Unidad 3. Clasificacin e Identificacin de suelos

3.1 Granulometra.

Introduccin

Cuando se empez a realizar investigacin acerca de las propiedades de los suelos, se crey que

las propiedades mecnicas dependan directamente de la distribucin de los tamaos de las

partculas, los investigadores e ingenieros se abocaron a buscar mtodos adecuados para

determinar esta distribucin; hoy sabemos que estas propiedades no dependen del tamao de

las partculas presentes en un suelo, pero si es necesario conocer la distribucin de tamaos o

granulometra del suelo con fines de conocer la clasificacin del mismo , que nos permite inferir

cul ser su comportamiento mecnico e hidrulico , para poder planear el proceso adecuado

para la determinacin de sus propiedades con pruebas especficas que nos proporcionen datos

confiables para realizar proyectos de ingeniera civil.

El anlisis granulomtrico de un suelo consiste en separar y clasificar por tamaos los granos

que lo componen.

A partir de la distribucin de los granos en un suelo es posible formarse una idea aproximada de

otras propiedades del mismo.

Segn la composicin del suelo, la distribucin de tamaos de las partculas, generalmente se

puede determinar por los siguientes mtodos:

1. El anlisis con cribado para partculas mayores de 0.074 mm de dimetro.

2. El anlisis hidromtrico para tamaos de partculas menores a 0.074 mm.

3. Cuando el suelo tiene tamaos de partculas gruesas y finas se combinan los dos

mtodos anteriores.

El anlisis por cribado, se concreta a segregar el suelo por medio de una serie de mallas o

tamices con aberturas de diferentes tamaos o medidas para definir el tamao predominante

de estas.

El mtodo del hidrmetro se basa en la aplicacin de la ley de Stokes a una esfera que cae

libremente en un lquido o solucin.

El anlisis combinado o anlisis mecnico, consiste en la aplicacin de los dos mtodos citados

anteriormente a las porciones gruesas y finas de un mismo suelo; este es el caso que

comnmente se presenta en las tierras que se emplean en las construcciones.

Conceptos y Definiciones.

Analisis Mecnico. El anlisis mecnico es la determinacin del rango de tamao de partculas

presentes en un suelo, expresado como un porcentaje del peso seco total.

Analisis por cribado. El anlisis por cribado consiste en sacudir la muestra de suelo a travs de

un conjunto de mallas que tienen aberturas progresivamente ms pequeas, el suelo debe ser

seco y todos los grumos debern disgregarse en partculas pequeas antes de ser pasados por

las mallas, despus de que concluye el periodo de vibracin deber determinarse el peso

retenido en cada una de las mallas. Cuando los suelos son cohesivos resulta difcil disgregar los

grumos en partculas individuales, en tal caso el suelo se mezcla con agua para formar una

lechada que se lava a travs de las malla. Las porciones retenidas en cada malla se recolectan

por separado y se secan al horno antes de que el peso retenido en cada malla sea determinado.

Los resultados del anlisis por cribado se expresan generalmente como porcentaje del peso

seco total que ha pasado las diferentes mallas.

Curva de Distribucin Granulomtrica. Los resultados de una prueba de granulometra se

presentan con una grfica de distribucin granulomtrica, esta es la representacin de la

distribucin de tamaos que tiene un suelo, esta se realiza en un papel semilogaritmica; donde

el eje de los porcentajes que pasan la malla se expresa en una escala aritmtica de 0 a 100 %,

los valores de los dimetros de las partculas se colocan en el otro eje en escala

semilogaritmica.

Las curvas granulomtricas se usan para comparar diferentes suelos, adems, tres parmetros

bsicos del suelo se determinan con esas curvas que se usan para clasificar los suelos

granulares. Los tres parmetros del suelo son:

1. Dimetros efectivos

2. Coeficiente de Uniformidad

3. Coeficiente de Curvatura

1. Dimetros Efectivos. Los dimetros efectivos son los siguientes:

D10 = Es el dimetro correspondiente en la curva al 10 % de finos.

D30 = Es el dimetro correspondiente 30 % de los finos en la curva de distribucin

granulomtrica.

D60 = Es el dimetro correspondiente al 60 % de los finos en la curva de distribucin

granulomtrica.

