separata granulometria

MECANICA DE SUELOS I Estuardo Alonso Lizarzaburu Velarde

Ingeniero Civil

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CAPITULO IV: GRANULOMETRIA DE LOS SUELOS

A las partículas de suelo se les denomina también granos, luego el término

granulometría se refiere a la medición del tamaño de las partículas de los

suelos.

Se denomina distribución granulométrica de un suelo a la división del

mismo en diferentes fracciones, seleccionada por el tamaño de sus

partículas componentes; las partículas de cada fracción se caracterizan

porque su tamaño se encuentra comprendido entre un valor máximo y un

valor mínimo, en forma correlativa para las distintas fracciones, de tal

modo que el máximo de una fracción es el mínimo de la que la sigue

correlativamente. La separación en fracciones se hace sencillamente por

malla, cuando es posible el cribado (tamizado); pero en suelos de granos

muy pequeño (finos), que forman grumos, deben adaptarse procedimientos

bastante más complicados para separar las partículas individuales.1

ANALISIS GRANULOMÉTRICO

El análisis granulométrico es el proceso por el cual se realiza la separación

del suelo en fracciones, según el tamaño de sus partículas.

Análisis mecánico ó granulométrico por tamizado.- se realiza con los

suelos gruesos (Referencia: ASTM D-422, AASHTO T88, MTC E 107-

2000).

Análisis granulométrico por sedimentación.- es el análisis que se realiza

con los suelos finos.

Análisis granulométrico combinado.- es el análisis que se realizan con

los suelos que poseen partículas gruesas y finas, empleando los dos

métodos anteriores.

1 Rico - Del Castillo, La Ingeniería de Suelos en las vías terrestres. Volumen I. Pág. 25. Editorial LIMUSA


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TAMAÑO O DIAMERO DE LAS PARTICULAS

Al tamaño de las partículas se le denomina también diámetro.

Suelos Gruesos.- En los suelos gruesos el diámetro de una partícula es

definido como la menor abertura de un tamiz a través del cual puede

pasar la partícula.

Suelos Finos.- El diámetro de la partícula de un suelo fino es obtenido a

partir de su velocidad de sedimentación y aplicando la Ley de Stokes.

FRACCIONAMIENTO

Es la separación de un suelo en partes o fracciones, de acuerdo con el

tamaño de las partículas.

Fracción Gruesa.- Es la fracción de suelo que queda retenida en el tamiz

Nº 200 (Gravas y/o arenas).

Fracción Fina.- Es la fracción que pasa el tamiz Nº 200 (Limos y/o

arcillas).

Ejemplo:

Supongamos que tenemos un suelo seco cuyo peso es 1,000 gr, y lo

hacemos pasar a través del tamiz Nº 200:

Vemos entonces que el 80% en peso total del suelo son gravas y/o arenas

y el 20 % son limos y/o arcillas.


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Si ahora queremos determinar cuáles son las cantidades de grava y arena

presentes en el suelo, hacemos pasar el suelo por los tamices Nº 4 y 200.

Luego el suelo está constituido por:

30 % de grava

50 % de arena

20 % de finos (limos y/o arcillas).

Para averiguar las cantidades de limo y arcilla hay que determinar las

características de plasticidad de los finos (como se verá más adelante).

USO DE LOS RESULTADOS DEL ANALISIS GRANULÓMETRICO.

El análisis granulométrico es útil porque ayuda a identificar:

1. Si el suelo puede ser fácilmente drenado.

2. Si el suelo es apropiado para su empleo en proyectos de construcción:

presas, caminos, etc.

3. Susceptibilidad a la acción de la helada.

4. Estimación de la ascensión capilar.

5. Si el suelo puede ser empleado en mezclas asfálticas o de concreto.

6. Diseño de filtros, para prevenir la pérdida de finos por arrastre del

agua.


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ANALISIS MECANICO POR TAMIZADO

Se hace pasar el suelo a través de una serie de mallas o tamices.

El tamiz de abertura más pequeña que se emplea es el tamiz Nº 200 (0.074

mm).

