Laboratorio de Granulometria

Clasificación de los Suelos

Clasificación de los Suelos MSc. Hugo Egoavil Perea 1

Mecánica de Suelos 1

Análisis del Tamaño de Partículas

• La clasificación de los suelos tiene como principal objetivo el de dividir éstos en grupos de comportamiento similar para un determinado uso.

• Al clasificar un suelo lo que se quiere es agruparlo en una determinada categoría o tipo de suelo, indicativo de unas características o propiedades del mismo.

• Una primera clasificación básica de los suelos es la que los divide en suelos Granulares y Cohesivos.



• El tamaño de las partículas de un depósito de suelo tiene una influencia fundamental en las propiedades y en el comportamiento ingenieril del depósito.

• Las partículas se describen en función de su tamaño, no existe una definición del tamaño de partículas que sea estándar a nivel internacional.

• Este tamaño puede variar desde grandes bloques de partículas hasta partículas microscópicas.



* Las unidades son mm

Usualmente los suelos son mezclas de distintos tamaños.


Descripción de las

partículas

Normas Británicas

AASHTO ASTM Unificado

Grava 60 – 2 75 – 2 > 2 75 – 4.75

Arena 2 – 0.06 2 – 0.05 2 – 0.075 4.75 – 0.075

Limo 0.06 – 0.002 0.05 – 0.002 0.075 – 0.005 < 0.075 (Finos)

Arcilla < 0.002 < 0.002 < 0.005


La clasificación de suelos agrupa materiales con propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas similares:

• Gravas

• Arenas

• Limos

• Arcillas


Suelos Granulares

Suelos Cohesivos


El comportamiento de Suelos Granulares depende del Esqueleto

sólido y por lo tanto de propiedades tales como:

– Granulometría

– Compacidad

– La forma de sus partículas

El comportamiento de Suelos Cohesivos depende de:

– Humedad

– Mineralogía

– Estructura



Los suelos más comunes son:

• Gravas (G): Son acumulaciones sueltas de fragmentos de rocas (meteorización física).

• Arenas (S): Material de grano fino procedente de la denudación de las rocas o de su trituración artificial, su origen es análogo al de las gravas (las dos suelen encontrarse juntas).



• Limos (M): Son suelos de granos finos con poca o ninguna plasticidad, pueden ser limos inorgánicos (canteras; no plásticos) o limos orgánicos (ríos; plásticos). Los terrenos secos tienen una cohesión apreciable pero se pueden reducir a polvo entre los dedos

• Arcillas (C): Las partículas no son visibles a simple vista, tienen propiedades fisicoquímicas. Son suaves al tacto, se secan lentamente y se pegan a los dedos, los terrones secos se pueden partir pero no se pueden reducir a polvo.



SIMBOLOGÍA


Análisis Granulométrico

• El conocimiento de la composición granulométrica de un Suelo Granular sirve para discernir sobre la influencia que puede tener en la densidad del material.

• El “Análisis Granulométrico” es la determinación de la cantidad en porciento de los diversos tamaños de las partículas que constituyen el Suelo.

• El objetivo del “Análisis Granulométrico” es conocer la distribución de los tamaños de las partículas de los suelos.



• Suelos Granulares: Procedimiento por Tamizado, que consiste en segregar el suelo mediante una serie de mallas que definen el tamaño de la partícula.



• Suelos Finos: Procedimiento por Sedimentación (Ley de Stokes), velocidad de precipitación de una partícula esférica sometida a su peso propio dentro de un líquido viscoso, densímetro de Casagrande.



• Conocida la Granulometría se la representa gráficamente “Curva Granulométrica”, donde se grafica el tamaño del Tamiz vs % que pasa la Malla (inferiores al tamaño).



• Representación de los tamices:

• En general los tamices, se diferencian por el ancho de su abertura, así se tiene los siguientes tamices: 3”, 2 ½”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, ¼”, Nº4, Nº 8, Nº 10, Nº 20, Nº 40, Nº 60, Nº 100, Nº 200.




GRANULOMETRIA POR TAMIZADO

GRANULOMETRIA POR

SEDIMENTACIÓN


CURVA DE UN AGREGADO GRUESO



CURVA DE UN AGREGADO GRUESO


Curva Granulométrica

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.10 1.00 10.00 100.00

Diámetro de las Partículas (mm)

% A

cu

mu

lad

o Q

ue P

asa

Limo y ArcillaFina

Arena Grava

0.075

Media Gruesa Fina Gruesa

0.425 2.00 4.75 19.00 75.00


CURVA DE UN SUELO GRANULAR FINO



CURVA DE UN SUELO GRANULAR FINO



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.10 1.00 10.00 100.00


% A

cu

mu

lad

o Q

ue P

asa

Limo y ArcillaFina

Arena Grava

0.075 Media Gruesa Fina Gruesa

0.425 2.00 4.75 19.00 75.00


CURVA DE UN SUELO FINO



CURVA DE UN SUELO FINO



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.10 1.00 10.00 100.00


% A

cu

mu

lad

o Q

ue P

asa

Limo y ArcillaFina

Arena Grava

0.075


0.425 2.00 4.75 19.00 75.00


Dx: diámetro para el cual x % de partículas pasan ese tamiz


D10: Diámetro que deja pasar el 10% del suelo D30: Diámetro que deja pasar el 30% del suelo D60: Diámetro que deja pasar el 60% del suelo




