informe-analisis-granulometrico

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

Facultad de IngenieríaEscuela Académico Profesional de

Ingeniería Civil

ASIGNACION:

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO Y SEDIMENTACIÓN.

ASIGNATURA:

MECÁNICA DE SUELOS I

DOCENTE:

M.Cs. Ing. Raúl Valera Guerra.

ALUMNOS: ALVITES TOCAS, Pool.

BARBOZA FUSTAMANTE, Heber Alexander.

COVA TERAN, Milagros Jaqueline.

HERRERA MARIN, José Luis.

PESANTES LEON, Henry Carloman.

CICLO: V GRUPO: A-1

Cajamarca, Agosto del 2012

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL


ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO Y SEDIMENTACIÓN

I. INTRODUCCIÓN

Una parte importante de los criterios de aceptabilidad de suelos para carreteras, aeropistas, presas de tierra, diques y otro tipo de terraplenas es el análisis granulométrico.

La información obtenida del análisis granulométrico puede en ocasiones utilizarse para predecir movimientos del agua a través del suelo, aun cuando los ensayos de permeabilidad se utilizan más comúnmente. La susceptibilidad de sufrir la acción de las heladas en suelo, una consideración de gran importancia de climas muy fríos, puede predecirse a través del análisis granulométrico del suelo.

Los suelos muy finos son fácilmente arrastrados en suspensión por el agua que circula a través del suelo y en los sistemas de sub drenaje, usualmente se colman con sedimentos rápidamente a menos que sean protegidos adecuadamente por filtros de material granular debidamente graduado. La gradación adecuada de estos materiales, denominados filtros, puede ser establecida a partir de su análisis granulométrico.

El análisis granulométrico es un intento de determinar las proporciones relativas de los diferentes tamaños de grano presentes en una masa de suelo dada. Obviamente para obtener un resultado significativo la muestra debe ser estadísticamente representativa de la masa del suelo.

Como no es físicamente posible determinar el tamaño real de cada partícula independiente del suelo, la práctica solamente agrupa los materiales por rangos de tamaño. Para lograr esto se obtiene la cantidad de material que pasa a través de un tamiz con una malla dada pero que es retenido en un siguiente tamiz cuya malla tiene diámetros ligeramente menores a la anterior y se relaciona esta cantidad retenida con el total de la muestra pesada a través de los tamices. Es evidente que el material retenido de esta forma en cualquier tamiz consiste en partículas de muchos tamaños todos los cuales son menores al tamaño de la malla del tamiz en el cual el suelo fue retenido.

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II. OBJETIVOS:

El objetivo principal que persigue este ensayo de laboratorio, es el de poder clasificar el suelo, según el tamaño de sus partículas por medio de la granulometría.

El principal objetivo del análisis de hidrómetro es obtener el porcentaje de arcilla (porcentaje más fino que 0.002 mm) ya que la curva de distribución granulométrica cuando más del 12% del material pasa a través del tamiz No. 200 no es utilizada como criterio dentro de ningún sistema de clasificación de suelos y no existe ningún tipo de conducta particular del material que dependa intrínsecamente de la forma de dicha curva.

III. FUNDAMENTO TEORICO:

A. GRANULOMETRÍA.

La prueba de granulometría de un material sirve para determinar el porcentaje en peso de las partículas de diferentes tamaños que lo forman. Para realizar esta prueba, el material se hace pasar por varios tamices o mallas, se pesan las partículas retenidas en cada tamiz y se encuentra el porcentaje respectivo en relación con el peso total seco; después se calcula el porcentaje que pasa por las mallas.Las mallas se denominan de dos maneras la primera indica la separación interior que hay entre los alambres y se usa para las mallas de 7,5 cm igual a 3 pulgadas a 6.4 cm ¼ pulgada

.Normas ASHTO T87 - 70 ASTM D421 - 63 ASTM D422 – 63 AASHTO T88 – 70

B. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO

El análisis granulométrico se realiza siempre en el estudio de cualquier suelo. Con este análisis se pretende conocer la distribución (en porcentajes) de las partículas minerales individuales del suelo inferior a 2 mm, agrupado en fracciones granulométricas según su tamaño. Con estos porcentajes se obtiene la textura, utilizando el diagrama triangular. La textura nos va a dar a conocer muchas

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propiedades del suelo, relacionadas directa o indirectamente con la productividad de este.

