1
Características básicas
Granulometría y Plasticidad
2
Indice
1. Introducción
2. Granulometria
3. Plasticidad
4. Carta de Casagrande
3
1. IntroducciónEl objetivo de caracterizar y clasificar un suelo, es el de
prever su comportamiento, mecánico e hidráulico, en obras de ingeniería, en minería, en medio ambiente, lograr conocer su forma de ocurrencia, y la geometría de sus capas, como de sus elementos constitutivos, en el lugar de estudio.
Para el diseño final de fundaciones y estructuras importantes la Descripción e Identificación de suelos y rocas y la determinación de sus Propiedades Índice, permiten caracterizar y clasificar los materiales en grandes grupos.
Estos resultados deben complementarse con ensayos de campo y laboratorio que permitan determinar sus propiedades mecánicas e hidráulicas como ser:
permeabilidad,
resistencia al corte
deformabilidad bajo carga.
4
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO
Clasificación TexturalSe agrupan los suelos por tamaños de granos en:
GravasArenasLimoArcilla
2. Granulometría
5
Fracciones y graduación de las partículas de suelos
Los tamaños de las partículas individuales que constituyen los suelos varían entre el de un canto rodado y el de una molécula grande. El proceso de separar, dentro de ciertos límites, una muestra de suelo en sus diferentes tamaños de partículas, se conoce como análisis granulométrico.
Este análisis permite obtener una descripción en cifras de las fracciones (tamaño o diámetro medio) y graduación (distribución de estas fracciones) de las partículas de un suelo.
El propósito es determinar el tamaño de las partículas o granos que constituyen un suelo y fijar, en porcentaje de su peso total seco, la cantidad de granos de distintos tamaños que contiene.
6
Límites entre fracciones granulométricas gruesas(según ASTM D 2487-85)
Fracciones Gruesas Diámetro de partículas (mm)
Grava G Grava Gruesa 75,00 – 19,00
Grava Fina 19,00 – 4,75
Arena Gruesa 4,75 – 2,00
Arena S Arena Media 2,00 – 0,425
Arena Fina 0,425 – 0,075
La descripción completa de suelos de grano grueso debe contener, además de
las proporciones por tamaño, la graduación, la forma de las partículas y la
composición mineralógica. Todos estos aspectos afectan sus propiedades
mecánicas e hidráulicas.
7
•La graduación, determinada mediante análisis granulométrico, permite definir a los suelos como:
bien o mal graduados,
uniformes o de granulometría discontinua.
Graduación
8
•La forma de las partículas gruesas de un suelo influye
en la compacidad y estabilidad del depósito en su conjunto. Se describe, dependiendo de la agudeza de
sus aristas y vértices, con los términos:
redondeada,
subredondeada,
angulosa
subangulosa
Forma
9
Forma (cont.)
Las diagonales punteadas corresponden a la “regularidad” de la
partícula:R = (R+S)/2
redondez =Σri/N
rmax-insc
r max-insc
r min
-circ
esfe
ricid
ad =
0.1 0.3 0.5 0.7 0.9
0.3
0.5
0.7
0.9
0.3
0.5
0.7
0.9
rmáx-insc
rmin-cir
10
Mineralogía
Al
Si
Al
Si
Al
Si
0,12 µm
Al
Si
Si
Al
Si
Si
Al
Si
Si
0,96 µm
ion potasio K
K
Problemas
Kaolinita Illita Montmorillonita
Al
Si
Si
Al
Si
Si
Al
Si
Si
0,96 µm
11
Kaolinita Illita Montmorillonita Láminas simples de
tetraedros de sílice (T)
combinados con láminas
simples de octaedros de
alúmina (O).
Láminas de octaedros de
alúmina entre y
combinadas con dos
tetraedros de sílice (TOT-
TOT)
Misma estructura básica
que la Illita.
Sustitución isomorfa
muy limitada
Sustitución de Al por Mg
y Fe en láminas
octaédricas y sustitución
parcial de sílice por Al en
láminas tetraédricas
Sustitución parcial de Al
por Mg en láminas
octaédricas. Moléculas de
agua y cationes (de
intercambio) diferentes del
K presentan un espacio
entre las láminas
combinadas TOT.
láminas TO:TO
posicionadas juntas por
enlaces de hidrógeno.
Absorben poco agua.
