7/29/2019 MS1-05

1/8

CAPITULO 5

ANALISIS MECANICO DE LOS SUELOS GRANULOMETRIA

PROGRAMA ANALITICO

AO LECTIVO: 1999 - 2000

ASIGNATURA: MECANICA DE SUELOS ELEMENTAL

Temtica

Captulo 5 GRANULOMETRIA DE LOS SUELOSSub cap. 5.1 Introduccin, objetivos

5.2 Anlisis granulomtrico5.3 Representacin granulomtrica

5.3.1. Parmetros de la granulometra

Tamao Nominal Mximo

Dimetro efectivo

Dimetro equiparable

Dimetro Dimensional

Coeficiente de Uniformidad

Coeficiente de Curvatura5.4 Pendiente de la curva granulomtrica

5.5 Influencia del tamao en el comportamiento mecnico de los suelos5.6 Influencia de la granulometra en el comportamiento mecnico de los suelos5.7 Anlisis por el Hidrmetro5.8 Anlisis por Sifoneado5.9 Ejercicios descritos en el Manual didctico de prcticasP-5 Prcticas de Laboratorio

CAPITULO 5

ANALISIS MECANICO DE LOS SUELOSGRANULOMETRIA

5.1 Introduccin.

En los comienzos de la investigacin de la Mecnica de Suelos, se crea que las propiedadesmecnicas se deban exclusivamente a la distribucin. Hoy se ha descartado tal hiptesis, peroconservado el criterio de que para los suelos gruesos tales como gravas y arenas la distribucin de laspartculas incide directamente en las propiedades ndice y en las hidrulicas, ms no es directa la

relacin en las propiedades tcnicas.

37

7/29/2019 MS1-05

2/8

Igualmente en los suelos gruesos, cuyas distribucin de partculas se puede llegar a conocer portamices o mallas se podrn intuir ciertas propiedades fsicas, si el material tiene buena graduacin, quele har de un buen comportamiento ingenieril, as mismo se podr intuir la permeabilidad del suelo,aunque al realizar la prueba se destruya totalmente la estructuracin de la masa.

En cambio en los suelos finos el comportamiento ingenieril depende de su historia geolgicaque es el tiempo en que se definen las propiedades tcnicas y cualquier intento de conocer su

graduacin dar resultados intiles y que nicamente se debern conocer por pura informacin.

5.2 Anlisis Granulomtrico

Este mtodo consiste en separar una muestra de suelo convenientemente seleccionada engrupos de partculas que tienen el mismo rango de tamaos lo que se logra con la utilizacin de tamices.

Las aberturas se han estandarizado de acuerdo a las especificaciones de la U.S. BUREAU OFSTANDARDS o la TYLER STANDARD, de acuerdo con la tabla siguiente:

TYLER STANDARD U.S. BUREAU OFSTANDARDS

MALLANUMERO

ABERTURAmm

MALLANUMERO

ABERTURAmm

3" 76.200 4 101.6002" 50.800 2 50.800-- 26.670 1 25.400-- 18.850 19.100-- 13.320 12.700-- 9.423 3/8 9.5203 6.680 6.3504 4.699 # 4 4.7606 3.327 # 6 3.360

8 2.362 # 8 2.3809 1.981 # 10 2.00010 1.655 12 1.68020 .833 20 0.84035 0.417 40 0.42060 0.246 60 0.250100 0.147 100 0.149200 0.074 200 0.074270 0.053 270 0.053400 0.038 400 0.037

En la Mecnica de Suelos es conveniente nicamente utilizar solo algunos de stos tamicespara poder definir la forma de la curva de distribucin de suelos y otros parmetros importantes.

Los grupos de partculas se pesan y se expresan como porcentaje del total, pudindose asdefinir si es que existe una buena distribucin o mala distribucin.

5.3 Representacin Granulomtrica.-

Los grficos debern realizarse en papel semilogartmico de cuatro ciclos, en la escala vertical de las ordenadas se coloca el porcentaje que pasa y en la escala logartmica de cuatro ciclos se colocael tamao que puede estar en pulgadas, centmetros nmero de los tamices.