Para separar las diferentes fracciones hay 2 pasos:

Dispersión y destrucción de agentes cementantes: se separan física y químicamente las partículas (arena, limo, arcilla), se rompen los agregados. Para esto primero se elimina la materia orgánica con H2O2 en baño caliente de agua a poca temperatura, convirtiéndola en CO2 y agua. Se elimina la materia orgánica porque favorece la formación de terrones agregados y da estabilidad a la estructura del suelo. Los óxidos de Fe y Al y el CaCO3 también favorecen la agregación, y los eliminamos con HCl convirtiéndolos en sustancias solubles. Para terminar de dispersar las partículas tenemos que individualizarlas, las desagregamos, para esto se utiliza el Calgón (hexametafosfato sódico y carbonato sódico), el Na+ es un agente dispersante. Ahora se tienen todas las fracciones individualizadas.

Análisis: se determina la cantidad que se tiene de cada fracción.

Las arenas se separan por tamizado en húmedo en tamiz 0.05 mm del resto de las fracciones. Una vez secas (en estufa a 110ºC) se tamizan con un tamiz de 0.2 mm, se obtienen dos fracciones:

Arena gruesa............. 2- 0.2 mm de diámetro.

Arena fina................. 0.2- 0.05 mm de diámetro.

Los limos y arcillas se obtienen por la diferente velocidad de sedimentación de las partículas según tamaño, basándose en la Ley de Stokes (las partículas de mayor tamaño sedimentan antes). Se toman alícuotas a diferentes tiempos, en crisoles que se llevan a la estufa, y se obtienen las fracciones.

Limo grueso..........0,05-0,02 mm de diámetro.

Limo fino...............0,02-0,002 mm de diámetro.

Arcilla...................< 0,002 mm de diámetro

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Los tamices son hechos de malla de alambre forjado con aberturas rectangulares que varían en tamaño desde 101.6 mm (4") en la parte más gruesa hasta el número 400 (0.038 mm) en la serie correspondiente a suelo fino, sin embargo, en la práctica el tamiz más pequeño es el tamiz No.200 (0.075). Para mallas de tamaño inferior al de este tamiz es difícil permitir el paso libre del agua. El suelo, por supuesto, provee generalmente más resistencia que el agua al tamizado; por consiguiente, los tamices de malla más pequeña que el número 200 son más interesantes desde un punto de vista académico que desde el práctico.

Todos los sistemas de clasificación utilizan el tamiz No.200 como un punto divisorio, las clasificaciones se basan generalmente en términos de la cantidad retenida o cantidad que pasa a través del tamiz No.200. Ocasionalmente es deseable conocer la escala aproximada de partículas de suelo menores que el tamiz No.200. Cuando se presenta esta necesidad, entonces se recurre al método del análisis granulométrico del hidrómetro, que es comúnmente utilizado.

La información obtenida del análisis granulométrico se presenta en forma de curva. Para poder comparar suelos y visualizar más fácilmente la distribución de los tamaños de granos presentes, y como una masa de suelos típica pueden tener partículas que varíen entre tamaños de 2.00 mm y 0.075 mm las más pequeñas, por lo que es necesario recurrir a una escala muy grande para poder dar el mismo peso y precisión de lectura a todas las medidas, es necesario recurrir a una presentación logarítmica para los tamaños de partículas. Los procedimientos patrones utilizan el porcentaje que pasa como la ordenada en la escala natural de la curva de distribución granulométrica.

Existen diferentes métodos, dependiendo de la mayor proporción de tamaños que existen en la muestra que se va a analizar. Para las partículas Gruesas, el procedimiento utilizado es el Método Mecánico o Granulometría por Tamizado. Pero para las partículas finas, por dificultarse más el tamizado se utiliza el Método del Hidrómetro, basados en la Ley de Stokes.

