Definicion De Tamaño Y Forma De Particulas lq23

Ing : Jorge EMECANICA Huallpa Mamani DE SUELOS I ING JORGE E HUALLPA M.

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Definicion de tamaña y forma de las partitulas propiedades de los suelos

2 Mecanica de suelos I

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3 Mecanica de suelos I

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• .

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5 Mecanica de suelos I

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FORMA Y TEXTURA DE LAS PARTICULAS DE UN SUELO. Se define forma como a los rasgos particulares y textura como al tamaño que tiene la partícula de suelo. Existen tres categorías típicas de texturas que presentan las partículas del suelo donde puede evaluarse la forma, que son la: granular, en hojuela y en aguja.

Forma granular. Este tipo de partículas principalmente están constituidas de fragmentos provenientes de la meteorización física de rocas y minerales. Para describir la textura de estas partículas se usan los términos: angular, subangular, redondeada y subredondeada. La esfericidad es opuesta a la angularidad, es decir que una partícula más angular será menos esférica o viceversa. La esfericidad Es, para una partícula de forma granular se define como:

Donde: De = Diámetro equivalente de la partícula, que será:

L = Longitud de la partícula. V = Volumen de la partícula.

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Textura de partículas con forma granular (Das, 1998).

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• Textura en hojuela. • • La textura de las partículas de minerales de arcilla tienen la forma de hojuelas o escamas, estas son partículas muy pequeñas con muy poca esfericidad y solo pueden observarse con microscopios electrónicos. • • Textura en aguja. • • Estas partículas son igualmente pequeñas a las anteriores, su textura tiene la forma de una aguja y generalmente están presentes en depósitos de coral y rara vez en suelos arcillosos. •

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TEXTURA Y COLOR

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TEXTURA Y COLOR

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SUELOS FINOS

SUELOS LIMO ARCILLOSOS El limo es inestable. Difícil de compactar, fácilmente erosionable y sujeto al fenómeno de tubificación. La arcilla tiene adherencia, consistencia o cohesión que varía con la humedad. Características asociadas a la físico-química de la partícula, mineralogía, capacidad de intercambio iónico (fuerzas de atracción y repulsión moleular).

Las partículas que no puedan identificarse individualmente se denominan partículas finas

IDENTIFICACION DE SUELOS LIMOARCILLOSOS

EN EL CAMPO CON EL MATERIAL QUE PASA LA MALLA No. 40:

A. Dilatancia (Reacción a la agitación) B. Resistencia en estado seco (a la disgregación) C. Tenacidad (consistencia cerca del límite plástico)

A. Dilatancia (Reacción a la agitación) • • • •

Se prepara una pastilla de suelo húmedo. Colóquese la pastilla en la mano. Agítese golpeando varias veces. El limo en que la superficie de la pastilla, adquiere una consistencia brillante debido a la expulsión del agua. • Las arenas limpias dan la reacción más rápida. • Las arcillas no presenta reacción.

Ensayo de dilatancia

Se evalúa la velocidad de aparición de agua en la superficie de la mezcla, al sacudir la palma de la mano (nula, muy lenta, lenta, rápida).

B. Resistencia en Estado Seco (a la disgregación). • Se prepara una pastilla de suelo húmedo. • Se deja secar la pastilla al sol, luego midiendo su resistencia, desmoronándola con los dedos. • La resistencia (en estado seco) aumenta con la plasticidad (presencia de arcilla). • Una elevada resistencia es una arcilla CH. • Un limo posee una resistencia muy ligera. • Las arenas finas limosas tienen resistencia ligera.

Ensayo de Resistencia en Estado Seco

Se evalúa la resistencia ante la presión de los dedos, de una muestra seca al aire (nula, ligera, media, alta, muy alta)

C. Tenacidad (consistencia cerca del L.P.) • Formar con una masilla de suelo un cilindro de aproximadamente 3 mm. de diámetro. • Con el amasado la humedad se reduce y la muestra adquiere una consistencia dura. • Cuanto más tenaz es el rollito y cuanto más duros son los trozos al desmoronarse, mayor es el contenido de arcilla.

