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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil
Departamento Académico de Ingeniería Geotécnica
Engineering
Technology
Accreditation
Commission
Carrera de Ingeniería Civil
con acreditación
internacional
Lima-Perú
COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS GRANULARES
MECÁNICA DE SUELOS I
Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing.
lshuan@uni.edu.pe
1. Generalidades de los suelos granulares
2. Estructura de los suelos
3. Textura
4. Forma de la partículas
5. Clasificación por tamaño de partículas
6. Análisis granulométrico y sus aplicaciones
7. Ensayos de granulometría por tamizado y por
hidrómetro
8. Gradación, coeficientes de uniformidad y
curvatura, diámetro efectivo
COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS GRANULARES
Luisa Esther Shuan Lucas
M.Sc.Ing.
Comportamiento de los
suelos Granulares
Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil 2
Grava Arena
Suelo fino
Suelo grueso
Limos, arcilla limosa,
arcilla, coloides
Tamiz N°200
0.075 mm
Tamiz N°4
4.74 mm
3”
100% = total partículas
Suelo grueso < 50% del total Suelo fino ≥ 50% del total
Tamaños considerados en los sistemas de clasificación
Boleos, bloques,
cantos rodados
Fracción > 3”
 Concepto de gravas y arenas limpias.
 Suelo grueso con matriz fina, ¿hay influencia?
Primer criterio de clasificación de suelos por el sistema SUCS: suelos gruesos y finos
Tamaño de partícula que separa a dichos grupos: 0.075mm ( malla N°200).
La clasificación del suelo es la fracción que retiene el mayor porcentaje del material.
GRANULOMETRÍA Y TIPO DE SUELO
GENERALIDADES
Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica
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Luisa Esther Shuan Lucas
M.Sc.Ing.
Comportamiento de los
suelos Granulares
Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil 4
GENERALIDADES DE LOS SUELOS GRANULARES
Sus características físicas condicionan el comportamiento mecánico e
hidráulico. Pueden ser estables y de buena capacidad de soporte
acorde con su compacidad relativa. Se utiliza como material de
canteras de agregados.
▪ Distribución granulométrica
▪ Densidad relativa ó compacidad relativa in situ
▪ Orientación y forma de las partículas
▪ Dureza de las partículas
▪ Características de la matriz fina: porcentaje, tipo,
plasticidad
▪ Otros que depende de las características del lugar
Su comportamiento geotécnico está condicionado a las siguientes
características físicas.
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Comportamiento de los
suelos Granulares
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COMPORTAMIENTO GEOTÉCNICO
GENERALIDADES
Foto: archivo Luisa Shuan Lucas
▪ Densidad relativa media a densa.
▪ Capacidad de carga admisible buena adecuada
▪ Amplia distribución de tamaños, buena gradación
▪ Partículas resistentes
▪ Escasa matriz fina de plasticidad baja a nula.
▪ Densidad relativa muy suelta.
▪ Capacidad de carga admisible baja
▪ Mal gradada, granulometría
uniforme.
▪ Asentamientos considerables
▪ Escasa matriz fina no plástica
Foto: archivo Luisa Shuan Lucas
GRAVA ARENA
Ejemplo: grava en el distrito de Jesús María de Lima
Ejemplo: arena en balneario Chupikalla - Cañete
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M.Sc.Ing.
Comportamiento de los
suelos Granulares
1. Generalidades de los suelos granulares
2. Estructura de los suelos
3. Textura
4. Forma de la partículas
5. Clasificación por tamaño de partículas
6. Análisis granulométrico y sus aplicaciones
7. Ensayos de granulometría por tamizado y por
hidrómetro
8. Gradación, coeficientes de uniformidad y
curvatura, diámetro efectivo
COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS GRANULARES
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Comportamiento de los
suelos Granulares
La estructura es el arreglo o forma en que unen las partículas sólidas
del suelo, depende de su formación geológica, del ambiente de
meteorización o sedimentación.
La estructura del suelo influye en las propiedades geotécnicas como
permeabilidad, relación de vacíos, compresibilidad, etc.
ESTRUCTURA DE LOS SUELOS
http://www.bdigital.unal.edu.co/1864/4/cap3.pdf 01.7.2020
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M.Sc.Ing.
Comportamiento de los
suelos Granulares
▪ La estructura granular o simple es típica de suelos gruesos, predomina la
gravedad en el arreglo de las partículas.
▪ Un suelo granular está formado por granos aislados, pero la fuerza de
gravedad actuante y a la fricción entre los granos forman un esqueleto
granular estable aunque en conjunto no tenga fuerza de cohesión.
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ESTRUCTURA DEL SUELO GRANULAR
Arena
Debido al tamaño
de las partículas las
fuerzas gravitatorias
sobre las partículas
superan a las fuerzas
iónicas.
Estructura de un suelo granular en el microscopio.
Fuente Gonzales de Vallejo
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M.Sc.Ing.
Comportamiento de los
suelos Granulares
En el arreglo o empaquetamiento
del suelo granular influye la forma
de las partículas, tamaño de los
granos, granulometría, entre otros.
Debido al tamaño de sus partículas en un suelo granular las fuerzas
gravitatorias superan a las fuerzas iónicas. En cambio, un suelo fino tiene
una estructura en base a la atracción eléctrica de sus pequeñas partículas
minerales.
Las propiedades del suelo granular
que dependen del grado de
empaquetamiento son la densidad
relativa y porosidad.
Bien gradado Pobremente gradado
Influencia de tamaño, forma y granulometría
Suelta compacta tipo panal
Influencia del grado de empaquetamiento
ESTRUCTURA DEL SUELO GRANULAR
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Comportamiento de los
suelos Granulares
La estructura que forma un suelo fino se debe a las fuerzas iónicas entre las
partículas. El pequeño tamaño de las partículas causas fuerza de atracción que
superan a las fuerzas gravitatorias actuantes, las partículas en la superficie
poseen cargas eléctricas positivas o negativas
Estructura laminar de mineral arcilloso. Fuente
Gonzales de Vallejo
▪ En la estructura floculada predominan las fuerzas eléctricas de atracción, parece un castillo de
naipes, la porosidad es mayor que la dispersa, menor densidad y resistencia.
▪ En la estructura dispersa predominan las fuerzas de repulsión.
▪ Los suelos finos están conformados por escamas de mica, minerales de arcilla, caolinita, ilitas,
entre otros, el arreglo forma estructuras laminares.
▪ Los minerales de arcilla se identifican con microscopio electrónico, difracción de rayos X .
ESTRUCTURA DEL SUELO FINO
Esquemas tomados de L. Cruz Velasco “Geotecnología”
Floculada (panal)
Dispersa
En grumos
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Comportamiento de los
suelos Granulares
1. Generalidades de los suelos granulares
2. Estructura de los suelos
3. Textura
4. Forma de la partículas
5. Clasificación por tamaño de partículas
6. Análisis granulométrico y sus aplicaciones
7. Ensayos de granulometría por tamizado y por
hidrómetro
8. Gradación, coeficientes de uniformidad y
curvatura, diámetro efectivo
COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS
GRANULARES
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Comportamiento de los
suelos Granulares
TEXTURA DEL SUELO
El término “Textura” se utiliza en mecánica de suelos, geología y en agronomía.
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En mecánica de suelos
Es la descripción del grado de fineza al tacto de la matriz o fracción fina del suelo
conformada por arena, limo y finos, se describe como: textura suave, arenosa, áspera, etc.
Ayuda en la clasificación visual-manual para describir el grado de fineza, se suele comparar
con algunos elementos comunes, por ejemplo azúcar granulada (arena), talco (arcilla).
En geología
Expresa la disposición, forma, arreglo y
tamaño de los granos de los minerales
que forman una roca, tanto a nivel
microscópico como macroscópico;
ejemplo: textura porfídica, textura
afanítica.
https://www.geovirtual2.cl/geologiageneral/ggcap03a.htm
”Apuntes de Geología” W.Griem
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Comportamiento de los
suelos Granulares
TEXTURA DEL SUELO
En agronomía (Edafología)
La “textura” es la clasificación del
con fines agrícolas del suelo, se
determina con la granulometría del
material que pasa el tamiz N°10; con
los porcentajes de arena, limo y
arcilla se ubica el suelo en el en el
diagrama triangular USDA
(Departamento de agricultura-USA).
Las texturas se clasifican grupos son
arcilla arenosa, franco limoso
arcilloso, franco arclloso, etc., los que
indican una determinada calidad para
los fines indicados.
http://www.fao.org
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Comportamiento de los
suelos Granulares
FORMA DE LAS PARTÍCULAS
La forma de partículas de un suelo granular
depende de varios factores como su origen
geológico, agente de transporte, distancia
de transporte, composición, dureza, otros.
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➢ La forma de las partículas influye en el
comportamiento de un suelo granular.
➢ La forma angulosa a subangulosa
genera mayor fricción entre partículas,
mayor ángulo de fricción interna (),
resistencia al corte favorable.
