Suelos de grano grueso.


Estos suelos están constituidos de partículas con textura granular compuestas de fragmentos de roca y mineral. De acuerdo al sistema de clasificación unificado estas partículas tienen un tamaño comprendido entre 75 y 0.075 mm, que corresponde al tamaño de la grava y arena. Aunque en su mayoría contienen partículas mayores a 0.075 mm también contienen material fino en pequeña cantidad, como conjunto estos suelos tienen mayor resistencia a la erosión.

1. Análisis mecánico por tamices.


Debido al tamaño de las partículas y la forma granular que presentan estos suelos, fácilmente puede clasificarse los distintos tamaños de las partículas que lo constituyen mediante tamices con diferentes aberturas. A este análisis se lo llama: análisis granulométrico del suelo.
El tamiz o criba que se muestra en la Figura 1.19a, consiste de un plato de acero inoxidable con una malla metálica adherida en la parte inferior con aberturas de tamaño uniforme. Existen dos tamaños estándar de tamices los de 8 y 12”, mostrados en la Figura 1.19b y c, respectivamente.
 
Figura 1.19. Tamices para el análisis mecánico del suelo de grano grueso.
(a) Tamiz. (b) Tamiz de 8”. (c) Tamiz de 12”.

La Tabla 1.8 muestra la serie ASTM de tamices de 8” y 12” disponibles en el mercado para el análisis mecánico del suelo, el tamaño de la abertura de la malla (expresado en milímetros) esta identificada por un número de tamiz.

No es necesario tener todos los tamices para realizar un análisis granulométrico del suelo, simplemente bastan algunos tamaños que están en función al sistema de clasificación del tamaño de partículas que se esté empleando. En el sistema de clasificación unificado (USCS) las partículas consideradas grano grueso tienen un tamaño mayor a 0.075 mm, por lo tanto el tamiz: Nro. 200 retiene las partículas de grano grueso y deja pasar las partículas finas del suelo, por lo que el tamiz Nro. 200 clasifica las partículas de grano grueso de las finas.

Dentro las partículas de grano grueso el tamaño de la arena está comprendido entre 4.75 y 0.075 mm, el tamiz: Nro. 4 retiene los tamaños mayores a 4.75 mm y deja pasar los de menor tamaño que son retenidos en el tamiz Nro. 200. La grava tiene un tamaño comprendido entre 76.2 y 4.75 mm, el tamiz de 3” retiene partículas mayores a 76.2 mm y deja pasar partículas de menor tamaño que se retendrán en el tamiz Nro. 4 o en el Nro. 200. Para el sistema de clasificación unificado es indispensable tener los tamices Nro. 200, 4 y el de 3”, sin embargo si se utilizan tamices intermedios a estos tamaños se tendrá un análisis granulométrico más preciso.
Tabla 1.8. Serie ASTM de tamices (ASTM D422 y E100).
En la Figura 1.20 se muestra un tamizador, que es un equipo de laboratorio donde se instalan las diferentes medidas de tamices, este agita todo el conjunto de tal manera que el suelo puede descender por todos los tamices que clasifican el tamaño de las partículas.
Se instalan los tamices en forma descendente, el de mayor abertura en la parte superior y el de menor abertura en la parte inferior, el suelo es colocado en el tamiz superior y también se coloca un plato en la parte inferior del último tamiz para recibir la fracción mas fina de suelo. Deben seleccionarse con cuidado los tamices que se van ha instalar, el tamizador permite regular la intensidad y el tiempo del tamizado.
 Figura 1.20. Tamizador de laboratorio.

Antes de tamizar la muestra de suelo, esta debe ser lavada desmenuzando todos los terrones que existan y luego ser secada en horno por 24 horas a 105 ºC. Durante el lavado y tamizado se perderán partículas de suelo esta perdida no debe superar el 2% de la masa total.

La muestra de suelo debe ser tamizada por lo menos 15 minutos, donde cada tamiz retendrá una fracción de masa de suelo y el plato inferior retendrá las partículas mas finas del suelo menores a 0.075 mm para otros propósitos.
La masa de la fracción de masa de suelo retenida en cada tamiz será: M1, M2, M3,…, Mi.
La masa de la fracción fina de suelo en el platillo será: Mp.
El total de la masa de suelo será: M1 + M2 + M3 +…+ Mi + Mp = åM.
Se determina la masa acumulada de suelo retenida para cada tamiz, para un tamiz i será:

M1 + M2 + M3 +…+ Mi

Se determina la masa de suelo que deja pasar cada tamiz. La masa de suelo que deja pasar el tamiz i será:

åM – (M1 + M2 + M3 +….+ Mi)

Se determina el porcentaje de suelo que deja pasar cada tamiz. El porcentaje de suelo que pasar el tamiz i será:
Todos los resultados son registrados ordenadamente en una Tabla. Con los valores del tamaño de las aberturas del tamiz en milímetros ubicados en orden inverso en el eje de las abscisas en escala logarítmica y el porcentaje de la masa de suelo que pasa ubicada en el eje de las ordenadas, se traza la curva de distribución del tamaño de partículas como se muestra en la Figura 1.21.
 
Parámetros de la Curva de distribución del tamaño de partículas.

A partir de la curva de distribución del tamaño de partículas, se puede obtener cantidades en porcentaje de un tamaño de partículas especial que contenga el suelo. El diámetro de la partícula (Di) se refiere al tamaño del grano o diámetro aparente de una partícula de suelo y el subíndice que lo acompaña indica la cantidad de partículas en porcentaje más pequeñas que esta. Por ejemplo: D10 = 2 mm, significa que el 10% de los granos de la muestra son menores en diámetro que 2 mm. El diámetro D10 es llamado diámetro o tamaño efectivo del suelo, este al igual que el: D60, D30, D25 y D75, son tamaños especiales de las partículas que contiene el suelo para evaluar la distribución del tamaño de partículas del suelo.
 
Figura 1.22. Curvas de distribución del tamaño de partículas de cinco suelos (Coduto, 1999).
(a) Suelo de grano grueso (grava y arena). (b) Suelo bien gradado con una amplia variedad de tamaños de partícula. (c) Suelo de grano grueso con una reducida variedad de tamaños de partícula. (d) Suelo con gradación hueca, no contiene un cierto rango de tamaños de partícula. (e) Suelo compuesto de partículas finas (limo y arcilla).

a) Coeficiente de uniformidad (CU).

Este parámetro evalúa el grado de similitud en tamaño de las partículas del suelo, que será:
 
Un valor grande de este parámetro indica que las partículas entre D60 y D10 difieren en gran manera de tamaño, lo que indica desuniformidad en relación al tamaño. Un suelo con una distribución uniforme hará que la curva de distribución tienda a ser vertical como en la Figura 1.22c, mientras que la desuniformidad la hará más horizontal como en la Figura 1.22b.

b) Coeficiente de gradación (CC).

Este parámetro evalúa la progresión de la variación en tamaño de las partículas del suelo, que será:
 
Los valores de CC muy alejados a la unidad indican la falta o la poca cantidad de una serie de tamaños de partículas. Una distribución bien gradada hará que la curva de distribución se asemeje a una recta (Figura 1.22a, b) y una mala gradación la hará sinuosa o uniforme (Figura 1.22c y d).

  
c) Coeficiente de clasificación (So).

Este parámetro es otra alternativa poco conocida para evaluar la uniformidad y se escribe:

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