0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.10 1.00 10.00 100.00


% A

cu

mu

lad

o Q

ue P

asa

Limo y ArcillaFina

Arena Grava

0.075


0.425 2.00 4.75 19.00 75.00

D60 D30

D10


COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD (Cu)

Una indicación de la variación o rango de tamaños de los granos presentes en la muestra se obtienen mediante el Coeficiente de Uniformidad, definido como:

Este valor indica la uniformidad del suelo, se considera un suelo uniforme cuando el Cu es menor a 2, es decir el suelo no es graduado sino prácticamente uniforme en el diámetro de sus partículas (Coeficiente de no uniformidad)



COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD (Cu)


)(6

)(4

ArenasC

GravasC

u

u

2uC


COEFICIENTE DE CURVATURA(Cc)

El Coeficiente de Curvatura Cc , es una medida de la forma de la curva entre el D60 y el D10 y se define de la siguiente forma:

Valores de Cc muy diferentes a 1.0 indican que falta una serie de diámetros entre los tamaños correspondientes al D60 y D10, un suelo bien gradado tendrá valores entre 1 y 3



GRADACIÓN (GRANULARES)

BIEN GRADUADA (W)

• Grava (G): Cu > 4 1 < Cc < 3

• Arena (S): Cu > 6 1 < Cc < 3

MAL GRADUADA (P)

Si no cumple ninguna de las condiciones anteriores



GRAVA MAL GRADUADA (GP)



ARENA BIEN GRADUANA (SW)



ANGULARIDAD (GRANULARES)


Descripción Criterio

Angulares

Presentan bordes bien definidos y caras

relativamente planas con superficies sin pulir

Sub-Angulares Son similares a las angulares

pero con los bordes redondeados

Sub-Redondeadas Presentan lados casi planos pero esquinas y bordes bien

redondeados

Redondeadas Presentan lados curvos y no tienen bordes ni esquinas


CONTENIDO DE FINOS (GRANULARES)


Valor (%) Descripción

< 5 No Indicar

5 – 12 Ligeramente Arcillosa Ligeramente Limosa

12 – 30 Arcillosa Limosa

30 - 50 Muy Arcillosa Muy Limosa


CONTENIDO DE OTRA PORCIÓN GRANULAR (GRANULARES)

• Contenido de arena en gravas o de grava en arenas.

• Grava mal graduada arenosa (si el % de arena es mayor a 30%)



< 15 No Indicar

15 – 29 Ligeramente Gravosa / Arenosa

≥ 30 Gravosa / Arenosa


CONTENIDO DE GRANULARES (FINOS)



< 15 No Indicar

15 – 29 Ligeramente Gravoso Ligeramente Arenoso

≥ 30 Gravosa Arenosa



• Extendida: Aparecen todos los tamaños

• Uniforme: Todas partículas del mismo tamaño

• Continua: Tamaños en misma proporción

• Discontinua: Faltan tamaños


“En Suelos Granulares la distribución por tamaños puede estar relacionado con sus propiedades Físicas (por ejemplo suelos bien graduados tienen un buen comportamiento), sin embargo en Suelos Finos sus propiedades dependen de su estructura, plasticidad, etc, es por eso que la granulometría en este tipo de suelos por sí sola no es muy indicativa”



LIMITACIONES DE LA GRANULOMETRÍA

• El proceso de tamizado no provee información sobre la forma de los granos del suelo, solamente da información sobre los granos que pueden pasar y quedar retenidos en determinados tamices.

• En muestras de cierto tamaño no siempre se puede garantizar que todas las partículas pasen por el tamiz respectivo, ya que es posible que no sean capaces de orientarse adecuadamente para pasar a través de él.



LIMITACIONES DE LA GRANULOMETRÍA • Las partículas más pequeñas podrían no haber sido

totalmente separadas en el proceso de pulverización e incluso las partículas más finas (fracción menor que la malla #200), pueden adherirse a las partículas mayores y no pasar a través del tamiz adecuado.

• La Ley de Stokes asume que las partículas que están sedimentándose son de forma esférica, lo cual sabemos que es falso ya que los suelos finos, que son los que se ensayan en este caso, tienen por lo general, formas alargadas y achatadas.



PROCEDIMIENTO DE TAMIZADO

Cantidad de Muestra:




1. Del suelo secado al sol, disgregado y cuarteado, se obtiene una muestra representativa, la cual es pesada y se anota el peso en el registro del formato correspondiente.

2. Se procede a pasar el material por las diferentes mallas, que van de mayor a menor abertura tal y como se presentan en el formato de registro propio para este ensayo, para este proceso se debe aplicar un movimiento vertical y horizontal de tamiz de manera que las partículas sean retenidas por la abertura de malla correspondiente.