➢ Las arenas y gravas angulosas tienen
buen comportamiento en uso como
agregado de mezclas asfálticas o
concreto.
https://es.wikipedia.org/wiki/Canto_rodado
https://geologiaweb.com/rocas-sedimentarias/grava/
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Comportamiento de los
suelos Granulares
FUENTE: ASTM D2488-17
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FORMA – RELACIÓN ESPESOR/LARGO
- Chatas o planas: ancho/espesor >3
- Alargadas: longitud/ancho >3
- Chatas y alargadas: ambos criterios
ANGULOSIDAD
Angulosa, subangulosa,
redondeada, subredondeada.
FORMA DE LAS PARTÍCULAS
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suelos Granulares
FUENTE: ASTM D2488-17
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FORMA DE LAS PARTÍCULAS
En el uso como
agregado los elementos
deben cumplir las
especificaciones de
forma y no exceder los
porcentajes de
elemento no deseados
ESPECIFICACIONES MTC – BASE GRANULAR
Fuente: MTC-Perú. Manual de Carreteras “Especificaciones Técnicas Generales para Construcción” EG-2013
Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-FIC-UNI
Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-FIC-UNI Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-FIC-UNI
Calibrador norma ASTM Calibradores norma MTC
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Comportamiento de los
suelos Granulares
FUENTE: ASTM
D2488-17
1. Generalidades de los suelos granulares
2. Estructura de los suelos
3. Textura
4. Forma de la partículas
5. Clasificación por tamaño de partículas
6. Análisis granulométrico y sus aplicaciones
7. Ensayos de granulometría por tamizado y por
hidrómetro
8. Gradación, coeficientes de uniformidad y
curvatura, diámetro efectivo
COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS
GRANULARES
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Comportamiento de los
suelos Granulares
CLASIFICACIÓN POR TAMAÑO DE PARTÍCULAS
▪ El tamaño de partículas que contiene un suelo depende de los procesos geológicos
actuantes hasta su ubicación en el lugar actual.
▪ En un suelo el tamaño de sus partículas varía en un rango amplio, para identificar un
tipo de suelo es común asignarle el nombre de la fracción granulométrica que mas
predomina: grava, arena, limo, arcilla.
▪ Hay varios sistemas de clasificación con rangos de tamaños de las diversas
fracciones, dichos rangos pueden ser variables de acuerdo al sistema.
▪ En nuestro medio está generalizado el sistema ASTM que se relaciona con la
clasificación con fines de ingeniería.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil 19
Av. Litoral-Tacna : conglomerado del río Caplina
Foto: archivo Luisa Shuan Lucas
Piura – arena eólica
Foto: archivo Luisa
Shuan L.
Tingo María – suelo fino de alta plasticidad
Foto: archivo Luisa Shuan Lucas
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Comportamiento de los
suelos Granulares
Recuperado de: https://twitter.com/geotechtips/status/522492403551584256?lang=fa
CLASIFICACIÓN POR TAMAÑOS
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Comportamiento de los
suelos Granulares
Clasificación MIT ( Instituto Tecnológico de Massachusetts)
Clasificación AASHTO
Clasificación ASTM D2487 - SUCS ( USCS)
Clasificación ASTM D422
▪ Los tamaños referenciales en cada sistema difieren ligeramente
en algunas fracciones.
▪ Cualitativamente hay concordancia en las denominaciones:
bloques, fragmentos, grava, arena, limo, arcilla.
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Denominación Constitución Descripción
Grava fragmentos de rocas formados por cuarzo,
feldespatos, calcita y otros minerales
Elementos visibles y
gruesos
Arena Granos de minerales de cuarzo y
feldesfatos.
Partículas visibles y finas
Limo Tamaño microscópicos de cuarzo y
minerales micáceos en forma de escamas
Partículas no visibles,
áspero al tacto
Arcilla tamaños submicroscópicos de escamas
de micas, minerales arcillosos (caolinita,
ilita, montmorillonita y otros minerales.
Partículas no visibles,
suave al tacto
CLASIFICACIÓN POR TAMAÑOS
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Comportamiento de los
suelos Granulares
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Comportamiento de los
suelos Granulares
CLASIFICACION DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS – ASTM
tamices
ASTM
abertura
(mm)
3" 75.00
2.5" 63.00
2" 50.00
1" 25.40
3/4" 19.00
1/4" 6.30
N°4 4.75
N°10 2.00
N°30 0.60
N°40 0.425
N°60 0.25
N°100 0.15
N°140 0.106
N°200 0.075
0.06
0.005
0.002
0.001
NORMA ASTM D422
(2007)
tamaños (mm)
minimo maximo
BLOQUES > 300 (12")
FRAGMENTOS 75 (3") 300
GRAVA 4.75 (N°4) 75 (3")
ARENA
ARENA GRUESA 2 (N°10) 4.75 (N°4)
ARENA MEDIA 0.425 (N°40) 2 (N°10)
ARENA FINA 0.075 (N°200) 0.425 (N°40)
LIMO 0.005 0.075
ARCILLA < 0.005
COLOIDES < 0.001
ASTM D2487
USCS (SUCS)
tamaños (mm)
minimo maximo
BLOQUES > 300 (12")
FRAGMENTOS 75 (3") 300
GRAVA
GRAVA GRUESA 19 (3/4") 75 (3")
GRAVA FINA 4.75 (N°4) 19 (3/4")
ARENA
ARENA GRUESA 2 (N°10) 4.75 (N°4)
ARENA MEDIA 0.425 (N°40) 2 (N°10)
ARENA FINA 0.075 (N°200) 0.425 (N°40)
FINOS (limo, arcilla) < 0.075
La clasificación ASTM D422 (2007) considera
tamaños de limo, arcilla y coloides para reporte
del ensayo del hidrómetro.
grava
arena
arcilla
limo
coloides
Finos
ASTM D2487
SUCS
ASTM D422
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Comportamiento de los
suelos Granulares
M.I.T. NORMA
BRITÁNICA
Tamaños (mm)
minimo maximo
BLOQUES > 200 (8")
FRAGMENTOS 60 200
GRAVA
GRAVA GRUESA 20 60
GRAVA MEDIA 6 20
GRAVA FINA 2 6
ARENA
ARENA GRUESA 0.6 2
ARENA MEDIA 0.2 0.6
ARENA FINA 0.06 0.2
LIMO 0.002 0.06
ARCILLA < 0.002
NORMA ALEMANA -
DIN 4022
Tamaños (mm)
minimo maximo
BLOQUES > 200 (8")
FRAGMENTOS 63 200
GRAVA
GRAVA GRUESA 20 63 (2.5")
GRAVA MEDIA 6.3 20
GRAVA FINA 2 (N°10) 6.3 (1/4”)
ARENA
ARENA GRUESA 0.6 2 (N°10)
ARENA MEDIA 0.2 0.6(N°30)
ARENA FINA 0.06 0.2
LIMO 0.002 0.06
ARCILLA < 0.002
CLASIFICACION DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS MIT- BS 1377-DIN4022
tamices
ASTM
abertura
(mm)
3" 75.00
2.5" 63.00
2" 50.00
1" 25.40
3/4" 19.00
1/4" 6.30
N°4 4.75
N°10 2.00
N°30 0.60
N°40 0.425
N°60 0.25
N°100 0.15
N°140 0.106
N°200 0.075
N°230 0.06
0.005
0.002
0.001
grava
arena
arcilla
limo
Observar que estos sistemas consideran como
arena al material que pasa el tamiz N°10.
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Comportamiento de los
suelos Granulares
CLASIFICACION DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS
MIT -BS 1377-DIN4022-ASTM-SUCS
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Comportamiento de los
suelos Granulares
NORMA
DENOMINACIÓN (tamaños en mm.)
GRAVA ARENA LIMO ARCILLA
M.I.T (Inst.Tecnológico de
Massachusetts)
NORMA BRITÁNICA
2 – 60 0.06 - 2 0.002 - 0.06 < 0.002
AASHTO 2 - 75 0.075 - 2 0.002 – 0.075 < 0.002
NORMA ALEMANA
DIN 4022 2 - 63 0.06 - 2 0.002 - 0.06 < 0.002
NORMA ASTM
(D422) 4.75 – 75 0.075 - 4.75 0.005 - 0.075 < 0.005
ASTM D2487
USCS (SUCS) 4.75 - 75 0.075 - 4.75 < 0.075 (Finos en general)
✓ Para la fracción menor de 3 pulgadas todos los sistemas de clasificación por
tamaño coinciden en clasificar los suelos en cuatro grupos: gravas, arenas,
limo y arcilla, pero hay ligeras variaciones en los rangos de tamaños.
✓ La determinación de la granulometría se realiza en laboratorio por los
métodos de tamizado y por sedimentación.
