granulometría de los suelos

Carrera profesional: ing. civil

GRANULOMETRÍA DE LOS SUELOS

Se refiere a las proporciones relativas en que se encuentran las diferentes partículas minerales del suelo (grava, arena, limo y arcilla) expresada con base al peso seco del suelo (en %) después de la destrucción de los agregados.La granulometría estudia la distribución de las partículas que conforman un suelo según su tamaña, lo cual ofrece un criterio obvio para una clasificación descriptiva. La variedad del tamaño de las partículas casi es ilimitada.

TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS

Independientemente del origen del suelo, los tamaños de las partículas, en general, que conforman un suelo, varían en un amplio rango. Los suelos en general son llamados grava, arena, limo o arcilla, dependiendo del tamaño predominante de las partículas, ocasionalmente puede tener materia orgánica.

La textura y propiedades físicas del suelo dependerán del tamaño de ellas. Mayores tamaños de partículas significa mayor espacio entre ellas, resultando un suelo más poroso; menor tamaño de partículas tendrán menor espacio entre ellas dificultando el paso del aire y el agua, por tanto este suelo será menos poroso. Los tamaños de grano se han clasificado con base en las dimensiones dada en determinados estándares.

Cuando se realiza un análisis físico de una muestra de suelo, se define dentro de ella variados tamaños de grano que se enmarcan dentro de rangos específicos, definidos por diversas entidades o agrupaciones.

Para clasificar a los constituyentes del suelo según su tamaño de partículas, se han establecido muchas clasificaciones granulométricas. Básicamente todas aceptan los términos de grava, arena, limo y arcillas, pero difieren en los valores de los límites establecidos para definir cada clase.


Las fracciones tendrán denominaciones, según el sistema:

AASHTO: American Association Of State Highway and Transportation Official.ASTM: American Society For Testing and Materials.SUCS: Unifield Soil Clasification System.

GRANULARES: Gravas y Arenas (visible a simple vista). Gravas 63 mm > d > 2 mm Arena 2 mm > d > 0.063 mm

FINOS: Limos y Arcillas (no visibles). Limos 0.063 mm > d > 0.002 mm Arcillas < 0.002 mm

Granulares: (G) Gravas y (S) ArenasFinos: (M) Limos y (C) Arcillas

GRAVA: Son fragmentos grandes de roca, fácilmente identificables a simple vista.


ARENA: Son aquellos fragmentos los cuales en muchas ocasiones son apreciables sin necesidad de ayuda de equipos adicionales (lupa, microscopio). Están compuestas por partículas de un tamaño considerable, tienen un mayor espacio entre partículas, el agua drena muy rápidamente a través de ella.

LIMO: Compuesto por partículas intermedias entre la arcilla y la arena, en estado húmedo es difícil de trabajar. Los limos son fracciones microscópicas del suelo que constituyen granos muy finos de cuarzo y algunas partículas en forma de escamas que son fragmentos de minerales micáceos.

ARCILLA: Son principalmente partículas sub microscópicas en forma de escamas. Es un suelo compuesto por partículas muy pequeñas y con muy poco espacio entre ellas. La arcilla tiene la habilidad de retener el agua, pero el aire no puede penetrar en estos espacios, especialmente cuando ellos están saturados con agua.

Las partículas se clasifican como arcilla con base en su tamaño de grano y no contienen necesariamente minerales arcillosos, las arcillas se definen como aquellas partículas que desarrollan propiedades de plasticidad cuando se mezcla con una cantidad limitada de agua.

PRINCIPALES PROPIEDADES DEMANDADAS POR EL INGENIERO


Estabilidad Volumétrica:Los cambios de humedad son la principal fuente para la inestabilidad, se levantan los pavimentos, se inclina los postes y se rompen tubos y muros.

Resistencia Mecánica:La humedad la reduce, la compactación o el secado la levanta.

Permeabilidad:La presión de poros elevada provoca deslizamientos y el flujo de agua, a través del suelo, puede originar tubificación y arrastre de partículas.

Durabilidad:El intemperismo, la erosión y la abrasión amenazan la vida útil de un suelo, como elemento estructural o funcional.

Comprensibilidad:Afecta la permeabilidad, modifica la resistencia del suelo al esfuerzo cortante y provoca desplazamientos.

Las propiedades anteriores se pueden modificar o alterar de muchas formas: por medios mecánicos, drenaje, medios eléctricos, cambios de temperatura o adición de estabilizantes (cal, cemento, asfalto, sales, etc.)

DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO DE LAS PARTÍCULASTAMIZADO


SEDIMENTACIÓN

REPRESENTACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA

Siempre que se cuente con suficiente número de puntos, la representación gráfica de la distribución granulométrica debe estimarse preferible a la numérica en tablas

CURVA GRANULOMÉTRICA DE ALGUNOS SUELOS

Curvas en el gráfico:

(Azul) Arena con gravas.(Rojo) Arena gruesa.(Verde) Arcilla limosa.


GRANULARES: (G) Gravas 63 mm > d > 2 mm (S) Arena 2 mm > d > 0.063 mm

FINOS: (M) Limos 0.063 mm > d > 0.002 mm (C) Arcillas < 0.002 mm

Cuando se tienen que indicar los resultados esenciales de los análisis mecánicos de un gran número de suelos, puede resultar conveniente expresar las características granulométricas de cada suelo por medio de valores numéricos indicativos de algún tamaño de grano característico y del grado de uniformidad. El procedimiento más utilizado es el conocido con el nombre de método de Allen Hazen.


