Tamizado

Un tamizado (o cribado) es una práctica o procedimiento utilizado en ingeniería civil e ingeniería química para evaluar la distribución del tamaño de las partículas (también llamada gradación) de un material granular al permitir que el material pase a través de una serie de tamices de malla progresivamente más pequeña. tamaño y pesaje la cantidad de material que se detiene por cada tamiz como una fracción de la masa total.

La distribución del tamaño es a menudo de importancia crítica para la forma en que el material se comporta en uso. Se puede realizar un análisis de tamiz en cualquier tipo de materiales granulares orgánicos o no orgánicos, incluidos arena, roca triturada, arcilla, granito, feldespato, carbón, suelo, una amplia gama de polvos manufacturados, granos y semillas, hasta un tamaño mínimo dependiendo sobre el método exacto. Al ser una técnica tan sencilla de dimensionamiento de partículas, es probablemente la más común.

Procedimiento

Una prueba de gradación se realiza en una muestra de agregado en un laboratorio. Un análisis de tamiz típico utiliza una columna de tamices con pantallas de malla de alambre de tamaño de malla graduada.

Se vierte una muestra pesada representativa en el tamiz superior que tiene las aberturas de tamiz más grandes. Cada tamiz inferior de la columna tiene aberturas más pequeñas que la de arriba. En la base hay una cacerola, llamada receptor.

La columna generalmente se coloca en un agitador mecánico, que agita la columna, generalmente durante un período determinado, para facilitar la exposición de todo el material a las aberturas de la pantalla para que las partículas lo suficientemente pequeñas como para pasar por los orificios puedan caer a la siguiente capa. Una vez completada la agitación, se pesa el material de cada tamiz. Luego, la masa de la muestra de cada tamiz se divide por la masa total para dar un porcentaje retenido en cada tamiz. Luego, se analiza el tamaño de la partícula promedio en cada tamiz para obtener un punto de corte o un rango de tamaño específico, que luego se captura en una pantalla.

Los resultados de esta prueba se utilizan para describir las propiedades del agregado y para ver si es apropiado para varios propósitos de ingeniería civil, como seleccionar el agregado apropiado para mezclas de concreto y mezclas de asfalto, así como para dimensionar las pantallas de pozos de producción de agua.

Los resultados de esta prueba se proporcionan en forma gráfica para identificar el tipo de gradación del agregado. El procedimiento completo para esta prueba se describe en la American Society for Testing and Materials (ASTM) C 136 y la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) T 27

Un tamaño de tamiz adecuado para el árido debajo del nido de tamices para recoger el árido que pasa por el más pequeño. Luego se agita todo el nido y el material cuyo diámetro es menor que la abertura de la malla pasa a través de los tamices. Una vez que el agregado llega a la bandeja, se pesa la cantidad de material retenido en cada tamiz.

Preparación

Para realizar la prueba, se debe obtener una muestra suficiente del agregado de la fuente. Para preparar la muestra, el agregado debe mezclarse completamente y reducirse a un tamaño adecuado para la prueba. También se requiere la masa total de la muestra.

Resultados

Los resultados se presentan en un gráfico de porcentaje que pasa frente al tamaño del tamiz. En el gráfico, la escala del tamaño del tamiz es logarítmica. Para encontrar el porcentaje de agregado que pasa por cada tamiz, primero encuentre el porcentaje retenido en cada tamiz. Para ello se utiliza la siguiente ecuación,

% retenido = ×100%

donde W _Sieve es la masa de agregado en el tamiz y W _Total es la masa total del agregado. El siguiente paso es encontrar el porcentaje acumulativo de agregado retenido en cada tamiz. Para ello, sume la cantidad total de árido que queda retenido en cada tamiz y la cantidad en los tamices anteriores. El porcentaje acumulativo que pasa del agregado se obtiene restando el porcentaje retenido del 100%.

% Aprobado Acumulativo = 100% - % Retenido Acumulativo.

Luego, los valores se trazan en un gráfico con el porcentaje acumulativo que pasa en el eje y y el tamaño del tamiz logarítmico en el eje x.

Hay dos versiones de las ecuaciones de %Passing. la fórmula de potencia de 0,45 se presenta en un gráfico de gradación de potencia de 0,45, mientras que el % de aprobación más simple se presenta en un gráfico de gradación semilogarítmica. La versión del gráfico de porcentaje de aprobación se muestra en el gráfico de potencia.45 y se usa la fórmula de aprobación.45.Fórmula de aprobación de.45 por ciento de potencia

% Aprobación = P _i = x100%

Donde:

Tamiz _{más grande}: el tamiz de mayor diámetro utilizado en (mm).Aggregate _{max_size}: la pieza de agregado más grande de la muestra en (mm).Fórmula de porcentaje de aprobación

% Aprobado = x100%

Donde:

W _Abajo - La masa total del agregado dentro de los tamices debajo del tamiz actual, sin incluir el agregado del tamiz actual.

