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.