2. Coeficientes de Uniformidad. El coeficiente de uniformidad est dado por la siguiente

ecuacin 4. 1 :

3. Coeficiente de Curvatura. El coeficiente de curvatura se expresa con la ecuacin 3.2 :

A continuacin se presenta una tabla con las mallas o tamices mas comunes y sus aberturas en

mm.

Cu = D60

D10 ..................3.1

Cz = (D30)2

D10 x D60 ..3.2

Figura 3.1. Curvas de Distribucin granulomtrica en dos suelos A y B

Tabla 3.1 Tamaos de mallas estndar.

Malla Abertura (mm) Malla Abertura (mm)

4 4.69 50 0.297

6 3.35 60 0.250

8 2.38 80 0.180

10 2.00 100 0.149

16 1.19 140 0.106

20 0.850 170 0.088

30 0.59 200 0.074

40 0.425 270 0.053

PRCTICA No. 4. Anlisis Granulomtrico mecnico de una muestra alterada

mediante cribado por mallas.

Competencia especifica de la Prctica 4. Determinar la distribucin granulomtrica de una

muestra alterada de suelo utilizando el mtodo de cribado con mallas.

Objetivo de la Prctica:

Determinar la distribucin de tamaos de las partculas de una muestra alterada de suelo a

travs del anlisis por cribado de mallas o tamices.

Figura 4. 2. Conjunto de mallas para una prueba de

laboratorio.

Material y equipos necesarios.

Juego de mallas para gravas: 3, 2,11/2",1, , ,3/8, No.4 Juego de mallas para arenas No.10, No.16, No. 30 , No.40, No. 50, No.60, No.100,

No.200 Charola (fondo) y tapa de las mallas Cucharn. Balanza de 5 kg. con aproximacin de 0.1 gr. Charola rectangular de 40 x 60 cm Esptula y vidrio de reloj. Malla No, 200 para el lavado del suelo que pasa la malla No. 4. Partidor de muestra o cuarteador. Horno o estufa a temperatura constante de 100 C. Charolas de aluminio. Vaso de precipitado de 1000 ml. Vibrador mecnico. Pisn para disgregar.

Procedimiento de la Prctica 4. Anlisis Granulomtrico mecnico de una muestra

alterada mediante cribado por mallas.

Preparacin de la muestra para la granulometra por cribado.

Se procede a preparar una muestra de suelo haciendo al inicio un cuarteo para poder trabajar

con una muestra que sea representativa del suelo y que esta sea de un tamao adecuado para

trabajar. (2 a 10 kg).

Figura 3.3 .Muestra de suelo colocada en forma de Montculo sobre una superficie horizontal para

iniciar el cuarteo. El montculo se aplasta con la pala hasta formar un crculo. El crculo se divide en

cuatro partes iguales llamadas cuartos.

Figura 3.4. Los cuartos se separan y se toman dos cuartos opuestos. De esta forma la muestra se reduce

a la mitad de su tamao. Los cuartos restantes se colocan en el saco. Esta operacin se repite hasta tener

la muestra al tamao requerido. Para la prueba de granulometra se requiere tener de 2 a 10 Kg.

Figura 3.5 Procedimiento del cuarteo para reducir la muestra.

Figura 3.6. La muestra obtenida despus del cuarteo se coloca en una charola y se introduce en el horno

de secado por un periodo de 18 a 24 horas a una temperatura de 100 C.

Cuando la muestra se ha secado se retira del horno se deja enfriar y se pesa. En este momento iniciamos

la prueba de granulometra.

El procedimiento para realizar el anlisis por cribado en mallas es el siguiente:

Procedimiento de la Granulometra de Gravas.

Paso 1. Del suelo secado al sol o en el horno a temperatura constante, disgregado y cuarteado

se obtiene una muestra representativa de entre 2 y 10 kg. , se pesa y se anota en la lmina No.

4 en donde dice anlisis efectuado con una muestra total de.

Paso 2. Se procede a pasar el material por el juego de mallas correspondiente a la granulometra

de las gravas 3 (76.2mm), 2 (50.4 mm), 1" (38.1 mm) ,1 (25.4), (19.1mm), (12.7 mm) ,3/8

(9.5 mm), No.4 (4.69 mm), colocando estas de la mayor a la menor abertura tal como se presenta

en la lmina 4.

Paso 3. El conjunto de mallas de gravas, con su fondo y la tapa se coloca en el vibrador

mecnico, por un tiempo de 10 minutos.

