestra total, y para calcular los porcentajes retenidos en las mallas 10 a 200, se divide el peso en gramos retenido en cada malla entre el peso seco de la muestra para la prueba lavado (200gr generalmente) y se multiplica este cociente por el porcentaje que pasa la malla N4, determinado en el anlisis del material grueso. El retenido acumulativo en la malla N10 se calcula sumando el retenido parcial en dicha malla al retenido acumulativo de la malla N4. El retenido acumulativo en la malla N20 es igual al retenido acumulativo en la malla N10 ms el retenido parcial en la malla N20. De igual manera se calculan los dems retenidos acumulativos hasta la malla N200. 10.- Se traza la composicin de la curva granulomtrica del material en una grfica que tiene por abscisas a la escala logartmica, donde se indica las aberturas de las mallas y por ordenadas los porcentajes de material que pasa por dichas mallas, a escala aritmtica. 11.- La curva resultante se compara con las que se tengan como especificaciones, o se obtienen de ella relaciones entre ciertos porcentajes pasando que dan la idea de la graduacin del material. Adems, la forma de la curva granulomtrica, dibujada a escala semilogartmica, da una idea de la composicin granulomtrica del suelo. As, un suelo que esta formado por partculas de un mismo tamao quedar representado por una lnea vertical y un suelo con curva granulomtrica bien tendida indicar gran variedad de tamaos. PROBLEMA: En un anlisis granulomtrico por mallas, se obtienen los resultados que siguen (peso de la muestra 18,715grs) . Calcular y dibujar la granulometra del material.Tamiz Abertura Peso % parcial % retenido % Que pasa (mm) retenido (gr) Retenido acumulado la malla3 76.2 0.0 0.0 0.0 1002 50.8 0.0 0.0 0.0 100 1 38.1 1960 10.47 10.47 89.53 1 25.4 2320 12.40 22.87 77.13 19.1 2310 12.34 35.21 64.79 3/8 9.52 3700 19.77 54.98 45.02 N4 4.76 1850 9.89 64.87 35.13Pasa la malla N4 6575 35.13 100 0.00 SUMA 18715 100De los 6575gr que pasan la malla N4, por medio de cuidadosos cuarteos, se tomaron y pesaron 200gr para efectuar la granulometra chica por lavado, obteniendo los resultados: Tamiz Abertura Peso % parcial % retenido % Que pasa (mm) retenido (gr) Retenido acumulado la mallaN10 2.00 31.5 5.53 70.40 29.6020 0.84 26.6 4.67 75.07 24.93 40 0.42 28.8 5.06 80.13 19.87 60 0.25 22.0 3.86 83.99 16.01 100 0.149 24.7 4.34 88.33 11.67 200 0.074 18.0 3.16 91.49 8.51 Pasa la malla N200 48.4 8.50 100 0SUMA 200.0 35Clculo del % parcial retenido: PLASTICIDAD DE SUELOS La Plasticidad de un material, es la propiedad por la cual es capaz de soportar deformaciones rpidas, sin rebote elstico, sin variacin volumtrica apreciable y sin desmoronarse ni agrietarse. Plasticidad del suelo, es la propiedad que presentan los suelos de poder deformarse hasta cierto lmite, sin romperse al aplicar una fuerza. Por medio de ella puede medirse el comportamiento de los suelos en todas las pocas. - Es una caracterstica fsica de los suelos finos (arcillas limos) - Es caracterstica no permanente, sino circunstancial, segn el contenido de humedad. - Para conocer la plasticidad de un suelo se hace uso de los Lmites de Atterberg. Otras ramas de la ingeniera han desarrollado otra interpretacin del concepto de plasticidad fundndose en las caractersticas esfuerzo-deformacin de los materiales.La forma de una curva esfuerzo-deformacin depende, naturalmente, de las caractersticas del material con que se trabaje; pero la investigacin ha permitido establecer algunos hechos comunes a muchos materiales. Por ejemplo: - Para esfuerzos lo suficientemente pequeos en cada caso, la relacin esfuerzo deformacin es reversible: comportamiento elstico. - Para mayores valores de esfuerzo, sin embargo, la relacin se hace irreversible, tenindose un comportamiento llamado plstico.E s f uer z o Plstico Elstico Deformacin CURVA REAL CURVA IDEALIZADA Las arcillas: Tienen un comportamiento con rango elstico muy rpido; tambin tienen un rango plstico. Es un material elastoplstico.LIMITES DE CONSISTENCIA O DE ATTERBERG Los lmites de consistencia permiten conocer la plasticidad de un suelo y se considera como fronteras convencionales en base al contenido de humedad. Mediante estos se puede tener una idea del tipo de suelo en estudio. Los lmites de consistencia se determinan con muestras de suelo que pasan la malla N40. Atterberg (cientfico Sueco) estableci cuatro estados de consistencia de los suelos coherentes; para mayor claridad se emplea el siguiente grfico: LC LP LLw = 0 wLC wLP wLL w% Incremento de la humedadEstado slido Estado semislido Estado plstico Estado lquido Limites de Atterbert: Son contenidos de humedad. -Lmite lquido (LL): Contenido de humedad, frontera existente entre el estado lquido y el estado plstico del suelo -Lmite plstico (LP): Contenido de humedad, frontera existente entre el estado plstico y el estado semislido -Lmite de contraccin (LC): Contenido de humedad, frontera existente entre el estado semislido y el estado slido del suelo. Tambin se define como el contenido de humedad a partir del cual el suelo ya no disminuye de volumen al someterlo a un proceso de secado. ndice plstico (Ip): Se obtiene por la diferencia entre los valores de lmite lquido (LL) y lmite plstico(LP). - Se expresa en porcentaje - No puede ser negativo- Los lmites lquido y plstico dependen de la cantidad y tipo de arcilla del suelo, pero el ndice plstico depende generalmente de la cantidad de arcilla.