Universidad Nacional Agraria

La Molina

Facultad de Pesquería

Curso : Construcciones Pesqueras

Tema: Granulometría – Limites de consistencia; Compactibilidad - Permeabilidad

Profesor : Galecio Fernando

Alumno : Bryson Jiménez Jorge

La Molina 2015

INTRODUCCION

Las prácticas realizadas en el laboratorio nos permiten reconocer las características físicas de los tipos de suelo, y reconocer las propiedades de estos.El suelo es considerado como uno de los recursos naturales más importantes, de ahí la necesidad de mantener su productividad, para que a través de él y las prácticas agrícolas adecuadas se establezca un equilibrio entre la producción de alimentos y el acelerado incremento del índice demográfico.El suelo es esencial para la vida, como lo es el aire y el agua, y cuando es utilizado de manera prudente puede ser considerado como un recurso renovable. Es un elemento de enlace entre los factores bióticos y abióticos y se le considera un hábitat para el desarrollo de las plantas.Gracias al soporte que constituye el suelo es posible la producción de los recursos naturales, por lo cual es necesario comprender las características físicas y químicas para propiciar la productividad y el equilibrio ambiental (sustentabilidad).

En el laboratorio de suelos, se realizaron 4 experimentos: granulometría, límites de consistencia, densidad máxima y permeabilidad con el objetivo de clasificar determinado suelo mediante métodos seleccionados y conocer sus propiedades. Los resultados se presentan en el siguiente informe.

REVISIÓN LITERARIA

GRANULOMETRÍA

La granulometría es la medición de los granos de una formación sedimentaria y el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica con fines de análisis tanto de su origen como de sus propiedades mecánicas. La granulometría y el tamaño máximo de agregado afectan las proporciones relativas de los agregados así como los requisitos de agua y cemento, la trabajabilidad, capacidad de bombeo, economía, porosidad, contracción y durabilidad del concreto.

El método de determinación granulométrico más sencillo es obtener las partículas por una serie de mallas de distintos anchos de entramado, que actúen como filtros de los granos que se llama comúnmente columna de tamices. Pero para una medición más exacta se utiliza un granulómetro láser, cuyo rayo difracta en las partículas para poder determinar su tamaño.

Tabla.1 Escala granulométrica

Partícula TamañoArcillas < 0.002 mm

Limos0.002 - 0.006 mm

Arenas 0.06 - 2 mmGravas 2mm - 6 cmCantos rodados 6 - 25 cmBloques > 25 cm

Curva granulométrica

La curva granulométrica de un suelo es una representación gráfica de los resultados obtenidos en un laboratorio cuando se analiza la estructura del suelo desde el punto de vista del tamaño de las partículas que lo forman.

CLASIFICACIÓN DE SUELOS

La Determinación y cuantificación de las diferentes propiedades de un suelo, tienen como objetivo último el establecimiento de una división sistemática de los diferentes tipos de suelos exigentes atendiendo a la similitud de sus caracteres físicos y sus propiedades geo mecánicas. (Luis Bañon).

Los sistemas de clasificación proporcionan un lenguaje común para expresar en forma concisa las características generales de los suelos, que son infinitamente variadas sin una descripción detallada. Actualmente, dos sistemas de clasificación que usan la distribución por tamaño de grano y plasticidad de los suelos son usados comúnmente. Éstos son el Sistema de Clasificación AASHTO y el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos.

En el sistema unificado de clasificación de suelos:

GW Grava bien compartida y mezclas de grava y arena; finos, poco o nada. GP Grava, mal compartida y mezclas de grava y arenas finos, poco o nada GMGrava limosas, mezclas de grava y arena y limo. GC Grava arcillosa mezclas de grava, y arena y arcilla. SW Arenas bien compartidas, arenas gravosas; finos poco o nada. SP Arenas mal compartidas, arenas gravosas; finos, poco o nada. SM Arenas limosas, mezclas de arena y limo. SC Arenas arcillosas, mezclas de arena y arcilla. ML Limos inorgánicos y arenas muy finas harina de roca, arenas finas. CL Arcillas inorgánicas de plasticidad baje a mediana, arcillas gravosas. OL Limos orgánicos y arcillas limosas orgánicas de baja plasticidad. MH Limos inorgánicos, suelos arenosos finos o limosos de diatomáceas o

