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Análisis Granulométrico de un material Poroso

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Academic year: 2021

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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

Análisis Granulométrico

de un material Poroso

Karen González Ovalle Noviembre de 2014

Ingeniería Civil Asesor Nicolás Estrada

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Contenido  

Resumen  ...  2   Abstract  ...  2   1.   Introducción  ...  3   2.   Objetivo general  ...  5   2.1.   Objetivos específicos  ...  5   3.   Trabajos anteriores  ...  6   4.   Metodología  ...  8   4.1.   Materiales  ...  8   4.2.   Ensayo  ...  8   4.3.   Granulometría  ...  10   4.4.   Cálculos granulometría  ...  10  

5.   Resultados y análisis de resultados  ...  13  

1.   Esfuerzo y deformación  ...  13  

2.   Granulometría  ...  14  

3.   Coeficiente de uniformidad y curvatura  ...  21  

5. Conclusiones  ...  24  

Bibliografía  ...  25    

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Resumen

Se presenta los resultados de un análisis realizado a nueve (9) muestras de material poroso, en este caso paquetes granulares compuestos de granos porosos, con el fin de conocer cómo varía la granulometría de este material de acuerdo a una carga aplicada y deformación. Este experimento implica la compresión del material por medio de una prensa que compacta los granos con el fin de llegar a obtener diferentes deformaciones con su respectiva carga y de esta forma conocer la granulometría.

Palabras clase: Deformación, carga, granulometría

Abstract

This document shows the results of an analysis performed on nine (9) samples of porous material, in this case granular packets composed by porous grains; this has been made in order to know how is the variation of the particle size of this material according to an applied load and deformation. This experiment involves the compression of the material through a printing press that compact the grains at a constant speed to obtain different deformations at a respective load, and thus meet the granulometry.

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1. Introducción

Las propiedades físicas de los suelos determinan los usos a los que pueden estar sujetos, ya que su condición puede determinar la rigidez y fuerza de sostenimiento del material.

El suelo es considerado un material poroso y se encuentra compuesto por material mineral, materia orgánica, agua y aire. Sin embargo, en la geotecnia, los suelos con grandes proporciones de materia orgánica no son utilizados debido a que sus propiedades mecánicas no son buenas. Por lo que en este caso es importante conocer la composición de la fracción mineral del suelo.

El criterio para conocer la fracción mineral del suelo depende del tamaño de sus partículas, que a su vez proporciona las propiedades mecánicas del material. Por lo anterior el suelo puede clasificarse en gravas, arenas, limos y arcillas, esto según el diámetro de las partículas.

Es de suma importancia conocer el tamaño de las partículas, debido a que éste condiciona el comportamiento mecánico del material, ya que las fuerzas que dan el tamaño de las partículas son de gran influencia en el comportamiento del material. De esta forma, los suelos se pueden agrupar en dos grupos de acuerdo su comportamiento mecánico: suelos gruesos y finos.

Los suelos gruesos se componen por partículas grandes que son gravas (4,75 mm < d< 75 mm), arenas (0,075 mm < d< 4,75 mm) y limos (0,002 mm < d< 0,075 mm). Éstos materiales son resistentes, se organizan en arreglos densos, son materiales poco sensibles a los cambios de humedad y el agua fluye fácilmente a través de ellos.

Por su parte, los suelos finos se componen por partículas pequeñas como limos (0,002 mm < d < 0,075 mm), y arcillas (d< 0,002 mm). Es poco resistente por lo que se organizan en arreglos muy sueltos, son materiales muy sensibles a los cambios de humedad y el agua no fluye fácilmente a través de ellos. (Estrada, 2013)

Para medir el tamaño de la muestra del suelo que presenta partículas de muchos tamaños, es necesario realizar una distribución conocido con el nombre de granulometría. Para esto se realiza la granulometría mecánica o por tamizado, que es utilizada para suelos granulares. Para esta medición se pasa el suelo por una serie de tamices de diferentes aperturas. (Estrada, Granulometría, 2013)

Para la realización de los ensayos se trabajó con un material poroso, esto debido a que estos materiales, como suelos o rocas, generalmente presentan un espacio poroso intrínseco y su estructura presenta discontinuidades sólidas.

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Los materiales granulares pertenecen a la familia de los materiales porosos en los que la deformación del material es respuesta a la carga aplicada, principalmente causada por el desplazamiento de los granos. Las condiciones de carga y las propiedades del material dictan la naturaleza de su deformación, es decir, cómo actúa ante la compresión, por lo que es importante tener en cuenta que a medida que cambia el material y la carga, la deformación tendrá una variación. Por lo anterior, las propiedades físicas del material tendrán una alteración que se verá reflejada en la granulometría.