- Cuando no se puede determinar el lmite plstico de un suelo, se dice que es no plstico (N:P), y en este caso se dice que el IP = 0. - El ndice plstico (IP) indica el rango de humedad a travs del cual los suelos con cohesin tienen propiedades de un material plstico.Cuando: Ip < 7 Suelo con baja Plasticidad Cuando: 7 " Ip " 17 Suelo medianamente plstico Cuando: Ip > 17 Suelo altamente plsticoSegn Arthur Casagrande: - Comparando suelos de igual lmite lquido con ndice de plasticidad que aumenta, la compresibilidad es la misma, la constante de permeabilidad disminuye, la tenacidad cerca del lmite plstico aumenta, y tambin aumenta su resistencia en seco. - Comparando suelos de igual ndice plstico con lmite lquido que aumenta, la compresibilidad aumenta, la constante de permeabilidad aumenta, y tanto la tenacidad cerca al lmite plstico como la resistencia en seco disminuyen.LIMITE LIQUIDO Es un contenido de humedad expresado en porcentaje con respecto al peso de la muestra seca, con el cual el suelo cambia del estado lquido al plstico. - El lmite lquido se determina en laboratorio en la Copa de Casagrande. - Los suelos plsticos en lmite lquido tienen una resistencia muy pequea al esfuerzo de corte, que segn Atterberg es de 25 gr/cm2. PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL LIMITE LIQUIDO EN LABORATORIO 1.- Tomar aproximadamente 100grs de muestra de suelo que pasa la malla N40 y colocarlo en una Cpsula de porcelana; luego se prepara una mezcla pastosa, homognea y de consistencia suave, agregando agua. 2.- Parte de esta mezcla se coloca con una esptula en la Copa de Casagrande, formando una torta alisada de espesor 1.0cm en la parte de mxima profundidad. - Una altura mayor a 1.0cm, disminuye el valor del lmite lquido, y - Una altura menor, aumenta dicho valor. 3.- Se divide la muestra de suelo de la Copa de Casagrande en la parte media con un ranurador, de ranura de forma trapezoidal de las siguientes caractersticas:11 mm . . . . . :..:..:..:. : : : : .. . . . . . . . . . . . . . . : .- : : : : : : : =1.27mm : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2mm - El ranurador se debe mover de arriba hacia abajo - En suelos arenosos es preferible hacer uso del ranurador laminar en vez del trapezoidal, ya que ste ltimo al ranurar no rebana al suelo sino que lo desplaza, lo que provoca que se rompa la adherencia entre el suelo y la copa; por tanto los resultados no son correctos.4.- Hecha la ranura sobre la muestra de suelo, se acciona la copa a razn de 01 golpe/seg (02 golpes/seg), contando el nmero de golpes. Debiendo cerrar la ranura en su parte inferior (1.27cm) en forma longitudinal.5.- El nmero de golpes debe estar comprendido entre 6 y 35; luego tomar una cantidad de muestra (10 grs aproximadamente) de suelo de la zona prxima a la ranura cerrada, y se procede a determinar el contenido de humedad en forma inmediata: N1 w16.- Se repite los pasos del 2 al 5 hasta obtener 3 4 lecturas: N1 w1 N3 w3 N2 w2 N4 w47.- Con los datos obtenidos se grafica estos resultados en papel semilogartmico; en el eje vertical los contenidos de humedad y en el eje horizontal el nmero de golpes, obtenindose la curva de fluidez. W%w1 Curva de w2 fluidez C wLL w3 w4N1 N2 25 N3 N4 N (log) - La curva de fluidez se ajusta a la ecuacin de la recta, de la forma: Y = mX + b 8.- En la curva de fluidez ubicamos (en eje horizontal, logartmico) el punto N = 25 golpes, y en el eje vertical ubicamos su respectivo contenido de humedad WLL; el cual corresponde al valor del Lmite Lquido. - Conceptualmente, el lmite lquido es el contenido de humedad con el cual la ranura en la copa de casagrande cierra con 25 golpes. - En lmite lquido los suelos tienen un esfuerzo cortante: ; es decir viene hacer la resistencia del suelo al corte. - El rango entre 6 y 35 golpes, es el intervalo en que la curva de fluidez puede considerarse recta.OTRA FORMA: A partir del paso 55.- Se obtiene una primera lectura: Cuando se tiene un valor consistente de Nro de golpes entre 6 y 35 - Se toma aproximadamente 10grs de muestra de la zona prxima a la ranura y se determina su contenido de humedad de inmediato. - Se repite este ensayo, de modo que se tenga dos grupos de 2 a 3 contenidos de humedad. I GRUPO Entre 6 y 20 II GRUPO Entre 25 y 35 2 - 3 golpes 2 - 3 golpes Contenidos de humedad Contenidos de humedad6.- Se unen los 2 3 puntos marcados del intervalo entre 6 y 20 golpes con una lnea recta y se seala el punto medio. Se hace lo mismo para los puntos del intervalo entre 25 y 35 golpes 7.