1

Geotécnica

Instituto de Estructuras y Transporte

“Prof. Julio Ricaldoni

TABLAS Y ÁBACOS (EN REVISIÓN) Curso de

Geología de Ingeniería

Prof. Adjunto Marcos Musso

Ayudante Gonzalo Bango

Setiembre, 2020 Montevideo, Uruguay.

2

ÍNDICE

Página Minerales 3-8 Rocas Ígneas 9 Rocas Sedimentaria 10-12 Índice Físicos-Clasificación de Suelos 13-17 Mecánica de Rocas 18-26

3

MINERALES TABLA DE MINERALES (basada en el Manual de Mineralogía de Dana – Hurlbut & Klein) Parámetros para Identificación en Muestra de mano

Escala de Mohs

(Dureza) Minerales Brillo Hábito Color (más frecuente) Clivaje/Fractura Particularidades

10 Diamante Vítreo Octahédrico Amarillo, gris, incoloro Exfoliación

octahédrica buena Dureza muy alta. Frecuentemente

maclado

9 Corindón Vítreo Hexagonal tabular,

piramidal Variable

Fractura

rombohédrica, basal Variedad roja (rubí), azul (zafiro)

8 Topacio Vítreo Prismático,

granular, masivo Amarillo, gris, variable 1 regular Se suele hallar en pegmatitas

7-8 Andalucita No metálico,

sub-vítreo Prismático Pardo rojizo, verde Fractura irregular Sección basal cuadrada

7-8 Estaurolita No metálico Prismático Rojo, pardo, negro Fractura irregular Macla en cruz

7-8 Espinela No metálico Octahédrico Rojo, negro, azul,

pardo 1 buena

Comunmente maclado- Asociado a

calizas

7-8 Circón No metálico Prismático Pardo, gris, rojo,

incoloro Fractura irregular Utilizado en dataciones

7 Cuarzo Vítreo Prismático

hexagonal Incoloro, blanco,

variable Fractura concoide

Cristales con terminaciones

rombohédricas. Variedad de formas

de cristalización.

6-7 Olivino Vítreo a graso Granular, masivo Verde, gris, pardo

oscuro Fractura irregular Granos diseminados en rocas básicas

6-7 Granate Vítreo a mate Prismático,

dodecahédrico rojo “granate”, variable Fractura irregular

Mineral común en rocas

metamórficas

6-7 Epidoto Vítreo a mate Prismático, tabular Verde pistacho 1 regular Color característico

4

6-7 Pirita Metálico Prismático, cúbico,

octahédrico Amarillento, gris Regular cúbica Color de raya negro, a veces maclado

6-7 Plagioclasa (albita-

anortita) Vítreo a

perlado Granular,

prismático Blanco

2 perfectas, fractura

irregular Macla polisintética, observables en

planos de exfoliación.

6 Ortosa (feldespato K) Vítreo a

perlado Tabular, prismático

Rosado, gris, blanco,

variable 2 perfectas, fractura

irregular Macla simple, cristales de gran

tamaño en pegmatitas

5-6 Piroxeno (Augita) Vítreo a mate Columnar, granular Generalmente oscuros,

variable 2 exfoliaciones a 90º Sección basal rectangular

5-6 Anfíbol

(Hornblenda) Vítreo a mate Prismático, fibroso

Generalmente oscuros,

negro, verde, variable 2 exfoliaciones a 54º y

126º Prismáticos típicos de rocas ígneas.

Fibrosos en rocas metamórficas

5-6 Magnetita Metálico Granular,

octahédrico Negro Fractura octahédrica Ferromagnético, color de raya negro

5-6 Hematita Metálico Granular, masivo Rojo, pardo, negro Fractura irregular Color de raya rojo