Paso 4. El material retenido en cada malla se pesa y se anota en la columna de peso retenido de

la lmina 4.

Paso 5. Todo lo anterior se realiza hasta la malla No. 4 y con el material que pasa dicha malla se

procede a obtener una porcin de suelo que sea representativa, para ello habr que pasar el

material las veces necesarias por el partidor de muestras o realizar un cuarteo manual, hasta

que se obtenga una muestra de entre:

Suelos arcillosos y limosos 500 gr.

Suelos arenosos. 500 a 1000 gr.

Paso 6. La muestra anterior se pone a secar totalmente (hasta que no empae el cristal de

reloj), esta se enfra y se pesa una muestra de 200 gr., la cual se vaca a un vaso de precipitado

se le agrega agua hasta llenarlo; con esto se procede a realizar la perdida por lavado del suelo.

Si el suelo en estudio, tiene una cantidad apreciable de grumos, este se deja en saturacin por

24 horas.

Procedimiento de la Prdida por lavado

Paso 1. Los 200 gr de suelo que pasan la malla No.4, obtenido por cuarteo se pesan en la

balanza con aproximacin de 0.1 gr, y se anota en peso antes de lavar de la lmina 4.

Paso 2. Este suelo se vaca en el vaso de precipitado llenndolo con agua.

Paso 3. El Lavado del suelo, consiste en agitar el suelo utilizando la esptula, haciendo figuras en

forma de ochos durante 15 segundos.

Paso 4. Se vaca el lquido a la malla No. 200, con el fin de eliminar los finos (que es el material

que pasa dicha malla), posteriormente se vierte ms agua al vaso y se agita de la forma antes

descrita

Paso 5. Cuando en la malla se acumule mucho material (arena), se reintegra al vaso, vaciando

agua sobre el reverso de la malla, siempre cuidando de no perder material; esto se har cada 5

veces que se vace agua con finos a la malla No. 200.Esta operacin se repite las veces

necesarias para que el agua salga limpia o casi limpia.

Paso 6. Cuando el suelo esta libre de finos, se seca al horno o a la estufa, se deja enfriar

posteriormente se pesa anotando este en la lmina 4 en peso despus de lavado.

Procedimiento de la granulometra de arenas.

Paso 1. El suelo secado despus de realizar la prdida por lavado se coloca en el juego de mallas

de arenas, colocando las mallas desde la malla No.10 (2.00 mm), No.16 (.19 mm), No. 30 (0.59

mm), No.40 (0.425 mm), No. 50 (0.297 mm), No.100 (0.149 mm) hasta la No.200 (0.074 mm),

como indica la lmina 4; llevar todo el conjunto de mallas al vibrador y agitar por espacio de

10 minutos.

Paso 2. Despus del vibrado en el agitador mecnico, se procede a pesar el material retenido en

cada malla, anotndolos en la lmina 4 en la columna de peso retenido.

Reporte del alumno (resultados). Anlisis Granulomtrico mecnico de una muestra

alterada mediante cribado por mallas.

El estudiante deber reportar los resultados obtenidos, para lo cual completara la informacin

solicitada en la lmina 4 de este manual. Para elaborar el reporte deber tomar en cuenta los

datos obtenidos en la prueba, posteriormente utilizando el programa excel, graficara los datos

de la lmina 4, para posteriormente obtener los resultados correspondientes a los porcentajes

de grava, arena, finos y los dimetros y coeficientes del suelo alterado analizado...

Reporte de la Prctica. Lmina 4.

1. Nmero de la muestra. El estudiante colocara el nmero de la muestra segn la

nomenclatura utilizada en el campo.

2. Banco No. El estudiante indicara el lugar donde se muestreo el suelo.

3. Pozo No. El estudiante colocara en este espacio el nmero de pozo donde se obtuvo la

muestra alterada de suelo.

4. Malla No. El estudiante colocara en esta columna el nmero de malla o criba a utilizar en la

prueba de granulometra de las gravas, colocndolas de mayor a menor abertura.

5. Abertura en mm. Se anotara en este espacio la abertura en mm, correspondiente a cada una

de las mallas colocadas en la columna 4.

6. Peso Retenido. El estudiante /equipo anotara en esta columna el peso del suelo (gr o kg)

retenido en cada una de las mallas. Se suman los pesos retenidos de cada malla y se verifica

ese total con el peso de la muestra que se coloc originalmente en el juego de mallas .Si el

error excede de 1 % se repite la prueba.