Al aplicar una carga a los granos porosos, las concentraciones de los esfuerzos en los sitios susceptibles pueden dar lugar a deformaciones en el material.

La compactación realizada hacia el material es de sumo interés, ya que en esta parte la porosidad se reduce debido a la compresión. La identificación y caracterización de la compactación en los materiales es relevante para el estudio de las areniscas, avalanchas de nieve o materiales de ingeniería.

El experimento realizado para estudiar la deformación y granulometría de los materiales porosos implicó la compresión, efectuada por una prensa, de un paquete granular compuesto de granos con poros frágiles puestos en un cilindro. La prensa aplica una carga que genera un desplazamiento en los granos causando cierta deformación en el material a diferentes tasas.

La complejidad del ensayo surge cuando los granos están sujetos a la rotura durante el momento de aplicación de la carga, esto ya que se generan nuevos granos y el campo de fuerza de contacto se ve alterado. Además, la porosidad de interferencia se desarrolla de forma continua, y la distribución de los granos se vuelve más fina.

Al cargar el material, la rotura de los granos conduce a la perdida de porosidad y deformaciones pronunciadas. (Valdes, Fernandes , & Itai Einav, 2011)

Este ensayo busca mostrar evidencia experimental de las distintas deformaciones del material poroso, en este caso granos, por medio de la aplicación de la carga. El resultado será conocer cómo a medida que cambia la deformación, la granulometría del material cambia y conocer a partir de qué deformación la granulometría se mantiene constante.

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2. Objetivo general  

1. Realizar el análisis granulométrico de un material poroso, en este caso granos. 2.1.Objetivos específicos

 

1. Conocer las deformaciones del material poroso con su respectiva carga y de esta forma realizar la gráfica de Esfuerzo vs. Deformación.

2. Realizar el tamizado de cada ensayo y de esta forma conocer el porcentaje (%) de peso retenido que se quedó en cada tamiz.

3. Hallar el porcentaje más fino que pasa por cada tamiz y realizar la curva granulométrica para cada deformación del material.

4. Conocer el coeficiente de uniformidad y de curvatura.

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3. Trabajos anteriores

Este trabajo se basó en el informe de ‘Propagación periódica de compactación localizada en un material granular frágil’ de los ingenieros J. Valdes, F. Fernades e I. Einav.

En este informe se realiza un experimento que implicó la compresión monoatónica de paquetes granulares compuestos por granos porosos frágiles en una prensa de pistón, que evidencia una banda de compactación que se propaga en dirección opuesta de la carga dentro de la muestra.

Allí plantean que para realizar los ensayos se cargó axialmente el material, sin embargo, debido a la fricción generada en los límites laterales del espécimen el esfuerzo axial se redujo a lo largo del eje de carga, esto debido a que el esfuerzo vertical es tomado por la fricción lateral. Por lo anterior es posible esperar deformaciones pronunciadas cerca al pistón, en el que se espera que las tensiones verticales sean superiores. Para esto se realizó experimentos de visualización para mirar la aparición y extensión de lo que se prevé que sea una zona de rotura granular pronunciada en la parte superior. Para esto se colocó granos de cereales secos quebradizos con diámetro de 5 mm en el interior de una celda de compresión hecha de paredes de acrílico transparente para crear paquetes granulares, con una altura H= 355 mm, ancho W= 178 mm y espesor= 50, en el que H es paralelo y W

perpendicular a la gravedad (figura 11).

Figura 1. Modelo del ensayo

Luego de tener el ensayo montado se pusieron celdas de carga en los límites opuestos de cada muestra: uno situado entre el pistón y el otro debajo de la placa rígida en la que está el espécimen con el fin de comprimir la muestra. Para esto se comprimieron tres muestras con velocidad constante v=0.13, 1.27 y 3.81 mm/s y a una carga máxima de 3,4 KN, es decir una tensión axial de 380 Kpa, lo que acortaba cada espécimen a más de la mitad de su altura inicial.

                                                                                                                         

1  J.  Valdes,  F.  Fernades  e  I.  Einav  (2011).  Modelo  del  ensayo  [Fotografía].  Recuperado  de  “Periodic   propagation  of  localized  compaction  in  a  brittle”  

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Luego de obtener los resultados se conoció que éstos eran similares para las tres muestras analizadas. Las mayores deformaciones se ubicaron debajo del pistón y en la parte inferior del cilindro el material sufre poca o ninguna deformación interna. Esto se debe a que la compactación localizada debajo del pistón provoca una onda de compresión que se propaga en la dirección de carga causando una rotura mayor en la parte superior y menor en la parte inferior. Por lo que se concluye que los paquetes de granos porosos requieren una rotura completa del grano con el fin de que la propagación de la compactación se realice en las partes inferiores.