Micáceos, limo elásticos. CHArcillas inorgánicas de alta plasticidad, arcillas grasas. OH Arcillas orgánicas de plasticidad mediana a elevada, limos orgánicos Pt Suelos turbosos y otros altamente orgánicos

Tabla. 2 Denominación típica y símbolos de los grupos del SUCS (FAO, 2003)

Coeficiente de curvaturaEs una medida de la forma de la curva entre el D60 y el D10, valores de Cc muy diferentes de 1.0 indican que faltan una serie de diámetros entre los tamaños correspondientes al D10 y al D60.

Cc = D230/ D10*D60

-Coeficiente entre 1 - 3: suelo bien gradado-Suelo grava con coeficiente mayor que 4: suelo bien gradado-Suelo arena con coeficiente mayor que 6: suelo bien gradado

Coeficiente de uniformidad

Cu = D60/ D10

Es una indicación de la variación del tamaño de los granos presentes en la muestra. Relación entre el tamaño máximo de partículas que pasan en el 60%, con respecto al tamaño por el que pasa el 10%. Un valor grande de en este parámetro Cu indica que los diámetros D60 y D10 difieren un tamaño apreciable. Además indica la uniformidad de las partículas cuando hay un coeficiente menor que 5 la granulometría es uniforme. Si es menor de 2,5 la granulometría es muy uniforme.

GRANULOMETRÍA POR TAMIZADO

Una forma de medir tamaños de partícula es haciéndolas por mallas o tamices de distintas aperturas (ver imagen). La apertura también se denomina luz del tamiz. Todas las partículas que atraviesen el tamiz tendrán un tamaño menor que su luz.

Utilizando una serie de tamices de aperturas decrecientes apilados se consigue fraccionar el sistema en muestras de distintos tamaños de grano. Lo que queda retenido en un tamiz tiene un tamaño de partícula comprendido entre la apertura de dicho tamiz y la del tamiz inmediatamente anterior. De este modo se acotan los intervalos de tamaño de grano.

Determinar el número de partículas en cada tamiz es muy complicado cuando el tamaño es pequeño, por lo que se utiliza la masa retenida. Pesando lo que ha retenido cada tamiz se obtiene el porcentaje en peso de material para cada intervalo de tamaños.

Figura. 1 Juego de tamices

Fuente: Fundamentos de materiales

Tabla 3. Tabla de numeración y abertura de tamices (Espinace R. 1979)

LIMITES DE ATTERBERG

Los límites de Atterberg o también llamados límites de consistencia se basan en el concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo de su propia naturaleza y la cantidad de agua que contengan. Así, un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido, plástico y líquido o viscoso. Por consistencia se entiende el grado de cohesión de las partículas de un suelo y su resistencia aquellas fuerzas exteriores que tienden a deformar o destruir su estructura.

Los 5 límites propuestos por Atterberg son:

Límite de cohesión (Le). Es la cantidad de humedad por el cual las boronas de un suelo son capaces de pegarse unas a otras.

Límite de contracción (Lc). Es el conjunto de humedad por debajo del cual no se produce reducción adicional de volumen o contracción en el suelo.

Límite plástico (Lp). Es el contenido de humedad por debajo del cual se puede considerar el suelo como material no plástico

Límite líquido (Ll). Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un material plástico. A este nivel de contenido de humedad el suelo está en el vértice de cambiar su comportamiento al de un fluido viscoso.

Límite de saturación (Ls). Es el contenido de humedad que el suelo tiene todo el volumen lleno de agua Sin embargo para nuestro estudio solo consideramos los cuatro últimos porque son ampliamente utilizados.

