Forma de las partculas Estructuracin de los suelos

§ Forma de las partículas. § Estructuración de los suelos. § Densidad relativa. § Tamaño de las partículas. § Análisis granulométrico por tamizado: Vía seca y vía húmeda. § Análisis granulométrico por sedimentación.

Forma de las partículas del suelo La formas de las partículas influye en el comportamiento y capacidad portantes del suelo. La forma de los partículas del suelo corresponden a las siguientes: • • Redondeadas Parámetros a medir Subredondeada Subangulosa Angulosa Laminar o escamona Fibrosa Alargada o en bastones R • La esfericidad • La angulosidad • La planeidad Dc La formas de las partículas reflejan: § Composición § Formación del grano § Liberación de la matriz mineral § Transporte § Ambiente de deposito

Suelos granulares: § Forma característica equidimensional § Se originan por la acción de agente mecánicos y en casos excepcional químicos § La energía de acción de cada agente condicionan la forma que adopta la partícula de suelo. Bien redondeado Redondeado Subredondeado Subangular Angular Muy Angular Baja esfericidad Alta esfericidad

Bien redondeado Redondeado Subredondeado Subangular Angular Muy Angular forma Depende del grado de abrasión • Son típicas de suelos residuales (arenosos y gravosos), arenas marinas, arenas volcánicas • Los vértices y aristas se redondean por rodado y la abrasión mecánica. Implica un recorrido nulo o corto del material. • Las partículas angulosas tienden a quebrar con facilidad por concentración de esfuerzos en los puntos de contacto Características • Son frecuentes de arenas y gravas de ríos, sedimentos de playa, y arenas eólicas • Entre mas redondeado sea un grano mineral mas resistencia ofrecen a ser desmenuzados y son capaces de resistir grandes cargas con pequeñas deformaciones

Suelos finos: Forma laminar: El largo y ancho son mucho mayores que el (espesor). Es la forma más frecuente en los minerales de arcilla. § La forma de las partículas suele ser aplastada, es decir forma laminar. § Algunos minerales adoptan la forma acicular. § En estos materiales la forma es muy importante, pues a cada una de las mencionadas corresponde una relación área a volumen de la partícula, y por lo tanto una actividad superficial muy distinta en que se refiere a adsorción. Forma acicular: El largo resulta mucho mayor que el ancho y espesor. es una forma muy rara de encontrar.

Estructuración del suelo: § Se define con el arreglo que tiene las partículas en sus deposito natural, donde se refleja el grado de acomodo de las misma. § Es la disposición que adoptan las partículas minerales para dar lugar al suelo. Cada deposito de suelo tendrá una disposición distintas de las partículas, lo cual define su comportamiento ante las distintas obras civiles Por lo Tanto: § El suelo presenta una organización interna § La organización interna sigue unas leyes fijas § Las leyes fijas sigue el comportamiento de fuerza naturales que pueden se analizadas. Deposito aluvial Arcillas lacustres Igualmente, dentro de cada deposito de suelo puede existir distinto ordenamiento de las partículas del suelo, pero la unificación de la propiedades físicas permite clasificarlos como uno solo § Los suelos formados por partículas gruesas las fuerzas que intervienen en su formación son conocidas, y verificable a simple vista § Los suelos formados por partículas finas, las fuerzas que intervienen en su formación son complejas y sus estructuras son verificable de manera indirecta.

Estructuración del suelo: Los parámetros que intervienen en la estructuración • Contacto entre granos • Grado de anclajes • Relación de vacíos Dependen: § Velocidad de deposición § Intensidad de la corriente § Altura de caida

Estructuración del suelo: Suelos granulares En función del arreglo adquirido por las partículas de suelo durante su deposito tenemos Estructura simple Predominan las fuerzas de gravedad Estructura floculada Suelos arcillosos Estructura dispersa Intervinen las fuerzas electroquímica generadas en la superficie de la particula

Estructuración del suelo: Sus comportamiento mecánico y hidráulico queda definido por Compacidad del manto Estructuración suelos granulares: § Típico de gravas y arenas Grado de acomodo alcanzado por las partículas del suelo, dejando más o menos vacíos entre ellas. Se habla de: Arreglo suelto Arreglo compacto § Las partículas se apoyan unas sobre otras y cada partícula posee varios puntos de apoyo § pude variar la relación del volumen de los poros al de las partículas, dada la posición relativa de éstas. Vista en planta y sección vertical de las partículas n elevado Vista en sección vertical de las partículas n baja

Estructuración del suelo: Compacidad del manto Arreglo suelto Estructuración suelos granulares: Arreglo compacto

Estado mas Compacto Deformaciones bajas Peso volumétrico alto Estado mas Suelto Deformaciones mayores Peso volumétrico bajo

Densidad Relativa, %Dr ó Compacidad Relativa, %Cr o Índice de Densidad, Id) %Dr nat/comp = emax – e nat/comp * 100 emax - emin %Dr nat/comp= 1/ɣdmin – 1/ɣd nat/comp * 100 1/ɣdmin - 1/ɣdmax Denominación de la Densidad Relativa , % Denominación 0 -15 Muy Suelto 15 -35 Suelto 35 -65 Mediano 65 -85 Compacta 85 -100 Muy Compacta