C. METODOS PARA EL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO

a. Por tamizado:

Es el método más directo para separar un suelo en fracciones de distinto tamaño consiste en el uso de tamices en orden decreciente el cual se separan las partículas de un suelo en sus diferentes tamaños, La cantidad de suelo retenido indica el tamaño de la muestra. Pero como la abertura de las mallas más fina que se fabrica corrientemente es de 0.075 mm. (Tamiz No 200). El uso de tamices está restringido al análisis de arenas limpias.

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b. Por sedimentación: Si un suelo contiene partículas menores de dicho tamaño debe ser separado en dos partes por lavado sobre aquel tamiz Nº 200. Para luego secarlo en el horno y la parte sometida al tamizado y demasiado fina; es analizada por medio de métodos basados en la sedimentación.

c. Los métodos para efectuar análisis granulométricos por vía húmeda

Se basa en la Ley de Stokes, el cual establece “La velocidad de caída de una partícula esférica a través de un medio líquido, en función del diámetro y del peso específico de la partícula”. Desarrollándose así el Método del Hidrómetro.

Están basados en la ley de Stokes, que fija la velocidad a que una partícula esférica de diámetro dado sedimenta en líquido en reposo. En el método que se utiliza comúnmente en mecánica de suelos, de 20 a 40 gr. de suelos arcillosos o de 50 a 100 gr. de suelo arenoso, se mezclan con 1 lt. De agua, se agitan y se vierten en un recipiente. A intervalos de tiempos dados se mide la densidad de la suspensión por medio de un hidrómetroo densímetro.

La forma más conveniente para representar el análisis granulométrico la proporciona el gráfico semi-logarítmico indicado en la figura que se muestra, luego.

En este las abscisas representan el logaritmo del diámetro de las partículas, y las ordenadas el porcentaje P en peso de los granos menores que el tamaño indicado por las abscisas. Cuanto más uniforme es el tamaño de los granos, tanto más inclinada es la curva, la línea vertical representa a un polvo perfectamente uniforme.

Ley de “Stokes” La ley fundamental de que se hace uso en el procedimiento del hidrómetro, es debida a Stokes y proporciona una relación entre la velocidad de sedimentación (descenso) de las partículas del suelo en un fluido y el tamaño de esas partículas. Granos con distintos tamaños, descienden en un líquido con distintas velocidades, y establece que la velocidad de caída de una esfera pequeña en un medio fluído viscoso, es:

V=gd2(γ 1−γ 2)

18η=

(2/9)∗(d /2)2(γs−γf )η

Dónde: V = Velocidad de sedimentación en(cm/seg).g = Aceleración en(cm/seg2).d = diámetro de la esfera (cm).

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η = viscosidad(dinas-seg/cm2), (gr-seg/cm2),(poises) (cambia con la temperatura) γ 1(γs)= Peso específico de la esfera (gr/cm3)γ 2(γf )= Peso específico del medio fluidoen (gr/cm3)(varía con la temperatura)

Si la velocidad se mide en cm/minuto y d en milímetros:

V=gd2(γ 1−γ 2)

30η

Si d se expresa en mm, resulta:

d=√(1800ηV )(γs−γf )

Al aplicar la ley de Stokes, a la determinación del tamaño de las partículas de un suelo, deben tomarse en cuenta las limitaciones siguientes:

Las partículas de un suelo no son esféricas. Las hay de forma angular, redondeada, alargada, etc.

D=0.752D´ √a

Dónde:D = diámetro de la esfera.D´ = diámetro del disco. α=D /HH =altura del disco.

La ley de Stokes considera el movimiento de una sola esfera y, por lo tanto, no toma en cuenta ni la influencia ni la interferencia de unas partículas con otras, lo que si sucede en una masa de suelo dentro de un medio fluido. Para aligerar los cálculos, existen nomogramas que ofrecen suficiente exactitud y son fáciles de utilizar, hacemos notar que cada nomograma funciona para un densímetro determinado, por lo que es necesario calibrar dicho densímetro.