Figura. 2

CARTA DE PLASTICIDAD

La carta de plasticidad elaborada por el profesor Arturo Casagrande es un elemento básico en la identificación y clasificación de los suelos. La labor que realizó Casagrande fue llevar a un gráfico una cantidad de muestras con sólo dos parámetros, el limite líquido y el índice plástico.

Observó que lo materiales homólogos se agrupaban, existiendo así posiciones y fronteras para los distintos tipos de suelo.

En la carta de plasticidad, hay seis zonas claramente diferenciables. Estas zonas se encuentran delimitadas por tres líneas denominadas A, B,C.

FIG.3 . Gráfico de plasticidad modificada y Sistema Unificado de Clasificación de los Suelos para los suelos de grano fino

Fuente: (FAO, 2003)

MATERIALES Y MÉTODOS

Granulometría

Tamiz Bandeja para separar la muestra ya tamizada Muestra – grava

Limite líquido y plástico

Dispositivo mecánico Copa de Casagrande. Acanaladores: Tipo ASTM, Tipo Casagrande o laminar. Horno de secado, temperatura constante 110 °C. Balanza de precisión, aproximación 0. 01 g. . Recipientes metálicos. Espátula. Franela. Esponja. Hojas de papel periódico.

Figura. 4

Métodos

Granulometría

Lavado y secado de la muestra. Verter el material seco en la columna de tamices (de la serie a utilizar según la aplicación).

La columna está formada por cierta cantidad de tamices ensamblados en orden decreciente de tamaños de abertura con el fondo y la tapa.

Agitar la columna de tamices, retirarlos y colocar el árido retenido en bandejas (cuando el material retenido no varíe en más de un 1% de la pesada anterior).

Pesar el material retenido y registrar su peso. Realizar los cálculos

Limite líquido y plástico

Humedecer la muestra de limo o arcilla que sobro Amasarla en el frasco de porcelana Luego colocarlo en la copa de casa con una espátula Hacer una abertura en la muestra Darle golpes con la copa de casa hasta que sierre Pesar y hacer los cálculos.

RESULTADOS

Granulometría

Tabla. 4

GranulometríaPeso 2664g

Abertura Peso (g)

Grava

3" 02" 383

1 1/2 5231 659

3/4 211 3/8 269

Arena

# 4 99#10 59#20 43#40 113#60 69

#140 45#200 7.76

Finos 5.962817.44

Fuente: Elaboración propia

Tabla. 5

Abertura Abertura mm % Peso retenido % que pasa3 76.2 0.00 100.002 50.8 14.38 85.62

1 1/2 38.1 19.63 65.991 25.4 24.74 41.25

3/4 19.05 7.92 33.33 3/8 9.525 10.10 23.24

0,1913 4.85902 3.72 19.520,0787 2 2.21 17.300,0331 0.84074 1.61 15.690,0165 0.4191 4.24 11.450,0098 0.24892 2.59 8.860,0041 0.10414 1.69 7.170,0029 0.07366 0.29 6.88Finos 0.23 6.65

Fuente: Elaboración propia

Gráfico. 1

0.0090.090.99900 %

10 %

20 %

30 %

40 %

50 %

60 %

70 %

80 %

90 %

100 %Curva Granulometrica

Curva Granu-lometrica

Tamiz diametro mm

Porc

enta

je q

ue p

asa

Fuente: Elaboración propia

Coeficiente de uniformidad = D60/D10

= 35/0.3 = 116.67

Coeficiente de curvatura = D230/ D10*D60

= 172/0.3*35 = 27.52

No cumple con los requisitos de GW por lo tanto es GP Grava, mal compartida y mezclas de grava y arenas finos, poco o nada