RESUMEN DE LOS SISTEMAS PARA FRACCIÓN < 3 pulgadas
SISTEMAS DE CLASIFICACION POR TAMAÑO DE PARTÍCULAS
ESCALA COMPARATIVA
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Comportamiento de los
suelos Granulares
▪ En los suelos finos predominan las fuerzas eléctricas que atraen a las partículas
entre ellas y las fuerzas capilares.
▪ En los suelos granulares predominan las fuerzas de gravedad
▪ Los suelos granulares tienen alta permeabilidad, se asocia a condiciones de carga
“drenadas” por la rápida disipación de la presión de poros.
▪ Los suelos finos son de baja permeabilidad, típicamente se asocia a
comportamiento “no drenado”
TAMAÑO DE PARTÍCULAS Y COMPORTAMIENTO DEL SUELO
Bloques > 12”
Fragmentos 3” – 12”
Grava gruesa ¾” – 3”
Grava fina N°4 – ¾”
Arena gruesa N°4 – N°10
Arena media N°10 – N°40
Arena fina N°40 – N°200
Clasificación del suelo grueso según ASTM D2487
Depósito coluvio-aluvial en C.P Piedra Grande – Sto. Domingo delos
Olleros-Huarochirí
Imagen: archivo Luisa Shuan
Tamiz Nº 4 Tamiz Nº 200
Tamiz de 3”
Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-FIC-UNI
bloques
fragmentos
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Comportamiento de los
suelos Granulares
Gravas:
Pasa Tamíz 3 “ (75mm) y retiene
Tamíz Nº 4 (4.75mm)
Arena gruesa:
Partículas de diámetro entre
4.75(Nº4) y 2.00mm(Nº10)
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Clasificación del suelo grueso según ASTM D2487
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Comportamiento de los
suelos Granulares
Arena media:
Pasa tamíz Nº 10 ( 2.00mm) y
Retiene Nº 40 (0.425mm)
Arena fina:
Pasa tamíz Nº 40 (0.425mm ) y
retiene Nº 200 ( 0.075 mm)
Clasificación del suelo grueso según ASTM D2487
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Comportamiento de los
suelos Granulares
1. Generalidades de los suelos granulares
2. Estructura de los suelos
3. Textura
4. Forma de la partículas
5. Clasificación por tamaño de partículas
6. Análisis granulométrico y sus aplicaciones
7. Ensayos de granulometría por tamizado y por
hidrómetro
8. Gradación, coeficientes de uniformidad y
curvatura, diámetro efectivo
COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS
GRANULARES
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Comportamiento de los
suelos Granulares
1. Clasificación de los suelos de acuerdo a los porcentajes
de los diversos tamaños.
2. Especificaciones para uso del suelo como material de
préstamo en carreteras, presas de tierra, caminos y
otros en base al huso de especificaciones.
3. Mezcla de suelos
4. Diseño de filtros de agregados
5. Identificación de sus características de permeabilidad y
establece si el suelo puede drenarse fácilmente.
El Análisis Granulométrico
Con el análisis granulométrico se determina los porcentajes en
peso de los diversos tamaños de partículas presentes en una
muestra de suelo. La aplicación en ingeniería civil es diversa,
por ejemplo:
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Comportamiento de los
suelos Granulares
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Clasificación de los suelos
de acuerdo a los tamaños
https://docplayer.es/14132411-Clasificacion-de-suelos-
84-07-mecanica-de-suelos-y-geologia-fiuba.html
La clasificación por granulometría
de un suelo será aquella que
corresponde a la fracción que
predomina
Aplicaciones del análisis granulométrico
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Comportamiento de los
suelos Granulares
Cantera Km. 37+540 SW - A a (0)
Huso Afirmado Tipo A-2
E.T. MTC Afirmado A-2
Fuente: MTC EG-2013
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Terreno natural (Subrasante)
Afirmado
Especificaciones para uso como material préstamo
en carreteras y otros, huso de especificaciones.
Ejemplo: Especificaciones MTC para material de afirmado
Aplicaciones del análisis granulométrico
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Comportamiento de los
suelos Granulares
Aplicaciones del análisis granulométrico
Mezcla de suelos
Diseño de filtros de agregados
Filtro de agregados
Identificación de características de permeabilidad en suelos granulares
2
10 )
C(D
=
K K = Coeficiente de permeabilidad
D10 = Diámetro efectivo
C = Constante de Hazen,
Suelo 2
Suelo 1
Mezcla
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Comportamiento de los
suelos Granulares
ENSAYOS DE ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO
Norma ASTM D6913 – Norma actual
aplicación a suelos granulares, tamices
de 3” – N°200, tamizados compuestos.
Norma ASTM D7928 – Norma actual
aplicación a suelos finos, método del
hidrómetro pasante N°10
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Comportamiento de los
suelos Granulares
✓ Determina cuantitativamente la
distribución de tamaños de partículas de
un suelo usando tamices de abertura
cuadrada entre 3 pulgadas (75mm) y
N°200 (0.075mm).
✓ Antes del tamizado la muestra se lava a
fin de eliminar las partículas finas, se
seca, se tamiza y se determina la masa
retenida en cada tamiz, con los
resultados se tabula cada tamiz con su
porcentaje que pasa y se representa
gráficamente en una curva
granulométrica.
✓ Dependiendo del tamaño máximo de
partículas el análisis granulométrico se
puede realizar un forma total (simple) o
puede ser un tamizado por partes
(compuesto) y aplicando correcciones se
determinar la granulometría integral.
✓
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO
Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil 37
Nº 4
Nº 200
3”
Fuente imagen : Luis Ortuño
Luisa Esther Shuan Lucas
M.Sc.Ing.
Comportamiento de los
suelos Granulares
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO ASTM D6913
Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil 38
Masa inicial seca
Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-FIC-UNI
Masa lavada y seca
Imagen: archivo Luisa Shuan
/LMS-FIC-UNI
Tamizar y pesar las masa
retenidas en cada tamíz
Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-FIC-UNI
Imagen: Guía de laboratorio granulometría-
Shuan y Basurto /LMS-FIC-UNI
Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-FIC-UNI
Cuarteo y selección de muestra
Lavado por la malla N°200
Imagen: Guía de laboratorio granulometría-Shuany
Basurto /LMS-FIC-UNI
Pasar la muestra lavada y seca por el juego
de tamices ordenados de mayor a menor
Luisa Esther Shuan Lucas
M.Sc.Ing.
Comportamiento de los
suelos Granulares
Masa de muestra (g) ……………………………… Masa de muestra secado al aire (g) …………
Masa de muestra secado al horno M (g) ………………
Meso de la muestra lavada y secada al horno Mo (g)..
M - Mo ………………………….. % Humedad …………..
error= g
S 2120 2120
0
7.8
(M-Mo) 160 165.3
100.0
100.0
7.8
PLATILLO 5.3 92.2
N°200 0.074 31.9 31.9 1.5 92.2
11.8
N°100 0.149 53.4 53.4 2.5 90.7 9.3
N°60 0.250 128 128 6.0 88.2
22.1
N°40 0.426 90.4 90.4 4.3 82.1 17.9
N°30 0.590 94.0 94.0 4.4 77.9
36.8
N°20 0.840 217.0 217.0 10.2 73.4 26.6
N°10 2.000 220.0 220.0 10.4 63.2
51.6
N°4 4.760 93.4 93.4 4.4 52.8 47.2
1/4" 6.350 140.9 140.9 6.6 48.4
63.5
3/8" 9.525 112.5 112.5 5.3 41.8 58.2
1/2" 12.700 150.7 150.7 7.1 36.5
80.3
3/4" 19.050 205.5 205.5 9.7 29.4 70.6
1" 25.400 417 417 19.7 19.7
3" 76.200
1 1/2" 38.100 100
2" 50.300
2120
1960
TAMIZ
Abertura
(mm)
Masa
retenida (g)
M.Retenida
corregida (g)
% Parcial
Retenido
% ACUMULADO
Retenido Pasando
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Facultad de Ingeniería Civil 39
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Comportamiento de los
suelos Granulares
LA CURVA GRANULOMÉTRICA DEL ANÁLISIS POR TAMIZADO
Representación gráfica del análisis granulométrico en escala semilogarítmica, ayuda a identificar las
proporciones de las fracciones de diversos tamaños en el suelos, gradación, se establecen usos
granulométricos.
Porcentaje
Acumulado
que
Pasa
(%)
Diámetro de las Partículas (mm)
CURVA GRANULOMETRICA
3"
1"
1
1/2"
2"
3/4"
1/2"
3/8"
1/4"
Nº4
Nº10
Nº20
Nº30
Nº40
Nº100
Nº200
Nº60
LIMO Y ARCILLA
ARENA
GRAVA
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica
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Facultad de Ingeniería Civil 40
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Comportamiento de los
suelos Granulares
Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil 41
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR
SEDIMENTACIÓN O POR HIDRÓMETRO
✓ Desarrollado por Bouyoucos y
mejorado por Gilboy para leer en
gr/cm3 la concentración de sólidos en la
suspensión por medio de un hidrómetro
✓ La velocidad de sedimentación de las
partículas de suelo en un líquido
depende de la forma, tamaño y peso,
asumiendo que las partículas son
esferas se aplica la Ley de Stokes para
determinar la velocidad de
sedimentación.