Ensayo de Tenacidad

Se evalúa la consistencia del suelo con humedad cercana al límite plástico (nula, ligera, media, alta)

CONTRACCION DE ARCILLAS

CAMBIOS VOLUMETRICOS Y LIMITE DE CONTRACCION L.L.

ARCILLA DE BAGUA (“CONTRACTIVO”)

CON VARIACION VOLUMETRICA

L.P. ARCILLA DE TALARA (“EXPANSIVO”)

L.C. SIN VARIACION VOLUMETRICA A. ORDOÑEZ, 1999

DEPOSITOS DE ARCILLAS Suelos de comportamiento variable, generalmente compresibles y de baja capacidad de soporte. Resistencia : variable, baja Cohesión : variable Fricción, f’ : nula Peso unitario : 1.6 a 1.8 ton/m2 Compresibilidad : variable, alta Capacidad de soporte : 0.5 a 2.0 kg/cm2 Módulo elástico : 10 a 150 kg/cm2 Suelos pueden ser malos como cimentación. Necesidad de ensayos de consolidación. Cimentación con zapatas conectadas o losas. Estructuras deben transmitir bajas presiones.

Pesos unitarios tipicos

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Peso especifico o gravedad especifica

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Compacidad relativa de suelos (SPT)

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Resistencia de la arcilla(SPT)

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Propiedades mecánicas de los suelos • Resistencia al esfuerzo cortante. Cohesión y Angulo de fricción • Permeabilidad y flujo de agua

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Compresibilidad

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Compactación.

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Característica de perfil de suelo residual

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SIMBOLO DE TIPO DE SUELO

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MUESTREO

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MUESTREO ALTERADO

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DESCRIPCION DE ENSAYO SPT

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Muestreo del Agregado ASTM D - 75 Objetivo: La obtención de una porción representativa de un volumen mayor de un material sobre el cual se desea obtener información.

•Las propiedades de la muestra se consideran representativas del lote.

Herramientas: - Bolsas o recipientes para el almacenamiento. - Lampa o cucharón y tubo (30 mm +/- 2mm) - Ficha de identificación - Plancha de acrílico o de madera

Procedimiento: Para Agregado Grueso: 1. Dividir la pila de material en tres secciones horizontales y tomar incrementos de cada zona.

Superior

Media

Para Agregado Fino: 1. Tomar 5 incrementos aleatoriamente combinándose en una sola muestra.

Inferior

Procedimiento: Cada toma debe calcularse según el cuadro: Tamaño Máximo Nominal

Peso Mínimo (kg)

1½”

75

1”

50

¾”

25

½”

15

3/8 ”

12

Agregado fino

12

CUARTEO: Operación de reducción de tamaño de muestra 1.- Mecánico:

CUARTEO: Operación de reducción de tamaño de muestra 2.- Manual: Herramientas y Materiales: - Lona o plástico - Lampa o cucharón - Brocha - Regla de tamaño adecuado - Recipientes

Procedimiento: 3. Colocar la muestra en un lugar plano, de preferencia sobre un plástico. 4. Mezclar bien y formar un círculo aplanado. (Si es agregado fino, humedecer la muestra de encontrarse seca) 5. Separar la muestra en cuatro partes iguales mediante una regla separadora. 6. Tomar dos porciones diagonales ya sea para el agregado o para seguir reduciendo la muestra. 7. Limpiar con una brocha el piso para eliminar el polvo. 8. Repetir hasta obtener el tamaño de muestra requerido.

1

2

3

4

1

4

Análisis Granulométrico NTP

400.012

ASTM C 136 Es la representación numérica de la distribución volumétrica de las partículas por tamaños.