Determinación de límite líquido

Tabla. 6

N° de Golpes

Peso del Papel

Muestra + Papel

Peso muestra Peso seco W agua w%

40 0.34 22.89 22.55 16.61 5.94 35.76

26 0.34 23.52 23.18 16.65 6.53 39.22

16 0.34 21.43 21.09 15.3 5.79 37.84

Fuente: Elaboración propia

Gráfico. 2

10 15 20 25 30 35 40 4534.00

35.00

36.00

37.00

38.00

39.00

40.00

f(x) = − 0.0970219566428344 x + 40.2599154409357

Determinación de limite liquido

N° de golpes

Porc

enta

je d

e hu

med

ad

Fuente: Elaboración propia

Limite líquido: 37.83

DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE PLÁSTICO

Tabla.7

Peso del Papel

Muestra + Papel

Peso muestra Peso seco W agua w%

0.34 25.68 25.34 20.85 4.49 21.53

Limite Plástico: 21.53

Índice Plástico

IP= LL – LP = 37.83-21.53= 16.3

Obs: El límite líquido es menor a 50%, por lo tanto el suelo analizado es de grano fino (más del 50% pasa por el tamiz N°200)

COMPACTACIÓN Y PERMEABILIDAD

COMPACTACIÓN

La compactación de suelos es el proceso artificial por el cual las partículas de suelo son obligadas a estar más en contacto las unas con las otras, mediante una reducción del índice de vacíos, empleando medios mecánicos, lo cual se traduce en un mejoramiento de sus propiedades ingenieriles.

La importancia de la compactación de suelos estriba en el aumento de la resistencia y disminución

de la capacidad de deformación que se obtiene al someter el suelo a técnicas convenientes, que

aumentan el peso específico seco, disminuyendo sus vacíos. Por lo general, las técnicas de

compactación se aplican a rellenos artificiales tales como cortinas de presas de tierra, diques,

terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordes de defensas, muelles, pavimentos, etc.

Los métodos empleados para la compactación de suelos dependen del tipo de materiales con que se trabaje en cada caso; en los materiales puramente friccionantes como la arena, los métodos vibratorios son los más eficientes, en tanto que en suelos plásticos el procedimiento de carga estática resulta el más ventajoso. En la práctica, estas características se reflejan en el equipo disponible para el trabajo, tales como: plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumáticos o patas de cabra.

Beneficios de la compactación

a. Aumenta la capacidad para soportar cargas: Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando apretadas todas las partículas, el suelo puede soportar cargas mayores debido a que las partículas mismas que soportan mejor.

b. Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en el suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asentamientos diferenciales). Donde el hundimiento es mas profundo en un lado o en una esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total.

c. Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse.

d. Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado seria el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca.

e. Impide los daños de las heladas: El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua en el suelo.

La compactación se mide cuantitativamente por la densidad seca del suelo (peso de las partículas sólidas del suelo por unidad de volumen, [gr/cm3 ]; [Kg/dm3 ]). La humedad del suelo es el peso del agua que contiene, expresado con respecto al peso del suelo seco. La densidad seca se puede determinar entonces, a partir de determinar la densidad húmeda del suelo y su porcentaje de humedad (Universidad Nacional de Rosario, 2002).

Densidad seca = densidad húmeda 1 + % de humedad

Densidad Seca Máxima y Humedad Óptima

La reducción de porosidad y el incremento de la humedad, conducen a un estado límite en el que se forma una red continua de agua. Más allá de cierto contenido de humedad, el agua comienza a tener una continuidad que cierra los poros comunicados. Como consecuencia el aire queda encerrado en forma de burbujas aisladas. Éstas son retenidas en cada poro y no es posible lograr una mayor densificación en el suelo para un mismo trabajo mecánico. A partir de este estado, surge un neto cambio de propiedades por la existencia de un componente perfectamente elástico (aire ocluido). Su presencia implica que la permeabilidad al aire tienda a valores mínimos, dado que las burbujas solo pueden drenar junto con el agua o bien deslizándose dentro del conjunto.

Todo suelo tiene un contenido de humedad óptimo que permite compactarlo al máximo con el menor esfuerzo y que hará que el suelo compactado alcance su permeabilidad más baja.

PERMEABILIDAD

La permeabilidad es la capacidad que poseen las rocas, el suelo y otras sustancias porosas de permitir el ingreso de fluidos en ellas. En este experimento, medimos la velocidad de flujo del agua en el suelo.