✓ La fracción fina del suelo se mezcla
con agua y defloculante que dispersa
las partículas, se coloca en una probeta
y se deja reposar.
✓ Con el hidrómetro se mide la densidad
de la suspensión agua suelo
defloculante cada cierto tiempo.
= velocidad
s = densidad de sólidos del suelo
 = densidad del agua
n = viscosidad del agua
D = diámetro de la partícula de suelo
Fuente imagen: Luis Ortuño “Mca. Del Suelo.Conceptos”
Luisa Esther Shuan Lucas
M.Sc.Ing.
Comportamiento de los
suelos Granulares
Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil 42
✓ El valor de “L” cambia de
acuerdo a la sedimentación de
las partículas, el hidrómetro
mide la densidad de la
suspensión.
✓ En el ensayo se realizan
lecturas en lapsos de tiempos
determinados.
✓ Un suelo con partículas que se
sedimentan en menor tiempo
tendrá mayor contenido de
partículas de mayor diámetro.
✓ Un suelo cuyas partículas
permanecen en suspensión
mayor tiempo tendrá mayor
contenido de partículas de
arcillas y coloides.
✓ El ensayo permite determinar
los porcentajes de limo, arcilla y
coloides.
Fuente imagen: Das B.
“Fundamentos de Ingeniería
Geotécnica”
Lectura del hidrómetro de la
suspensión suelo-agua.
Imagen: archivo LMS-FIC-
UNI/curso taller
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M.Sc.Ing.
Comportamiento de los
suelos Granulares
Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil 43
Preparar solución agua mas
defloculante
Imagen: archivo LMS-FIC-UNI/curso taller
Tamizar por la malla Nº10
Imagen: archivo L.Shuan /LMS-FIC-UNI
Se coloca la probeta en una
superficie fija
Imagen: archivo L.Shuan /LMS-FIC-UNI
agregar agua destilada, batir por
un minuto
Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-
FIC-UNI
defloculante Hexa Metafosfato
de Sodio NaPO3
Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-
FIC-UNI
Tomar las lecturas con el hidrómetro de
la densidad de la suspensión.
Tapar el extremo de la probeta y agitar por
un minuto
Imagen: archivo LMS-FIC-UNI/curso taller
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M.Sc.Ing.
Comportamiento de los
suelos Granulares
Hora de Inicio : Peso especifico relativo de sólidos (Ss) :
Peso Suelo Seco (gr) : % que pasa la malla N° 200 :
% que pasa la malla N° 10 : Lectura Hidrómetro en agua (Cm) : 0.5
Coeficiente "a" : Lectura Hidrómetro en agua + defloculante (Cd) : 5.0
13:03:00 p.m. 2.746
25.00
25.00
60.00
P(%)
1.00
5.00
25.30
Ct Rd Rc
240.00
1440.00
Constante
K
L
(cm)
L/tiempo
(cm/min)
Diámetro
(mm)
30.00 25.30 32.80
25.00
10.00
15.00
R
39.30
36.40
25.00
49.30
Tiempo
ºC
(min)
2.00 25.00
52.00
43.60
29.00
22.20
26.50
25.00 14.50
50.0
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11)
CÁLCULO P (%) =
Rc.a
Ws
x100
D = k
L
T
Curva Granulometrica
0.0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.001
0.0010
0.0100
0.1000
1.0000
Diámetro (mm)
Porcentaje
que
pasa
(%)
Graficar con P(%) y
Diámetro (mm)
Abertura
(mm.)
3" 76,200
2" 50,300
1 1/2" 38,100
1" 25,400
3/4" 19,050
1/2" 12,700 100,0
3/8" 9,525 99,3
1/4" 6,350 98,6
Nº4 4,760 98,5
Nº10 2,000 97,8
Nº20 0,840 97,4
Nº30 0,590 97,2
Nº40 0,426 97,0
Nº60 0,250 94,7
Nº100 0,149 85,0
Nº200 0,074 58,4
0,046 18,8
0,034 14,3
0,022 10,2
0,016 8,7
0,013 7,7
0,009 6,2
0,007 5,0
0,003 3,8
0,001 2,7
% que pasa
Tamiz
del
ensayo
de
sedimentación
del
ensayo
por
Tamizado
76,2
3"
50,3
2"
38,1
1
1/2"
25,4
1"
19,05
3/4"
12,7
1/2"
3/8"
6,35
1/4"
4,76
Nº4
2,00
Nº10
0,84
Nº20
0,59
Nº30
0,426
Nº40
0,25
Nº60
0,149
Nº100
0,074
Nº200
0,063
0,063
0,005
0,005
0,001
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,001
0,01
0,1
1
10
100
PORCENTAJE
ACUMULADO
QUE
PASA
(%
)
ABERTURA (mm)
CURVA GRANULOMETRICA
CURVA GRANULOMÉTRICA INTEGRAL POR TAMIZADO Y SEDIMENTACIÓN
Elaborado por Ing. Luisa Shuan L.
Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil 45
Luisa Esther Shuan Lucas
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Comportamiento de los
suelos Granulares
1. Generalidades de los suelos granulares
2. Estructura de los suelos
3. Textura
4. Forma de la partículas
5. Clasificación por tamaño de partículas
6. Análisis granulométrico y sus aplicaciones
7. Ensayos de granulometría por tamizado y por
hidrómetro
8. Gradación, coeficientes de uniformidad y
curvatura, diámetro efectivo
COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS
GRANULARES
Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil 46
Luisa Esther Shuan Lucas
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Comportamiento de los
suelos Granulares
Cu = coeficiente de uniformidad
Cc = coeficiente de curvatura
COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD Y CURVATURA
Los coeficientes de uniformidad Cu y de curvatura Cc se
determina en base a parámetros que se obtienen de la curva
granulométrica.
Cu =
D60
D10
Cc =
D30
2
D60 ∗ D10
De la curva se obtienen:
D10 = diámetro correspondiente al 10% de finos en la curva granulométrica
D30 = diámetro correspondiente al 30% de finos en la curva granulométrica
D60 = diámetro correspondiente al 60% de finos en la curva granulométrica
D10 = también se le conoce como diámetro efectivo del suelo
Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil 47
Luisa Esther Shuan Lucas
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Comportamiento de los
suelos Granulares
1. El suelo bien gradado forma una curva suave que se desarrolla a lo
largo de la abcisa, tiene todos los tamaños, cumple Cc y Cu.
2. El suelo mal gradado tiene curva casi vertical, predomina un solo
tamaño, presentan grandes vacios, no cumple Cc ó Cu, ó ambos.
3. En la clasificación de suelos SUCS, los coeficientes Cc y Cu se
aplican a los suelos gruesos que contienen hasta 12% de finos
(pasante N°200) y permiten evaluar la gradación de su distribución
granulométrica.
Suelo bien gradado : Cc  [1 a 3]
Cu > 4, para gravas
Cu > 6, para arenas
Gradación de un suelo
Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil 48
Luisa Esther Shuan Lucas
M.Sc.Ing.
Comportamiento de los
suelos Granulares
Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil 49
Suelo bien gradado:
Cc  [1 a 3]
Cu > 4, para gravas
Cu > 6, para arenas
60
10
30
2
xD
D
D
Cc =
10
60
D
D
Cu =
GRAFICO – PORCENTAJE ACUMULADO QUE PASA Vs. DIÁMETRO (mm)
D60 = 6,6
D30 = 2,1
D10 = 0,58
Cu =11,38
Cc = 1,15
Ejercicio: hallar los diámetros mediante
interpolación, verificar resultados.
Malla Abertura
(%)
Acumulado
que pasa
3" 76.20 100
2" 50.30 100
1 1/2" 38.10 100
1" 25.40 93,4
3/4" 19.05 85,3
1/2" 12.70 76,8
3/8" 9.53 70,5
1/4" 6.35 58,9
Nº4 4.76 50,7
Nº10 2.00 29,2
Nº20 0.84 14,9
Nº30 0.59 11,3
Nº40 0.426 8,3
Nº60 0.25 5,4
Nº100 0.149 3,9
Nº200 0.075 2,6
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Comportamiento de los
suelos Granulares
D60 =0.43 mm
D30=0.20mm D10 =0.04mm
Diámetro ( mm)
32
.
2
43
.
0
04
.
0
20
.
0 2
60
10
30
2
=
=
x
xD
D
D
Cc = coeficiente de curvatura =
75
.
10
04
.
0
43
.