- Se conectan los dos puntos medios con una lnea recta y se obtiene la curva de fluidez. W%* ** *N (log) 10 20 100ECUACIN DE LA CURVA DE FLUIDEZ Como la ecuacin de la curva de fluidez se ajusta a la ecuacin de la recta: Y = mX + b, se tiene: Y = w X = log(N) w = - If log N + Cm = - If b = CSe trata de una recta con pendiente negativa m = - If w = Contenido de humedad (% en peso de humedad) If = ndice de fluidez (fluencia), indica la pendiente de la curva de fluidez. Es igual a la variacin del contenido de humedad en un ciclo de escala logartmica. N = Nmero de golpes. C = Constante, correspondiente al contenido de humedad cuando la ranura cierra con un golpe en la copa de Casagrande. Se calcula prolongando la curva de fluidez hasta cortar el eje (w) de contenido de humedad. CALCULO DE LA PENDIENTE: Se calcula de la misma forma que la pendiente de una recta, tomando un ciclo logartmico. Sabemos que: ; luego entonces: , As: IMPORTANTE: - La resistencia del suelo a la deformacin en los lados de la ranura hecha, es la resistencia al corte del mismo; por tanto el nmero de golpes necesarios para cerrar la ranura es una medida de la resistencia al corte del suelo a ese contenido de humedad. - Los suelos con curvas de fluidez planas poseen una mayor resistencia al corte que aquellos que tienen mayor pendiente.OTROS METODOS PARA DETERMINAR EL LIMITE LIQUIDO 1.- DETERMINACIN DEL LIMITE LIQUIDO USANDO FORMULA: En base a que la curva de fluidez a escala semilogartmica es una lnea recta, WILLIAM LAMBE ha sugerido el empleo de la siguiente expresin: LL = 0.121 LL = Lmite lquido w = Porcentaje de humedad arbitraria del suelo w = Porcentaje de humedad arbitraria del suelo N = Nde golpes necesario para cerrar la ranura en la Copade Casagrande, correspondiente a la humedad (w). - En consecuencia, usando la ecuacin de Lambe, se puede calcular el LL de un suelo con solo una lectura de Nde golpes y contenido de humedad. - Situacin que permite ahorro de tiempo y la variable operador - La frmula de Lambe permite calcular el LL con suficiente grado de precisin, siempre y cuando se amase la pasta con un contenido de humedad que cumpla la condicin imprescindible de que Nde golpes (N) est comprendido entre 20 y 30. - En ensayos de investigacin se debe hacer uso del mtodo de laboratorio. La frmula de Lambe se puede simplificar como: LL = w.F ; donde F =0.121F = factor de correccinN 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 F 0.9734 0.9792 0.9847 0.9900 0.9951 1.0 1.0048 1.0094 1.0138 1.0162 0.0223 OTRO METODO - Estando el material en la Copa de Casagrande con la ranura hecha (conforme al procedimiento normalizado).- Proceder a dar 25 golpes y ver si la ranura cierra los 12.7mm (1/2). - En caso de no producirse lo anterior, se recoge la muestra. Se agrega agua a la pasta se hace secar un poco, segn sea el caso.- Se repite el proceso hasta conseguir que, con 25 golpes la ranura cierre (12.7mm). - Se extrae de la muestra una determinada cantidad y se procede a determinar la humedad. - Luego, se procede a calcular el lmite lquido mediante la relacin: LL = Lmite lquido en %Wh = Peso de la muestra hmeda o peso total (gr) =Wm Ws = Peso de la muestra seca (gr) LIMITE PLASTICO Es otra caracterstica fsica que se obtiene en laboratorio. Se define como el contenido de humedad expresado en porcentaje (con respecto al peso seco), en el cual los suelos cohesivos pasan de un estado semislido a un estado plstico. Para determinar el lmite plstico, generalmente se hace uso de la mezcla de suelo que ha sobrado en la prueba de lmite lquido. PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL LIMITE PLASTICO - Se hace evaporar humedad a la muestra de suelo, hasta obtener una mezcla plstica que sea fcilmente moldeable. - Se forma una pequea bola, la misma que debe someterse a un proceso de rollado en la palma de la mano o en una placa de vidrio, a efectos de formar pequeos cilindros del suelo hmedo de aproximadamente 1/8 3.17mm sin romperse. - El proceso anterior debe continuarse hasta que los cilindros de 3.17mm inicien a romperse agrietarse. - Se toma los pedazos de suelo que se rompen y a esta muestra se determina su contenido de humedad. - La humedad determinada corresponde al lmite plstico del suelo, que se calcula de la siguiente manera: LP = Lmite plstico Wh = Peso de trocitos de cilindro de suelohmedo (gr)Ws = Peso de trocitos de cilindro de suelo seco (gr) Ww = Peso del agua (gr) Este procedimiento se repite por lo menos dos veces, se obtiene el promedio de los contenidos de humedad, obtenindose as el lmite plstico. NOTA: Si los resultados de ensayos de laboratorio se van ha utilizar en diseos de ingeniera, las muestras deben ser representativas e inalteradas de tal manera que los parmetros de diseo reflejen el comportamiento ingenierl del terreno. Las pruebas de LL y LP, sin embargo, se realizan sobre muestras remoldeadas de suelo y por tanto no pueden esperarse que reflejen las caractersticas del comportamiento ingenierl.La funcin principal de estas pruebas es proporcionar bases para clasificar suelos arcillosos y no proporcionar criterios de comportamiento ingenierl. Ejemplo:Datos de determinacin del lmite plstico