LIMITE LIQUIDO-LIMITE PLASTICO

LIMITE LÍQUIDO:Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un procedimiento normalizado en que una mezcla de suelo y agua, capaz de ser moldeada, se deposita en la Cuchara de Casagrande o Copa de Casagrande, y se golpea consecutivamente contra la base de la máquina, haciendo girar la manivela, hasta que el surco que previamente se ha recortado, se cierre en una longitud de 12 mm (1/2"). Si el número de golpes para que se cierre el surco es 25, la humedad del suelo (razón peso de agua/peso de suelo seco) corresponde al límite líquido.

LIMITE PLASTICO:Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un procedimiento normalizado pero sencillo consistente en medir el contenido de humedad para el cual no es posible moldear un cilindro de suelo, con un diámetro de 3 mm. Para esto, se realiza una mezcla de agua y suelo, la cual se amasa entre los dedos o entre el dedo índice y una superficie inerte (vidrio), hasta conseguir un cilindro de 3 mm de diámetro. Al llegar a este diámetro, se desarma el cilindro, y vuelve a amasarse hasta lograr nuevamente un cilindro de 3 mm.

LÍMITE DE CONTRACCIÓNEsta propiedad se manifiesta cuando una pérdida de humedad no trae aparejado un cambio de volumen. Es el contenido de humedad entre los estados de consistencia semisólido y sólido. Para su obtención en laboratorio se seca una porción de suelo (humedad inicial y volumen inicial conocidos) a 105ºC/110ºC y se calcula la humedad perdida según el siguiente cálculo:

MATERIALES


Esquema de la Copa de Casagrande y Acanalador para suelo cohesivo

COPA CASAGRANDE

Dispositivo mecánico que puede ser operado manualmente o con un motor eléctrico.

Base: es una plataforma de caucho duro que permite el rebote de la copa de bronce. La parte inferior está conformada de un caucho que aisla la plataforma de base y la superficie de trabajo. Copa de bronce: su peso incluido el manubrio debe estar entre 185 y 215 g.

Leva: diseñada para levantar la copa suave y continuamente hasta su máxima altura, sobre una distancia de por lo menos 180°de rotación de leva, sin desarrollar velocidad en la copa en el momento de la caída.

PROCEDIMIENTO

Preparar la muestra seca, disgregándola con el mortero y pasarlo por la malla No. 40 para obtener una muestra representativa de unos 250 gr. aproximadamente.


Colocar el suelo pasante malla No. 40 en una vasija de evaporación y añadir una pequeña cantidad de agua, dejar que la muestra se humedezca.

Mezclar con ayuda de la espátula hasta que el color sea uniforme y conseguir una mezcla homogénea. La consistencia de la pasta debe ser pegajosa.

Se coloca una pequeña cantidad de masa húmeda en la parte central de la copa y se nivela la superficie.Luego se pasa el acanalador por el centro de la copa para cortar en dos la pasta de suelo.

La ranura debe apreciarse claramente y que separe completamente la masa del suelo en dos partes.

La mayor profundidad del suelo en la copa debe ser igual a la altura de la cabeza del acanaladador ASTM.

Si se utiliza la herramienta Casagrande se debe mantener firmemente perpendicular a la superficie de la copa, de forma que la profundidad de la ranura sea homogénea.


Poner en movimiento la cazuela con ayuda de la manivela y suministrar los golpes que sean necesarios para cerrar la ranura en 12.7 mm (½ “).

Cuando se cierre la ranura en ½”, registrar la cantidad de golpes y tomar una muestra de la parte central para la determinación del contenido de humedad.

Este proceso se repite nuevamente con tres muestras más para lograr cuatro puntos a diferentes contenidos de humedad. Los siguientes rangos de golpes son los recomendados:

40 a 30 golpes25 a 30 golpes20 a 25 golpes20 a 15 golpes


LIMITE PLASTICOPROCEDIMIETO

El límite plástico es la humedad correspondiente en el cual el suelo se cuartea y quiebra al formar pequeños rollitos ó cilindros pequeños.

Conjuntamente con el límite líquido, el límite plástico es usado en la identificación y clasificación de suelos.

EQUIPO

Balanza, con sensibilidad a 0.01 gr. Placa de vidrio esmerilado de por lo menos 30cm. de lado, de forma

cuadrada por 1cm. de espesor Horno capaz de mantener la temperatura a 110 +5°C. Espátula de acero inoxidable, Cápsula de evaporación para el mezclado, puede ser de porcelana,

vidrio o plástico Taras numeradas.

Se trabaja con el material preparado para el límite líquido se toma aproximadamente 20gr

Luego se amasa el suelo y se deja que pierda humedad hasta una consistencia a la cuál pueda enrollarse sin que se pegue a las manos esparciéndolo y mezclándolo continuamente sobre la placa de vidrio.


El rollito debe ser adelgazado en cada movimiento hasta que su diámetro sea de 3.2 mm (1/8 pulg.)

La prueba continúa hasta que el rollito empieza a rajarse y tiende a desmoronarse.

Una vez que se ha producido el límite plástico se debe colocar el rollito en un recipiente de peso conocido y se pesa para determinar el contenido de humedad.

Seguidamente se vuelve a repetir la operación tomando otra porción de suelo.

El límite plástico es el promedio de ambas determinaciones

Relación entre el grado de expansión y el límite liquido según DAKSHANAMURTHY Y RAMAN (1973)

Relación entre el potencial de hinchamiento y el índice de plasticidad según Seed, Woodward y Luddgren, 1962.

INDICE PLÁSTICO = LÍMITE LÍQUIDO – LÍMITE PLÁSTICO

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