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4. Metodología

 

4.1.Materiales

• Prensa con celda de carga • Granos porosos frágiles • Tubo de PVC

• Cilindro acrílico con espesor de 5 mm • Vaselina

• Regla • Tamices • Balanza

4.2. Ensayo

El experimento implica la compresión de un paquete granular compuesto de granos con poros frágiles en un cilindro. Allí se van deformando por medio de la carga aplicada por una prensa a diferentes tasas.

Para este trabajo se realizaron 10 pruebas con distintas cargas que conllevaban a diferentes deformaciones.

Se utilizó un cilindro de 35 cm de altura, un diámetro externo de 6,7 cm y un diámetro interno de 6,2 cm. Con el fin de evitar fricción en los límites laterales del cilindro, se aplicó vaselina para conseguir que el esfuerzo axial no se viera reducido, y así lograr que en la parte inferior la onda de compresión fuera más amplia (Figura 2). Dentro del cilindro se introdujeron los granos porosos hasta llegar a una altura de 30 cm. Después, por medio de la prensa, se cargó el material hasta llegar a la deformación deseada (Figura 4).

Para conocer la deformación del material se medía la altura inicial y después de aplicar la carga la altura final.

(10)

 

Figura  2.  Cilindro  con  vaselina  en  sus  límites  laterales

  Figura  3.  Prensa  de  carga  

(11)

 

Figura  4.  Material  cargado  por  medio  de  la  prensa  

4.3.Granulometría

 

Luego de que el material se ha terminado de cargar por medio de la prensa se procede a realizar la granulometría, que se mide utilizando una serie de tamices de diferentes aberturas, para este caso se pasó por los tamices #4, #8, #16, #30, #50, #70, #100 y #200.

Para esto se debe siguió los siguientes pasos (Estrada, Granulometría, 2013), 1. Limpiar y pesar cada uno de los tamices.

2. Ensamblar cada uno de los tamices y organizarlos de mayor a menor abertura, asegurando una unión entre ellos evitando pérdida de material.

3. Se pesa el material a analizar

4. Se pone la muestra en el tamiz más grande y se tapa el tamiz. De esta forma se agita el material dentro del tamiz manualmente.

5. Se pesa el material que quedó retenido en cada tamiz-

6. Verificar que la pérdida del material no sea superior al 2% del material inicial. 4.4.Cálculos granulometría

1. Calcular el porcentaje de suelo retenido en cada tamiz.

%𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜  𝑒𝑛  𝑒𝑙  𝑡𝑎𝑚𝑖𝑧 =  𝑤!

𝑊 ∗ 100%

Donde,

𝑤!, es el peso retenido de material en cada tamiz

𝑊, es el peso total del material

(12)

%  𝑚á𝑠  𝑓𝑖𝑛𝑜 = 100% − (%  𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜  𝑒𝑛  𝑒𝑙  𝑡𝑎𝑚𝑖𝑧  𝑖)

!

!!!

3. Graficar los datos de porcentaje (%) más fino contra el tamaño de cada tamiz en mm.

En la Figura 5, se muestra ejemplos de curvas granulométricas.

  Figura  5.  Gradación    curvas  granulométricas  

Estas gráficas muestran las diferencias en la curvatura de las curvas granulométricas. Esto permite deducir que el suelo es bien gradado cuando presenta una amplia distribución de tamaños, uniformemente gradado cuando todas las partículas tienen aproximadamente el mismo tamaño y mal gradado cuando hay ciertos tamaños de partícula que predominan en la distribución. De esta forma es posible considerar un suelo grueso si más del 50% del material que lo compone es retenido por el tamiz #200. Por el otro lado, el suelo es considerado fino si más del 50% del material que lo compone pasa el tamiz #200.

4. Coeficiente de uniformidad (Cu)

Este coeficiente mide qué tan uniforme es la muestra. Se considera que un suelo con Cu inferior a 4 es mal gradado, un Cu superior a 4 es bien gradado y Cu igual a 1 corresponde a que todas las partículas tienen el mismo tamaño. Este coeficiente se calcula por medio de la siguiente formula,

𝑐𝑢 =𝐷!" 𝐷!" Donde,

𝐷!", es el diámetro para el cual el 60% de las partículas son más finas 𝐷!", es el diámetro para el cual el 10% de las partículas son más finas. 5. Coeficiente de curvatura (Cv)

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Coeficiente que mide la curvatura de la curva granulométrica. Cuando el coeficiente está dentro del rango 1 y 3 los suelos se consideran bien gradados. Cuando el coeficiente esta por fuera del rango, la curva granulométrica es rara, es decir, que tiene saltos o cambios fuertes de pendiente lo que indica que hay ciertos valores de diámetro que predominan frente a otros.