Operador: Fecha: Muestra : Del Km 12 + 350 Base del camino: Juliaca - LampaRecipiente N5 6a) Wh + Wr (gr) Peso de la muestra hmeda + recipiente 44.80 47.26b) Ws + Wr (gr) Peso de la muestra seca + recipiente 44.25 46.34 c) Ww (gr) Peso del agua 0.55 0.92 d) Wr (gr) Peso del recipiente 41.87 42.70 e) Ws (gr) Peso de la muestra seca 2.38 3.64 f) Porcentajes de humedad (LP = Ww/Wsx100) 23.11 25.27 CALCULO DE LA RESISTENCIA QUE OFRECE EL SUELO EN LIMITE PLASTICO w1 ------------- - (N1,w1)LL (25,LL) Curva de fluidez:w4 --------------------------------------------------------- (N4,w4) LP ------------------------------------------------ (NLP,LP)N1 25 NLPCurva de fluidez: En punto 1 W1 = - If log N1 + CEn punto 2 W2 = - If log N2 + CPara una misma curva de fluidez, tenemos: W y N Son variables independientes If y C Son constantes Por consiguiente, los puntos: (25,LL) y (NLP,LP) ; deben satisfacer la curva de fluidez 1.- En caso de conocer el lmite lquido: W = - If log N + C LL = - If log NLL + C (1) LL = - If log 25 + C 2.- En caso de conocer el lmite plstico: (2) LP = - If log NLP + CConocemos que:En LL: NLL = k1 2 >1 1 = esfuerzo cortante para LL 1 = 25gr/cm2En LP: NLP = k22 = esfuerzo cortante en lmite plstico2 = ? Entonces para LP, el suelo tiene un2 Reemplazando los valores de NLL y NLP, en (1) y (2), tenemos: LL = - If log k1 + C (3) LP = - If log k2 + C (4) Con el objeto de obtener2 debemos restar la ecuacin 3 menos 4 LL - LP = If log k2 - If log k1 log2 - log1Ip = If (log k2 - log k1) log 2 log1 2 -1 2 =1) 2 = log 25)Resistencia que ofrece el suelo al corte En Lmite Plstico, el esfuerzo cortante constituye la tenacidad del suelo. La tenacidad, es la resistencia que presenta el suelo a la fractura o deformacin. ndice de Tenacidad (It): Mide la tenacidad del suelo. It 1 " It " 3 IMPORTANTE: - Los suelos con curvas de fluidez de pendiente plana poseen mayor resistencia al corte que aquellos que tienen pendientes ms pronunciadas, ya que el nmero de golpes en la prueba de lmite lquido es una medida de dicha resistencia a ese contenido de humedad. - El lmite plstico es muy afectado por el contenido orgnico del suelo, ya que eleva su valor sin aumentar simultneamente el lmite lquido. Por tal razn con contenido orgnico tiene bajo ndice plstico y lmites lquidos altos. Consistencia relativa (C.R): Es caracterstica de los suelos cohesivos, se determina en funcin de los lmites de consistencia: w = Humedad del suelo en su estado natural - Si la consistencia relativa resulta negativa, o sea cuando la humedad del suelo sea mayor que su lmite lquido, el amasado del suelo lo transforma en un barro viscoso. - Consistencias relativas muy cercanas a cero indican un suelo con esfuerzo a ruptura (qu) a compresin axial no confinada, comprendido entre 0.25 y 1.0 kg/cm2 - Si la CR es aproximadamente igual a 1.0, ello indica que su qu puede estar comprendido entre 1.0 y 5.0 kg/cm2. - Conclusin: El esfuerzo de corte de un suelo crece a medida que la CR vara de 0 a 1.0, As: Consistencia Relativa Consistencia del SueloDe 0.0 a 0.25 muy suave 0.25 a 0.50 suave0.50 a 0.75 media 0.75 a 1.0 rgida. ndice de liquidez (IL): En suelos plsticos, el ndice de liquidez es indicativo de la historia de los esfuerzos ha que ha estado sometido el suelo. -Si el valor del ndice de liquidez es cercano a 0.0 (cero), se considera que el suelo est pre consolidado, y -Si es cercano a 1.0 entonces se le considera como normalmente consolidado.La expresin para obtener el ndice de liquidez es: IL = w = Humedad del suelo en estado natural.- Si la humedad inicial de un suelo corresponde a un ndice de liquidez igual a 0,2 ms, el suelo an siendo altamente plstico, tendr poca o nula expansin. - Una relacin aproximada entre el ndice de Liquidez y la sensibilidad de la arcilla es como se observa en la siguiente tabla. IL 0.0 0.2 0.4 0.7 0.8 0.85 0.9 0.95 1.00 1.05 1.30 1.50 2.00---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sensibilidad 1.0 1.0 2.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 20.0 45.0 200.0Nmero de actividad (A): La actividad es un trmino que se aplica a los suelos plsticos con propensin a padecer cambios en su volumen en presencia de diferentes contenidos de humedad.A.W. Skempton ha propuesto el uso de un nmero de actividad (A) como una indicacin de la actividad de un suelo, dicho nmero de actividad es definido as: Numerador Ip = ndice plstico del sueloDenominador = Es el porcentaje en peso de las partculas con dimetro equivalente menor de 0.002mm.