Bajo potencial de
expansión y contracción.
Láminas TOT:TOT
combinadas posicionadas
por enlaces debidos a
iones K. Absorbe más
agua que las Kaolinitas y
tiene mayor potencial de
expansión/contracción
Enlaces débiles entre
láminas TOT debidas a los
iones. Extremadamente
ávida de absorber agua
entre las láminas TOT,
importante potencial de
expansión/contracción.
Mineralogía (cont.)
12
Tamizado
El método más directo
para suelos de grano
grueso consiste en
hacer pasar una
muestra de suelo
seco, a través de una
serie de tamices
(cernidor o criba) de
tamaño y geometría de
malla estandarizada.
13
Normas de ensayo
En la Ingeniería Civil es frecuente dividir los suelos en dos grandes fracciones usando el tamiz #4 (4,75 mm):
Fracción Gruesa y Fracción Fina.
El procedimiento está normalizado:
ASTM D 422-63(“Particle-Size Analysis of Soils”)
ASTM D 421-85(“Dry Preparation of Soil Samples for Particle-Size Analysis and Determination of Soil Constants”).
14
Dentro de los suelos de grano fino, de tamaño
microscópico y submicroscópico, se encuentran:
-los limos (M) (entre 0,075 y 0,002 mm, distinguibles
mediante microscopio)
-las arcillas (C) (menores a 0,002 mm, distinguibles
mediante microscopio electrónico).
Esta separación granulométrica es arbitraria. La
separación entre arcillas y limos corresponde a diferencias de comportamiento más que a tamaño.
Algunas normas toman 0,005 mm en vez de 0,002 mm
15
Granulometría
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.001 0.01 0.1 1 10 100Abertura tamiz (mm)
% p
asa
1/2"
1/4" 3/4"
#4
#10
#40
#100
#200 1"
4"
Representación gráfica del tamizado
hidrómetro Tamizado
16
mm designación100 4"25 1"19 3/4"
12,5 1/2"6,3 1/4"4,76 #4
2 #100,425 #400,15 #100
0,075 #200
Serie de tamices
17
Representación gráfica del tamizadoGranulometría
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.001 0.01 0.1 1 10 100Abertura tamiz (mm)
% p
asa
1/2"
1/4" 3/4"
#4
#10
#40
#100
#200 1"
4"
f c
gravel fraction
f m
Sand fractionclay
f m c
Silt fraction
stonec
18
Representación gráfica del tamizadoGranulometría
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.001 0.01 0.1 1 10 100Abertura tamiz (mm)
% p
asa
1/2"
1/4" 3/4"
#4
#10
#40
#100
#200 1"
4"
f c
gravel fraction
f m
Sand fractionclay
f m c
Silt fraction
stonec f c
gravel fraction
f m
Sand fractionclay
f m cf m c
Silt fraction
stonec
arci
lla li
mos
alim
o ar
enos
oli
mo m
uy a
renoso
aren
a bie
n g
raduad
agr
ava
bien
gra
dua
da
19
Representación gráfica del tamizado
#2000
20
40
60
80
100
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Abertura tamiz (mm)
% p
asa
1/2"
1/4" 3/4"
#4
#10
#40
#100
1"
4"
Dx
x %
50%
D50
10%
D10
30%
D30
60%
D60
90%
D90
D10 = diámetro efectivo de partículas
20
Coeficientes de uniformidad y curvatura
Granulometría
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.001 0.01 0.1 1 10 100Abertura tamiz (mm)
% p
asa
1/2"
1/4" 3/4"
#4
#10
#40
#100
#200 1"
4"
f c
gravel fraction
f m
Sand fractionclay
f m c
Silt fraction
stonec f c
gravel fraction
f m
Sand fractionclay
f m cf m c
Silt fraction
stonec
D10
D30 D60
Cu = D60/D10 Coeficiente de uniformidad
Cc = D302/(D60 x D10) Coeficiente de curvatura
Suelo bien graduado
gravas: 1 < Cc < 3 y Cu ≥ 4
arenas: 1 < Cc < 3 y Cu ≥ 6
21
Estos tamaños de partículas no son distinguibles visualmente, se usa como
criterio de identificación otra propiedad de los suelos finos relacionada con
el tamaño de los granos: su velocidad de sedimentación en un líquido.