La muestra de suelo es previamente secada al aire y luego, por cuarteo, se

obtiene la cantidad necesaria de suelo a tamizar. La cantidad depende del

tamaño máximo de partículas:

Tamaño máximo de partículas Peso mínimo de la muestra de

Suelo (gr)

3” (75.00 mm) 5000

2” (50.00 mm) 4000

1 1/2” (37.50 mm) 3000

1” (25.00 mm) 2000

3/4” (19.00 mm) 1000

3/8” (09.50 mm) 500

CUARTEO DE LA MUESTRA DE SUELO:


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La cantidad de suelo seleccionada se pone a secar en el horno durante 24

horas a 110 5 ºC y se pesa:

= Peso total del suelo secado al horno

Si el suelo a ensayar no contiene finos que formen terrones imposibles de

romper o que formen costras sobre las partículas gruesas, se procede al

tamizado. Luego se procede a hallar el peso del material retenido en cada

tamiz y en el platillo o fondo. La diferencia entre el peso total del suelo

secada a horno y al suma de todos los pesos retenidos, debe ser igual ó

menor que el 1% del peso total seco. En caso contrario el ensayo deberá

repetirse.

Si el suelo posee finos que formen terrones muy duros y costras sobre las

partículas gruesas, entonces el material deberá ser sometido aun proceso

previo de lavado a través del tamiz Nº 200, para eliminar los finos.

Terminado el lavado deberá secarse el suelo al horno por 24 horas a 110

5 ºC:

= Peso del suelo secado al horno después del lavado.

La diferencia de peso [ - se sumará al peso del material que

quedó en el platillo.

Los resultados del análisis granulométrico son presentados en la forma de

una curva semilogarítmica denominada “curva de distribución


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granulométrica” ó “curva granulómetrica”, en la que las ordenadas

representan los porcentajes acumulados que pasan, y las abscisas

representan las aberturas de las malla.

La representación en escala semilogarítmica resulta preferible a la simple

representación natural, pues en la primera se dispone de mayor amplitus de

los tamaños finos y muy finos, que en escala natural resultan muy

comprimidos.

La forma de la curva da idea inmediata de la distribución granulómetrica

del suelo; un suelo constituido por partículas de un solo tamaño estará

representado por una línea vertical. En la siguiente figura se muestran

algunas curvas granulométricas reales.

A: Arena muy uniforme

B: Suelo bien graduado.

C: Granulometría de una arcilla (curva obtenida con hidrómetro)

D: Granulometría de una arcilla (curva obtenida con hidrómetro)

Tipos de curvas granulométricas


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CLASIFICACION DE LOS SUELOS POR SU GRADUACION2

El termino graduación se refiere a la distribución del tamaño de partículas

de un suelo. De acuerdo con esto, los suelos se clasifican en:

Suelos bien graduados.- Son aquellos que contienen proporciones

aproximadamente iguales de todos los tamaños de partículas y se

caracterizan por tener una curva de pendiente suave, que cubre un

amplio rango de tamaños de partículas. (Curva granulométrica B, figura

anterior).

Suelos mal graduados o pobremente graduados.-

Los suelos mal graduados o pobremente graduados, pueden ser:

Suelos Uniformes

Si la mayor parte de partículas se encuentran dentro de un estrecho rango

de tamaños, o si existe predominio de un tamaño en especial. La curva

granulométrica se caracteriza por tener una parte importante casi

vertical. (Curva granulométrica A, figura anterior).

Suelos de graduación discontinua o saltada

Son aquellos que contienen partículas grandes y pequeñas pero presentan

una ausencia casi total de partículas de tamaños intermedias. (Curva

granulométrica C, figura anterior).

2 Ing. Carla Insua Sharps. Catedrática Universidad Ricardo Palma. Facultad de Ingeniería Civil.


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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO (Ejemplo N º1)

Referencia.- ASTM-D422

Peso del suelo secado al horno: Ws = 8106.50 gr.