W _Total - La masa total de todo el agregado en la muestra.

Métodos

Existen diferentes métodos para realizar análisis de tamiz, dependiendo del material a medir.

Lanzamiento de acción

Aquí un movimiento de lanzamiento actúa sobre la muestra. El movimiento de lanzamiento vertical se superpone con un ligero movimiento circular que da como resultado la distribución de la cantidad de muestra sobre toda la superficie de tamizado. Las partículas se aceleran en dirección vertical (se lanzan hacia arriba). En el aire realizan rotaciones libres e interactúan con las aberturas de la malla del tamiz cuando retroceden. Si las partículas son más pequeñas que las aberturas, pasan por el tamiz. Si son más grandes, se tiran. El movimiento de rotación mientras está suspendido aumenta la probabilidad de que las partículas presenten una orientación diferente a la malla cuando vuelvan a caer y, por lo tanto, eventualmente atraviesen la malla. Los sacudidores de tamiz modernos funcionan con un accionamiento electromagnético que mueve un sistema de resorte-masa y transfiere la oscilación resultante a la pila de tamices. La amplitud y el tiempo de tamizado se ajustan digitalmente y se observan continuamente mediante una unidad de control integrada. Por lo tanto, los resultados del tamizado son reproducibles y precisos (una condición previa importante para un análisis significativo). El ajuste de parámetros como la amplitud y el tiempo de tamizado sirve para optimizar el tamizado para diferentes tipos de material. Este método es el más común en el sector del laboratorio.

Horizontal

En el tamiz vibrador horizontal, la pila de tamices se mueve en círculos horizontales en un plano. Los agitadores de tamiz horizontales se utilizan preferentemente para muestras en forma de aguja, planas, largas o fibrosas, ya que su orientación horizontal significa que solo unas pocas partículas desorientadas ingresan a la malla y el tamiz no se bloquea tan rápidamente. La gran área de tamizado permite tamizar grandes cantidades de muestra, por ejemplo, como se encuentra en el análisis del tamaño de partículas de materiales de construcción y agregados.

Tocando

Un movimiento circular horizontal se superpone a un movimiento vertical creado por un impulso de golpeteo. Estos procesos de movimiento son característicos del tamizado manual y producen un mayor grado de tamizado para partículas más densas (por ejemplo, abrasivos) que los tamices vibratorios de acción de lanzamiento.

Húmedo

La mayoría de los análisis de tamiz se realizan en seco. Pero hay algunas aplicaciones que solo pueden llevarse a cabo mediante tamizado húmedo. Este es el caso cuando la muestra que debe analizarse es, por ejemplo, una suspensión que no debe secarse; o cuando la muestra es un polvo muy fino que tiende a aglomerarse (en su mayoría < 45 µm); en un proceso de tamizado en seco, esta tendencia conduciría a una obstrucción de las mallas del tamiz y esto haría imposible un proceso de tamizado adicional. Un proceso de tamizado en húmedo se configura como un proceso en seco: la pila de tamices se sujeta al agitador de tamices y la muestra se coloca en el tamiz superior. Encima del tamiz superior se coloca una boquilla de rociado de agua que apoya el proceso de tamizado además del movimiento de tamizado. El enjuague se realiza hasta que el líquido que sale por el receptor sea transparente. Los residuos de muestra en los tamices deben secarse y pesarse. Cuando se trata de tamizado en húmedo, es muy importante no cambiar la muestra en su volumen (sin hinchazón, disolución o reacción con el líquido).

Chorro circular de aire

Las máquinas de tamizado por chorro de aire son ideales para polvos muy finos que tienden a aglomerarse y no se pueden separar mediante el tamizado vibratorio. La razón de la eficacia de este método de tamizado se basa en dos componentes: una boquilla ranurada giratoria dentro de la cámara de tamizado y una potente aspiradora industrial que está conectada a la cámara. La aspiradora genera vacío dentro de la cámara de tamizado y aspira aire fresco a través de la boquilla ranurada. Al pasar por la rendija estrecha de la boquilla, la corriente de aire se acelera y sopla contra la malla del tamiz, dispersando las partículas. Por encima de la malla, el chorro de aire se distribuye por toda la superficie del tamiz y es aspirado a baja velocidad a través de la malla del tamiz. Por lo tanto, las partículas más finas se transportan a través de las aberturas de malla hacia la aspiradora.