0
10
60
=
=
D
D
Cc = coeficiente de uniformidad =
Gradación del suelo
Bien gradado
Pobremente gradado = uniforme
Pobremente gradado
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil 51
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Comportamiento de los
suelos Granulares
SUELO POBREMENTE GRADADO
Gradación uniforme=predomina un tamaño
SUELO BIEN GRADADO
Tamaños variados
SUELO POBREMENTE GRADADO
Gradaciòn discontínua, con ausencia de tamaños
Gradación del suelo
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil 52
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Comportamiento de los
suelos Granulares
75
3"
50
2"
37.5
1
1/2"
25
1"
19
3/4"
12.5
1/2"
3/8"
6.3
1/4"
4.75
Nº4
2.00
Nº10
0.85
Nº20
0.6
Nº30
0.425
Nº40
0.25
Nº60
0.15
Nº100
0.075
Nº200
N°140
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.01
0.1
1
10
100
PORCENTAJE
ACUMULADO
QUE
PASA
(%)
ABERTURA (mm)
CURVA GRANULOMÉTRICA
Calicata : C-3
Muestra : M-2
Prof. (m.) : 0.70 - 1.80
San Isidro – Lima
GP
75
3"
50
2"
37.5
1
1/2"
25
1"
19
3/4"
12.5
1/2"
3/8"
6.3
1/4"
4.75
Nº4
2.00
Nº10
0.85
Nº20
0.6
Nº30
0.425
Nº40
0.25
Nº60
0.15
Nº100
0.075
Nº200
N°140
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.01
0.1
1
10
100
PORCENTAJE
ACUMULADO
QUE
PASA
(%)
ABERTURA (mm)
CURVA GRANULOMÉTRICA
Calicata : C-3
Muestra : M-1
Prof. (m.) : 1.30 - 5.50
Ventanilla Callao
SP
Interpretación de la curva granulométrica
% Grava : 68
% Arena : 30
% Finos : 2
% Grava : 0.4
% Arena : 97.6
% Finos : 2.0
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Comportamiento de los
suelos Granulares

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MECÁNICA DE SUELOS I - Comportamiento suelos granulares

  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Ingeniería Geotécnica Engineering Technology Accreditation Commission Carrera de Ingeniería Civil con acreditación internacional Lima-Perú COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS GRANULARES MECÁNICA DE SUELOS I Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. lshuan@uni.edu.pe
  • 2. 1. Generalidades de los suelos granulares 2. Estructura de los suelos 3. Textura 4. Forma de la partículas 5. Clasificación por tamaño de partículas 6. Análisis granulométrico y sus aplicaciones 7. Ensayos de granulometría por tamizado y por hidrómetro 8. Gradación, coeficientes de uniformidad y curvatura, diámetro efectivo COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS GRANULARES Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 2
  • 3. Grava Arena Suelo fino Suelo grueso Limos, arcilla limosa, arcilla, coloides Tamiz N°200 0.075 mm Tamiz N°4 4.74 mm 3” 100% = total partículas Suelo grueso < 50% del total Suelo fino ≥ 50% del total Tamaños considerados en los sistemas de clasificación Boleos, bloques, cantos rodados Fracción > 3”  Concepto de gravas y arenas limpias.  Suelo grueso con matriz fina, ¿hay influencia? Primer criterio de clasificación de suelos por el sistema SUCS: suelos gruesos y finos Tamaño de partícula que separa a dichos grupos: 0.075mm ( malla N°200). La clasificación del suelo es la fracción que retiene el mayor porcentaje del material. GRANULOMETRÍA Y TIPO DE SUELO GENERALIDADES Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 3 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 4. Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 4 GENERALIDADES DE LOS SUELOS GRANULARES Sus características físicas condicionan el comportamiento mecánico e hidráulico. Pueden ser estables y de buena capacidad de soporte acorde con su compacidad relativa. Se utiliza como material de canteras de agregados. ▪ Distribución granulométrica ▪ Densidad relativa ó compacidad relativa in situ ▪ Orientación y forma de las partículas ▪ Dureza de las partículas ▪ Características de la matriz fina: porcentaje, tipo, plasticidad ▪ Otros que depende de las características del lugar Su comportamiento geotécnico está condicionado a las siguientes características físicas. Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 5. Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 5 COMPORTAMIENTO GEOTÉCNICO GENERALIDADES Foto: archivo Luisa Shuan Lucas ▪ Densidad relativa media a densa. ▪ Capacidad de carga admisible buena adecuada ▪ Amplia distribución de tamaños, buena gradación ▪ Partículas resistentes ▪ Escasa matriz fina de plasticidad baja a nula. ▪ Densidad relativa muy suelta. ▪ Capacidad de carga admisible baja ▪ Mal gradada, granulometría uniforme. ▪ Asentamientos considerables ▪ Escasa matriz fina no plástica Foto: archivo Luisa Shuan Lucas GRAVA ARENA Ejemplo: grava en el distrito de Jesús María de Lima Ejemplo: arena en balneario Chupikalla - Cañete Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 6. 1. Generalidades de los suelos granulares 2. Estructura de los suelos 3. Textura 4. Forma de la partículas 5. Clasificación por tamaño de partículas 6. Análisis granulométrico y sus aplicaciones 7. Ensayos de granulometría por tamizado y por hidrómetro 8. Gradación, coeficientes de uniformidad y curvatura, diámetro efectivo COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS GRANULARES Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 6 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 7. La estructura es el arreglo o forma en que unen las partículas sólidas del suelo, depende de su formación geológica, del ambiente de meteorización o sedimentación. La estructura del suelo influye en las propiedades geotécnicas como permeabilidad, relación de vacíos, compresibilidad, etc. ESTRUCTURA DE LOS SUELOS http://www.bdigital.unal.edu.co/1864/4/cap3.pdf 01.7.2020 Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 7 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 8. ▪ La estructura granular o simple es típica de suelos gruesos, predomina la gravedad en el arreglo de las partículas. ▪ Un suelo granular está formado por granos aislados, pero la fuerza de gravedad actuante y a la fricción entre los granos forman un esqueleto granular estable aunque en conjunto no tenga fuerza de cohesión. Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 8 ESTRUCTURA DEL SUELO GRANULAR Arena Debido al tamaño de las partículas las fuerzas gravitatorias sobre las partículas superan a las fuerzas iónicas. Estructura de un suelo granular en el microscopio. Fuente Gonzales de Vallejo Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 9. En el arreglo o empaquetamiento del suelo granular influye la forma de las partículas, tamaño de los granos, granulometría, entre otros. Debido al tamaño de sus partículas en un suelo granular las fuerzas gravitatorias superan a las fuerzas iónicas. En cambio, un suelo fino tiene una estructura en base a la atracción eléctrica de sus pequeñas partículas minerales. Las propiedades del suelo granular que dependen del grado de empaquetamiento son la densidad relativa y porosidad. Bien gradado Pobremente gradado Influencia de tamaño, forma y granulometría Suelta compacta tipo panal Influencia del grado de empaquetamiento ESTRUCTURA DEL SUELO GRANULAR Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 9 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 10. La estructura que forma un suelo fino se debe a las fuerzas iónicas entre las partículas. El pequeño tamaño de las partículas causas fuerza de atracción que superan a las fuerzas gravitatorias actuantes, las partículas en la superficie poseen cargas eléctricas positivas o negativas Estructura laminar de mineral arcilloso. Fuente Gonzales de Vallejo ▪ En la estructura floculada predominan las fuerzas eléctricas de atracción, parece un castillo de naipes, la porosidad es mayor que la dispersa, menor densidad y resistencia. ▪ En la estructura dispersa predominan las fuerzas de repulsión. ▪ Los suelos finos están conformados por escamas de mica, minerales de arcilla, caolinita, ilitas, entre otros, el arreglo forma estructuras laminares. ▪ Los minerales de arcilla se identifican con microscopio electrónico, difracción de rayos X . ESTRUCTURA DEL SUELO FINO Esquemas tomados de L. Cruz Velasco “Geotecnología” Floculada (panal) Dispersa En grumos Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 10 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 11. 1. Generalidades de los suelos granulares 2. Estructura de los suelos 3. Textura 4. Forma de la partículas 5. Clasificación por tamaño de partículas 6. Análisis granulométrico y sus aplicaciones 7. Ensayos de granulometría por tamizado y por hidrómetro 8. Gradación, coeficientes de uniformidad y curvatura, diámetro efectivo COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS GRANULARES Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 11 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 12. TEXTURA DEL SUELO El término “Textura” se utiliza en mecánica de suelos, geología y en agronomía. Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 12 En mecánica de suelos Es la descripción del grado de fineza al tacto de la matriz o fracción fina del suelo conformada por arena, limo y finos, se describe como: textura suave, arenosa, áspera, etc. Ayuda en la clasificación visual-manual para describir el grado de fineza, se suele comparar con algunos elementos comunes, por ejemplo azúcar granulada (arena), talco (arcilla). En geología Expresa la disposición, forma, arreglo y tamaño de los granos de los minerales que forman una roca, tanto a nivel microscópico como macroscópico; ejemplo: textura porfídica, textura afanítica. https://www.geovirtual2.cl/geologiageneral/ggcap03a.htm ”Apuntes de Geología” W.Griem Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 13. TEXTURA DEL SUELO En agronomía (Edafología) La “textura” es la clasificación del con fines agrícolas del suelo, se determina con la granulometría del material que pasa el tamiz N°10; con los porcentajes de arena, limo y arcilla se ubica el suelo en el en el diagrama triangular USDA (Departamento de agricultura-USA). Las texturas se clasifican grupos son arcilla arenosa, franco limoso arcilloso, franco arclloso, etc., los que indican una determinada calidad para los fines indicados. http://www.fao.org Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 13 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 14. FORMA DE LAS PARTÍCULAS La forma de partículas de un suelo granular depende de varios factores como su origen geológico, agente de transporte, distancia de transporte, composición, dureza, otros. Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 14 ➢ La forma de las partículas influye en el comportamiento de un suelo granular. ➢ La forma angulosa a subangulosa genera mayor fricción entre partículas, mayor ángulo de fricción interna (), resistencia al corte favorable. ➢ Las arenas y gravas angulosas tienen buen comportamiento en uso como agregado de mezclas asfálticas o concreto. https://es.wikipedia.org/wiki/Canto_rodado https://geologiaweb.com/rocas-sedimentarias/grava/ Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 15. FUENTE: ASTM D2488-17 Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 15 FORMA – RELACIÓN ESPESOR/LARGO - Chatas o planas: ancho/espesor >3 - Alargadas: longitud/ancho >3 - Chatas y alargadas: ambos criterios ANGULOSIDAD Angulosa, subangulosa, redondeada, subredondeada. FORMA DE LAS PARTÍCULAS Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 16. FUENTE: ASTM D2488-17 Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 16 FORMA DE LAS PARTÍCULAS En el uso como agregado los elementos deben cumplir las especificaciones de forma y no exceder los porcentajes de elemento no deseados ESPECIFICACIONES MTC – BASE GRANULAR Fuente: MTC-Perú. Manual de Carreteras “Especificaciones Técnicas Generales para Construcción” EG-2013 Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-FIC-UNI Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-FIC-UNI Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-FIC-UNI Calibrador norma ASTM Calibradores norma MTC Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 18. 1. Generalidades de los suelos granulares 2. Estructura de los suelos 3. Textura 4. Forma de la partículas 5. Clasificación por tamaño de partículas 6. Análisis granulométrico y sus aplicaciones 7. Ensayos de granulometría por tamizado y por hidrómetro 8. Gradación, coeficientes de uniformidad y curvatura, diámetro efectivo COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS GRANULARES Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 18 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 19. CLASIFICACIÓN POR TAMAÑO DE PARTÍCULAS ▪ El tamaño de partículas que contiene un suelo depende de los procesos geológicos actuantes hasta su ubicación en el lugar actual. ▪ En un suelo el tamaño de sus partículas varía en un rango amplio, para identificar un tipo de suelo es común asignarle el nombre de la fracción granulométrica que mas predomina: grava, arena, limo, arcilla. ▪ Hay varios sistemas de clasificación con rangos de tamaños de las diversas fracciones, dichos rangos pueden ser variables de acuerdo al sistema. ▪ En nuestro medio está generalizado el sistema ASTM que se relaciona con la clasificación con fines de ingeniería. Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 19 Av. Litoral-Tacna : conglomerado del río Caplina Foto: archivo Luisa Shuan Lucas Piura – arena eólica Foto: archivo Luisa Shuan L. Tingo María – suelo fino de alta plasticidad Foto: archivo Luisa Shuan Lucas Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 20. Recuperado de: https://twitter.com/geotechtips/status/522492403551584256?lang=fa CLASIFICACIÓN POR TAMAÑOS Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 20 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 21. Clasificación MIT ( Instituto Tecnológico de Massachusetts) Clasificación AASHTO Clasificación ASTM D2487 - SUCS ( USCS) Clasificación ASTM D422 ▪ Los tamaños referenciales en cada sistema difieren ligeramente en algunas fracciones. ▪ Cualitativamente hay concordancia en las denominaciones: bloques, fragmentos, grava, arena, limo, arcilla. Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 21 Denominación Constitución Descripción Grava fragmentos de rocas formados por cuarzo, feldespatos, calcita y otros minerales Elementos visibles y gruesos Arena Granos de minerales de cuarzo y feldesfatos. Partículas visibles y finas Limo Tamaño microscópicos de cuarzo y minerales micáceos en forma de escamas Partículas no visibles, áspero al tacto Arcilla tamaños submicroscópicos de escamas de micas, minerales arcillosos (caolinita, ilita, montmorillonita y otros minerales. Partículas no visibles, suave al tacto CLASIFICACIÓN POR TAMAÑOS Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 22. Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 22 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 23. CLASIFICACION DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS – ASTM tamices ASTM abertura (mm) 3" 75.00 2.5" 63.00 2" 50.00 1" 25.40 3/4" 19.00 1/4" 6.30 N°4 4.75 N°10 2.00 N°30 0.60 N°40 0.425 N°60 0.25 N°100 0.15 N°140 0.106 N°200 0.075 0.06 0.005 0.002 0.001 NORMA ASTM D422 (2007) tamaños (mm) minimo maximo BLOQUES > 300 (12") FRAGMENTOS 75 (3") 300 GRAVA 4.75 (N°4) 75 (3") ARENA ARENA GRUESA 2 (N°10) 4.75 (N°4) ARENA MEDIA 0.425 (N°40) 2 (N°10) ARENA FINA 0.075 (N°200) 0.425 (N°40) LIMO 0.005 0.075 ARCILLA < 0.005 COLOIDES < 0.001 ASTM D2487 USCS (SUCS) tamaños (mm) minimo maximo BLOQUES > 300 (12") FRAGMENTOS 75 (3") 300 GRAVA GRAVA GRUESA 19 (3/4") 75 (3") GRAVA FINA 4.75 (N°4) 19 (3/4") ARENA ARENA GRUESA 2 (N°10) 4.75 (N°4) ARENA MEDIA 0.425 (N°40) 2 (N°10) ARENA FINA 0.075 (N°200) 0.425 (N°40) FINOS (limo, arcilla) < 0.075 La clasificación ASTM D422 (2007) considera tamaños de limo, arcilla y coloides para reporte del ensayo del hidrómetro. grava arena arcilla limo coloides Finos ASTM D2487 SUCS ASTM D422 Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 23 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 24. M.I.T. NORMA BRITÁNICA Tamaños (mm) minimo maximo BLOQUES > 200 (8") FRAGMENTOS 60 200 GRAVA GRAVA GRUESA 20 60 GRAVA MEDIA 6 20 GRAVA FINA 2 6 ARENA ARENA GRUESA 0.6 2 ARENA MEDIA 0.2 0.6 ARENA FINA 0.06 0.2 LIMO 0.002 0.06 ARCILLA < 0.002 NORMA ALEMANA - DIN 4022 Tamaños (mm) minimo maximo BLOQUES > 200 (8") FRAGMENTOS 63 200 GRAVA GRAVA GRUESA 20 63 (2.5") GRAVA MEDIA 6.3 20 GRAVA FINA 2 (N°10) 6.3 (1/4”) ARENA ARENA GRUESA 0.6 2 (N°10) ARENA MEDIA 0.2 0.6(N°30) ARENA FINA 0.06 0.2 LIMO 0.002 0.06 ARCILLA < 0.002 CLASIFICACION DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS MIT- BS 1377-DIN4022 tamices ASTM abertura (mm) 3" 75.00 2.5" 63.00 2" 50.00 1" 25.40 3/4" 19.00 1/4" 6.30 N°4 4.75 N°10 2.00 N°30 0.60 N°40 0.425 N°60 0.25 N°100 0.15 N°140 0.106 N°200 0.075 N°230 0.06 0.005 0.002 0.001 grava arena arcilla limo Observar que estos sistemas consideran como arena al material que pasa el tamiz N°10. Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 24 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 25. CLASIFICACION DE TAMAÑO DE PARTÍCULAS MIT -BS 1377-DIN4022-ASTM-SUCS Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 25 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares NORMA DENOMINACIÓN (tamaños en mm.) GRAVA ARENA LIMO ARCILLA M.I.T (Inst.Tecnológico de Massachusetts) NORMA BRITÁNICA 2 – 60 0.06 - 2 0.002 - 0.06 < 0.002 AASHTO 2 - 75 0.075 - 2 0.002 – 0.075 < 0.002 NORMA ALEMANA DIN 4022 2 - 63 0.06 - 2 0.002 - 0.06 < 0.002 NORMA ASTM (D422) 4.75 – 75 0.075 - 4.75 0.005 - 0.075 < 0.005 ASTM D2487 USCS (SUCS) 4.75 - 75 0.075 - 4.75 < 0.075 (Finos en general) ✓ Para la fracción menor de 3 pulgadas todos los sistemas de clasificación por tamaño coinciden en clasificar los suelos en cuatro grupos: gravas, arenas, limo y arcilla, pero hay ligeras variaciones en los rangos de tamaños. ✓ La determinación de la granulometría se realiza en laboratorio por los métodos de tamizado y por sedimentación. RESUMEN DE LOS SISTEMAS PARA FRACCIÓN < 3 pulgadas