- Los altos valores del nmero de actividad (A) estn asociados con suelos que contienen minerales arcillosos de mayor actividad. - El valor de (A) permanecer aproximadamente constante para muestras que provengan de estratos del mismo origen geolgico. En consecuencia, el valor de (A) puede ser el medio ms confiable de averiguar laexistencia de estratos de diferente origen geolgico en un determinado sondeo.La actividad de la arcilla puede medirse en funcin de (A), as por ejemplo: A < 0.5 : Arcilla relativamente inactiva, tipo caolintico A > 0.5 < 1.0 : Arcilla con actividad normal, tipo iltico A > 1.0 : Arcillas progresivamente ms activas, tipo montmorillontico ENSAYO DE AGREGADOS INTRODUCCIN Para los estudiantes de construccin civil llevar a cabo la ejecucin de los diferentes ensayos como: colorimetra, equivalente de arena, granulometra, desgaste de los ngeles, peso especifico de los agregados y unitario entre otros; aplicados a los agregados tanto finos como gruesos es esencial, ya que, estos pasaran a formar entre un 70 y/o 75% de la mezcla de concreto o mortero; tambin es fundamental que el agregado sea optimo para as poder proporcionar a la mezcla una resistencia y durabilidad favorables en estructuras. Objetivo general: Reconocer las diferentes caractersticas de los agregados por medio de los mtodos de ensayo descritos en el laboratorio como: colorimetra, equivalente de arena, granulometra, desgaste de los ngeles, peso especfico y unitario entre otros; para saber si son aceptables o no. Objetivos especficos: *Detectar los compuestos orgnicos desfavorables en la arena, para saber si es la indicada a usar en la mezcla de concreto o mortero. *Estudiar cuantitativamente la cantidad de finos y ultra finos que conforman la arena. *Ensayar la gradacin de tamao de las partculas de los agregados con el fin de producir un empaquetamiento compacto. *Detectar la resistencia del agregado grueso mayor de al desgaste por medio de la mquina de los ngeles. *Calcular el peso especfico para el clculo del volumen que ocupa el agregado en el concreto. *Obtener el peso unitario suelto y compactado de agregados finos, gruesos y mezclados por medio del clculo del ensayo de peso unitario. MARCO TERICO -Definiciones Bsicas-AgregadosTambin denominados ridos, inertes o conglomerados son fragmentos o granos que constituyen entre un 70% y 85% del peso de la mezcla, cuyas finalidades especficas son abaratar los costos de la mezcla y dotarla de ciertas caractersticas favorables dependiendo de la obra que se quiera ejecutar.-Agregado fino. El agregado fino es aquel que pasa el cedazo o tamiz 3/8y es retenido en el cedazo numero 200. -Agregado grueso. El agregado grueso es aquel que pasa el cedazo o tamiz 3y es retenido el cedazo numero 4. -Granulometra Consiste en la distribucin del tamao de los granos. La gradacin del material juega un papel muy importante en su uso como componente del concreto ya que afecta la calidad del material. -Granulometra de Finos y Gruesos.Este mtodo consiste en la determinacin por tamices de la distribucin del tamao de las partculas de agregados finos y gruesos. Para una gradacin optima, los agregados se separan mediante el tamizado, en dos o tres grupos de diferentes tamaos para las arenas, y en varios grupos de diferentes tamaos para los gruesos. Formulas a Utilizar -%Retenido = W retenido x 100 W total -% Ms Grueso = acumulada del % retenido-% Ms Fino = 100% - % ms grueso-Modulo de Finura = % ms grueso desde tamiz #4 hasta #100 100 -Porcentaje pasa 200. Est representado por limo, arcilla y materia orgnica, este a su vez es prejudicial para el concreto y en las obras convencionales se acepta hasta un cinco por ciento de este material y en las exigentes hasta un tres por ciento, pero si existe menos del pasa 200 mejor la mezcla. Formulas a Utilizar -% Finos = W antes de lavar - W despus de lavar W antes de lavar -Desgaste de los ngeles. Este mtodo consiste en ensayar agregados gruesos de tamaos menores de 1 , por resistencia de abrasin usando la maquina de ensayo de los ngeles.Formulas a Utilizar -% desgaste de los ngeles = W total - W tamiz #12 x 100 W total-Peso Especfico De FinosMediante el estudio de esta prctica se evaluara el peso del volumen absoluto de la materia slida del agregado. Siendo este el factor que se usa para la determinacin del volumen que ocupa el agregado y el concreto. Formulas a Utilizar -P. E = W1 _. Wa+ W - Wp Donde: P. E = Peso EspecficoW1 = Peso de la muestra Saturada con superficie Seca Wa = Peso del picnmetro lleno con agua Wp = Peso del picnmetro con la muestra y el agua hasta la marca de calibracin - -P. E = W . Wa+ W - Wp Donde: P. E = Peso Especfico (Saturado con superficie seca) W1 = Peso de la muestra Saturada con superficie Seca Wa = Peso del picnmetro lleno con agua Wp = Peso del picnmetro con la muestra y el agua hasta la marca de calibracin -Peso Especfico De GruesosEste mtodo permitir calcular con ayuda del principio de Arqumedes y con la 2da ley de newton la cantidad en volumen que ocupar el agregado grueso en el mezclado del concreto Formulas a Utilizar -P. E = W1 _. W2 - W3 Donde:P. E = Peso Especfico. W1 = Peso en el aire de la muestra secada al horno, en gramos. W2 = Peso en el aire de la muestra Saturada con superficie Seca W3 = Peso en el aire de la muestra Saturada, en gramos. -Peso Unitario de los agregadosEste ensayo presenta la relacin peso/volumen, para determinar como se van a seleccionar y manejar los agregados. Esta relacin tiene cierta influencia sobre la calidad del cemento. -P. U = W => W recipiente . Muestra - V recipiente V V recipiente -Peso Unitario Suelto Es aquel en el que se establece la relacin peso/volumen dejando caer libremente desde cierta altura el agregado (5cm aproximadamente), en un recipiente de volumen conocido y estable. Este dato es importante porque permite convertir pesos en volmenes y viceversa cuando se trabaja con agregados.