Compacidades máxima y mínima en suelos granulares Relación de Vacios emax emin Porosidad Peso Especifico Seco (t/m 3) Nmax (%) Nmin (%) ɣd min ɣd max Esferas uniformes 0, 92 0, 35 47, 6 26 - - Arena de Otawa Arena Limpia Uniforme 0, 8 0, 5 44 33 1, 47 1, 76 1 0, 4 50 29 1, 33 1, 89 Limo Inorgánico 1, 1 0, 4 52 29 1, 28 1, 89 Arena Limosa 0, 9 0, 3 47 23 1, 39 2, 03 Arena fina a gruesa 0, 95 0, 2 49 17 1, 36 2, 21 Arena Micácea 1, 2 0, 4 55 29 1, 22 1, 92 Arena Limosa y grava 0, 85 0, 14 46 12 1, 42 2, 34

¿Cómo se mide emax , emin, enat/comp? ØDensidad máxima seca y mínima; es una determinación que se realiza en laboratorio; el procedimiento más utilizado es el método de mesa vibradora. Procedimiento: 1) 2)

¿Cómo se mide emax , emin, enat/comp?

¿Cómo se mide emax , emin, enat/comp? Ø Densidad seca del suelo in situ; siendo la densidad seca la razón entre el peso del suelo seco y el volumen total ocupado por el suelo, se hace necesario determinar estos valores; la dificultad reside en la determinación del volumen ocupado por el suelo in situ para lo cual existen diversos métodos; entre ellos, el método del cono de arena es el de uso más frecuente; es una determinación que se realiza en terreno.

Estructuración del suelo: Estructura floculada-Estructura dispersa Estructuración suelos finos: § Típico de suelos arcillosos § Las forma juega un papel primordial debido a la relaciones área volumen elevadas § Los granos tienen una actividad superficial enorme, para la atracción de agua y de ellas misma. • Es observada en suelos cohesivos de apreciable contenido de agregados coloidales (menores a 0. 0002 mm), • Se localizan fuerzas superficiales electromagnéticas que hacen que se muevan unidas en forma de flóculos. • Conforme aumenta el peso debido a la sedimentación continua, las capas inferiores expulsan agua y se consolidan más.

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO Pedregoso Grava – Arena – Arcilla Se muestra la representación de estratos con diferentes tamaños de partículas, por lo tanto estos presenta diferente distribución granulométrica. . Grava gruesa Grava fina-arena Arcilla Grava fina – Arena – Arcilla - Arena La distribución granulometría consiste en determinar el tamaño de las partículas o granos que constituye un suelo y fijar, en porcentaje de su peso total, la cantidad de granos de distintos tamaños que contiene Se utiliza como instrumento en la clasificación de los materiales.

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO Determinación del tamaño de las partículas El análisis granulométrico es la metodología para determinar el tamaño de las partículas de suelo. Este se puede realizar de dos formas. Tamizado: La distribución de tamaños de partículas o diámetro medio de grano de suelos (gravas) y de grano grueso (arenas), se obtiene mediante el tamizado de un peso conocido de suelo a través de una pila de tamices de malla con tamaño progresivamente más fina Sedimentación: El proceso de tamizado no se puede utilizar para material de grano fino (limos y arcillas) debido a su extremadamente pequeño tamaño. Se usa un instrumento denominado hidrómetro, que mide la sedimentación de las partículas en una probeta de 1000 ml.

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO Análisis granulométrico por tamizado se obtiene mediante el tamizado de un peso conocido de suelo a través de una pila de tamices de malla con tamaño progresivamente más fina

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO Análisis granulométrico por tamizado • Cada tamiz es identificado por un número que se corresponde con el número de agujeros cuadrados por pulgada lineal de malla o el tamaño de la abertura. • Tamiz con aberturas grandes (25, 4 mm a 6, 35 mm) son designados por el tamaño de abertura del tamiz, mientras que los tamaños de tamiz más pequeñas se designan por números.

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO Los pasos a seguir son: 1. Si se realiza por vía húmeda o seca se debe determinar el peso total de la muestra PTM. 2. Se lava la muestra por el tamiz numero 200, (vías humedad). 3. Se seca la muestra en el horno. 4. Se coloca la muestra en la serie de tamices 3” hasta el Nº 4, se puede agitar manualmente. 5. La muestra pasante por el tamiz Nº 4 se coloca en la serie de tamices N° 10 al N° 200 y se agita con la tamizadora. Arena Finos En el laboratorio el ensayo se realiza por: A. Vía húmeda: Grande proporción de material fino B. Vía seca: Predomina material gruesa (gravas y arenas) Grava Análisis granulométrico por tamizado 6. Luego se determina el peso retenido en cada tamiz: 7. El porcentaje parcial se determina dividiendo el peso retenido en cada tamiz entre el peso total de la muestra 8. Luego se determina el porcentaje retenido acumulado. 9. Por último se determina el porcentaje pasante, restando 100 menos el porcentaje retenido acumulado.