v = 1 (γs - γl) g d2 = c d2
18 η
v = velocidad de la partícula en el fluído
d = diámetro medio de la partícula
γs = densidad de la partícula
γl = densidad del fluído
g = aceleración gravitatoria
η = viscosidad del medio
Stokes considera partículas
esféricas, habría que introducir
un factor de forma
Granulometría de fracciones finas
(< tamiz#200)
Ley de Stokes:
La velocidad de sedimentación de una partícula de suelo en un
líquido es función de su diámetro medio de la viscosidad del
líquido y de la forma de la partícula (esto último se desprecia)
22
La ley de Stokes' es aplicable a esferas de 0.02 mm a 0.0002 mm de diámetro. Al aplicarla a partículas cayendo en el agua, los errores pueden deberse a:
1.Las partículas de suelo no son esferas
2.El fluído no es infinito
3.La gravedad específica de las distintas partículas puede variar
4.Las partículas grandes pueden generar turbulencias al caer
5.Las partículas pequeñas pueden generar movimientos Brownianos
6.La introducción y remoción del hidrómetro puede generar alteraciones
7.El ensayo es realizado para partículas de diámetro de hasta 0.07 mm
Con un manejo apropiado de las técnicas de laboratorio todos estos puntos salvo el primero pueden ser controlados y los problemas resultantes pueden ser ignorados en ensayos normales.
Granulometría de fracciones finas
(< tamiz#200)
t1 t2 t3 t40 t1 t2 t3 t40
23
3. Plasticidad
24
LiquidoPlástico
sólido
semi-plástico
sólido
Indice Plástico (IP)
Humedad natural
Vd Vs
Va
Vo
lum
en t
ota
l d
el s
uel
o
WR WLWP
Contenido de agua (%)
Plasticidad - Indices de consistencia
LR = WR Límite de retracción
LP = WP Límite plástico
LL = WL Límite líquido
25
sólido rígido semi-sólidoestado
sólido-plástico líquido
humedad
Índice de liquidez
0 LR LP LL
LI < 0 LI = 0 0 < LI < 1 LI = 1 LI > 1
LI = W - LP PI
Indice de liquidez
W < LP
ε
τW = LP
W = LL
ε
τ
W > LL
ε
τ
Se define el intervalo de plasticidad del suelo: PI = LL – LP
(Plasticity Index)
26
Tamaño de grano
Roca Grava
(Gravel)
Arena
(Sand)
Limo y Arcilla
(Silt and Clay)Coarse Fine Coarse FineMedium
300 mm 75 mm
19 mm
No.4
4.75 mm
No.10
2.0 mm
No.40
0.425 mm
No.200
0.075
mm
No se especifica
tamaño de grano:
Carta de
Plasticidad
27
Carta de Plasticidad
28
Carta de Plasticidad
• La linea A separa los
materiales arcillosos
de aquellos limosos,
así como los
orgánicos de los
inorgánicos,
• La línea U marca el
límite superior para
todos los suelos.
Nota: Sí algún ensayo
da valores que
queden a la
izquierda de la línea
U debería repetirse
el ensayo..