Existen muchos factores que afectan la permeabilidad.

La porosidad, que es el porcentaje de espacio vacío que contiene un sólido, determina la cantidad de espacio que tienen los líquidos para fluir en el sólido. Pero el tamaño y la forma de los poros también es importante. Es posible que dos rocas presenten la misma porosidad, es decir, la misma cantidad total de espacios porosos, pero la roca con poros más grandes puede ser más permeable. Esto se debe a que los poros más pequeños ofrecen mayor resistencia a fluir porque se produce una adhesión entre el fluido y las paredes de los poros. La forma de los poros también afecta la permeabilidad por razonas similares. Cuanto más contacto se produce entre el fluido y las superficies porosas, menor es la permeabilidad.

Tabla.8 Valores de K - Permeabilidad

Fuente: Universidad Nacional del Rosario – Geotecnia

MATERIALES Y MÉTODOS

Materiales

Muestra suelta : 4 kg

Balanza

Molde de compactación o proctor (diámetro: 10.16 cm; Altura : 11.62cm ;

peso: 4159 gr)

Martillo ( altura de caída: 12” ; peso: 5.5lb)

Anillo de fijación

Piceta

Probeta

Horno

Métodos

Compactación

Se utiliza una bandeja, en la cual homogenizas la muestra (4kg) con una cierta cantidad de agua (conocida) (al 4%, 6% y 8% del peso de la muestra = 4Kg)

Pesar el molde: 4159 g Se compacta la muestra con la ayuda del martillo y 25 golpes de martillo para compactar

cada capa (3 capas). Se enraza la muestra dentro del molde de compactación y se pesa Extraer la muestra con la maquina extractora Tomar una muestra de la muestra compactada, colocarlo en pequeñas latas (previamente

pesada) y pesarlo Repetir el mismo procedimiento con muestras de diferente % de humedad, y luego

llevarlos al horno.

Permeabilidad

Introducir la muestra dentro del permeámetro

Sumergir en agua el permeámetro que contiene la muestra

Llenar hasta el tope el tubo que va ir humedeciendo la muestra para determinar la

permeabilidad de esta.

Medir la cantidad de agua que a pasado atravez de la muestra por la permeabilidad.

RESULTADOS

Ensayo de compactación

Tabla.9

% humeda

dW muestra

(Kg)Molde

(gr)Wh +

Molde WhWs + lata Ws

volumen cm3

Densidad humeda

Densidad seca

4 4 4159 7178 3019 418.92 382.59 944.83.19538526

7 3.072485833

6 4 4159 7294 3135 400.01 366.63 944.83.31816257

4 3.130342051

8 4 4159 7162 3003 452.22 407.49 944.83.17845046

6 2.94300969

Tabla.10

Muestra Wh + lata wh W seco +lata W seco W agua % W

4% 435.14 398.7 418.92 382.59 16.11 4.210773936

6% 422.15 388.77 400.01 366.63 22.14 6.038785697

8% 489.69 444.91 452.22 407.49 37.42 9.183047437Fuente: Elaboración propia

Gráfico. 3

3 % 4 % 5 % 6 % 7 % 8 % 9 % 10 %2.8

2.85

2.9

2.95

3

3.05

3.1

3.15

Óptimo de Humedad

Óptimo de Humedad

% humedad

Dens

idad

seca

gr/

cm3

Fuente: Elaboración propia

Permeabilidad

a: área del tubo de carga.

A: área de la muestra.

L: altura de la muestra (cm.)

t: tiempo (segundos).

ho: altura inicial de la carga.

hf: altura final de la carga.

Rt: viscosidad del agua.