38

7/29/2019 MS1-05

3/8

5.3.1 Parmetros de la Granulometra.-Los parmetros de la granulometra dan una informacin completa, tcnica y comprensible del

material analizado, as identifican el tamao mximo de las partculas, el dimetro efectivo, loscoeficientes de uniformidad, y curvatura y en general si el suelo est bien o mal distribuido.

TAMAO NOMINAL MAXIMO.-

Es el tamao de las partculas mayores que se encuentran en la muestra. Algunos autores re-presentan al TNM como el tamao del grupo de partculas que alcanzan el 5% del total de la muestra.

DIAMETRO EFECTIVO.-

Es el tamao del grupo de partculas que representan al 10% del material que pasa, expresadoen milmetros. (D10).

DIAMETRO EQUIPARABLE.-

Es el tamao del grupo de partculas que representan al 30% del material que pasa expresadoen milmetros (D30).

DIAMETRO DIMENSIONAL.-

Es el tamao del grupo de partculas que representan al 60% del material que pasa expresadoen milmetros (D60).

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD.-

Este parmetro fue propuesto por William Hazen:

Cu = D60 / D10

Fsicamente el coeficiente es ms bien de no-uniformidad ya que la relacin existente esinversa, es decir, si el nmero del Cu decrece, la uniformidad aumenta. Si el Cu es mayor que 3 lossuelos tienden a ser bien graduados, en cambio si el Cu es menor que 3 los suelos tienden a ser malgraduados o muy uniformes.

COEFICIENTE DE CURVATURA.-

Este coeficiente es til para poder determinar la graduacin del material.

Cc = D30 / (D60 x D10)

39

7/29/2019 MS1-05

4/8

Cuando Cc est entre 1 y 3 los suelos estn bien graduados en cambio si el Cc es menor que 1 mayor que 3, los suelos sern uniformemente distribuidos, o sea, mal graduados.

5.4 Pendiente de la Curva Granulomtrica.-

Despus del ensayo granulomtrico, cuando se ha obtenido todos los pesos parcialesacumulados y de la representacin de la curva podemos analizar por simple inspeccin lo siguiente:

Si las curvas son muy verticales los suelos sern mal distribuidos, entonces curvas hacia el ladoizquierdo del grfico identifican gravas mal graduadas si estn a la derecha identificarn arenas malgraduadas.

Si las curvas tienen una pendiente moderada, los suelos sern bien distribuidos, si estn a laderecha del grfico, sern gravas bien graduadas, si estn a la izquierda sern arenas bien graduadas.

Si las curvas son horizontales significarn que tienen mala distribucin de las partculas comoen el caso de los limos y arcillas y que generalmente no se grfica.

Por ltimo si las curvas abarcan con pendiente moderada todo el grfico de izquierda a derecha,entonces el suelo analizado es una mezcla bien proporcionada de grava, arena, limos y arcilla.

40

7/29/2019 MS1-05

5/8

5.5 Influencia del tamao en el comportamiento mecnico de los suelos

Los suelos granulares y especficamente las gravas son excelentes materiales paracimentacin, capa de sustentacin, capas de filtro, drenaje y subdrenaje, por lo tanto los suelos degranos gruesos son altamente favorables para la Ingeniera Civil.

Si los suelos gravosos estn mezclados con arenas, la capacidad de soporte aumenta

considerablemente, toda vez que los poros de las gravas estn siendo llenadas por las partculas dearenas, su comportamiento es favorable siempre y cuando estn encajonados o con muros desustentacin.

Cuando se encuentran los suelos que estn proporcionalmente mezclados entre gravas arenasy limos realmente se ha conseguido el mejor comportamiento estructural de la masa que tendr lamayor y ms homognea resistencia.

