| Granulometría es
la parte de la Mecánica de Suelos que estudia lo referente a las
formas y distribución de las partículas que constituyen un
suelo.
El análisis granulométrico solo tiene sentido llevarlo
a cabo en suelos gruesos,, es decir en suelos en que el rango del tamaño
varía entre 0.074 y 76.2 mm. Esto se debe a que en suelos finos
el comportamiento depende más de las formas de las partículas
y su composición mineralógica, y solamente en una mínima
parte del tamaño de los granos.
Análisis Por
Mallas
Existen pruebas mecánicas para determinar la granulometría
de un suelo. Dentro de este tipo de pruebas encontramos para suelos gruesos
el análisis mediante mallas, y para suelos finos el análisis
de una suspensión del suelo mediante el hidrómetro (densímetro).
La medición en el tamaño de los granos de un suelo grueso
puede efectuarse mediante:
a) Análisis Directo. Se realiza
en partículas de suelo de más de 3 pulgadas de tamaño
con aparatos de precisión manuales, como el Vernier.
b) Medición con Mallas. Este análisis
mecánico es el usado principalmente en suelos gruesos y consiste
en ordenar en forma descendente una serie de mallas, depositar al suelo
previamente seco en juego de mallas agitándolo en forma horizontal
o vertical durante 5 ó 10 minutos en un agitador.
Después se pesa el suelo retenido en cada malla teniendo mucho
cuidado de evitar pérdidas de material, posteriormente, se calcula
el porciento retenido en cada malla con respecto al peso total de la muestra
y el porciento que pasa respecto a dicho total.
Por último, se gráfica en escala semilogarítmica
el porciento de material que pasa, en peso, y el diámetro de la
malla, por lo que forman ambos parámetros un sistema de ejes sobre
el cual, una vez graficados los resultados, obtendremos la llamada Curva
de Distribución Granulométrica.
Mediante el método de mallas pueden presentarse problemas para
que pasen las partículas por las mallas más finas. Cuando
esto sucede, se utiliza el procedimiento de la vía húmeda,
o sea, lavar el material para que puedan pasar.
A continuación se presentan las mallas U.S. Bureau Standars a
utilizar en esta prueba, con sus correspondientes aberturas.
| Número de Malla |
Abertura En mm |
| 3" |
76.20 |
| 2" |
50.80 |
| 1" |
25.40 |
| 1/2" |
12.70 |
| 3/8" |
9.52 |
| 1/4" |
6.35 |
| 4 |
4.76 |
| 10 |
2.00 |
| 20 |
0.84 |
| 40 |
0.42 |
| 60 |
0.25 |
| 100 |
0.149 |
| 200 |
0.074 |
Curva Granulométrica
La distribución del tamaño de las partículas que constituyen
un suelo grueso se pude expresar gráficamente mediante una Curva
de Distribución Granulométrica. Para trazar dicha
curva se usa el eje de las ordenadas a fin de localizar el porcentaje de
partículas en peso, cuyo tamaño resulta menor que el diámetro
dado por eje de las abscisas.
Entonces, una curva granulométrica nos indica en general el tamaño
de los granos y la buena o mala graduación de estos.
A partir de la curva de distribución granulométrica pueden
obtenerse dos importantes indicadores que caracterizan a un suelo.
El Coeficiente de Uniformidad (Cu)
y el Coeficiente de Curvatura (Cc).
D60
(D30)2
Cu = ________
Cc = ____________
D10
D60 D10
donde:
D10 = Diámetro Efectivo, osea el diámetro que
corresponde a las partículas cuyo tamaño es mayor o igual
que el 10 % en peso del total de partículas de un suelo.
D30 = Diámetro de partículas, cuyo tamaño
es mayor o igual que el 30 % en peso del total de partículas.
D60 = Diámetro de partículas cuyo tamaño
es mayor o igual que el 60 % del peso total de las partículas.
El coeficiente de uniformidad (Cu) representa la extensión de
la curva de distribución granulométrica, es decir, a mayor
extensión de esta curva, se tendrá una mayor variedad de
tamaños, lo que es propio de un suelo bien graduado.; generalmente
esto se cumple en arenas para un Cu > 6, y en gravas con un Cu > 4.
El coeficiente de curvatura (Cc) nos indica una curva granulométrica
constante, sin “escalones”; esto se cumple tanto en arenas como gravas
para cuando 1< Cc < 3.
Por lo tanto ambos coeficientes sirven para indicarnos de una manera
práctica y sencilla en el laboratorio cuando un suelo se encuentra
bien graduado o mal graduado.
Suelos
Finos, Análisis Mediante el Hidrómetro
Cuando es necesario determinar la granulometría en suelos finos
(menores a 0.074 mm), se utiliza el procedimiento denominado del
Hidrómetro. El método se basa en el hecho de que la velocidad
de sedimentación de partículas en un líquido es función
de su tamaño; la Ley de que se hace uso en el procedimiento del
hidrómetro es debida a Stokes.
La ley de Stokes aplicada a partículas de suelo real, que se
sedimentan en agua, es válida solamente en tamaños menores
de 0.2 mm aproximadamente (ya que tamaños mayores afectaran a la
ley de sedimentación considerablemente debido a la turbulencia),
pero mayores a 0.2 micras.
Método
Del Hidrómetro
En resumen el método del hidrómetro se basa en:
a) La Ley de Stokes aplicable a una suspensión del suelo.
b) Al comienzo de la prueba la suspensión es uniforme y de concentración
suficientemente baja para que las partículas no se interfieran al
sedimentarse. Se considera apropiada una concentración de
unos 50 g / l)
c) El área de la sección recta del bulbo del hidrómetro
es despreciable en comparación a la de la probeta donde se realiza
la sedimentación, por lo que el bulbo no interfiere en la sedimentación
de las partículas en el instante de efectuarse una medición.
Si la suspensión es uniforme, todas las partículas de
un mismo diámetro D están distribuidas uniformemente en toda
la suspensión, al principio de la prueba, y todas estas partículas
se sedimentan a la misma velocidad. Al pasar un tiempo t, todas las partículas
del mismo diámetro habrán recorrido la distancia H =vt, y
arriba de esa altura no se encontrarán partículas de ese
diámetro a esa velocidad, mientras que de ese nivel hacia abajo
, las partículas de ese tamaño conservan sus posiciónes
relativas ya que bajan a la misma velocidad.
Como consecuencia, las partículas de tamaño mayor que
D, habrán descendido a una profundidad mayor, pues se sedimentan
a una mayor velocidad, por lo que a la profundidad H sólamente habrá
partículas de diámetro equivalente igual o menor que D.
Por lo tanto el peso específico relativo de la suspensión
a la profundidad H y al tiempo t, es una medidad de la cantidad de partículas
de igual y menor tamaño que D contenidas en el suelo.
Midiendo el peso específico relativo de una suspensión
de suelo, a una misma profundidad en distintos tiempos, puede obtenerse
cualquier número de puntos para la curva granulométrica,
pudiendose hacer mediciones al mismo tiempo, pero a diferentes profundidades.
Ya en la práctica se determina la distribución de los
pesos específicos relativos a diferentes tiempos y a distintas profundiades,
ya que la distribución de los pesos específicos representa,
en una forma impliícita, la distribución granulométrica.
BIBLIOGRAFIA
Autores: Eulalio Juárez Badillo y Alfonso Rico Rodríguez.
Título: Mecánica de Suelos. Tomo 1.
Fundamentos de la Mecánica de Suelos.
Editorial: LIMUSA- Noriega
Tercera Edición. Decimaséptima reimpresión 1996.
Impreso en México, D.F.
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