  • 26. SISTEMAS DE CLASIFICACION POR TAMAÑO DE PARTÍCULAS ESCALA COMPARATIVA Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 26 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 27. ▪ En los suelos finos predominan las fuerzas eléctricas que atraen a las partículas entre ellas y las fuerzas capilares. ▪ En los suelos granulares predominan las fuerzas de gravedad ▪ Los suelos granulares tienen alta permeabilidad, se asocia a condiciones de carga “drenadas” por la rápida disipación de la presión de poros. ▪ Los suelos finos son de baja permeabilidad, típicamente se asocia a comportamiento “no drenado” TAMAÑO DE PARTÍCULAS Y COMPORTAMIENTO DEL SUELO
  • 28. Bloques > 12” Fragmentos 3” – 12” Grava gruesa ¾” – 3” Grava fina N°4 – ¾” Arena gruesa N°4 – N°10 Arena media N°10 – N°40 Arena fina N°40 – N°200 Clasificación del suelo grueso según ASTM D2487 Depósito coluvio-aluvial en C.P Piedra Grande – Sto. Domingo delos Olleros-Huarochirí Imagen: archivo Luisa Shuan Tamiz Nº 4 Tamiz Nº 200 Tamiz de 3” Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-FIC-UNI bloques fragmentos Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 28 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 29. Gravas: Pasa Tamíz 3 “ (75mm) y retiene Tamíz Nº 4 (4.75mm) Arena gruesa: Partículas de diámetro entre 4.75(Nº4) y 2.00mm(Nº10) Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 29 Clasificación del suelo grueso según ASTM D2487 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 30. Arena media: Pasa tamíz Nº 10 ( 2.00mm) y Retiene Nº 40 (0.425mm) Arena fina: Pasa tamíz Nº 40 (0.425mm ) y retiene Nº 200 ( 0.075 mm) Clasificación del suelo grueso según ASTM D2487 Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 30 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 31. 1. Generalidades de los suelos granulares 2. Estructura de los suelos 3. Textura 4. Forma de la partículas 5. Clasificación por tamaño de partículas 6. Análisis granulométrico y sus aplicaciones 7. Ensayos de granulometría por tamizado y por hidrómetro 8. Gradación, coeficientes de uniformidad y curvatura, diámetro efectivo COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS GRANULARES Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 31 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 32. 1. Clasificación de los suelos de acuerdo a los porcentajes de los diversos tamaños. 2. Especificaciones para uso del suelo como material de préstamo en carreteras, presas de tierra, caminos y otros en base al huso de especificaciones. 3. Mezcla de suelos 4. Diseño de filtros de agregados 5. Identificación de sus características de permeabilidad y establece si el suelo puede drenarse fácilmente. El Análisis Granulométrico Con el análisis granulométrico se determina los porcentajes en peso de los diversos tamaños de partículas presentes en una muestra de suelo. La aplicación en ingeniería civil es diversa, por ejemplo: Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 32 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 33. Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 33 Clasificación de los suelos de acuerdo a los tamaños https://docplayer.es/14132411-Clasificacion-de-suelos- 84-07-mecanica-de-suelos-y-geologia-fiuba.html La clasificación por granulometría de un suelo será aquella que corresponde a la fracción que predomina Aplicaciones del análisis granulométrico Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 34. Cantera Km. 37+540 SW - A a (0) Huso Afirmado Tipo A-2 E.T. MTC Afirmado A-2 Fuente: MTC EG-2013 Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 34 Terreno natural (Subrasante) Afirmado Especificaciones para uso como material préstamo en carreteras y otros, huso de especificaciones. Ejemplo: Especificaciones MTC para material de afirmado Aplicaciones del análisis granulométrico Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 35. Aplicaciones del análisis granulométrico Mezcla de suelos Diseño de filtros de agregados Filtro de agregados Identificación de características de permeabilidad en suelos granulares 2 10 ) C(D = K K = Coeficiente de permeabilidad D10 = Diámetro efectivo C = Constante de Hazen, Suelo 2 Suelo 1 Mezcla Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 35 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 36. ENSAYOS DE ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO Norma ASTM D6913 – Norma actual aplicación a suelos granulares, tamices de 3” – N°200, tamizados compuestos. Norma ASTM D7928 – Norma actual aplicación a suelos finos, método del hidrómetro pasante N°10 Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 36 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 37. ✓ Determina cuantitativamente la distribución de tamaños de partículas de un suelo usando tamices de abertura cuadrada entre 3 pulgadas (75mm) y N°200 (0.075mm). ✓ Antes del tamizado la muestra se lava a fin de eliminar las partículas finas, se seca, se tamiza y se determina la masa retenida en cada tamiz, con los resultados se tabula cada tamiz con su porcentaje que pasa y se representa gráficamente en una curva granulométrica. ✓ Dependiendo del tamaño máximo de partículas el análisis granulométrico se puede realizar un forma total (simple) o puede ser un tamizado por partes (compuesto) y aplicando correcciones se determinar la granulometría integral. ✓ ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 37 Nº 4 Nº 200 3” Fuente imagen : Luis Ortuño Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 38. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO ASTM D6913 Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 38 Masa inicial seca Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-FIC-UNI Masa lavada y seca Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-FIC-UNI Tamizar y pesar las masa retenidas en cada tamíz Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-FIC-UNI Imagen: Guía de laboratorio granulometría- Shuan y Basurto /LMS-FIC-UNI Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS-FIC-UNI Cuarteo y selección de muestra Lavado por la malla N°200 Imagen: Guía de laboratorio granulometría-Shuany Basurto /LMS-FIC-UNI Pasar la muestra lavada y seca por el juego de tamices ordenados de mayor a menor Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 39. Masa de muestra (g) ……………………………… Masa de muestra secado al aire (g) ………… Masa de muestra secado al horno M (g) ……………… Meso de la muestra lavada y secada al horno Mo (g).. M - Mo ………………………….. % Humedad ………….. error= g S 2120 2120 0 7.8 (M-Mo) 160 165.3 100.0 100.0 7.8 PLATILLO 5.3 92.2 N°200 0.074 31.9 31.9 1.5 92.2 11.8 N°100 0.149 53.4 53.4 2.5 90.7 9.3 N°60 0.250 128 128 6.0 88.2 22.1 N°40 0.426 90.4 90.4 4.3 82.1 17.9 N°30 0.590 94.0 94.0 4.4 77.9 36.8 N°20 0.840 217.0 217.0 10.2 73.4 26.6 N°10 2.000 220.0 220.0 10.4 63.2 51.6 N°4 4.760 93.4 93.4 4.4 52.8 47.2 1/4" 6.350 140.9 140.9 6.6 48.4 63.5 3/8" 9.525 112.5 112.5 5.3 41.8 58.2 1/2" 12.700 150.7 150.7 7.1 36.5 80.3 3/4" 19.050 205.5 205.5 9.7 29.4 70.6 1" 25.400 417 417 19.7 19.7 3" 76.200 1 1/2" 38.100 100 2" 50.300 2120 1960 TAMIZ Abertura (mm) Masa retenida (g) M.Retenida corregida (g) % Parcial Retenido % ACUMULADO Retenido Pasando Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 39 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 40. LA CURVA GRANULOMÉTRICA DEL ANÁLISIS POR TAMIZADO Representación gráfica del análisis granulométrico en escala semilogarítmica, ayuda a identificar las proporciones de las fracciones de diversos tamaños en el suelos, gradación, se establecen usos granulométricos. Porcentaje Acumulado que Pasa (%) Diámetro de las Partículas (mm) CURVA GRANULOMETRICA 3" 1" 1 1/2" 2" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" Nº4 Nº10 Nº20 Nº30 Nº40 Nº100 Nº200 Nº60 LIMO Y ARCILLA ARENA GRAVA 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 40 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 41. Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 41 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR SEDIMENTACIÓN O POR HIDRÓMETRO ✓ Desarrollado por Bouyoucos y mejorado por Gilboy para leer en gr/cm3 la concentración de sólidos en la suspensión por medio de un hidrómetro ✓ La velocidad de sedimentación de las partículas de suelo en un líquido depende de la forma, tamaño y peso, asumiendo que las partículas son esferas se aplica la Ley de Stokes para determinar la velocidad de sedimentación. ✓ La fracción fina del suelo se mezcla con agua y defloculante que dispersa las partículas, se coloca en una probeta y se deja reposar. ✓ Con el hidrómetro se mide la densidad de la suspensión agua suelo defloculante cada cierto tiempo. = velocidad s = densidad de sólidos del suelo  = densidad del agua n = viscosidad del agua D = diámetro de la partícula de suelo Fuente imagen: Luis Ortuño “Mca. Del Suelo.Conceptos” Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 42. Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 42 ✓ El valor de “L” cambia de acuerdo a la sedimentación de las partículas, el hidrómetro mide la densidad de la suspensión. ✓ En el ensayo se realizan lecturas en lapsos de tiempos determinados. ✓ Un suelo con partículas que se sedimentan en menor tiempo tendrá mayor contenido de partículas de mayor diámetro. ✓ Un suelo cuyas partículas permanecen en suspensión mayor tiempo tendrá mayor contenido de partículas de arcillas y coloides. ✓ El ensayo permite determinar los porcentajes de limo, arcilla y coloides. Fuente imagen: Das B. “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica” Lectura del hidrómetro de la suspensión suelo-agua. Imagen: archivo LMS-FIC- UNI/curso taller Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 43. Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 43 Preparar solución agua mas defloculante Imagen: archivo LMS-FIC-UNI/curso taller Tamizar por la malla Nº10 Imagen: archivo L.Shuan /LMS-FIC-UNI Se coloca la probeta en una superficie fija Imagen: archivo L.Shuan /LMS-FIC-UNI agregar agua destilada, batir por un minuto Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS- FIC-UNI defloculante Hexa Metafosfato de Sodio NaPO3 Imagen: archivo Luisa Shuan /LMS- FIC-UNI Tomar las lecturas con el hidrómetro de la densidad de la suspensión. Tapar el extremo de la probeta y agitar por un minuto Imagen: archivo LMS-FIC-UNI/curso taller Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 44. Hora de Inicio : Peso especifico relativo de sólidos (Ss) : Peso Suelo Seco (gr) : % que pasa la malla N° 200 : % que pasa la malla N° 10 : Lectura Hidrómetro en agua (Cm) : 0.5 Coeficiente "a" : Lectura Hidrómetro en agua + defloculante (Cd) : 5.0 13:03:00 p.m. 2.746 25.00 25.00 60.00 P(%) 1.00 5.00 25.30 Ct Rd Rc 240.00 1440.00 Constante K L (cm) L/tiempo (cm/min) Diámetro (mm) 30.00 25.30 32.80 25.00 10.00 15.00 R 39.30 36.40 25.00 49.30 Tiempo ºC (min) 2.00 25.00 52.00 43.60 29.00 22.20 26.50 25.00 14.50 50.0 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) CÁLCULO P (%) = Rc.a Ws x100 D = k L T Curva Granulometrica 0.0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.001 0.0010 0.0100 0.1000 1.0000 Diámetro (mm) Porcentaje que pasa (%) Graficar con P(%) y Diámetro (mm)
  • 45. Abertura (mm.) 3" 76,200 2" 50,300 1 1/2" 38,100 1" 25,400 3/4" 19,050 1/2" 12,700 100,0 3/8" 9,525 99,3 1/4" 6,350 98,6 Nº4 4,760 98,5 Nº10 2,000 97,8 Nº20 0,840 97,4 Nº30 0,590 97,2 Nº40 0,426 97,0 Nº60 0,250 94,7 Nº100 0,149 85,0 Nº200 0,074 58,4 0,046 18,8 0,034 14,3 0,022 10,2 0,016 8,7 0,013 7,7 0,009 6,2 0,007 5,0 0,003 3,8 0,001 2,7 % que pasa Tamiz del ensayo de sedimentación del ensayo por Tamizado 76,2 3" 50,3 2" 38,1 1 1/2" 25,4 1" 19,05 3/4" 12,7 1/2" 3/8" 6,35 1/4" 4,76 Nº4 2,00 Nº10 0,84 Nº20 0,59 Nº30 0,426 Nº40 0,25 Nº60 0,149 Nº100 0,074 Nº200 0,063 0,063 0,005 0,005 0,001 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,001 0,01 0,1 1 10 100 PORCENTAJE ACUMULADO QUE PASA (% ) ABERTURA (mm) CURVA GRANULOMETRICA CURVA GRANULOMÉTRICA INTEGRAL POR TAMIZADO Y SEDIMENTACIÓN Elaborado por Ing. Luisa Shuan L. Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 45 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 46. 1. Generalidades de los suelos granulares 2. Estructura de los suelos 3. Textura 4. Forma de la partículas 5. Clasificación por tamaño de partículas 6. Análisis granulométrico y sus aplicaciones 7. Ensayos de granulometría por tamizado y por hidrómetro 8. Gradación, coeficientes de uniformidad y curvatura, diámetro efectivo COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS GRANULARES Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 46 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 47. Cu = coeficiente de uniformidad Cc = coeficiente de curvatura COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD Y CURVATURA Los coeficientes de uniformidad Cu y de curvatura Cc se determina en base a parámetros que se obtienen de la curva granulométrica. Cu = D60 D10 Cc = D30 2 D60 ∗ D10 De la curva se obtienen: D10 = diámetro correspondiente al 10% de finos en la curva granulométrica D30 = diámetro correspondiente al 30% de finos en la curva granulométrica D60 = diámetro correspondiente al 60% de finos en la curva granulométrica D10 = también se le conoce como diámetro efectivo del suelo Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 47 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 48. 1. El suelo bien gradado forma una curva suave que se desarrolla a lo largo de la abcisa, tiene todos los tamaños, cumple Cc y Cu. 2. El suelo mal gradado tiene curva casi vertical, predomina un solo tamaño, presentan grandes vacios, no cumple Cc ó Cu, ó ambos. 3. En la clasificación de suelos SUCS, los coeficientes Cc y Cu se aplican a los suelos gruesos que contienen hasta 12% de finos (pasante N°200) y permiten evaluar la gradación de su distribución granulométrica. Suelo bien gradado : Cc  [1 a 3] Cu > 4, para gravas Cu > 6, para arenas Gradación de un suelo Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 48 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 49. Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 49 Suelo bien gradado: Cc  [1 a 3] Cu > 4, para gravas Cu > 6, para arenas 60 10 30 2 xD D D Cc = 10 60 D D Cu = GRAFICO – PORCENTAJE ACUMULADO QUE PASA Vs. DIÁMETRO (mm) D60 = 6,6 D30 = 2,1 D10 = 0,58 Cu =11,38 Cc = 1,15 Ejercicio: hallar los diámetros mediante interpolación, verificar resultados. Malla Abertura (%) Acumulado que pasa 3" 76.20 100 2" 50.30 100 1 1/2" 38.10 100 1" 25.40 93,4 3/4" 19.05 85,3 1/2" 12.70 76,8 3/8" 9.53 70,5 1/4" 6.35 58,9 Nº4 4.76 50,7 Nº10 2.00 29,2 Nº20 0.84 14,9 Nº30 0.59 11,3 Nº40 0.426 8,3 Nº60 0.25 5,4 Nº100 0.149 3,9 Nº200 0.075 2,6 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 50. D60 =0.43 mm D30=0.20mm D10 =0.04mm Diámetro ( mm) 32 . 2 43 . 0 04 . 0 20 . 0 2 60 10 30 2 = = x xD D D Cc = coeficiente de curvatura = 75 . 10 04 . 0 43 . 0 10 60 = = D D Cc = coeficiente de uniformidad =
  • 51. Gradación del suelo Bien gradado Pobremente gradado = uniforme Pobremente gradado Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 51 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 52. SUELO POBREMENTE GRADADO Gradación uniforme=predomina un tamaño SUELO BIEN GRADADO Tamaños variados SUELO POBREMENTE GRADADO Gradaciòn discontínua, con ausencia de tamaños Gradación del suelo Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 52 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares
  • 53. 75 3" 50 2" 37.5 1 1/2" 25 1" 19 3/4" 12.5 1/2" 3/8" 6.3 1/4" 4.75 Nº4 2.00 Nº10 0.85 Nº20 0.6 Nº30 0.425 Nº40 0.25 Nº60 0.15 Nº100 0.075 Nº200 N°140 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.01 0.1 1 10 100 PORCENTAJE ACUMULADO QUE PASA (%) ABERTURA (mm) CURVA GRANULOMÉTRICA Calicata : C-3 Muestra : M-2 Prof. (m.) : 0.70 - 1.80 San Isidro – Lima GP 75 3" 50 2" 37.5 1 1/2" 25 1" 19 3/4" 12.5 1/2" 3/8" 6.3 1/4" 4.75 Nº4 2.00 Nº10 0.85 Nº20 0.6 Nº30 0.425 Nº40 0.25 Nº60 0.15 Nº100 0.075 Nº200 N°140 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.01 0.1 1 10 100 PORCENTAJE ACUMULADO QUE PASA (%) ABERTURA (mm) CURVA GRANULOMÉTRICA Calicata : C-3 Muestra : M-1 Prof. (m.) : 1.30 - 5.50 Ventanilla Callao SP Interpretación de la curva granulométrica % Grava : 68 % Arena : 30 % Finos : 2 % Grava : 0.4 % Arena : 97.6 % Finos : 2.0 Dpto. Académico de Ingeniería Geotécnica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil 53 Luisa Esther Shuan Lucas M.Sc.Ing. Comportamiento de los suelos Granulares