La medición de los diferentes tamaños de partículas es indirecta, tamizándolas por mallas de aberturas conocidas y pesando el material retenido referidos en %. La serie de tamices estándar para concreto ASTM E-11 Empieza con el tamiz de abertura cuadrada 3“ y la siguiente es igual a la mitad de la anterior. 3” , 1½” , 3/4 “ , 3/8” , # 4 , # 8 , # 16 , # 30 , # 50 , # 100 , # 200

Granulometría de fino Tamiz

Abertura

% Pasa

3/8 ”

9,5 mm

100

N° 4

4,75 mm

95 a 100

N° 8

2,36 mm

80 a 100

N° 16

1,18 mm

50 a 85

N° 30

600 um

25 a 60

N° 50

300 um

05 a 30

N° 100

150 um

0 a 100

La norma permite el uso de agregados que no cumplan con las gradaciones especificadas, siempre y cuando se asegure que el material producirá

HUSO

TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL

Para Agregado Grueso 75 mm (3 pulg)

63 mm

50 mm

37.5 mm

25.0 mm

19 mm

4.75 mm

(2 pulg)

(1 1/2 pulg)

(1 pulg)

(3/4 pulg)

12.5 mm (1/2 pulg)

9.5 mm

(2 1/2 pulg)

(3/8 pulg)

(No 4)

2.36 mm (No 8)

PORCENTAJE QUE PASA POR LOS TAMICES NORMALIZADOS

100 mm (4 pulg)

90 mm (31/2 pulg)

1

90 mm A 37.5 mm (3 1/2 pulg a 1 1/2 pulg)

100

90 a 100

-

25 a 60

-

0a5

-

-

-

-

-

-

2

63 mm a 37.5 mm (2 1/2 pulg a 1 1/2 pulg)

-

-

100

90 a 100

35 a 70

0 a 15

-

0a5

-

-

-

-

3

50 mm a 25,0 mm (82 pulg a 1 pulg)

-

-

-

100

90 a 100

35 a 70

0 a 15

-

0a5

-

-

-

357

50 mm a 4.75 mm (2 pulg a Nnno 4)

-

-

-

100

95 a 100

-

35 a 70

-

10 a 30

-

0a5

-

4

37.5 mm a 19,0 mm (1 1/2 pulg a 3/4 pulg)

-

-

-

-

100

90 a 100

20 a 55

0 a 15

-

0a5

-

-

467

37.5 mm a 4.75 mm (1 1/2 a Nno 4)

-

-

-

-

100

95 a 100

-

35 a 70

-

10 a 30

0a5

-

5

25 mm a 12.5 mm (1 pulg a 1/2 pulg)

-

-

-

-

-

100

90 a 100

20 a 55

0 a 10

0a5

-

-

56

25.0 mm a 9.5 mm (1 pulg a 3/8 pulg)

-

-

-

-

-

100

90 a 100

40 a 85

10 a 40

0 a 15

0a5

-

57

25.0 mm a 4.75 mm (1 pulg a No4)

-

-

-

-

-

100

95 a 100

-

25 a 60

-

0 a 10

-

6

19.0 mm a 9.5 mm (3/4 pulg a 3/8 pulg)

-

-

-

-

-

-

100

90 a 100

20 a 55

0 a 15

0a5

-

67

19.0 mm a 4.75 mm (3/4 pulg a No4)

-

-

-

-

-

-

100

90 a 100

-

20 a 55

0 a 10

-

7

12.5 mm a 4.75 mm (1/2 pulg a No4)

-

-

-

-

-

-

-

100

90 a 100

40 a 70

0 a 15

-

8

9.5 mm a 2.36 mm (3/8 pulg a No 8)

-

-

-

-

-

-

-

-

100

85 a 100

10 a 30

0 a 10

89

9.5 mm a 1.18 mm (3/8 pulg a No 16)

-

-

-

-

-

-

-

-

100

90 a 100

20 a 35

5 a 30

9

4.75 mm a 1.18 mm (No4 a No16)

-

-

-

-

-

-

-

-

-

100

85 a 100

10 a 40

Equipos:

• Balanza: Ag. fino (aprox. 0.1 gr.) Ag. grueso (aprox. 0.5 gr.) ó 0.1 % de la carga máxima. • Mallas • Cernidor Mecánico. • Horno ( 110 +/- 5 oC ) ó cocina.

Procedimiento:

1. Cuartear la muestra de agregado fino aprox. 500 gr. 2. La muestra de agregado grueso seco. (Para agregados de tamaño máximo nominal menores a 1/2” ). Tamaño Máximo Nominal

Peso Mínimo (kg)

3/8 ”

1

½”

2

¾”

5

1”

10

1½”

15

Los pesos se consideran secos

Procedimiento: 3. La muestra de agregado fino debe secar en una estufa a 110 + - 5°C. 4. La muestra de agregado grueso puede secarse al ambiente. 5. Colocar las mallas en forma decreciente incluir un fondo y una tapa.