-Peso Unitario compactoEste proceso es parecido al del peso unitario suelto, pero compactando el material dentro del molde, este se usa en algunos mtodos de diseo de mezcla como lo es el de American Concrete Institute.Valores usuales de peso unitario ArenaPiedra P. U Suelto1,4 - 1,51,5 - 1,6 P. U Compacto1,5 - 1,71,6 - 1,9 -Colorimetra (CCCA: Ag3 - 1976) Este mtodo permite detectar de una manera cualitativa, la presencia de compuestos orgnicos nocivos en arenas naturales que sern utilizadas para la preparacin de morteros o concretos. El reactivo que se utilizar para determinar la colorimetra ser preparado en una solucin al 3% de concentracin de NaOH de la cantidad de agua a utilizar. Esto se evala con una tabla de colores la cual contiene 5 intensidades que van desde un ligero color amarillo hasta una coloracin oscura. El material encontrado en la arena consiste en productos de descomposicin vegetal, la cual aparece en forma de humus o arcilla orgnica. Ecuaciones -600ml -------- 100% X ml= -------- 3% -Equivalente de Arena (MOP:E-108) Este mtodo permite establecer si una muestra de arena posee exceso de materiales ms finos que el cedazo numero doscientos. La muestra extrada para la evaluacin de este ensayo debe cuartearse en estado seco, segn el mtodo CCCA Ag. 17 y reducirla hasta obtener, aproximadamente, quinientos gramos y finalmente se tamiza a travs del cedazo numero doscientos. As mismo se calculara el promedio de tres resultados siempre y cuando no difieran entre ellos en ms del dos por ciento. En todo caso; se rechazar aquella muestra que desvi los resultados del promedio general. Y finalmente para comprobar si la muestra estudiada es un agregado fino idneo para la preparacin de concretos este debe ser por la norma MOP-E-108 mayor o igual al 75 por ciento, esto a lo que respecta con agregado fino y ultra fino 25 por ciento. Formulas para los clculos: El equivalente de la arena se calculara con la expresin: EA = H2 = altura de la arena dentro de la probeta, en pulgadas. H1 = altura total de la muestra dentro de la probeta, en pulgadas. MARCO METODOLGICO -Granulometra de Finos y GruesosEquipos. -Balanza: Las balanzas debern permitir lecturas con apreciacin de 0,5gr. en el de caso de agregados finos y de 5gr. en el caso de agregados gruesos. -Cedazos: Los cedazos estarn montados en marcos firmes y construidos de una manera tal que impidan la prdida de material. Adems estos debern ser de tamaos especficos permitiendo suministrar los datos que se requieren con esa prctica. -Horno: Debe ser capaz de mantener una temperatura uniforme de 110+5 C. Procedimientos. -Seque la muestra en el horno a una temperatura de 110+5 C hasta peso constante. -Por orden de tamao de aberturas decrecientes ajuste los cedazos, desde arriba hacia abajo y coloque la muestra en el cedazo superior. Agite los cedazos a mano o por medios mecnicos durante un perodo de tiempo suficiente, determinado por tanteo o determinado por mediciones en la muestra de ensayo, para cumplir con el criterio de cernido establecido en el siguiente prrafo. -Contine el cernido hasta que durante un minuto no pase ms de 1% en peso del residuo por ningn cedazo; el cernido a mano se realizara de la siguiente manera: Sostenga con una mano el cedazo, provisto de un recipiente y tapa ajustada, en una posicin ligeramente inclinada. Golpee el cedazo y muvalo hacia arriba con la otra mano unas 150 veces por minuto, girando el cedazo 1/6 de vuelta cada 25 golpes. Al determinar la suficiencia de cernido para tamaos mayores que el cedazo #4, limite el material en cedazo, a una sola capa de partculas. Si el tamao de los cedazos ensamblados hace impractico el movimiento de cernido descrito, use cedazos de 20cm de dimetro para verificar la suficiencia del cernido. -Si se desea la determinacin exacta de la cantidad total que pesa el cedazo #200, primero ensaye la muestra de acuerdo con el Mtodo de Ensayo para la Determinacin por Lavado del Contenido de Materiales ms Finos que el Cedazo #200 en Agregados Minerales. Aada el porcentaje ms fino que el cedazo #200, al cernir la misma muestra seca. Despus de la operacin final de secado. -Determine el peso del material retenido en cada cedazo. -Desgaste de los ngeles. Equipos. -Mquina de los ngeles: la constara de un cilindro hueco de acero de acero, cerrado en ambos extremos, con un dimetro interior 710+5mm y un largo interior de 508+5. El cilindro estar montado sobre puntas de ejes adosadas a los extremos del cilindro, pero sin pentralo y en forma tal que pueda rotar en el eje en posicin horizontal con una tolerancia de 1 en 100 en su inclinacin. El cilindro tendr para introducir la muestra de ensayo. Deber tener una tapa adecuada, a prueba de