Se alcanzarn los grados ms altos de densificacin y por lo tanto de compactacin, se lograrimpermeabilizar impidindose que el agua circule a travs de su masa, todas estas caractersticas se lasha aprovechado especialmente en el rea de vas y todas las calzadas de preferencia tendrn estossuelos bien distribuidos.

Los suelos nicamente arenosos son peligrosos, ya que factores externos como el agua lluvialos disgrega con facilidad, por lo que se recomienda que estos suelos se los utilice siempre y cuandoexista la posibilidad de encajonarlos.

Los suelos limosos tambin son peligrosos, especialmente si los limos son de carcter orgnicoo estn mezclados con suelos orgnicos ya que son inestables, presentan grandes deformaciones y porlo tanto grandes asentamientos.

Los suelos arcillosos son los que tiene partculas de menor tamao y su comportamiento esdesfavorable para la Ingeniera Civil, aunque se debe resaltar que en los suelos finos, el tamao de laspartculas no es relevante, ya que aparecen otras propiedades que le dan un comportamiento cir-cunstancial que puede aparecer en ocasiones y en otras desaparecer.

En conclusin, nicamente en los suelos friccionantes el comportamiento mecnico estrelacionado al tamao de las partculas, mientras que en los suelos cohesivos el tamao carece deimportancia frente a la Plasticidad.

5.6 INFLUENCIA DE LA GRANULOMETRIA EN EL COMPORTA MIENTO MECANICO

El anlisis granulomtrico se refiere a la determinacin de la cantidad porcentual de los distintostamaos de las partculas que constituyen la muestra, fiel reflejo del suelo examinado.

Para el conocimiento de la composicin granulomtrica existen diferentes procedimientos,siendo el ms utilizado el mtodo del tamizado el cual es ideal para los suelos de grano grueso, pero el

mtodo se va dificultando cada vez que las partculas disminuyen de tamao, tenindose entonces querecurrir a mtodos de lavado de sedimentacin y de Sifoneado.

A fin de evitar una serie complicada de ensayos que utilizan distintos procedimientos y leyesfsicas para la determinacin de una granulometra, se ha convenido que el anlisis concluya en el tamiz# 200 (0.074 mm) considerando adems que los suelos menores a dicha malla son finos y que nointeresan sus caractersticas granulomtricas.

El ensayo granulomtrico est definido segn las normas ASTM D 422-63 , AASHTO T88-70INEN (consulta). y el ensayo est especificado en el Manual de Prcticas de Laboratorio de Mecnica deSuelos.

5.6 Anlisis por el hidrmetro

41

7/29/2019 MS1-05

6/8

El mtodo se basa en el hecho de que la velocidad de sedimentacin de las partculas en unlquido, es funcin de su tamao, con ste procedimiento se logra determinar la distribucingranulomtrica de los suelos hasta 0.2 micras, ya que abajo de ste lmite las partculas se venafectadas por el movimiento BROWNIANO y no se sedimentan.

La ley fundamental en la que se base el procedimiento del hidrmetro se la debe a G.G.STOKES, sta proporciona una relacin entre la velocidad de sedimentacin de las partculas en un

fluido y el tamao de esas partculas.

Al aplicar la ley se obtiene el dimetro equivalente de esta partcula, que es el dimetro de unaesfera con igual " Ss " que el suelo que se sedimenta con la misma velocidad de la partcula real.

En partculas equidimensionales el dimetro es equivalente al 50% del dimetro real, pero enpartculas laminares el dimetro real puede llegar a ser hasta el cudruplo del equivalente, o sea, el400%.

Como se puede observar, el clculo del dimetro efectivo trae implcito un error ya que laspartculas en las cuales se hace el ensayo son generalmente alargadas (menores al # 200 o 0.074 mm).