5 Apatito Vítreo a graso Prismático

hexagonal Verde, azul, violeta,

pardo, incoloro 1 exfoliación mala Cristales en masa, alargados

4 Fluorita Perlado-

Nacarado Cúbico,

octahédrico Incoloro, violeta,

verde, variable Octahédrica Fluorescente con luz UV

3-4 Dolomita Vítreo a

perlado Prismático,

variable Rosado, blanco,

incoloro 3 Perfectas, con

ángulos oblicuos Reacciona con Hcl con menor

intensidad que calcita

3 Calcita Vítreo a

perlado Prismático,

variable Incoloro, blanco,

variable 3 Perfectas, con

ángulos oblicuos Reacciona con Hcl

2-3 Galena Metálico Prismático, cúbico,

octahédrico Gris plomo, negro

azulado 1 buena Masas granulares

2-3 Biotita Vítreo a

perlado Hojoso

Pardo oscuro, verde a

negro 1 perfecta

Mineral constituyente de rocas

ígneas y metamórficas

2-3 Muscovita Vítreo a

perlado Hojoso

Pardo pálido, verde,

amarillo, blanco 1 perfecta

Mineral constituyente de rocas

ígneas y metamórficas

2-3 Clorita Vítreo-

perlado a

mate Hojoso

Verde, matices

variables 1 perfecta

Generalmente en masas irregulares

foliadas

5

2 Yeso Vítreo a

perlado

(sedoso)

Hojoso, prismático,

o fibroso Incoloro, blanco, gris,

variable 1 perfecta, 2 buenas Frecuente en rocas evaporíticas

1-2 Grafito Metálico a

mate Hojoso, irregular. Gris a negro 1 buena Color de raya negro. Tacto graso

1-2 Arcillas Mate a

nacarado Hojoso, irregular. Variable 1 perfecta

Cristales solo se distinguen en

microscopios electrónicos

1 Talco Graso a

perlado Hojoso, irregular.

Blanco, verde, gris,

variable 1 perfecta Tacto graso

Minerales constituyentes de rocas

Minerales accesorios

(más frecuentes)

Minerales accesorios

(menos frecuentes)

6

Identificación de Arcillas Tabla para usar con Difracción de Rayos X (El valor (2) despues del mineral corresponde a la intensidad del pico en una escala de 1 a 10)

Tabla de espaciados e intensidades de reflecciones de DRX en arcillas y otros minerales en orden decreciente d (nm)- Adaptado de Bridley& Brown (1980) Arcillas y otros filosilicatos d (nm) Silicatos d (nm) Óxidos e Hidróxidos d (nm) Clorita-Esmectita regular (5) 2,9 - 2,8 Clorita-Vermiculita regular (6) 2,9 - 2,8 Rectorita, Na (10) 2,2 Esmectita Ca, Mg (10) 1,5 -1,52 Vermiculita (10) 1,46 - 1,4 Clorita -Esmectita Regular (10) 1,45 Clorita (3-10) 1,43 - 1,4 Esmectita Na (10) 1,21 Paligorskita (10) 1,05 - 1,03 Illita (10), Muscovita (10), biotita (10) 1,01 - 0,99 Anfíboles (10) 0,852 Halloisita (10) 0,75 - 0,72 Caolinita (10), Dickita (10), Nacrita (10) 0,715 - 0,72 Feldespatos (1-2) 0,6 - 0,63 Illita (4-5) Muscovita (4-5) 0,505 - 0,495 Vermiculita (2) 0,48 Cloritas (2-4) 0,478 - 0,46 Caolinita (4), Dickita (4) 0,444 Caolinita (7) 0,436 Cuarzo alta (2) 0,434 Sepiolita (4) 0,431 Tridimita (9) 0,433 Feldespato K (6) 0,423 - 0,421 Cuarzo baja (3) 0,426 Feldespato K-Na (6-7) 0,421 - 0,404 Goetita (10) 0,418 - 0,415 Cristobalita alta (10) 0,415 Tridimita baja (10) 0,411 - 0,409 Plagioclasa Na-Ca (5-8) 0,404- 0,402 Plagioclasa Na-Ca (2-4) 0,367 - 0,362 Caolinita (7), Dickita (7), Nacrita (7) 0,359 - 0,358 Cuarzo alta (10) 0,34 cuarzo baja (10) 0,334 Feldespato K (10) 0,331 - 0,329 Plagioclasa Ca (3-5) 0,326-0,25 Feldespato K (4- 10) 0,326 - 0,323 Piroxenos (4 - 10) 0,325 - 0,315