polvo, para cubrir la abertura y con medios para atornillar en su sitio. La tapa ser diseada de manera que mantenga el contorno cilndrico de la superficie interior a menos que la paleta que este situada en forma tal que la carga no caiga sobre la tapa o la toque durante el ensayo. Se colocara una paleta desmontable de acero a lo largo de una generatriz de la superficie interior del cilindro, que se proyecte Radialmente 90+2mm hacia su interior y a todo lo largo y con un espesor tal que al sujetarlo con pernos u otros medios adecuados, se mantenga firme y rgida. La posicin de la paleta ser tal, que su distancia a la abertura, medida a lo largo de la circunferencia exterior del cilindro en la direccin de la rotacin no sea menor de 12cm. -Cedazos: se utilizaran aquellos que cumplan con las especificaciones para cedazos de ensayo (CCCA: Eq2 y COVENIN 254). -Balanza: La balanza deber permitir lecturas con apreciacin de un gramo. -Carga abrasiva: Consistir en esferas de acero, de aproximadamente 4,7cm de dimetro y cada una con un peso entre 390gr. y 445gr. Procedimiento -Escoja el tipo de gradacin que ms se adapte a la del agregado por ensayar, y conforme la muestra de acuerdo con los pesos indicados en las gradaciones de la muestra de ensayo. -Coloque el numero de esferas correspondientes dentro de la maquina de los ngeles y luego introduzca la muestra de ensayo. -Coloque la tapa de la maquina de los ngeles en su lugar y atornllela firmemente. -Encienda la maquina y djela rotara un velocidad de 30 a 33 r.p.m durante 500 revoluciones. -Despus de las revoluciones, descargue el material sobre una bandeja y haga un cernido preliminar a travs de un tamiz mayor que #12. Utilizando el mtodo manual de cernido descrito en el mtodo CCCA Ag.2, haga el cernido por el tamiz #12. Pese todo el material que ha quedado retenido en ste con apreciacin de un gramo. -Peso especifico de finos Equipos -Balanza: Ser necesario que tenga una capacidad de medicin 1kg o ms, con una sensibilidad de 0,1g o menos y con una exactitud de 0,1% de la carga de ensayo en cualquier punto dentro del rango de carga de 100g deber de hacer una exactitud de 0,1g para una diferencia entre lecturas. -Picnmetros: Un matraz u otro recipiente adecuado en el cual se pueda introducir fcilmente la muestra de ensayo de agregado fino y en el cual se puede reproducir el volumen contenido con aproximacin de +0,1 cm 3. El volumen del recipiente lleno hasta la marca deber ser por lo menos 50% mayor que el espacio que ocupa la muestra de ensayo. Es satisfactorio el uso de un frasco volumtrico de 500cm3 de capacidad o un jarro provisto de un picnmetro, cuando se tome una muestra de ensayo de 500g en el caso de la mayora de los agregados finos. -Molde: Metlico de forma tronco-cnica de 38mm de dimetro en la parte superior, 89mm de dimetro en la parte inferior y 74mm de altura, siendo metal de un espesor mnimo, calibre 20 (aproximadamente 0,9mm). -Compactador: Metlico de 340+15g de peso y con una cara compactadora plana y circular de 25+3mm de dimetro. Procedimiento -De inmediato introduzca en el picnmetro una muestra de aproximadamente 500g (tambin podr usarse una cantidad distinta a los 500g, no menor a los 50g, pero se tendr que reducir proporcionalmente los lmites de exactitud en las pesadas y las mediciones) del agregado saturado con superficie seca, preparado segn la preparacin de la muestra y llnelo con agua aproximadamente el 90% de su capacidad. Ruede el picnmetro sobre una superficie plana, agtelo o invirtalo para eliminar todas las burbujas de aire. Ajuste su temperatura hasta 23+1,5 C, si es necesario, sumrjalo en agua en circulacin y lleve el nivel del agua en el picnmetro hasta su capacidad de calibracin. Determine el peso total del picnmetro con la muestra y el agua. Determine ste y todos los dems con aproximacin de 0,1g. -Saque el agregado fino del picnmetro, squelo hasta peso constante a una temperatura comprendida entre 100 y 110 C, djelo enfriar hasta temperatura ambiente durante 30 a 90 minutos y pselo. -Determine el peso del picnmetro lleno con agua hasta su capacidad de calibracin a una temperatura de 23+2,5 C.-Peso especifico de gruesos Equipos -Balanza: Con capacidad de 5kg o ms y con sensibilidad de 0,5g o menos y con una exactitud de 0,1% de la carga de ensayo. Dentro de cualquier rango de carga de 500g deber haber una exactitud de 0,5g para una diferencia entre lecturas. -Recipiente para la Muestra: Una cesta de alambres N 6 o ms finos, o un balde con un ancho o una altura aproximadamente iguales y con capacidad de 4000 a 7000cm3. -Dispositivos adecuados para suspender el recipiente para la muestra en agua, desde el centro del platillo de la balanza. Procedimiento -Despus de un lavado completo para eliminar el polvo y otras impurezas superficiales de las partculas, saque la muestra hasta peso constante a una temperatura comprendida entre 100 y 110 C; djese enfriar a temperatura ambiente durante 1 a 3 horas y luego sumrjala en agua a temperatura ambiente durante un perodo de 24+4 horas. -Seque la