6. Agitar las mallas manualmente o con la zaranda hasta que no pase más del 1 % de masa residual pasante.

Módulo de fineza: Es la suma de los porcentajes retenidos acumulativos de la serie estándar hasta el tamiz N° 100., dividido entre 100. Representa la distribución volumétrica de las partículas de agregados. Es un criterio aplicable a la piedra y a la rena independientemente o la mezcla de agregados en conjunto. Superficie específica: Es el área superficial total de las partículas de agregados referida al peso absoluto. Se expresa en cm2/gr. Nos permite comprender la relación entre los gregados y la pasta de cemento. El agregado fino siempre tiene una superficie específica alta, en cambio el correspondiente al agregado grueso suele ser bastante baja.

Material más fino que la Malla # 200 NTP

400.018

ASTM C 117 Está constituido por limos y arcillas, se presenta recubriendo el agregado grueso o mezclado con el agregado fino. Su relación directa en el concreto es la adherencia entre la pasta de cemento y los agregados. Un moderado porcentaje de elementos muy finos puede favorecer la trabajabilidad, pero su incremento puede afectar al concreto.

Tamaño Máximo Nominal

Peso Mínimo (gr)

4,75 mm (N° 4)

300

9.5 mm (3/8 ”)

1000

19 mm (3/4 ”)

2500

37,5 mm (1 ½”)

5000

Peso seco de la muestra Repetir el lavado por decantación hasta que las aguas sean claras.

% Material < # 200

=

(

Peso seco muestra original – Peso seco muestra después de lavado Peso seco muestra original

)X 100

Equivalente de Arena en Agregados Finos NTP

339.146

ASTM D - 2419 Nos permite cuantificar la cantidad de contaminación de limo o arcilla en el agregado fino o suelo.

El término equivalente de arena representa a los suelos granulares y agregados finos, que son mezclas de partículas gruesas deseables, arena y generalmente arcilla, finos plásticos o polvo no deseado. Este ensayo nos indica bajo condiciones estándar las proporciones relativas de finos arcillosos o plásticos y polvos en suelos granulares y agregados finos que pasen la malla # 4 (4,75mm).

Equipos: Cilindro transparente graduado de acrílico, tapa de jebe, tubo irrigador, montaje de pie y de sifón. Agitador mecánico de equivalente de arena. (Tiro: 203.2 +/- 1.0 mm Operación: 175 +/- 2 m). Agitador equivalente de arena manualmente operado (opcional) Horno ( 110 +/- 5 °C ) Papel filtro, Watman No. 2V. Cronómetro Malla N° 4. Embudo, lata cilíndrica, botellas Plato plano

Procedimiento: 1. El ensayo debe realizarse en una zona libre de vibración, la vibración excesiva puede causar que el material suspendido se asiente a una velocidad mayor de la normal. 2. Se requiere mínimo una muestra de 1500 gr. De material que pase la malla N° 4. 3. Temperatura ambiente de 22 +/- 3°C, durante la realización de la prueba. 4. La solución de cloruro de calcio no debe estar expuesta al sol (puede producir hongos).

Procedimiento:

5. La solución que tenga más de dos semanas, deberá ser desechada. 6. El ensayo debe realizarse en una zona libre de vibración, la vibración excesiva puede causar que el material suspendido se asiente a una velocidad mayor de la normal.

Impurezas Orgánicas NTP

400.024

ASTM C - 40 Influyen en los tiempos de fraguado y desarrollo de resistencia. En grandes cantidades pueden provocar manchas o afectar la durabilidad. Su presencia puede consistir de productos de destrucción descomposición de materia vegetal (marga orgánica y humus).

o

Equipos: • Botellas de vidrio incoloro y graduados con tapas herméticas. (cap. 350-470 ml) • Reactivos: • Hidróxido de sodio NaOH 3%. • Solución de color de referencia. ( k2 Cr2 O7 + H2 S O4 ) o Paleta de colores patrón.