Datos

Tiempo: 89 segundos

Hf: 129.4cmK20=2.303 x (a / A) x (L / t) x log (H°/Hf)

H°: 179 cm

A: 81.07 cm2

a: 0.48cm2

L: 10.16cm

K20=2.303×0.4881.07

×10.1689

× log179129.4

K20 = 2.19x10-4

Rango de valores para K:

De 10-1 – 10-2 (gravas) Debe revestirse De 10-3 – 10-4 (arenas) Debe revestirse De 10-5 – 10-7 (limos) No debe recubrirse. De >10-8 (arcilla) No debe recubrirse.

Es un tipo de suelo Arenoso, debe revestirse.

DISCUSIÓN

Tanto los valores de coeficiente de uniformidad como de coeficiente de curvatura nos dan resultados con valores altos, según la bibliografía proporcionada por el laboratorio de suelo de la UNALM, un coeficiente de uniformidad de 116.67 nos indica que los diámetros D60 y D10 difieren considerablemente. Asu vez un valor alto del coeficiente de concavidad nos indica una ausencia de diámetros entre D10 y D60. Según tablas de clasificación de Sistema unificada de suelos (Farias, D. 2005), nos indica que el tipo de suelo correspondería al tipo GP - Grava, mal compartida y mezclas de grava y arenas finos, poco o nada.

En el caso de índice plástico, según la carta de plasticidad se obtiene que es un suelo CL, es decir es una arcilla inorgánica. Por sus propiedades tiene una plasticidad media y un ligero olor a tierra. Por consiguiente, este tipo de suelo es apto para la acuicultura ya que tiene gran impermeabilidad, se optaría por la construcción de un estanque de tierra, ya que los nutrientes se quedarán en el agua para su aprovechamiento.

Mediante las prácticas de compactación y permeabilidad es posible determinar si un tipo de suelo es óptimo para su utilización en construcción de estanques.

El contenido de humedad que permitirá una mayor densidad del material es del 4%. En el ensayo de compactación obtuvimos el valor de la densidad máxima nos da un contenido de húmedad óptimo de 5.7% quiere decir que este tipo de suelo adquirirá su max densidad con esta cantidad de agua.

El grado de permeabilidad del suelo compactado se relaciona con la velocidad a que penetra el agua en éste después de la compactación. Si, después de la compactación, un suelo de grano grueso presenta poros grandes continuos, el agua penetra con rapidez y se dice que su permeabilidad es alta. Los suelos de grano fino contienen poros muy pequeños continuos y en un suelo fino compactado de grava el agua penetrará muy lentamente y la permeabilidad será baja (FAO, 2003).

En el experimento se obtuvo k= 2.19x10-4 por lo tanto el suelo evaluado es Arenoso y requiere revestimiento, esto de acuerdo a lo consultado con documentos de la Universidad Nacional del Rosario – Geotecnia. Cabe resaltar que se recomienda un coeficiente de permeabilidad de los suelos para fondos de estanque, preferiblemente, inferior a K= 5 x 10-6 m/s.

BIBLIOGRAFIA

Bañon Blázquez Luis Manual de carreteras. Año 2010. “Clasificación de suelos”

[Consultado: 19 de setiembre de 2015].

FAO, 2003. Métodos sencillos para la acuicultura. Año 2003. ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_training/FAO_training/General/f1_s.htm< > [Consultado: 19 de setiembre de 2015].

FAO Permeabilidad de suelo (2003). FAO. ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_training/FAO_training/general/x6706s/x6706s09.htm <> [Consultado: 19 de setiembre de 2015]

Farias, D Clasificación de suelos – Mecánica de suelos. Año 2005. ftp://ftp.unicauca.edu.co/cuentas/harenas/docs/MATERIALES%20%201-2015/CONCEPTOS%20Y%20LECTURAS/CLASIFICACION%20SUELOS.pdf . [Consultado: 19 de setiembre de 2015]

Universidad Nacional del Rosario - Facultad de ciencias Exactas – Ingeniería y Agrimensura. Año 2006. Geología y Geotecnia. “Permeabilidad de suelos”.

http://www.fceia.unr.edu.ar/geologiaygeotecnia/Permeabilidad%20en%20Suelos.pdf<> [Consultado: 18 de setiembre de 2015]