La ecuación para hallarlo se muestra a continuación, 𝐶𝑣 = 𝐷!"

!

𝐷!"𝐷!" Donde,

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5. Resultados y análisis de resultados  

1. Esfuerzo y deformación

Para cada ensayo se tomó el dato de la carga (kg) a partir de diferentes deformaciones. Es importante tener en cuenta que la altura inicial a la cual se pusieron los granos porosos fue 30 cm. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Tabla  1.  Resultados  para  deformación  (cm)  y  carga  (kg)   Deformación  (cm)   Carga  (kg)   0   0   5,8   79   6,2   80,9   10,1   103   11   111   12   134   14,9   200   17,3   254   20   385   22   400  

Conociendo el diámetro interno, es posible conocer el área donde el pistón ejerce la fuerza, de esta forma se calcula el esfuerzo generado Tabla 3.

Tabla  2.  Dimensiones   Diámetro  interno   0,062  

Área  (m2)   0,003019071  

Tabla  3.  Resultados  para  Esfuerzo  (kPa)    y  Porcentaje  (%)  deformación  

Deformación  (cm)   %Deformación   Carga  (kg)   Carga  (N)   Esfuerzo  (Pa)   Esfuerzo  (kPa)  

0   0   0   0   0   0   5,8   19,33   79   774,2   256436,5389   256,4365389   6,2   20,67   80,9   792,82   262604   262,604   10,1   33,67   103   1009,4   334341,3102   334,3413102   11   36,67   111   1087,8   360309,5673   360,3095673   12   40,00   134   1313,2   434968,3065   434,9683065   14,9   49,67   200   1960   649206,4276   649,2064276   17,3   57,67   254   2489,2   824492,163   824,492163   20   66,67   385   3773   1249722,373   1249,722373   22   73,33   400   3920   1298412,855   1298,412855  

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Por medio de la tabla 3, se realiza la gráfica de Esfuerzo vs. Deformación (Figura 6).

  Figura  6.  Gráfica  Esfuerzo  vs.  Deformación  

A partir de los resultados obtenidos es posible concluir que el esfuerzo va a aumentado a medida que el porcentaje (%) de deformación es mayor. Esto debido a que se requiere de mayor fuerza para que los granos porosos se fracturen y de esta forma vayan desplazándose hacia las partes inferiores causando la deformación. 2. Granulometría

A continuación se muestra los resultados para cada deformación,

Tabla  4.  %  Retenido  y  más  fino  para  deformación  5,8  cm  

Deformación  5,8  cm  

Peso  Material  (g)   193,4  

       

Tamiz   mm   Peso  Retenido   %Retenido   ∑   %  más  fino   4   4,75   92,4   47,7766287   47,7766287   52,22337125   8   2,36   74,1   38,3143744   86,0910031   13,9089969   16   1,18   14,9   7,70423992   93,795243   6,20475698   30   0,6   8,9   4,60186143   98,3971044   1,602895553   50   0,3   2,7   1,39607032   99,7931748   0,206825233   70   0,212   0,2   0,10341262   99,8965874   0,103412616   100   0,147   0,1   0,05170631   99,9482937   0,051706308   200   0,075   0,1   0,05170631   100   0     15,00   25,00   35,00   45,00   55,00   65,00   75,00   85,00   250   450   650   850   1050   1250   1450   %   D ef or m ac n     Esfuerzo  (Kpa)  

Esfuerzo  vs.  %  Deformación  

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Tabla  5.  %  Retenido  y  más  fino  para  deformación  6,5  cm  

Deformación  6.5  cm  

Peso  Material   177  

     

Tamiz   Peso  Retenido   %Retenido   ∑   %  más  fino   4   87,4   49,37853107   49,37853107   50,62146893   8   65,3   36,89265537   86,27118644   13,72881356   16   13,2   7,457627119   93,72881356   6,271186441   30   7,6   4,293785311   98,02259887   1,97740113   50   2,9   1,638418079   99,66101695   0,338983051   70   0,3   0,169491525   99,83050847   0,169491525   100   0,2   0,11299435   99,94350282   0,056497175   200   0,1   0,056497175   100   0    

