GRANULOMETRIA DE SUELOS

1- Definiciones Roca: Agregado natural de granos minerales unidos por grandes y permanentes fuerzas de cohesión Suelo: Agregado natural de granos minerales, con o sin componentes orgánicos, que pueden separarse por medios mecánicos comunes, tales como la agitación en el agua. En la práctica, no existe diferencia tan simple entre roca y suelo. Aun las rocas más rígidas y fuertes pueden debilitarse al sufrir el proceso de meteorización, y algunos suelos muy endurecidos pueden presentar resistencias comparables a las de la roca meteorizada. Agregado: Se emplea para designar una masa de suelo. Los agregados de suelo pueden definir textura, estructura, compacidad, consistencia y humedad. Bolones: Fragmentos de roca entre 80 y 300 mm. Grava: Agregados sin cohesión de fragmentos granulares, poco o no alterados, de rocas y minerales, cuyos tamaños varían entre 5 y 80 mm. Arena: Agregados sin cohesión, cuyos tamaños varían entre 0.08 y 5 mm. Limos: Suelos de grano fino con poca o ninguna plasticidad y de tamaño comprendido entre 0.005 y 0.08 mm. Arcillas: Son agregados de partículas pequeñísimas derivadas de la descomposición química de las rocas, son plásticas y el tamaño de sus partículas es menor a 0.005 mm Granulometría: Distribución porcentual en masa de los distintos tamaños de partículas que constituyen una muestra de suelo Curva granulométrica: Representación grafica del ensayo granulométrico. A partir de ella es posible observar la graduación de un suelo Tamiz: Elemento metálico formado por marcos, tejido, deposito receptor y tapa. El marco es un elemento circular metálico, con diámetro de 200 o 300 mm, suficientemente rígido y firme como para fijar el tejido. El tejido es una malla de alambre con aberturas cuadradas, que se fija en los bordes del marco. Para la realización del ensayo granulométrico se utiliza un juego de tamices, cuyos tamaños de abertura de los tejidos deben pertenecer a una serie normalizada. Cada juego de tamices debe estar provisto de un depósito que ajuste perfectamente para la recepción del residuo más fino y una tapa que evite la perdida de material El numero del tamiz, por ejemplo ASTM numero 4, expresa él numero de mallas por pulgada de tejido, es decir, existen 4 mallas o cuadrados de 5 mm por pulgada.

Porcentaje parcial retenido en un tamiz: Corresponde al porcentaje en masa del suelo directamente retenido en ese tamiz.

% retenido parcial = peso retenido en tamiz x 100 peso muestra total Porcentaje acumulado retenido en un tamiz: Corresponde al porcentaje en masa de todas las partículas de mayor tamaño que la abertura de un determinado tamiz. Se calcula como la suma de todos los porcentajes parciales retenidos en los tamices de abertura de mayor tamaño mas el porcentaje parcial de lo retenido en ese tamiz. Ejemplo: % retenido acumulado en tamiz 2” = % retenido parcial tamiz 3” + retenido parcial tamiz 2½” % retenido parcial tamiz 2” Porcentaje acumulado que pasa por un tamiz: Corresponde al porcentaje en masa de todas las partículas de menor tamaño que la abertura de un determinado tamiz. Se calcula como la diferencia entre el 100% y el porcentaje acumulado retenido en ese tamiz. Ejemplo: % acumulado que pasa por tamiz 2” = 100 – ( % retenido acumulado en tamiz 2” )

2- INTRODUCCIÓN TEORICA Los términos principales usados para describir los suelos son: grava, arena, limo y arcilla. La mayor parte de los suelos naturales se componen de una mezcla de dos o mas de estos elementos, y pueden contener por añadidura, material orgánico parcial o completamente descompuesto. A la mezcla se le da el nombre del elemento que parezca tener mayor influencia en su comportamiento, y los otros componentes se usan como adjetivos. Así una arcilla limosa tiene predominantemente las propiedades de la arcilla, pero contiene una cantidad significante de limo, y un limo orgánico esta compuesto principalmente de minerales cuyas partículas tienen el tamaño de las del limo, pero que contienen una cantidad importante de material orgánico A las gravas y a las arenas se les llama suelos de grano grueso, y a los limos y a las arcillas se les llama suelo de grano fino. La distinción radica en que pueden diferenciarse las partículas a simple vista. Los métodos para describir los suelos de grano grueso difieren de los que son apropiados para los de grano fino; por lo tanto, los procedimientos se explican bajo encabezados diferentes.