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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO (Ejemplo N º2)

Referencia.- ASTM-D422

Datos:

Peso total seco, Ws = 1972.95 gr

Peso seco después del lavado, Ws (lavado) = 1952.95 gr

Peso que pasa Nº 200 = Ws - Ws (lavado) = 20.00 gr


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COEFICIENTES DE UNIFORMIDAD Y DE CURVATURA

Como una medida simple de la uniformidad de un suelo, Allen Hazen

propuso el coeficiente de uniformidad:

CU = D60 / D10

Donde:

D60 = Tamaño tal, que el 60% en peso del suelo, sea igual o menor.

Diámetro correspondiente al 60 % de la curva granulométrica.

D10 = Llamado por Hazen diámetro efectivo, es el tamaño tal que sea

igualo o mayor que el 10%, en peso, del suelo. Diámetro

correspondiente al 10 % de la curva granulométrica.

En realidad, la relación definida por CU, es un coeficiente de no

uniformidad, pues su valor numérico decrece cuando la uniformidad

aumenta.3

Los suelos con CU < 3 se consideran muy uniformes.

3 Rico. Del Castillo. La Ingeniería de Suelos en las vías Terrestres. Volumen 1. Editorial LIMUSA.


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Un valor grande de este parámetro CU, indica que los diámetros D60 y D10

difieren en tamaño apreciablemente. No aseguran sin embargo, que no

exista un vacio de gradación, como el que se presenta cuando faltan por

completo o solamente existe una muy pequeña cantidad de diámetros de un

determinado tamaño.4

Como dato complementario, necesario para definir la uniformidad, se

define el coeficiente de curvatura del suelo con la expresión:

D30 se define análogamente que los D10 y D60.

En los suelos bien graduados:

Valores de muy diferentes de 1.0 indican que faltan una serie de

diámetros entre los tamaños correspondientes al D10 y D60.

4 Joseph F. Bowles. Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil. Editorial Mc Graw –Hil. Pag. 40


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Cálculos.- Ejemplo Nº 15

5 Universidad Nacional de Ingeniería. Facultad de Ingeniería Civil. Laboratorio de Mecánica de Suelos.

Curso Taller de Mecánica de Suelos.

D10 = 0.163

D30 = 0.287

D60 = 0.395


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Ejemplo Nº 2

D10 = 0.478

D30 = 5.158

D60 = 17.789


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DETERMINACION DE LA GRADUACION DE LOS SUELOS

Para la determinación precisa de la graduación de un suelo, se deberán

calcular los valores de su coeficiente de uniformidad y de su coeficiente de

curvatura.

Gravas bien graduadas:

CU > 4 ; 1 < CC < 3

Gravas uniformes o mal o pobremente graduadas:

Cuando no cumplen con uno o con los dos requisitos anteriores

Arenas bien graduadas:

CU > 6 ; 1 < CC < 3

Arenas uniformes o mal o pobremente graduadas:

Cuando no cumplen con uno o con los dos requisitos anteriores

LA GRADUACION EN EL COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS GRUESOS

La graduación es un factor que ejerce gran influencia en el

comportamiento de los suelos gruesos.

Los suelos bien graduados tienen un mejor comportamiento ingenieril que

aquellos que son uniforme o mal graduados.

Como los suelos bien graduados tienen partículas de todos los tamaños en

proporciones aproximadamente iguales, las partículas más pequeñas se

acomodan dentro de los espacios vacíos existentes entre las partículas

más grandes, lo que hace que las partículas se encuentren bien acuñadas,

y entonces son materiales estables:

- Son resistentes a la erosión o socavación.

- Pueden ser compactados hasta alcanzar una densidad muy alta.

- Desarrollan una gran resistencia al corte y gran capacidad de carga.


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Los suelos uniformes, mal graduados o pobremente graduados contienen

partículas pequeñas en cantidad insuficiente para llenar los vacios entre

las partículas más grandes, luego:

- Poseen una estructura abierta y porosa, aún después de ser

compactados.

- En consecuencia, el agua tendrá mayor facilidad para infiltrarlos y

erosionarlos.

- Pueden ser fácilmente desplazados cuando son sometidos a la

acción de cargas.