Tabla  6.  %  Retenido  y  más  fino  para  deformación  10,1  cm  

Deformación  10,1  cm  

Peso  Material   195,1  

     

Tamiz   Peso  Retenido   %Retenido   ∑   %  más  fino   4   65,3   33,47001538   33,47001538   66,5299846   8   85,6   43,87493593   77,34495131   22,6550487   16   23   11,78882624   89,13377755   10,8662225   30   14,8   7,585853409   96,71963096   3,28036904   50   5,8   2,972834444   99,6924654   0,3075346   70   0,4   0,205023065   99,89748847   0,10251153   100   0,1   0,051255766   99,94874423   0,05125577   200   0,1   0,051255766   100   0    

Tabla  7.  %  Retenido  y  más  fino  para  deformación  11  cm  

Deformación  11  cm  

Peso  Material   192,8  

     

Tamiz   Peso  Retenido   %Retenido   ∑   %  más  fino   4   56,6   29,3568465   29,3568465   70,6431535   8   87,3   45,280083   74,6369295   25,3630705   16   21,6   11,2033195   85,840249   14,159751   30   19,3   10,0103734   95,8506224   4,14937759   50   7,2   3,73443983   99,5850622   0,41493776   70   0,5   0,2593361   99,8443983   0,15560166   100   0,2   0,10373444   99,9481328   0,05186722   200   0,1   0,05186722   100   0      

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Tabla  8.  %  Retenido  y  más  fino  para  deformación  12  cm  

Deformación    12    cm  

Peso  Material   193,6  

     

Tamiz   Peso  Retenido   %Retenido   ∑   %  más  fino   4   44,4   22,9338843   22,9338843   77,0661157   8   75,1   38,7913223   61,7252066   38,2747934   16   30,1   15,5475207   77,2727273   22,7272727   30   23,7   12,2417355   89,5144628   10,4855372   50   16,9   8,72933884   98,2438017   1,75619835   70   3,1   1,60123967   99,8450413   0,15495868   100   0,2   0,10330579   99,9483471   0,05165289   200   0,1   0,05165289   100   0    

Tabla  9.  %  Retenido  y  más  fino  para  deformación  14.9  cm  

Deformación  14.9  cm  

Peso  Material   194,3  

     

Tamiz   Peso  Retenido   %Retenido   ∑   %  más  fino   4   12,3   6,330416881   6,33041688   93,6695831   8   71,3   36,69583119   43,0262481   56,9737519   16   40,6   20,89552239   63,9217705   36,0782295   30   46,4   23,88059701   87,8023675   12,1976325   50   20,9   10,75656202   98,5589295   1,44107051   70   2,5   1,286670098   99,8455996   0,15440041   100   0,2   0,102933608   99,9485332   0,0514668   200   0,1   0,051466804   100   0    

Tabla  10.  %  Retenido  y  más  fino  para  deformación  17  cm  

Deformación  17  cm  

Peso  Material   193,4  

     

Tamiz   Peso  Retenido   %Retenido   ∑   %  más  fino   4   11,7   6,04963806   6,049638056   93,95036194   8   50,8   26,2668046   32,31644261   67,68355739   16   38   19,6483971   51,96483971   48,03516029   30   68,6   35,4705274   87,43536711   12,56463289   50   20,6   10,6514995   98,0868666   1,913133402   70   3,1   1,60289555   99,68976215   0,310237849   100   0,4   0,20682523   99,89658738   0,103412616   200   0,2   0,10341262   100   0    

(18)

Tabla  11.  %  Retenido  y  más  fino  para  deformación  20  cm  

Deformación  20  cm  

Peso  Material   193,7  

     

Tamiz   Peso  Retenido   %Retenido   ∑   %  más  fino   4   9,5   4,904491482   4,904491482   95,09550852   8   44,7   23,07692308   27,98141456   72,01858544   16   41   21,16675271   49,14816727   50,85183273   30   66,2   34,17656169   83,32472896   16,67527104   50   25,9   13,37119257   96,69592153   3,304078472   70   5,7   2,942694889   99,63861642   0,361383583   100   0,5   0,258131131   99,89674755   0,103252452   200   0,2   0,103252452   100   0    

Tabla  12.  %  Retenido  y  más  fino  para  deformación  22  cm  

Deformación  22  cm  

Peso  Material   192,9  

     

Tamiz   Peso  Retenido   %Retenido   ∑   %  más  fino   4   8,9   4,601861427   4,60186143   95,3981386   8   43,7   22,59565667   27,1975181   72,8024819   16   39   20,16546019   47,3629783   52,6370217   30   68,8   35,57394002   82,9369183   17,0630817   50   25,2   13,02998966   95,966908   4,03309204   70   6,5   3,360910031   99,327818   0,67218201   100   0,6   0,310237849   99,6380558   0,36194416   200   0,2   0,103412616   99,7414685   0,25853154    