Limos orgánicos e inorgánicos,
arcillas limosas de baja plasticidad,
arenas finas limosas o arcillosas
Arcillas
inorgánicas
plásticas medias
Arcillas inorgánicas
de baja plasticidad,
arcillas arenosas y
limosas
Arcillas limosas, limos
arcillosos y arenosos
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
U-line
PI = 0
.9 (L
L-8
)
A-line
PI = 0
.73 (L L
-20)
Arcillas inorgánicas
de alta plasticidad
CH
Arenas finas
micáceas o
diatomeas y suelos
limosos, limos
elásticos, limos
orgánicos, arcillas y
arcillas limosas
OH
ó
MHOL
ó ML
CL
CL-ML
ML
60
50
40
30
20
10
0
7
4
LL(%)
IP (%)
29
Algunos suelos del Uruguay
LL vs. IP
Libertad-Dolores
IP = 0,724 LL - 9,996
n = 573
Fray Bentos
IP = 1,016 LL - 24,96
n = 77
Suelos Puerto Montevideo
IP = 0,785 LL - 11,01
n = 49
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
LL(%)
IP(%
)
30
Datos de suelos uruguayos
N media mín máx desvío CV (%)
WL 44 19 92 13 28.2
WP 22 13 38 4.2 18.8
WL 40 23 78 14.8 37.2
WP 25 17 31 3.3 13.5
WL 112 69 148 22 20
WP 35 20 47 6.4 18.2
WL 29 19 45 5.1 17.6
WP 17 12 22 2.1 12.3Tacuarembó 71
Libertad Dolores
Fray Bentos
Puerto Montevideo
573
77
49
31
media σ
(%) (%)
WL 37 10 28
WP 19 3.2 17
Mvdeo-San Carlos WL 44.5 12 27
Linea de alta
tensión (2)WP 21.6 3.6 17
WL 48.6 12 25
WP 23.4 3.6 15
WL 29.7 2.6 9
WP 18.9 1.2 6
WL 39.8 6.8 17
WP 21.1 2.9 14
WL 52.2 13 24
WP 26.4 3.8 14
WL 43.6 12 28
WP 22 4.2 19
Montevideo A (6) 32
Modelo
General417
“26 de Octubre”
(5)28
107
COVICO (3) 52
CONAPROLE (4) 28
CV
(%)
Area Piloto (1) 68
identificación del
sitio N
Resultados de estudio de casos
Form. Libertad Dolores
LL = 0.2625 LP + 11.09
R2 = 0.3492
0
10
20
30
40
0 10 20 30 40LL
LP
28 muestras
Valores medios Desvío Standard CV(%)
LL = 29.7 σLL = 2.6 8.8
LP = 18.9 σLP = 1.2 6.1
mín máx
LL = 24 LL = 35
LP = 17 LP = 25
Datos CIM Conaprole
32
Prof. (m) DNV Mont. DNV SaltoLemac Geot. I Geot. II Geoproyectos
media σ CV (%)
1 42 37 32 40 37 53 40.2 7.1 17.8
1.5 39 38 32 41 35 51 39.3 6.5 16.6
2 37 31 34 36 34 48 36.7 5.9 16.2
2.5 42 38 35 41 37 47 40 4.3 10.73 44 43 40 43 38 53 43.5 5.2 11.9
3.5 51 42 45 52 48 66 50.7 8.4 16.5
4 54 43 46 52 47 55 49.5 4.8 9.8
1 23 28 17 22 20 21 23.2 4.3 18.4
1.5 23 26 18 20 19 21 22.3 3.3 14.6
2 22 23 19 18 19 21 21 2.1 10
2.5 19 24 19 20 17 22 21.3 2.3 11
3 20 26 19 22 19 23 22.7 2.9 13
3.5 26 28 20 23 21 21 24.3 3.5 14.44 24 26 20 23 22 20 23.2 2.7 11.7
WL
WP
Comparación de laboratorios
Datos: Estación Montevideo A (UTE) Con. Paso del Sauce
33
Comparación de laboratorios (cont.)
WL & depth
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
0 50 100WL (%)
dep
th (
m)
Lemac
DNV Mont.
DNV Salto
Geotécnica I
Geotécnica II
Geoproyectos
WP & depth
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
0 20 40WP (%)
dep
th (
m)
Lemac
DNV Mont.
DNV Salto
Geotécnica I
Geotécnica II
Geoproyectos
34
Soil mean σσσσ CV (%)
Type WL WP WL WP WL WP
Single-Operator Results CH 59.8 20.6 0.7 0.5 1.2 2.4
CL 33.4 19.9 0.3 0.4 0.9 2.0
ML 27.4 23.4 0.5 0.3 1.8 1.3
Multilaboratory Results CH 59.8 20.6 1.3 2.0 2.2 9.7
CL 33.4 19.9 1.0 1.2 3.0 6.0
ML 27.4 23.4 1.3 0.9 4.7 3.8
Síntesis de resultados de ensayos de laboratorio
realizados por triplicado (ASTM D4318-00).
Comparación de laboratorios (cont.)
35
Resumen
- Granulometría y Plasticidad son características básicas para la clasificación de un suelo
-El tamizado permite determinar el tamaño de las distintas
partículas así como la importancia relativa de las distintas fracciones en la composición de la muestra total.
-La determinación de los distintos límites de consistencia:Límite líquido,
Límite plástico,Límite de retracción,
Indica el comportamiento del suelo respecto a su contenido enagua, lo cual es fundamental para determinar sus parámetros
de resistencia.
Top Related