7

Esmectita Na, Ca, Mg (2-4) 0,32 - 0,3 Plagioclasa Na-Ca (2-10) 0,321- 0,315 Esmectita Na (5) Rectorita (4) 0,31 Esmectita Ca, Mg (4-7) 0,3 Piroxenos (4 - 10) 0,302 - 0,294 Tridimita baja (3) 0,298

8

Análisis Térmico Diferencial (ATD)

Temperatura ºC Proceso Mineral de arcilla que lo presenta

(Ford 1998)

Endotérmico

115-180 Pérdida de agua de adsorción Haloisita, Illita, esmecitas

220-230, 250-260 Pérdidad de agua de solvatación de Ca2+ Esmectitas cálcicas

300-400 Pédida de OH- unido a Fe3+ en óxidos libres

Hidróxidos y óxidos hidraados de Fe3+ (limonita)

450-510

Pédida de OH- de los octaedros unidos al hierro(Fe2+,Fe3+ ).

Glauconitas, nontronitas, chamositas

550-600 Pédida de OH- de los octaedros unidos al Al3+.

Caolinia, illia, esmecita, cloritas

660-730

Pédida de OH- de los octaedros unidos al Al3+ y Mg2+.

Montmorillonita y otras esmectitas, algnuas vermiculias y cloritas

840-870 Pédida de OH- de los octaedros unidos al Mg2+.

Saponitas y otras esmectitas, serpentinas, vermiculitas y cloritas

Exotérmico

200-350 Combustión de materia orgánica arcillas de suelos

870 Probable recrisalización de óxidos y hierro

Glauconitas, nontronitas, chamositas

950-990 Recrisalización de óxidos Caolinita

Capacidad de Intercambio Catiónico

Grupo CIC (cmol / kg) o (meq/100g) (Ford 1998)

Caolinitas 3-15 Cloritas 10-40 Illitas 10-40 Esmecitas 60-180 Vermiculitas 100-220 Sepiolita 20-45

9

Paligorskita 5-30

ROCAS ÍGNEAS Clasificación de rocas ígneas- Diagrama Streckeisen simplificado

Plutónicas Volcánicas

1

2

3 Granito Riolita

4 Granodiorita Dacita

5

6

7 Sienita Traquita

8 Monzonita Latita

9 Monzogabro/ Monzodiorita

Traquitandesita / Traquibasalto

Q FK Pg Q- cuarzo, Fk feldespato potásico, Pg Plagioclasa

10 Diorita Andesita / Basalto

10

Sedimentos y Rocas Sedimentarias Escala Granulométrica Udden-Wentworth Nombre del clasto Escala en mm Bloque mayor a 256 mm Canto entre 256 y 64 mm Grava entre 64 y 5 mm Gravilla entre 5 y 2 mm Arena entre 2 y 1/16 mm Ar. Muy gruesa 2 a 1 mm Ar. Gruesa 1 a ½ mm Ar. Media ½ a ¼ mm Ar. Fina ¼ a 1/8 mm Ar. Muy Fina 1/8 a 1/16 mm Limo entre 1/16 y 1/256 mm Arcilla menor a 1/256 mm CUADRO DE CLASIFICACIÓN DE ROCAS DETRÍTICAS

Tamaño(mm) Sedimento Roca

R. > 64 PSEFITA Bloque brecha

64 - 2 Canto conglomerado D E 2 1 arena muy gruesa T 1 0,5 PSAMITAS arena gruesa R 0,5 0,25 arena media Areniscas Í 0,25 0,125 arena fina T 0,125 0,064 arena muy fina I C 0,064 0,004 PELITAS limo Limolita A 0,004 arcillas Arcillita

11

Nomenclatura usada para mezclas de: Grava, Arena y Pelita (limo + arcilla): Fuente Gary Nichols –Sedimentology and Stratigrapy 2009

Clasificación de Areniscas según Pettijohn: Fuente Gary Nichols –Sedimentology and Stratigrapy 2009. (vista parcial del diagrama)