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO Análisis granulométrico por tamizado Los porcentajes de los materiales pueden determinarse porcentajes retenidos o por los pasantes: Retenidos: %F = 100 - % Ret Tamiz N° 200% S = %Ret Tamiz N° 200 - %Ret Tamiz N° 4% G = %Ret Tamiz N° 4 - %Ret Tamiz 3" Finos: %F= %Pas Tamiz N° 200% S= %Pas Tamiz N° 4 - %Pas Tamiz N° 200% G= %Pas Tamiz 3" - %Pas Tamiz N° 4

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO Análisis granulométrico por tamizado Los resultados se trazan en un gráfico donde se relaciona el porcentaje más fina de partículas (no el porcentaje retenido) como la ordenada frente al logaritmo de los tamaños de partícula. El gráfico resultante se llama una curva de distribución de tamaño de partículas o, simplemente: La curva granulométrica 1 3 2 La curva granulométrica, permite determinar los porcentajes de partículas de diferente tamaño presentes en la masa de suelo, por tanto la gradación del suelo está representado a través de la granulometría del material. Se tienen suelos bien gradados: Contiene partículas de todos los tamaños y en las mismas proporciones. Por ejemplo la curva 1 Los suelos mal gradados: presentan ausencia de algunos tamaños o son uniformes, por ejemplo curva 2 presenta ausencia de tamaño de partícula. Y la curva 3 presenta uniformidad en la curva.

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO Análisis granulométrico por tamizado Los D 10, D 30, D 60, son diámetros que indican que el 10%, 30% y 60% del tamaño de las partículas tienen diámetros menores o iguales al D 10, D 30, D 60, respectivamente. La selección de un suelo para un uso particular puede depender de la variedad de partículas que contiene. Dos coeficientes se han definido para proporcionar orientación sobre suelos distintivos basados en la distribución de la partículas. El coeficiente de uniformidad representa la amplitud de la curva, es decir la posible Cu: Coeficiente de uniformidad. existencia de material granular grueso y fino, o Cc: Coeficiente de curvatura. la ausencia. El coeficiente de curvatura estima si existe presencia de distintos tamaños de partículas o ausencia de alguno rango de tamaño de partículas. Si 1 < Cc <3 Bien gradado Si Cu > 4 Grava bien grada Si Cu > 6 Arena Bien grada

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO Análisis granulométrico por sedimentación (Hidrometría) . El proceso de tamizado no se puede utilizar para suelos finos (limos y arcillas) debido a su extremadamente pequeño tamaño. Por lo tanto se aplica un ensayo de Hidrometría El ensayo del hidrómetro implica mezclar una pequeña cantidad de suelo en una suspensión y observar cómo la suspensión se asienta en el tiempo. El instrumento con el cual se realiza el ensayo es el hidrómetro el cual está formado por un bastón y un bulbo. Escala que varía de 0 a 60 El ensayo se realiza partículas pasantes por el tamiz 60 (0. 25 mm)

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO 2 1 Análisis granulométrico por sedimentación (Hidrometría) Cm . 1000 ml Hidrómetro 152 H EL hidrómetro mide la densidad de la suspensión suelo+agua+defloculante Agua Cd 1000 ml Agua + Na. PO 3 R’H 1000 ml Agua + Na. PO 3 + Suelo • Una pequeña de cantidad de suelo (50 gramos) se mezcla a fondo con agua destilada para formar una solución, se debe agregar defloculante. • La solución se coloca en un cilindro de vidrio de 1 litro, y se añade agua destilada para llevar el nivel hasta la marca de 1 litro. • Se prepara 2 probetas adicionales de 1 litro, una de ellas con agua destilada y la otra con agua + defloculante, para realizar las correcciones necesarias. Probeta 1 corrección por menisco (Cm), Probeta 2 corrección por defloculante (Cd)

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO Análisis granulométrico por sedimentación (Hidrometría) . Rm menisco R’H L 1 L L 2 Se debe tener en cuenta: • Las partículas sedimentan en la mitad del bulbo. • Las partículas por debajo del centro del bulbo ya sedimentaron y las partículas por encima del centro del bulbo no han sedimentado. • Las partículas que ya sedimentaron tienen mayor diámetro a las que se encuentran por encima del centro del bulbo. • La longitud L 1 es variable ya que depende de la sedimentación de las partículas, • La longitud L 2 es la longitud del bulbo y es • constante. R’H: Lectura hecha en la escala del hidrómetro en el punto más alto del menisco. Rm: Lectura corregida por la formación del menisco al introducir el hidrómetro L: Longitud de sedimentación de las partículas.

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO Análisis granulométrico por sedimentación (Hidrometría) Que es lo que estamos haciendo? Medir el diámetro de una esfera que sedimenta a la misma velocidad que sedimenta la partícula de suelo, Mediante la ley de Stoke en la cual se relaciona la velocidad de sedimentación de partícula en el seno de un fluido y el tamaño de dicha partícula. V = Velocidad de sedimentación de la esfera. s = Peso específico de la esfera. f = Peso específico del fluido. (agua) = Viscosidad del fluido. D = Diámetro de la esfera.