Tipos de gradación

Una gradación densaUna gradación densa se refiere a una muestra que tiene cantidades aproximadamente iguales de varios tamaños de agregado. Al tener una gradación densa, la mayoría de los vacíos de aire entre el material están llenos de partículas. Una gradación densa dará como resultado una curva uniforme en el gráfico de gradación.gradación estrechaTambién conocida como gradación uniforme, una gradación estrecha es una muestra que tiene un agregado de aproximadamente el mismo tamaño. La curva en el gráfico de gradación es muy empinada y ocupa un rango pequeño del agregado.Gradación de espaciosUna gradación de brecha se refiere a una muestra con muy poco agregado en el rango de tamaño medio. Esto da como resultado solo agregado grueso y fino. La curva es horizontal en el rango de tamaño medio en el gráfico de gradación.gradación abiertaUna gradación abierta se refiere a una muestra agregada con muy pocas partículas agregadas finas. Esto da como resultado muchos vacíos de aire, porque no hay partículas finas para llenarlos. En el gráfico de gradación, aparece como una curva horizontal en el rango de tamaño pequeño.Rica gradaciónUna gradación rica se refiere a una muestra de agregado con una alta proporción de partículas de tamaño pequeño.

Tipos de tamices

Tamices de malla de alambre tejido

Los tamices de malla de alambre tejido cumplen con los requisitos técnicos de ISO 3310-1. Estos tamices suelen tener una apertura nominal que va desde los 20 micrómetros hasta los 3,55 milímetros, con diámetros que van desde los 100 hasta los 450 milímetros.Tamices de placa perforada

Los tamices de placa perforada cumplen con la norma ISO 3310-2 y pueden tener aberturas nominales redondas o cuadradas que van desde 1 milímetro hasta 125 milímetros. Los diámetros de los tamices oscilan entre 200 y 450 milímetros.Tamices estándar americano

Los tamices estándar estadounidenses, también conocidos como tamices ASTM, cumplen con el estándar ASTM E11. La apertura nominal de estos tamices varía de 20 micrómetros a 200 milímetros, sin embargo, estos tamices tienen solo 8 pulgadas (203 mm) y 12 pulgadas (305 mm) de diámetro.

Limitaciones del análisis de tamiz

El análisis de tamiz, en general, se ha utilizado durante décadas para controlar la calidad del material en función del tamaño de las partículas. Para material grueso, tamaños que van hasta la malla #100 (150 μm), un análisis de tamiz y la distribución del tamaño de las partículas son precisos y consistentes.

Sin embargo, para el material que es más fino que la malla 100, el tamizado en seco puede ser significativamente menos preciso. Esto se debe a que la energía mecánica requerida para hacer que las partículas pasen a través de una abertura y los efectos de atracción superficial entre las propias partículas y entre las partículas y la pantalla aumentan a medida que disminuye el tamaño de las partículas. El análisis de tamiz húmedo se puede utilizar cuando el material analizado no se ve afectado por el líquido, excepto para dispersarlo. Suspender las partículas en un líquido adecuado transporta el material fino a través del tamiz mucho más eficientemente que agitar el material seco.

El análisis de tamiz asume que todas las partículas serán redondas (esféricas) o casi y pasarán a través de las aberturas cuadradas cuando el diámetro de las partículas sea menor que el tamaño de la abertura cuadrada en la pantalla. Para partículas alargadas y planas, un análisis de tamiz no arrojará resultados confiables basados ​​en la masa, ya que el tamaño de partícula informado asumirá que las partículas son esféricas, donde de hecho una partícula alargada podría pasar a través de la malla, pero se le impediría haciéndolo si se presenta de lado.

Propiedades

La gradación afecta muchas propiedades de un agregado, incluida la densidad aparente, la estabilidad física y la permeabilidad. Con una cuidadosa selección de la gradación, es posible lograr una alta densidad aparente, alta estabilidad física y baja permeabilidad. Esto es importante porque en el diseño de pavimentos es importante una mezcla viable y estable con resistencia al agua. Con una gradación abierta, la densidad aparente es relativamente baja debido a la falta de partículas finas, la estabilidad física es moderada y la permeabilidad es bastante alta. Con una gradación rica, la densidad aparente también será baja, la estabilidad física será baja y la permeabilidad también será baja. La gradación puede verse afectada para lograr las propiedades deseadas para la aplicación de ingeniería en particular.

Aplicaciones de ingeniería

La gradación generalmente se especifica para cada aplicación de ingeniería para la que se utiliza. Por ejemplo, es posible que los cimientos solo requieran agregados gruesos y, por lo tanto, se necesita una gradación abierta. El análisis de tamiz determina la distribución del tamaño de las partículas de una muestra de suelo determinada y, por lo tanto, ayuda a identificar fácilmente las propiedades mecánicas de un suelo. Estas propiedades mecánicas determinan si un suelo dado puede soportar la estructura de ingeniería propuesta. También ayuda a determinar qué modificaciones se pueden aplicar al suelo y la mejor manera de lograr la máxima resistencia del suelo.