Para conocer cómo varia la granulometría del material en cada uno de los tamices se realizó una dispersión de datos para cada tamiz, esto se muestra en la tabla a continuación,

Tabla  13.  Desviación  Porcentaje  retenido  

Desviación  Porcentaje  Retenido  

Tamiz   Deformación   Varianza   Desviación  

5,8cm   6,5cm   10,1cm   11cm   12cm   14,9cm   17cm   20cm   22cm       4   47,78   49,38   33,47   29,36   22,93   6,33   6,05   4,90   4,60   336,29   18,34   8   38,31   36,89   43,87   45,28   38,79   36,70   26,27   23,08   22,60   73,43   8,57   16   7,70   7,46   11,79   11,20   15,55   20,90   19,65   21,17   20,17   32,02   5,66   30   4,60   4,29   7,59   10,01   12,24   23,88   35,47   34,18   35,57   184,92   13,60   50   1,40   1,64   2,97   3,73   8,73   10,76   10,65   13,37   13,03   24,15   4,91   70   0,10   0,17   0,21   0,26   1,60   1,29   1,60   2,94   3,36   1,51   1,23   100   0,05   0,11   0,05   0,10   0,10   0,10   0,21   0,26   0,31   0,01   0,09   200   0,05   0,06   0,05   0,05   0,05   0,05   0,10   0,10   0,10   0,00   0,03  

(19)

  Figura  7.  Gráfica  desviación  del  porcentaje  retenido  

Analizando la desviación estándar es posible ver que en el tamiz # 4 y el # 30, presentan una mayor dispersión. Los que nos indica que el tamaño de los granos que se retiene en este material varía notablemente al cambiar la deformación. De esto se puede decir que a medida que aumenta la deformación el material tendrá un menor porcentaje de material retenido en el tamiz #4, ya que los granos presentan rotura y genera nuevo granos con diámetro más pequeño.

Es posible decir que los materiales el estar en rotura y crear nuevos granos su diámetro cambia notablemente, creando granos mucho más pequeños que su tamaño original, y por lo anterior es posible que se el porcentaje que se retiene en el tamiz # 30 sea mayor. Entonces el grano cambia su diámetro de 4.75 mm a 0.6 mm.

Los tamices #100 y #200, presentan una desviación muy pequeña, esto puede ser debido a que es necesario de un esfuerzo muy grande para llegar a obtener granos con un diámetro menor 0,147 mm. Por lo que se concluye que la granulometría para las deformaciones analizadas presenta grandes cambios del tamiz # 4 al # 50, es decir los granos varían su de diámetro entre 0,3 a 4,75 mm. 0,00   5,00   10,00   15,00   20,00   4   8   16   30   50   70   100   200   Des vi aci ón   #  Tamiz  

Desviación  %  Retenido  

(20)

Por medio de las Tablas mostradas de    porcentaje  (  %)  más  fino  se logró hacer las curvas granulométricas para cada deformación (Figura 8).

  Figura  8.  Curvas  granulométricas  para  cada  deformación  

Por medio de las tablas y la Figura 7, es posible concluir que hay más porcentaje fino en el tamiz de mayor apertura (#4) cuando la deformación es mayor. Esto debido a que el esfuerzo es mayor y los granos que están sujetos a la rotura generan nuevos granos creando una distribución más fina.

Asimismo es posible afirmar que las curvas con deformación de 10, 1 cm; 11 cm y 12 cm presentan una curva bien gradada. Mientras que las curvas con deformación de 5,8 y 6,5 cm donde ciertas partículas predominan en la distribución, en este caso las partículas con diámetro mayor a 2,36 mm.

Se puede afirmar que debido a que más del 50% del material es retenido por el tamiz #200 en todas las curvas granulométricas, éste es un suelo grueso

Para analizar con mayor precisión cada una de las curvas, éstas se graficaron de forma que las que más se parecieran entre ellas estuvieran en la misma figura.