La ley de Stokes se expresa as:

v = 2 (s - f) DDe donde: 9 n 4

D = (18 n v)s - f

y cuya simbologa es la siguiente:

v = velocidad de sedimentacin de la esfera de igual Sss = peso especfico de la esfera en gr/cm3

f = peso especfico del fluido que vara de acuerdo con la temperatura.n = viscosidad del fluido en gramos seg/cm2

D = dimetro de la esfera en milmetros

En la lmina siguiente se esquematiza el mtodo del:

Este mtodo se ve afectado por las siguientes hiptesis:1.- La ley de Stokes nicamente se aplica sobre suspensin de suelo y no al suelo como

tal.

2.- Unicamente al comienzo de la prueba la suspensin es uniforme y de baja

42

7/29/2019 MS1-05

7/8

concentracin (50gr/lt) la que vara durante el tiempo que dure el ensayo.

3.- El rea de la seccin recta del hidrmetro es despreciable en comparacin a la de laprobeta, por lo tanto tericamente el bulbo no interfiere en la sedimentacin de las partculas en el ins-tante de efectuarse una medicin, lo que no es cierto en la realidad.

4.- En la suspensin todas las partculas de un mismo dimetro D estn uniformemente

distribuidas y todas se sedimentan a la misma velocidad por lo tanto al pasar un tiempo " t " todas laspartculas habrn recorrido la distancia H = v * t

Por lo tanto midiendo el peso especfico relativo de una misma suspensin a la mismaprofundidad pero en distintos tiempos, puede obtener cualquier nmero de puntos para la curvagranulomtrica.

Unicamente en casos muy especiales en que se necesite conocer la granulometra de los suelosmuy finos se requerir de este ensayo, de lo contrario habr suficiente informacin de un anlisismecnico de la fraccin gruesa.

A la utilizacin de los dos mtodos: la granulometra por cribado y el anlisis de una suspensinse le denomina:

"Anlisis Mecnico Combinado".

En todo caso se debe aclarar que para suelos de partculas muy finas menores al tamiz # 200las caractersticas granulomtricas pierden importancia, asomando otras que si son trascendentes en elcomportamiento del suelo y que fueron analizadas en el captulo de la Plasticidad.

5.7 ANALISIS POR SIFONEADO

Se ha considerado este mtodo como un sistema prctico mediante el cual con un mnimoequipo y tiempo se puede encontrar resultados semejantes a los alcanzados por el mtodo estndar odel hidrmetro.

En forma semejante al de la sedimentacin, este mtodo se basa en el principio expresado porla ley de Stokes que establece que la velocidad de cada de una esfera pequea en un medio fluidoviscoso est en relacin directa con la aceleracin, el dimetro, pesos especficos de los slidos y delfluido, y en relacin inversamente proporcional a la viscosidad del lquido.

En donde: v = g d (1 - 2)18 n

as: v = velocidad de cada en cm/segd = dimetro de la esfera en cm1 = peso especfico de la esfera2 = peso especfico del fluidog = aceleracin de la gravedad en cm/segn = viscosidad

Al aplicar la Ley de Stokes en la determinacin del tamao de las partculas menores al tamiznmero 200 debern tomarse en cuenta las limitaciones siguientes:

1.- Las partculas menores al tamiz nmero 200 ya no son esfricas, sino laminares

2.- La Ley de Stokes toma en cuenta el movimiento de una sola partcula, por lo tanto notoma en cuenta ni la influencia ni la interferencia de unas partculas con otras.

Las limitaciones anteriores entre otras nos indican que el anlisis granulomtrico de un suelofino basado en el principio de sedimentacin es aproximado.

En ste mtodo se ha considerado que la velocidad de sedimentacin de las partculas de Limoes de un centmetro por segundo, y ste valor tiene un factor de seguridad pues al cabo de un minuto

todas las partculas de limo se habrn sedimentado en condiciones de temperatura y peso especficoprevaleciente.

43

7/29/2019 MS1-05

8/8

En la lmina siguiente se esquematiza el ensayo de Sifoneado.

5.9 Ejercicios y Practicas de Laboratorio.

Todas las especificaciones de los ensayos as como los ejercicios constan detalladamente en elManual Didctico de Prcticas de Laboratorio de Mecnica de Suelos. en la Ingeniera Civil

44