Grava

Pelitas

Grava pelítica

Grava

areno

pelítica

Grava arenosa

Grava/Conglomerado

ArenaArena pelíticaPelita arenosa

Pelita gravillosa

Arena pelito gravillosa

Arena gravillosa

Pelita

5 %

30 %

80 %

50 % 90 %10%

Grava

Pelitas

Grava pelítica

Grava

areno

pelítica

Grava arenosa

Grava/Conglomerado

ArenaArena pelíticaPelita arenosa

Pelita gravillosa

Arena pelito gravillosa

Arena gravillosa

Pelita

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30 %

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Grava

Pelitas

Grava pelítica

Grava

areno

pelítica

Grava arenosa

Grava/Conglomerado

ArenaArena pelíticaPelita arenosa

Pelita gravillosa

Arena pelito gravillosa

Arena gravillosa

Pelita

5 %

30 %

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50 % 90 %10%

Cuarzo

Feldespato

Líticos

Incremento Matriz

0

15

50

50

525

5Arenisca

Arcosa Lítica

Subarcosa

Cuarzo

Feldespato

Líticos

Incremento Matriz

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5Arenisca

Arcosa Lítica

Subarcosa

12

Cuadro de Redondez y Esfericidad: Fuente Gary Nichols –Sedimentology and Stratigrapy 2009

Bien Redondeado Redondeado Subredondeado Subanguloso Anguloso

Muy anguloso

Esfericidad Baja Esfericidad Alta Selección (Fuente Gary Nichols –Sedimentology and Stratigrapy 2009)

Muy bien seleccionado

Bien seleccionado

Pobremente seleccionado

Muy pobremente seleccionado

Comparador visual para conteo de minerales

13

A. Relaciones Volumétricas y Gravimétricas. Análisis granulométrico. A.1 – Valores típicos de Gravedad Específica

Gravedad Específica de minerales (Lambe & Whitman, 1969) Mineral Gravedad específica (G)

Cuarzo 2,65 Feldespato (K) 2,54 – 2,57 Feldespato (Na-Ca) 2,62 – 2,76 Calcita 2,72 Dolomita 2,85 Muscovita 2,70 – 3,20 Biotita 2,80 – 3,20 Clorita 2,60 – 2,90 Caolinita 2,62 – 2,66 Illita 2,60 – 2,86 Montmorillonita 2,75 – 2,78

Valores típicos de Gravedad Específica de varios suelos (Djoenaidi (1985) apud Bardet, 1997)

La Gravedad Específica (G) es la relación entre el peso específico de los sólidos y del agua: w

sG

γγ≡

Esta relación se determina experimentalmente mediante los procedimientos descriptos en las Normas ASTM D 854-92 (“Standard Test Method for Specific Gravity of Soils”) y ASTM C 127-88 (“Test Method for Specific Gravity and Absorption

of Coarse Aggregate”)

Tipo de Suelo Gravedad específica (G) Inorgánico Grava 2,65 Arena gruesa a media 2,65 Arena fina (limosa) 2,65 Loess, polvo de piedra y limo

arenoso 2,67

Inorgánico Arena algo arenosa 2,65 Limo arenoso 2,66 Limo 2,67 – 2,70 Arena arcillosa 2,67 Limo arcillo arenoso 2,67 Arcilla arenosa 2,70 Arcilla limosa 2,75 Arcilla 2,72 – 2,80 Orgánico Limos con trazos de materia

orgánica 2,30

Lodos aluviales orgánicos 2,13 – 2,60 Turba 1,50 – 2,15

14

Densidad Relativa (Dd) D4253-00 Standard Test Methods for Maximum Index Density and Unit Weight of Soils Using a Vibratory Table y D4254-00 Standard Test Methods for Minimum Index Density and Unit Weight of Soils and Calculation of Relative Density.