0   10   20   30   40   50   60   70   80   90   100   0,01   0,1   1   10   %   m ás  fi no   log(diámetro)   Deformación  5,8  cm   Deformación  6,5  cm   Deformación  10,1  cm   Deformación  11  cm   Deformación  12  cm     Deformacion  14,9   Deformación  17  cm   Deformación  20  cm   Deformación  22  cm    

(21)

Por medio de la Figura 8, podemos observar que a partir de la deformación de 17 cm, la curva granulométrica empieza a ser muy parecida. El porcentaje de material fino en el tamiz #4, llega casi a ser 100%. Por lo que es muy poco el material que se queda en el tamiz #4, es decir en este caso los granos son muy finos. Esta curvas parecen tener un comportamiento mal gradado donde prevalece los granos con diámetro entre 0.6 mm y 2.36 mm, en efecto los tamices que más retienen material son los que se encuentran en este rango. En este caso vemos que el esfuerzo es alto, ya que están sujetos a la rotura creando granos más pequeños.

  Figura  10.  Curva  granulométrica  Deformaciones  10,1  cm;  11  cm  y  12  cm  

En la figura 9, es posible ver que los valores de la curva granulométrica varían aun así cuando los valores de la deformación no difieren mucho entre sí. En estas curvas es posible

0   20   40   60   80   100   0,01   0,1   1   10   %   m ás  fi no   log(diámetro)   Deformación  10,1  cm   Deformación  11  cm   Deformación  12  cm     0   20   40   60   80   100   0,01   0,1   1   10   %   m ás  fi no   log(diámetro)   Deformacion  14,9   Deformación  17  cm   Deformación  20  cm   Deformación  22  cm    

(22)

ver que el porcentaje (%) más fino en el tamiz #4 lo alcanza la curva de deformación de 12 cm, mientras que la curva de deformación de 10,1 cm alcanza el menor valor. Por lo que en este caso es posible encontrar granos con mayor diámetro en la deformación de 10,1 cm. La forma de las curvas son bien gradadas, ya que presenta una amplia distribución de tamaños.

  Figura  11.  Curva  granulométrica  Deformaciones  5,8  cm  y  6,5  cm  

En la figura 10, es posible ver que la curva granulométrica en estas dos deformaciones es casi idéntica. Y la curva presenta una forma donde se observa que no es bien gradada, ya que el porcentaje (%) más fino es menor a 60%, lo que nos indica que más del 40% presenta granos con tamaño superior a un diámetro de 4,75 mm. Por lo que en este caso es posible decir que el esfuerzo aplicado es mínimo, por ende los granos no están sujetos a la rotura ni hay desplazamiento, y no es posible crear granos más finos.

3. Coeficiente de uniformidad y curvatura

 

Luego de analizar la granulometría de cada una de las curvas se procede a hallar el coeficiente de uniformidad y curvatura para cada una de las deformaciones. Los resultados se muestran a continuación,

Tabla  14.  Cu  y  Cv  Deformación  5.8  cm   Deformación  5,8  cm  

Cu   Cv  

2,943305187   2,141122629   Mal  gradado   Bien  gradado  

Tabla  15.  Cu  y  Cv  Deformación  6.5  cm   Deformación  6,5  cm   Cu   Cv   0   20   40   60   80   100   0,01   0,1   1   10   %   m ás  fi no   log(diámetro)   Deformación  5,8  cm   Deformación  6,5  cm  

(23)

2,932061979   2,093062009   Mal  gradado   Bien  gradado   Tabla  16.  Cu  y  Cv  Deformación  10.1  cm  

Deformación  10,1  cm  

Cu   Cv  

4   1,619834711   Bien  gradado   Bien  gradado  

Tabla  17.  Cu  y  Cv  Deformación  11  cm   Deformación  11  cm  

Cu   Cv  

4,666666667   1,788359788   Bien  gradado   Bien  gradado  

Tabla  18.  Cu  y  Cv  Deformación  12  cm   Deformación  12  cm  

Cu   Cv  

6,166666667   1,301801802   Bien  gradado   Bien  gradado  

Tabla  19.  Cu  y  Cv  Deformación  14.9  cm   Deformación  14,9  cm  

Cu   Cv  

5,148514851   0,761614623   Bien  gradado   Granulometría  rara  

Tabla  20.  Cu  y  Cv  Deformación  17  cm   Deformación  17  cm  

Cu   Cv  

3,366336634   0,745486313   Mal  gradado   Granulometría  rara  

Tabla  21.  Cu  y  Cv  Deformación  20  cm   Deformación  20  cm  

Cu   Cv  

(24)

Mal  gradado   Granulometría  rara  

Tabla  22.  Cu  y  Cv  Deformación  22  cm   Deformación  22  cm  

Cu   Cv  

3,33333333   1,022485207   Mal  gradado   Bien  gradado  

El coeficiente de uniformidad (Cu) sirve para medir y calificar el grado de distribución de

tamaños de las partículas de un suelo. Si las partículas son muy similares en tamaño D60 y

D10 no diferirá mucho el coeficiente y por ende el Cu será pequeño por lo que el coeficiente

será pequeño y el suelo se dice que es mal gradado. Lo anterior sucede en los casos de las deformaciones 22 cm, 20 cm, 17 cm, 6.5 cm y 5.8 cm,

Por el otro lado, si el suelo tiene abundancia de tamaños intermedios entre el máximo y el

mínimo, D60 y D10 diferirán sustancialmente por lo que Cu será grande y el suelo se dice

que bien gradado, este caso se ve en las deformaciones 14.9 cm, 12 cm, 11 cm y 10.1 cm (Ortuño).