7. Anlisis efectuado con una muestra total de. En este espacio se colocara el peso seco (gr o

kg) de la muestra total que servir para el clculo de los porcentajes parciales retenidos.

8. % Parcial Retenido. En esta columna se calcula dividiendo el peso retenido en cada malla

entre el peso de la muestra total por 100. La suma de los porcentajes parciales retenidos debe

ser de 100 %.

9. % Acumulado Retenido. En esta columna se anotara el porcentaje acumulado que pasa las

mallas de las gravas, se calcula sumando los porcentajes retenidos hasta cada malla.

% Acumulado Retenido = Suma % parcial retenido .. 3.4

10. % Pasa la malla. En esta columna se anotara el porcentaje que pasa la malla, se calcula

restando a 100 % el porcentaje acumulado retenido. El porcentaje que pasa la malla No. 4, que

se obtiene en la fila de la malla No. 4 y la columna del % pasa recibe el nombre de K o

constante.

% Pasa = 100 - % acumulado retenido. 3.5

11. Peso de la muestra antes de lavar. El estudiante colocara en este espacio el peso de la

muestra que paso la malla No. 4 en gr. despus de secar y cuartear para iniciar el lavado.

12. Peso de la muestra despus de lavar. En este espacio se anotara el peso de la muestra seca

en gr. despus de haber realizado el lavado del suelo por la malla No. 200.

13. Diferencia. Se calcula restando al peso antes de lavar el peso despus de lavar: el valor

obtenido en gr. es el peso de los finos perdidos en el lavado. Este valor deber sumarse al peso

que paso la malla 200 y se qued en la charola de la tabla de granulometra de arenas.

% Parcial Retenido = Peso retenido X 100 . 3.3

Peso total

.

14. Prdida por lavado. Se calcula dividiendo la diferencia entre el peso seco inicial, se expresa

en porcentaje.

Prdida por lavado = Peso antes de lavar- peso despus de lavar x 100

Peso antes de lavar

15. Malla No. El estudiante colocara en esta columna el nmero de malla o criba a utilizar en la

prueba de granulometra de las arenas, colocndolas de mayor a menor abertura.

16. Abertura en mm. Se anotara en este espacio la abertura en mm, correspondiente a cada una

de las mallas de las arenas colocadas en la columna 15.

17. Peso Retenido. El estudiante /equipo anotara en esta columna el peso del suelo (gr o kg)

retenido en cada una de las mallas. Se suman los pesos retenidos de cada malla y se verifica

ese total con el peso de la muestra antes de lavar .Si el error excede de 1 % se repite la prueba

18. % Parcial Retenido. En esta columna se calcula dividiendo el peso retenido en cada malla

entre el peso de la muestra antes de lavar por 100.

19. % Acumulado Retenido. En esta columna se anotara el porcentaje acumulado que pasa las

mallas de arenas, se calcula sumando los porcentajes retenidos hasta cada malla.

% Acumulado Retenido = Suma % parcial retenido .. 3.7

20. % Pasa la malla No. 4. En esta columna se anotara el porcentaje que pasa con respecto a

la malla No. 4, se calcula restando a 100 % el porcentaje acumulado retenido.

% Pasa = 100 - % acumulado retenido. 3.8

21. % Pasa con respecto total. Se calcula multiplicando los porcentajes que pasan malla No. 4

por el porcentaje que pasa la malla No. 4, de la tabla de gravas.

Adicionalmente en el final de la lmina 4, se piden datos de identificacin del estudiante como

son: la clave del grupo, el nmero de equipo en que trabajo, su nombre completo, y la fecha en

que se realiz la prctica: as como el sello y la firma del encargado de dirigir la prctica.

En la lmina 4, podemos obtener los porcentajes de grava, arena y finos de la muestra de suelo

analizada por medio del cribado.

% Parcial Retenido = Peso retenido X 100 . 3.6

Peso antes de lavar

.

% Grava % acumulado retenido desde la malla de 3" hasta la malla No. 4

% Arena % pasa la malla No. 4 menos el porcentaje que pasa la malla 200

% Finos % que pasa la malla No. 200

La suma de los porcentajes de grava, arena y finos debe ser de 100 %.

Construccin de la Grfica Granulomtrica del suelo.