Procedimiento: 1. Se tamiza el material por el tamiz N° 4 . 2. Secar la muestra a una temperatura de 110 °C +- 5°C. 3. En un frasco de vidrio graduado en pulgadas hasta el nivel 6” se coloca la muestra a un nivel 4”. 4. Se agrega Hidróxido de sodio al 3%, hasta que la solución llegue al nivel 6”. Se deja reposar 24 hr. 5. Se compara la coloración de la muestra con el colorímetro patrón. 6. Si la muestra adquiere una colocación de transparente hasta rojizo, no tiene problemas, pero si la muestra adquiere un color oscuro, definitivamente contiene alto grado de materia orgánica.

Partículas Ligeras en los Agregados NTP

400.023

ASTM C - 123 Su presencia en cantidades apreciables, provoca la localización de zonas débiles y pueden inferir con la durabilidad. La determinación se realiza por el método de separación de hundir-flotar en un líquido pesado de peso específico determinado.

Ensayo para la Resistencia a la degradación del Agregado Grueso de Tamaños Menores por Abrasión e Impacto en la Máquina de los Angeles. NTP 400.019 ASTM C - 131 Ensayar agregados gruesos de tamaños menores que 1 ½” para determinar la resistencia a la degradación usando la máquina de Los Ángeles.

Ensayo para la Resistencia a la degradación del Agregado Grueso de Tamaño Grande por Abrasión e Impacto en la Máquina de los Angeles. NTP 400.020 ASTM C - 535 Ensayar agregados gruesos de tamaño grande mayores que ¾” para determinar la resistencia a la degradación usando la máquina de Los Ángeles.

Cálculos: P1 = Peso Inicial P2 = Peso Final % Desgaste

=(

P1 – P2 P1

)X 100

Alterabilidad de los agregados

Ensayo para la determinación de Terrones de Arcillas y Partículas Friables. NTP 400.015 ASTM C - 142 Su presencia en cantidades apreciables, provoca la localización de zonas débiles y pueden inferir con la durabilidad. Determina aproximadamente los terrones de arcilla y y partículas friables en los agregados.

Gravedad Específica y Absorción de Agregado Fino NTP

400.022

ASTM C - 128 Determinar el peso del agregado por unidad de volumen sin considerar sus vacíos. También se determina el porcentaje de absorción o contenido de agua exacto que requiere el agregado para saturar sus vacíos.

Gravedad Específica y Absorción de Agregado Grueso NTP

400.021

ASTM C - 127 Determinar el peso del agregado por unidad de volumen sin considerar sus vacíos. También se determina el porcentaje de absorción o contenido de agua exacto que requiere el agregado para saturar sus vacíos.

Peso Unitario y Vacíos en Agregados NTP

400.017

ASTM C - 29 Permite determinar el peso unitario del agregado en condición compactada o suelta y calcula los vacíos entre las partículas en los agregados finos, grueso o mezclas basados en la misma determinación. El peso unitario de los agregados en los concretos de peso normal, entre 2200 y 2400 kg/m3 generalmente estan entre 1500 y 1700 kg/m3

1700 g

1800 g

1400 g

1500 g

Muestra sin agua

300 ml

500 ml

1. Peso Unitario Suelto: 2. Peso Unitario Compactado:

Contenido de Humedad Total NTP

339.185

ASTM C - 566 Determina el porcentaje de humedad evaporable en una muestra por secado. Este método es suficientemente preciso para propósitos de rutina. El tamaño de la muestra del agregdo fino y agregado grueso no debe ser menor a 500gr. +- 20

% Humedad

=(

Peso muestra humeda – Peso de la muestra seca Peso de la muestra seca

)X 100

Secado Tiempo (min) VS Humedad (%) 7.12

humedad = 7.57 %

7.10

humedad (%)

7.08

7.06

aumento de humedad en 1.57% por quemar

7.04

peso constante

7.02

7.00

humedad = 7.00 %

muestra 3

6.98

0

5

10

15

20

25

minutos

30

35

40

45

• GRACIAS. • ING CIVIL JORGE HUALLPA M. MECANICA E DE SUELOS I ING JORGE E HUALLPA M.

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