- Su resistencia al corte será menor.


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Ensayo de laboratorio:

Norma: (ASTM D-422). NORMA TÉCNICA PERUANA NTP 400.012

Equipo:

Agitador de tamices

http://es.slideshare.net/Alexander159/analisis-granulometrico-por-tamizado-38024430

https://www.google.com.pe/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CBsQFjAA&url=http%3A%2F%2Fbiblioteca.uns.edu.pe%2Fsaladocentes%2Farchivoz%2Fpublicacionez%2Fnorma_tecnica_peruana_dos.pdf&ei=HVhGVcnFDMycNo3ZgbgL&usg=AFQjCNFxY-0ADoH1a3BIvcxhl3P3t8iSNQ&sig2=NyaxnbwADQsz5aHoJIuxmg&bvm=bv.92291466,d.eXY


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Tamices (serie fina ó serie gruesa)

Balanza con sensibilidad de 0.1 gramo

Estufa de laboratorio


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Bandeja, cepillo y brocha

Frasco lavador de plástico

Material:

Muestra representativa de suelo


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1. CUARTEO DE LA MUESTRA.

2. SECADO AL HORNO.


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3. LAVADO POR LA MALLA Nº 200.


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4. SECADO EN EL HORNO DE LA MUESTRA LAVADA.


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5. TAMIZADO DE LA MUESTRA.

6. PESADO DEL MATERIAL RETENIDO EN CADA TAMIZ.

7. CORRECCIONES Y CÁLCULO.- Ver ejemplo anterior.


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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR SEDIMENTACIÓN.- Es el

análisis que se realiza con los suelos finos.

Las propiedades físicas de los suelos de partículas finas se identifican

con mayor seguridad mediante la determinación de la plasticidad, que

mediante su distribución granulométrica.6

No obstante, cuando se requiere conocer la susceptibilidad de los suelos

a la acción de las heladas, o su potencial hinchamiento (mediante el

cálculo de la actividad de las arcillas), o la susceptibilidad al

agrietamiento, es necesario conocer el porcentaje de material menor que

0.02 mm de diámetro.

El método del hidrómetro (densímetro), se basa en el hecho de que la

velocidad de sedimentación de partículas en un líquido es función de su

tamaño. Este método es ampliamente utilizado para obtener un estimado

de la distribución granulométrica de suelos cuyas partículas se

encuentran desde el tamiz Nº 200 (0.075 mm) hasta alrededor de 0.001

mm los datos se presentan en un gráfico semilogaritmico de porcentaje

de material más fino contra diámetro de los granos.

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 de las partículas del suelo en un fluido y el

tamaño de estas partículas. Aplicando esta Ley se obtiene el diámetro

equivalente de la partícula, que es el diámetro de una esfera, que

sedimenta con la misma velocidad que la partícula real.

La Ley de Stokes tiene la forma:

6 Ing. Carla Insua Sharps. Catedrática Universidad Ricardo Palma. Facultad de Ingeniería Civil.


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Donde:

Con el hidrómetro se puede precisar la variación del peso unitario de la

suspensión a medida que transcurre el tiempo.

Por otra parte, la ley de Stokes permite determinar el diámetro

equivalente de las partículas que, al sedimentarse, se encuentran a la

altura del cetro del bulbo del hidrómetro en un instante dado.

De la ecuación anterior despejando D, y utilizando el peso específico

del agua se tiene:

En esta ecuación para obtener la velocidad de caída de las partículas, V,

se utiliza el hidrómetro. Los demás valores se pueden obtener

perfectamente de tablas.

El rango de los diámetros D de partículas de suelo para los cuales esta

ecuación es válida es aproximadamente:

D

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


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particular del material que dependa intrínsecamente de la forma de

dicha curva. La conducta de la fracción de suelo cohesivo del suelo

dado depende principalmente del tipo y porcentaje de arcilla de suelo

presente, de su historia geológica, y del contenido de humedad más que

de la distribución misma de los tamaños de las partículas.7

7 Joseph F. Bowles. Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil. Editorial Mc Graw –Hil. Pag. 48

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