muestra de agua y hgala roda sobre un pao grande absorbente hasta hacer desaparecer toda pelcula de agua visible. Seque separadamente las partculas ms grandes. Tenga cuidado en evitar la evaporacin del agua en los poros del agregado, durante la operacin del secado de la superficie. Obtenga el peso de la muestra bajo la condicin de saturacin con superficie seca. Determine ste y todos los dems pesos con aproximacin de 0,5g. -Despus de pesar coloque de inmediato la muestra saturada con superficie seca en el recipiente y determine su peso en agua a una temperatura de 23+1,5 C. Antes de pesar, tome precauciones para eliminar todo el aire atrapado, agitando el recipiente mientras est sumergido. -Seque la muestra hasta peso constante a una temperatura comprendida entre 100 y 110 C, deje el aire a temperatura ambiente durante 1 a 3 horas y psela. -Peso Unitario. -Peso unitario Suelto. Equipos -Balanza: Deber permitir lecturas con exactitud de 0,3% del peso ledo en cualquier punto de su rango de uso. Se considera que el rango de uso comprende desde el peso del recipiente vaco hasta el peso del recipiente ms su contenido, asumiendo un peso unitario promedio de 1600Kg/m3. -Barra compactadora: Recta de acero, de 16mm (5/8) de dimetro, de aproximadamente 60cm de longitud y punta semiesfrica. -Recipiente: Cilndrico de metal, preferiblemente con asas. Deber se hermtico, con tapa y fondo firmes y parejos, con precisin en sus dimensiones interiores y suficientemente rgido para mantener su forma al ser maltratado. El borde superior deber ser liso, plano con exactitud de 0,25mm y paralelo al fondo con una exactitud de 0,5 (Nota1). Los dos recipientes mayores, indicados en la Tabla 1 debern estar reforzados con una banda metlica alrededor de la parte superior para obtener un espesor total de pared, no menor de 5mm en los 40mm superiores. La capacidad y dimensiones del recipiente debern cumplir con los requisitos indicados en la Tabla A. Tabla A - Dimensiones de los recipientes Capacidad (litros) Dimetro interior (mm) Altura interior (mm) Espesor mnimo del metal (mm) Tamao mximo nominal del agregado Fondo ParedPulgmm 3155 + 2106 + 25,02,512,5 10205 + 2305 + 25,02,5125 15255 + 2295 + 25,03,0140 30355 + 2305 + 25,03,04100 Procedimiento Procedimiento con Pala - El procedimiento con pala se aplicar a agregados que tengan un tamao mximo no mayor de 100mm o menos-El recipiente se llenar con una pala hasta rebosar, descargando el agregado desde una altura no mayor de 5cm por encima de la parte superior del recipiente. Se debern tomar precauciones para impedir en lo posible la segregacin de las partculas. El agregado sobrante se desechar con una reglilla. -Se determinar el peso neto del agregado en el recipiente con exactitud de 0,1%; luego se obtendr el peso unitario suelto del agregado multiplicando el peso neto por el factor de calibracin calculado. -Peso unitario Compacto. Equipos-Balanza: Deber permitir lecturas con exactitud de 0,3% del peso ledo en cualquier punto de su rango de uso. Se considera que el rango de uso comprende desde el peso del recipiente vaco hasta el peso del recipiente ms su contenido, asumiendo un peso unitario promedio de 1600Kg/m3. -Barra compactadora: Recta de acero, de 16mm (5/8) de dimetro, de aproximadamente 60cm de longitud y punta semiesfrica. -Recipiente: Cilndrico de metal, preferiblemente con asas. Deber se hermtico, con tapa y fondo firmes y parejos, con precisin en sus dimensiones interiores y suficientemente rgido para mantener su forma al ser maltratado. El borde superior deber ser liso, plano con exactitud de 0,25mm y paralelo al fondo con una exactitud de 0,5 (Nota1). Los dos recipientes mayores, indicados en la Tabla 1 debern estar reforzados con una banda metlica alrededor de la parte superior para obtener un espesor total de pared, no menor de 5mm en los 40mm superiores. La capacidad y dimensiones del recipiente debern cumplir con los requisitos indicados en la Tabla A. Tabla A - Dimensiones de los recipientes Capacidad (litros) Dimetro interior (mm) Altura interior (mm) Espesor mnimo del metal (mm) Tamao mximo nominal del agregado Fondo ParedPulgmm 3155 + 2106 + 25,02,512,5 10205 + 2305 + 25,02,5125 15255 + 2295 + 25,03,0140 30355 + 2305 + 25,03,04100 Procedimientos Procedimiento utilizado la Barra Compactadora - La barra compactadora se utilizar con agregados que tengan un tamao mximo no mayor de 40mm. -Se llenar la tercera parte del recipiente y se nivelar la superficie con la mano. Se compactar la masa con la barra compactadora, mediante 25 golpes distribuidos uniformemente sobre la superficie. Se llenara hasta las dos terceras partes del recipiente y de nuevo se compactar con 25 golpes como antes. Luego se llenar el recipiente hasta rebosar, golpendolo 25 veces con la barra compactadora. Nivele con la mano la superficie del agregado o con un rasero de modo que las partes sobrantes de la pieza mayores del agregado grueso, compensen aproximadamente los vacos mayores en la superficie que se halla por debajo de la parte superior del r