3. El material retenido en cada malla se va pesando y anotando en la columna de peso retenido.

4. Todo lo anterior se realiza hasta la malla No. 4 y con el material que pasa dicha malla se procede a obtener una porción de suelo que sea representativa, esta muestra debe de estar entre 500 y 1000 gr




5. La muestra anterior se pone a secar totalmente, esta se enfría y se pesa una muestra de 200 gr, la cual se coloca en un recipiente de aluminio y se vacía agua hasta llenarlo; con esto se procede a realizar el Lavado del suelo.

6. El Lavado del suelo, consiste en agitar el suelo utilizando el alambrón con punta redondeada, haciendo figuras en forma de “ochos” durante 15 segundos.




6. Se vacía el líquido a la malla No. 200, con el fin de eliminar los finos (que es el material que pasa dicha malla), posteriormente se vierte más agua al recipiente y se agita de la forma antes descrita.

7. Cuando en la malla se acumule mucho material (arena), se reintegra al recipiente, vaciando agua sobre el reverso de la malla, siempre cuidando de no perder material; esto se hará cada 5 veces que se vacíe agua con finos a la malla No. 200. Esta operación se repite las veces necesarias para que el agua salga limpia.




8. El suelo es secado al horno o a la estufa, se deja enfriar y después se pasa por las siguientes mallas, que son la No. 10 a la No. 200.




9. Se procede a pesar el material retenido en cada malla.

10. Se realizan los cálculos de: % retenido parcial, % retenido acumulado, % que pasa; se dibuja la curva granulométrica.

11. Se calculan: los % de grava, de arena y de finos, así como los Coeficientes de uniformidad (Cu) y de Curvatura (Cc).



PRECAUCIONES EN EL PROCESO DE TAMIZADO

• Nunca modificar la orientación de una partícula moviéndola con las manos. Puede agitarse la malla vertical y/o lateralmente para hacer que pase, pero no hacerla pasar a la fuerza.

• Verificar que el peso del material antes del ensayo y la suma de los pesos de las fracciones retenidas no difiera en más del 1%, de lo contrario habría que repetir el ensayo.



PRECAUCIONES EN EL PROCESO DE TAMIZADO

• Manipular la malla #200 con muchísimo cuidado, pues es muy delicada y susceptible de sufrir daños.

• Procurar no perder material, especialmente cuando se esté lavando por la malla #200.



Tamiz Diámetro (mm) Peso Retenido Parcial

(gr) % Retenido Parcial

% Retenido Acumulado

% Que Pasa

3" 76 mm - - - 100.00

2" 50.8 mm - - - 100.00

1 1/2" 38.10 mm 1960 10.47 10.47 89.53

1" 25.4 mm 2320 12.40 22.87 77.13

3/4" 19.05 mm 2310 12.34 35.21 64.79

3/8" 9.52 mm 3700 19.77 54.98 45.02

N°4 4.75 mm 1850 9.89 64.87 35.13

Pasa N°4 (Total - Mallas) = 6575 35.13 100.00 0.00

SUMA = 18715 100.00


El peso del Material es de 18715gr



El peso del Material para el Fino es de 200gr

Tamiz Diámetro (mm) Peso Retenido Parcial

(gr) % Retenido Parcial

% Retenido Acumulado

% Que Pasa

N°10 2.00 mm 31.50 5.53 70.40 29.60

N°20 0.84 mm 26.60 4.67 75.07 24.93

N°40 0.425 mm 28.80 5.06 80.13 19.87

N°60 0.25 mm 22.00 3.86 84.00 16.00

N°100 0.15 mm 24.70 4.34 88.34 11.66

N°200 0.075mm 18.00 3.16 91.50 8.50

Pasa N°200 (Total - ∑Mallas) = 48.40 8.50 100.00 0.00

SUMA = 200.00 35.13



El % que pasa la malla N°200 = 8.5% < 50%

SUELO GRANULAR

Puede ser Grava (G) o Arena (S)



El % que pasa la malla N°4 = 35.13%

Analizaremos la Fracción Gruesa:

Grava: 100% - 35.13% = 64.87%

Arena: Peso Pasa N°4 – Peso Pasa N°200

: 35.13% - 8.5% = 26.63%

GRAVA (G)



Como el % que pasa la malla 200 es 8.5%, que esta entre el valor de:

Grava Ligeramente Arcillosa - Limosa


< 5 No Indicar

5 – 12 Ligeramente Arcillosa Ligeramente Limosa

12 – 30 Arcillosa Limosa

30 - 50 Muy Arcillosa Muy Limosa


• Como el % de Finos es < 12%, Calculamos Cu y Cc

D10 = 0.11mm

D30 = 2.20mm

D60 = 16.74mm

Cu = 152

Cc = 2.63


BIEN GRADUADO (W)

Consultas?

• UNIVERSIDAD RICARDO PALMA – V CICLO • Facultad de Ingeniería Civil • Semestre: 2013-I • MSc. Hugo Egoavil Perea • Email: [email protected]

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