Para la construccin de la grfica granulomtrica del suelo se utilizan los valores obtenidos en

la lmina 4, los correspondientes a % pasa la malla y los valores de las aberturas en mm.

Con los valores obtenidos en la prueba de granulometra de gravas y arenas se construye la

grfica o curva de distribucin granulometra del suelo, es una grfica semilogaritmica, en el eje

de la X se colocan las aberturas de las mallas utilizadas en mm, y en el de las Y el porcentaje que

pasa con respecto al total de la muestra para el clculo de la granulometra de gravas y arenas.

La escala en el eje de las X es normal y en el de las Y es semilogaritmica.

Despus de trazar la curva de granulometra se determinan los dimetros efectivos D10,D30 y D60

en mm; con los cuales se determinaran los dos coeficientes, el de uniformidad y curvatura

utilizando las expresiones 3.1 y 3.2.

Los dimetros efectivos D10, D30 y D60 se determinan en la grfica interpolando en los valores del

% que pasa la malla en los valores del 10, 30 y 60 %. Para localizar los dimetros se determina el

punto donde la curva cruza a estas lneas y el punto donde se cortan se traslada a la escala de

aberturas y resulta ser el dimetro efectivo.

Tabla 4.2 Criterios para la determinacin de los porcentajes de grava, arena y

finos

% Grava= 69.17

Santa Gertrudis Copo % Arena= 22.1

Pozo No (3). 5A % Finos = 8.8

MALLA ABERTURA PESO % PARCIAL % ACUMULADO % QUE OBSERV.

No. (mm) RETENIDO RETENIDO RETENIDO PASA

(4) (5) ( 6) (8) (9) (10)

3" 76.2 0 0.00 0.00 100.00 Analisis

2" 50.8 21 0.70 0.70 99.30 efectuado

1 1/2" 38.1 91 3.03 3.73 96.27 con una

1" 25.4 128 4.27 8.00 92.00 muestra

3/4" 19.1 278 9.27 17.27 82.73 total de

1/2" 12.7 494 16.47 33.73 66.27 3000

3/8" 9.5 454 15.13 48.87 51.13 (gr)

No.4 4.76 609 20.30 69.17 30.83 ( 7)

charola 924 30.80 99.97

Suma 2999 99.97 Kgrava

Peso de la muestra antes de lavar (11) = 217.3 gr

Peso de la muestra despues de lavar (12) = 158.2 gr

Diferencia (13) = 59.1 gr

Prdida por lavado (%)( 14) = (11 -12)/ 11 = 27.20 %

MALLA ABERTURA PESO % PARCIAL % ACUMULADO

No. (mm) RETENIDO RETENIDO RETENIDO Muestra 4 Muestra total

(15) (16) ( 17) (18) ( 19) ( 20) (21)

No. 10 2.00 57.8 26.60 26.60 73.40 22.6

No. 16 1.19 20.7 9.53 36.13 63.87 19.7

No. 30 0.59 28.9 13.30 49.42 50.58 15.6

No. 40 0.425 13.6 6.26 55.68 44.32 13.7

No. 50 0.297 9.9 4.56 60.24 39.76 12.3

No. 100 0.149 15.7 7.23 67.46 32.54 10.0

No. 200 0.074 8.8 4.05 71.51 28.49 8.8

charola 61.9 28.49 100.00

Suma 217.3 100.00

Nombre del alumnos: Mara Rojas Prez Finos

Equipo. 5 Grupo : 4C

Fecha : 4 de octubre de 2013 Firma :

Banco No. (2)

PERDIDA POR LAVADO

% QUE PASA

No. Muestra (1) : 1

INSTITUTO TECNOLGICO DE MRIDA

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRALABORATORIO DE INGENIERA CIVIL

ANALISIS GRANULOMTRICO

LMINA 4

D10 = 0.160 mm Cu = D60/D10 = 68.75

D30 = 4.70 mm

D60 = 11.00 mm Cz = (D30)/ (D60 x D10 ) = 12.55

Nombre del alumnos: Mara Rojas Prez

Equipo No 5 Grupo : 4C

Fecha : 4 octubre de 2013 Firma :

GRFICA DE DISTRIBUCIN GRANULOMTRICA DEL SUELO

RESULTADOS

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.1 1 10 100

%

Pasa

la

Malla

D60

D30

D10

Abertura de las Mallas (mm)