El coeficiente de curvatura (Cv) indica una curvatura granulométrica constante, sin escalones, en la mayoría de casos esto se cumpla para arenas como para gravas. Las deformaciones que indican una granulometría constante son la de 22 cm, 12 cm, 11 cm, 10.1 cm, 6.5 cm y 5.8 cm. Las curvas que presentan un escalón son 20 cm, 17 cm y 14.9 cm.

Después de obtener estos valores es posible concluir que el los materiales que presentan mejor distribución de tamaños son los de deformaciones 12cm, 11 cm y 10.1 cm. Estos suelos bien gradados tienen mejor comportamiento ingenieril que aquellos que son mal gradados o presentan granulometría uniforme. Lo anterior se debe a que lo suelos con una amplia gradación se compactan mejor, que los suelos uniformes, esto debido a que las partículas más pequeñas pueden acomodarse en los huecos entre las partículas más grandes, obteniendo una mayor aglutinación.

(25)

 

5. Conclusiones

El objetivo de este trabajo era realizar el análisis granulométrico de un material poroso. Lo anterior a partir de un esfuerzo aplicado que llevaba a los granos a cierta deformación. Debido a la carga aplicada en cada uno de los especímenes se pudo observar que a medida que ésta aumentaba la deformación era provocada por el desplazamiento de los granos. Esto a su vez generaba rotura durante el momento de aplicación de la carga generando nuevo granos y cambiando el tamaño de los granos.

Luego de realizar el análisis de resultados de cada uno de los ensayos se pudo concluir que el material analizado después de llegar a diferentes deformaciones se puede considerar un suelo grueso compuesto por partículas que tienen un diámetro entre 0.002 mm y 4.75 mm. Por lo que este suelo se organiza en arreglos densos, más resistentes ya que tienen menos vacíos y son poco sensibles al cambio de humedad ya que el agua fluye fácilmente a través de ellos.

Después de obtener la granulometría para cada uno de los ensayos realizados se puede afirmar que para el caso de las deformaciones 12cm, 11 cm y 10.1 cm, estos presentan una curva granulométrica, coeficientes de uniformidad y curvatura, que indican que estos ensayos son lo que presentan una buena gradación, ya que tiene una amplia distribución de tamaños.

Para el caso de las curvas granulométricas las deformaciones de 5.8 cm y la 6.2 cm presentan una curvatura casi idéntica. Esto puede ser debido a que la diferencia entre los valores e deformación no es mucha. Además de que para llegar a este valor de deformación no se requiere de un gran esfuerzo así que lo granos no han estado expuestos a mayores índices de rotura que generaría granos nuevos, y por eso para estas deformaciones el tamiz en el que más se retuvo material fue el #4. Lo mismo sucedió para el caso de las curvas en las deformaciones 17 cm, 20cm y 22 cm, en este caso esto debió ser causa de que la carga aplicada era muy grande, lo que hizo que se crearan nuevos granos. Según lo anterior la curva granulométrica se vuelve constante al aplicar una carga baja y alta.

Como recomendación para estos ensayos, es importante buscar otro método para evitar la fricción lateral y que con esto aumente la carga axial. Esto debido a que en muchos casos la vaselina lo que hacía era que los granos de arena se pegaran a la pared y al momento de quitar el material del cilindro era necesario remover esos granos con un mayor esfuerzo, en especial en la partes inferiores. Asimismo se recomienda ver que la carga baje en dirección

(26)

horizontal, ya que en algunos casos la carga bajaba con un ángulo lo que hacía que se requiriera de un mayor esfuerzo.

Bibliografía  

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Ortuño,  L.  (s.f.).  Mécania  de  Suelos  .  Recuperado  el  2014,  de  

http://delegacion.caminos.upm.es/apuntes/ICCP/4_cuarto/Geotecnia/MECANICA_DEL_S UELO-­‐1.pdf  

Valdes,  J.,  Fernandes  ,  F.,  &  Itai  Einav,  E.  (2011).  Periodic  propagation  of  localized  compaction  in  a  

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