Densidad Relativa Dd (Lambe & Whitman 1969) Dd (%) Descripción 0-15 Muy suelta

15-35 Suelta 35-65 Media 35-85 Densa 85-100 Muy Densa

Límites de Atterberg

D4318-10 Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils

Método Multipuntos Límite Líquido

Método Unipunto Límite Líquido

Límite Líquido

0102030405060708090

100

10 100

Nº de golpes

Hum

edad

(%

)

15

X - Clasificación de Suelos X.1 - Clasificación de suelos para la práctica de Ingeniería

Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (S.U.C.S.) A.S.T.M. D 2487-93

División Mayor

Sím

bolo

Nombres Típicos Criterio de clasificación en laboratorio

GW Gravas bien graduadas,

mezclas de grava y arena con poco o nada de finos

Coeficiente de uniformidad Cu: mayor de 4 Coeficiente de curvatura Cc: entre 1 y 3

Gra

va li

mpi

a p

oco

o na

da d

e fin

os

GP Gravas mal graduadas,

mezclas de grava y arena con poco o nada de finos

NO SATISFACEN TODOS LOS REQUISITOS DE GRADUACIÓN PARA GW

GM Gravas limosas, mezclas de grava, arena y limo Límites abajo de la “Línea A” o IP

menor que 4

GR

AV

AS

Más

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Nº4

Gra

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GC Gravas arcillosas,

mezclas de grava, arena y arcilla

Límites arriba de la “Línea A” y con IP mayor que 7

Arriba de “Línea A” y con IP entre 4 y 7 son casos de frontera que requieren el uso de símbolos dobles.

SW Arenas bien graduadas,

arena con gravas, poco o nada de finos

Coeficiente de uniformidad Cu: mayor de 6 Coeficiente de curvatura Cc: entre 1 y 3

Are

na li

mpi

a p

oco

o na

da d

e fin

os

SP Arenas mal graduadas,

arena con gravas, poco o nada de finos

NO SATISFACEN TODOS LOS REQUISITOS DE GRADUACIÓN PARA SW

SM Arenas limosas, mezclas de arena y limo Límites abajo de la “Línea A” y con IP menor que 4 S

UE

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SC Arenas arcillosas, mezclas de arena y arcilla Dep

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W-G

P o

SW

-SP

)

Límites arriba de la “Línea A” y con IP mayor que 7

Arriba de “Línea A” y con IP entre 4 y 7 son casos de frontera que requieren el uso de símbolos dobles.

ML Limos inorgánicos, polvo de roca, limos arenosos o

arcillosos ligeramente plásticos

CL Arcillas inorgánicas de

baja a media plasticidad, arcillas con grava,

arenosas o limosas

LIM

OS

Y A

RC

ILL

AS

Lí

mite

líqu

ido

men

or

de

50%

OL Limos orgánicos y arcillas limosas orgánicas de baja

plasticidad

MH Limos inorgánicos, limos micáceos o diatomáceos

CH Arcillas inorgánicas de alta plasticidad, arcillas

francas

LIM

OS

Y A

RC

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AS

Lí

mite

líqu

ido

may

or

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50%

OH Arcillas orgánicas de

media a alta plasticidad, limos orgánicos de media

plasticidad

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a.

Suelos altamente orgánicos

Pt Turbas y otros suelos altamente orgánicos

16

X.2 - Clasificación de suelos y mezclas de agregados para la Construcción Vial Recommended Practice AASHTO M 145-82 (Specifications - Parte 1, 1986)

Clasificación General

Materiales Granulares (35% o menos pasa el tamiz Nº200)

Materiales limo-arcillosos (más de 35% pasa el tamiz Nº200)

A-1 A-2 A-7 Clasificación de

Grupo A-1-a A-1-b A-3 A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 A-4 A-5 A-6 A-7-5 A-7-6 Análisis de tamizado (% pasa)

2.00 mm (# Nº10) 50 máx ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- 0.425 mm (# Nº40) 30 máx 50 máx 51 min ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ----

0.075 mm (# Nº200) 15 máx 25 máx 10 máx 35 máx 35 máx 35 máx 35 máx 36 min 36 min 36 min 36 min Características de fracción pasa # Nº40

Límite Líquido (LL) ---- ---- 40 máx 41 min 40 máx 41 min 40 máx 41 min 40 máx 41 min Índice Plástico (IP) 6 máx NP 10 máx 10 máx 11 min 11 min 10 máx 10 máx 11 min 11 min

Materiales constituyentes significativos

Fragmentos de piedra, grava y

arena Arena fina Grava y arena limosa o arcillosa Suelos limosos Suelos arcillosos

Clasificación general como subrasante Excelente a buena Regular a pobre

El IP del subgrupo A-7-5 es igual o menor que LL menos 30. El IP del subgrupo A-7-6 es mayor que LL menos 30 (ver Gráfico siguiente). La casilla A-3 antes de la A-2 es debido al proceso de eliminación de izquierda a derecha. No indica superioridad de A-3 sobre A-2.