D. CURVA GRANULOMÉTRICA

Para graficar la curva granulométrica, debemos tomar en cuenta que los porcentajes de muestra que pasa cada uno de los tamices, se encuentran en el eje de las ordenadas y a una escala aritmética, en cambio la ordenación de la abertura del tamiz se encuentra en el eje de las abscisas y con una escala logarítmica; esto

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para facilitar la construcción de la curva granulométrica. El propósito del análisis granulométrico, es determinar el tamaño de las partículas o granos que constituyen un suelo y fijar en porcentaje de su peso total, la cantidad de granos de distintos tamaños que el suelo contiene. La granulometría correcta es fundamental para muchos elementos de la cantidad del suelo.

Es evidente que una curva de distribución granulométrica solo pueda aproximar la situación real. Esto se debe a varias razones consideradas hasta aquí, incluyendo las limitaciones físicas para obtener muestras estadísticamente representativas, la presencia de grumos en el suelo, la limitación práctica impuesta por la utilización de mallas de forma rectangular para medir partículas de suelo de forma irregular y el número limitado de tamices utilizables en el análisis. La exactitud del análisis es más cuestionable aún para los suelos de grano fino (más fino que el tamiz No.4) que para los suelos gruesos, y la práctica común y ampliamente seguida de utilizar suelos secados al horno puede influir el análisis en otro tanto.

IV. PROCESO DEL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

ANALISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO

ENSAYO Nº 1

En Seco (Muestra 1)

Objetivo.

Determinar la granulometría del material mediante el tamizado.

Equipo necesario.

Juego de tamices.Horno.Mortero.Martillo de Goma.Balanza.

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Procedimiento.

1. Elaborar el formato de datos.

Proyecto: Análisis Granulométrico por Tamizado

Pozo: 2

Estrato nº:2

Nº de muestras: 01

Ensayo: Tamizado en Seco

Operador: Grupo

Fecha:

Observaciones:

Ws= 184gr

Tamiz No. Abertura (mm) W Retenido (gr) % Retenido % que Pasa

# 4 4.75 6 3.26 96.74

# 10 2.00 14 7.61 89.73

# 20 0.85 34 18.48 70.65

# 30 0.60 13 7.06 63.59

# 40 0.425 15 8.15 55.44

# 60 0.25 29 15.76 39.68

# 100 0.15 31 16.85 22.83

# 200 0.075 31 16.85 5.98

Cazoleta -- 11 5.98 0.00

∑ ¿184 gr.

2. Seleccionar aproximadamente 200g. de suelo seco.

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3. Registrar el Ws (exacto), previo morteado o disgregado.4. Tamizar 15 min., previa limpieza de los tamices.

5. Registrar el peso retenido en cada tamiz.

6. Dibujar la curva de distribución granulométrica y determinar los coeficientes de uniformidad y curvatura.

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Cu=D60

D10

,C c=(D¿¿30) ²D 60∗D10

¿

1 1086

88

90

92

94

96

98

CURVA DE DIS-TRIBUCIÓN GRA-NULOMÉTRICA

CURVA DE DIS-TRIBUCIÓN GRA-NULOMÉTRICA

Para la determinación de los coeficientes de uniformidad y curvatura, tomaremos los valores más próximos para D10, D30 y D60.

Cu=D60

D10

=0.60.1

=6

C c=(D¿¿30) ²D60∗D 10

=(0.25) ²0.6∗0.1

=1.0416¿

ANALISIS GRANULOMETRICO POR TAMIZADO VIA HUMEDA.ENSAYO Nº 2

Diámetro (mm)

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Referencias.

ASTM D421

Material.

Muestra seca aproximadamente 200 gr.

Equipo necesario.

Juego de tamices. Balanza con aproximación de 0.1 gr. Horno. Tara.

Procedimiento.