Los materiales de los suelos de grano grueso son fragmentos minerales que pueden identificarse principalmente tomando como base el tamaño de las partículas Las partículas que tienen un tamaño mayor que aproximadamente 5 mm se clasifican como grava. Sin embargo, si el diámetro excede de aproximadamente 80 mm, se aplica usualmente el nombre de bolones. Si los granos son visibles a simple vista, pero tienen un tamaño menor de aproximadamente 5 mm el suelo se describe como arena. Este nombre se modifica todavía mas dividiéndolo en gruesa, media o fina. En los Estados Unidos se ha adoptado la clasificación de la ASTM, cuyos limites dados en la tabla 1.1 se utilizan como normas para fines técnicos.

Tabla 1.1 Limites de los tamaños de los componentes del suelo Según la clasificación de la ASTM ( en milímetros )

- Bloques mayor a 300 mm - Bolones de 80 a 300 mm - Grava de 5 a 80 mm -Arenas de 0.08 a 5 mm - Limos de 0.005 a 0.08 mm - Arcillas menores a 0.005mm

Una descripción verbal completa de un suelo de grano grueso incluye la estimación de la cantidad de material de cada orden de tamaño, la graduación, la forma de las partículas, y la composición minerologica. La graduación o análisis granulométrico permite conocer la distribución por tamaño de la fracción de una muestra de suelo menor a 80 mm y en base a ella se pueden definir a los suelos como bien graduados, uniformes y de granulometría discontinua. Los suelos bien graduados contienen una buena proporción de partículas de todos los tamaños, variando de gruesas a finas; En este tipo de suelos las partículas finas tienden a encajar entre las partículas gruesas, con lo que se reduce a un mínimo la cantidad de huecos. En los suelos uniformes todas las partículas son de aproximadamente del mismo tamaño. Los suelos de granulometría discontinua son mezclas de partículas de tamaño grueso uniforme y partículas finas también de tamaño uniforme, faltando partículas de tamaño intermedio entre las gruesas y las finas. Todos los suelos que no están bien graduados, se denominan genéricamente mal graduados. El propósito del análisis granulométrico es determinar el tamaño de las partículas que constituyen un suelo y fijar, en porcentaje de su peso total, la cantidad de granos de distintos tamaños que el mismo contiene. El método mas usado y más directo para separar un suelo en fracciones de distinto tamaño consiste en el uso de tamices. Pero como la abertura de la malla más fina que se fabrica corrientemente es de 0.08 mm, el análisis granulométrico se restringe a partículas de suelo mayores de dicho tamaño

Para agregados menores a 0.08 mm, puede ser analizada la distribución por tamaño mediante la sedimentación de dicha fracción en agua destilada. Este método se conoce como método de Boyoucous o del hidrómetro Para el ensayo se utiliza una serie de tamices normalizados y numerados según diferentes escalas. Una de las mas utilizadas es la ASTM y cuyos tamaños de tamices son:

TABLA 1.2

ASTM Nch ( mm ) Real ( mm )

3” 80 75 2½” 63 63 2” 50 50 1½ 40 38 1” 25 25 ¾ 20 19 3/8 10 9.5 N 4 5 4.75

N 10 2 2 N 40 0.5 0.425 N 200 0.08 0.075 Los resultados de este ensaye pueden ser representados gráficamente en forma de una curva granulométrica semilogaritmica, en la que las abscisas representan el logaritmo del diámetro de las partículas, y las ordenadas el porcentaje en peso que pasa por un tamiz determinado, contenido en los materiales de suelo que se trate

3- DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRIA OBJETIVO DEL ENSAYO Determinar la distribución por tamaño de las partículas mayores que 0.08 mm de una muestra de suelo mediante tamizado NORMAS A UTILIZAR El ensayo se basa en la norma LNV 105 86 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA A REALIZAR

Homogeneizar cuidadosamente la muestra en estado húmedo y reducirla por cuarteo según LNV 1. Secar la muestra obtenida hasta masa constante a una temperatura de 110 +/- 5 grados Celsius Si hay presencia de material orgánico, la muestra se debe secar a una temperatura controlada de 60 grados Celsius La cantidad de material obtenido debe ser ligeramente superior al estipulado en 2.1, según el tamaño máximo del agregado.

2.1 – Cantidad mínima recomendada de muestra

TAMAÑO MÁXIMO CANTIDAD MINIMA Mm Kg 5 0.5

25 10 50 20 80 32

PROCEDIMIENTO

1- Pesar la muestra y registrar el valor con la letra A

2- Cortar la muestra en 80 mm, utilizando el tamiz de 3”. Pesar el material sobre y bajo el tamiz y registrar los valores como B y Z respectivamente.

3- Anotar el tamaño máximo de la muestra de la fracción

denominada con la letra B

4- Cortar en 5 mm todo el material de la fracción registrada con la letra Z, haciéndolo pasar por el tamiz numero 4. Determinar la masa que paso y quedo retenida en dicho tamiz, y registrar con la letra C y D respectivamente.

5- La fracción retenida en el tamiz numero 4 y registrada como D

se lava, se seca a masa constante y luego se pesa. Se registra como D

6- El material registrado como D , se hace pasar por una serie de

tamices, dispuestos según el tamaño de abertura decreciente

80 mm ( 3”)

63 mm (2½”) 50 mm ( 2”)

40 mm (1½”)

25 mm ( 1”) 20 mm (3/4 ) 10 mm ( 3/8 )

5 mm ( numero 4 )

7- Realizar tamizado mecánico o manual 8- Registrar la masa final retenida en cada tamiz 9- Del material menor a 5 mm registrado con la letra C, tomar por

cuarteo una cantidad entre 500 a 1000 gr y registrar su masa como C . Proteger el tamiz de 0.08 mm ( numero 200 ) con un tamiz numero 10, vaciar cuidadosamente el material sobre el y lavar con agua corriente, según LNV 71. Vaciar en un recipiente y secar a masa constante el material retenido en el tamiz de 0.08 mm a 110 +/- 5 grados Celsius y registrar como + C”

10- Se tamiza todo el material registrado como C” según la siguiente serie de tamices:

2 mm ( numero 10 ) 0.5 mm ( numero 40 )

0.08 mm ( numero 200 ) 11-Determinar la masa final del material retenido en cada tamiz y del material que pasa por el tamiz 0.08 mm, recogido en el deposito nota: La elección de la serie de tamices a utilizar, depende del material a ensayar. Un material para súbase, base o carpeta de rodado tiene diferentes especificaciones de bandas granulométricas a cumplir ( ver tabla numero 2 LNV 102 – 85 ) EXPRESIÓN DE RESULTADOS

1- Calcular el porcentaje de sobre tamaño de acuerdo a la expresión:

% sobre tamaño = B/A x 100 2- Calcular el porcentaje parcial retenido en cada tamiz del

Material bajo 5 mm, de acuerdo a la expresión: % retenido parcial = peso retenido tamiz x 100 C + D

3- Calcular el porcentaje retenido en cada tamiz del material Bajo 5 mm, de acuerdo a la expresión: % retenido parcial = peso retenido tamiz x C x 100 C x ( C + D )

4- Expresar la granulometría como porcentaje acumulado que Pasa por cada tamiz.

5- Expresar los resultados en forma grafica, mediante la curva

Granulométrica.

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