Este método divide a los materiales inorgánicos en 7 grupos (del A-1 al A-7), los cuales a su vez se subdividen en un total de 12 subgrupos. Los suelos con elevada proporción de materia orgánica se clasifican como A-8. Estos últimos se identifican visualmente y no son aptos como material de construcción.

Procedimiento de Clasificación:

• Una vez conocidos los resultados experimentales de granulometría y plasticidad de un determinado material, se debe encontrar su grupo correcto, a través de la Tabla anterior, por un proceso de eliminación de izquierda a derecha. El primer grupo desde la izquierda en el cual los datos experimentales coinciden con las especificaciones es el grupo correcto.

• Para los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7 es fundamental el conocimiento de sus características de plasticidad. En estos casos puede utilizarse el Gráfico siguiente, el cual permite definir rápidamente el subgrupo correcto.

• Los materiales con mucho material fino se identifican además por su Índice de Grupo (IG). Cuanto mayor es este número, peor es el material para ser usado como subrasante de una carretera. Este número se calcula con la fórmula:

IG = (F - 35).[0,2 + 0,005.(LL - 40)] + 0,01.(F - 15).(IP – 10)

donde (F) es el porcentaje de material que pasa el tamiz Nº200, (LL) es el límite líquido e (IP) es su índice de plasticidad. Todos expresados como números enteros. Para el caso de los subgrupos A-2-6 y A-2-7 solo se debe utilizar el segundo término de la fórmula.

• Este índice se reporta aproximando al número entero más cercano, a menos que su valor calculado sea negativo, en cuyo caso se toma como cero. Se agrega a la clasificación de grupo y subgrupo a la derecha y entre paréntesis (ej. A-7-6 (25), A-1-a (0)).

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Límite Líquido

Indi

ce P

lást

ico

A-6A-2-6

A-7-6

A-4 A-2-4

A-7-5A-2-7

A-5 A-2-5

IP=LL-30

17

Macizos Rocosos

Tablas RMR A- Clasificación de los parámetros y su evaluación

B – Ajustes en la valuación por la orientación de fisuras

C – Clasificación de rocas según el total de valuación

18

D – Significado de la clasificación del macizo rocoso

El efecto del rumbo y el buzamiento (echado) de las fisuras en los túneles.

Relación entre el tiempo de sostén de un claro de una excavación sin ademe y la Clasificación Geomecánica RMR propiesta por Bieniawski.

19

Tablas Sistema Q Clasificación de los parámetros individuales empleados en el índice de calidad de túneles (Sistema Q)

Continuación...

20

Continuación...

21

Continuación...

22

23

Ajustes por tipo de excavación.

Relación entre la dimensión equivalente máxima “De” de una excavación subterránea sin ademe y del índice Q de la calidad para túneles (Sistema Q) (Según Barton, Lien y Lunde)

24

Falsilla de Wulff (equiareal)

25

Bibliografía AASHTO M 145-82 A.S.T.M. D 2487-93 A.S.T.M D4318-10 Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils. Hoek, E. & Brown E. T. (1980) Excavaciones subterráneas en Roca. Mc. Graw-Hill. 634 p. Hurlbut & Klein (1981) Manual de Mineralogía de Dana. Lambe & Whitman (1969) Soil Mechanics. John Wiley & Sons, Inc. Nichols, G. (2009) Sedimentology and Stratigrapy.

26

2 1/2"1/2"2 µm 1"Nº4Nº10Nº20Nº40Nº200 Nº100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Abertura (mm)

Por

cent

aje

pasa

nte

(%)

Hidrómetro Tamices