Hacer un formato de datos.Seleccionar 200 gr. De muestra de suelo seco.Registrar el peso seco exacto de la muestra previamente morterada o disgregada.Lavar la muestra en el tamiz # 200 en un chorro de agua constante, hasta que el agua q pasa sea lo más limpia posible.Recuperar el material lavado y colocarlo en el horno durante 24 horas.Después Tamizar la muestra durante 15 minutos.Registrar el peso retenido en cada tamiz, y sacar su porcentaje (%RP).

%RP=PRP∗100Ws

Determinar los porcentajes acumulados en cada tamiz % RA, para lo cual se sumaran en forma progresiva los %RP.

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Determinar lo porcentajes acumulados que pasan en cada tamiz.

Dibujar la curva granulométrica en escala semi-logarítmica, en el eje de abscisas se registrara la abertura de las mallas en milímetros, y en el eje de ordenadas se registrará los porcentajes acumulados que pasan en las mallas que se utilizan.

Determinar el coeficiente de uniformidad y curvatura.

Cu=D60

D10

C c=D30

2

D 60×D10

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DATOS DE LABORATORIO

Proyecto: Análisis Granulométrico por Tamizado

Pozo:2

Estrato nº:2

Nº de muestras:1

Ensayo: Por Lavado

Operador: Grupo

Fecha:

Observaciones.

Ws= 184 gr. W lavado= 76.6 gr.

Tamiz Nº Abertura (mm)

W ret % retenido%RP

% que pasa.

# 4 4,75 4,1 5,35 94,65

#10 2,00 4,1 5,35 89,30

#20 0,85 2,7 3,52 85,77

#30 0,60 2,5 3,26 82,51

#40 0,425 3,0 3,92 78,59

#60 0,25 20,8 27,15 51,44

#100 0,15 30,8 40,21 11,23

#200 0,07 8,6 11,23 -

Cazoleta. - - - -

Grafico % que pasa vs Abertura del tamiz.

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Calculando el coeficiente de uniformidad y curvatura.

Cu=D60

D10

Cu=0.3mm

0.15mm

Cu=2

C c=D30

2

D 60×D10

C c=0.22mm2

0.3×0.15mm2

C c=0.889

ENSAYO DE GRANULOMETRIA POR SEDIMENTACIÓN

0.01 0.1 1 100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Series2

Abertura del tamiz.

% q

ue p

asa

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El ensayo de sedimentación se hace para las muestras que no se puede calcular su D10; estas muestras deben estar previamente seleccionadas por el tamiz N° 10, de partículas menores a 2mm de diámetro.

1. EQUIPO NECESARIO: Probetas graduadas de 10 cm3 y 1000 cm3.

Densímetro 152H. Termómetro. Horno. Cronómetro. Mortero. Tamiz N° 10 Defloculante. Balanza.

2. PROCEDIMIENTO.

PRIMERA ETAPA. (Determinar la corrección por menisco y defloculante).

Para la corrección por menisco se tiene las siguientes lecturas:Lect. Superior: 1.003Lect. Inferior: 1.006Cm=(Lect . Inferior−Lect . Superior)∗1000Cm=(1.006 – 1.003)∗1000Cm=3

El defloculante evita que el suelo forme grumos de tal manera que el ensayo salga correctamente; en esta práctica se utilizaron 65 ml de defloculante por lo que para la corrección de defloculante se obtuvieron las siguientes lecturas:

Lect. Superior: 1.000

Lect. Inferior: 1.006

Cd=(Lect . Inferior−Lect . Superior )∗1000Cd=(1.006 – 1.000)∗1000Cd=6

SEGUNDA ETAPA.(Calibración del hidrómetro).

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Temperatura de calibración: 20°C h = 12 cm. Volumen del bulbo: 65 cm3 Ap. = 31.195.

Vol Inicial (cm³): 248

Vol Final (cm³): 313

h = 12 cm.Volumen del bulbo: 65 cm3

Ap. = 31.195.Lecturas del hidrómetro

Hn Hf

1.000 11.2 16.2209369

1.010 9.2 14.2209369

1.020 7.2 12.2209369

1.030 5.2 10.2209369

1.040 3.2 8.22093689

1.050 1.2 6.22093689

TERCERA ETAPA.(Ensayo).

Triturar y seleccionar la muestra aproximadamente 50gr. (Fig.01) Hacer la solución agua, mas defloculante, mas suelo (previamente

remojar el suelo y batir).(fig.02) Agitar vigorosamente y luego depositar la probeta en un lugar

protegido del sol. Registrar lecturas de densidad y temperatura.(fig.0.3 y fig.04)

Elaborar el proceso de datos.

Fig. 01 fig.02 fig.03 fig.04

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TIEMPO

LECTURA DE

DENSIDAD

TEMP. (°C)

1 min. 1.0420 18.5

2 min. 1.0418 18.5

3 min. 1.0412 18.5

4 min. 1.0407 18.5

5 min. 1.0350 18

10 min. 1.0280 18

15 min. 1.0210 18

30 min. 1.0150 18

1 H. 1.0110 18

2 H. 1.0090 16

4 H. 1.0070 14

8 H. 1.0050 14

12 H. 1.0020 12

24 H 1.0010 18

FOTO: Toma de lecturas con el hidrómetro y el termómetro.

3. PROCESO DE DATOS:

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TIEMPO LECTURA DE TEMP.

(°C)et RH R % que pasa

Diam.

(min) DENSIDAD (mm)

1 42.0 18.5 -0.40 35.6 45 69.78 0.0399

2 41.8 18.5 -0.40 35.4 44.8 69.38 0.0285

3 41.2 18.5 -0.40 34.8 44.2 68.21 0.0233

4 40.7 18.5 -0.40 34.3 43.7 67.23 0.0203

5 35.0 18 -0.50 28.5 38 55.86 0.0193

10 28.0 18 -0.50 21.5 31 42.14 0.0143

15 21.0 18 -0.50 14.5 24 28.42 0.0123

30 15.0 18 -0.50 8.5 18 16.66 0.0090

1 H 11.0 18 -0.50 4.5 14 8.82 0.0065

2 H 9.0 16 -0.90 2.1 12 4.12 0.0048

4 H 7.0 14 -1.30 10 0.0041

8 H 5.0 14 -1.30 8 0.0029

10 H 2.0 12 -1.70 5 0.0027

24 H 1.0 18 -0.50 4 0.0021

Luego se procedió al cálculo del monograma de Casagrande para la solución de la ley de Stokes, en el ensayo de determinación de la granulometría de un suelo por el método de sedimentación.

CONCLUSIONES

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Mediante los experimentos realizados dentro del laboratorio, pudimos observar que el suelo se divide en Fracción Granular Gruesa y Fracción Granular Fina. Al realizar un estudio profundo de estos, nos dimos cuenta de características importantes como son: La Permeabilidad y Cohesión que poseen, las cuales nos permitirán verificar que tan apto puede ser para la realización de proyectos de construcción.

El método por sedimentación es un poco más complicado de realizar a comparación con el método por Tamizado, debido a la facilidad y sencillez con que se realiza.

RECOMENDACIONES:

Se debe tener la mayor precisión posible en la toma de la temperatura en cada vista.

Se debe de tener mucho cuidado con los instrumentos del laboratorio, especialmente con el densímetro, pues es un instrumento muy delicado.

Tener el mayor cuidado posible al momento de la calibración del densímetro, pues un error en este paso puede causar un error en los cálculos y por ende una falla en el experimento realizado.

Tener en cuenta que para empezar el ensayo por sedimentación la suspensión debe de estar totalmente homogénea.

Que el lugar donde se realice el ensayo sea un lugar libre de interferencias, y así

La sedimentación sea bien realizada y no tener problemas al momento de los cálculos.

BIBLIOGRAFIA:

“FUNDAMENTOS DE MECANICA DE SUELOS” del autor Juárez Badillo. Apuntes de clases y digitales brindadas por el docente.

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