TEMA III: características y estructuración de las partículas del suelo

Presentación del tema: "TEMA III: características y estructuración de las partículas del suelo"— Transcripción de la presentación:

1 TEMA III: características y estructuración de las partículas del suelo
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.

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

3 TEMA III: características y estructuración de las partículas del suelo
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 esfericidad Baja Alta

4 TEMA III: características y estructuración de las partículas del suelo
Bien redondeado Redondeado Subredondeado Subangular Angular Muy Angular forma 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 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 Depende del grado de abrasión

5 TEMA III: características y estructuración de las partículas del suelo
Forma laminar: El largo y ancho son mucho mayores que el (espesor). Es la forma más frecuente en los minerales de arcilla. Suelos finos: 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 que se refiere a adsorción. Forma acicular: El largo resulta mucho mayor que el ancho y espesor. es una forma muy rara de encontrar.

6 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. 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. Cada deposito de suelo tendrá una disposición distintas de las partículas, lo cual define su comportamiento ante las distintas obras civiles 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 Deposito aluvial Arcillas lacustres 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.

7 Estructuración del suelo:
Contacto entre granos Grado de anclajes Relación de vacíos Dependen: Velocidad de deposición Intensidad de la corriente Altura de caida Los parámetros que intervienen en la estructuración ↑ 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑖𝑑𝑎 =𝑚𝑎𝑙 𝑒𝑛𝑐𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑛𝑜𝑠 𝑢𝑛𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛 𝑜𝑡𝑟𝑜𝑠=𝑎𝑙𝑡𝑎 𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ↑ 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑖𝑑𝑎 ↓ 𝐷𝑒𝑏𝑖𝑙 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =𝑏𝑢𝑒𝑛 𝑒𝑛𝑐𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑛𝑜𝑠 𝑢𝑛𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛 𝑜𝑡𝑟𝑜𝑠=𝑏𝑎𝑗𝑎 𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ↑ 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑖𝑑𝑎 ↑ 𝑎𝑙𝑡𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =𝑚𝑎𝑙 𝑒𝑛𝑐𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑔𝑟𝑎𝑛𝑜𝑠 𝑢𝑛𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛 𝑜𝑡𝑟𝑜𝑠=𝑎𝑙𝑡𝑎 𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑

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

9 Sus comportamiento mecánico y hidráulico queda definido por
Estructuración del suelo: Sus comportamiento mecánico y hidráulico queda definido por Compacidad del manto Grado de acomodo alcanzado por las partículas del suelo, dejando más o menos vacíos entre ellas. Se habla de: Estructuración suelos granulares: Típico de gravas y arenas 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. Arreglo suelto Arreglo compacto Vista en sección vertical de las partículas Vista en planta y sección vertical de las partículas n elevado n baja

10 ↑ 𝑒 = ↓ 𝛾 = ↑ 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜
Estructuración del suelo: Compacidad del manto Arreglo suelto ↑ 𝑒 = ↓ 𝛾 = ↑ 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 ↓ 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 ↓ 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 ↓ 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑒=𝑒 𝑚𝑎𝑥 Estructuración suelos granulares: Arreglo compacto ↓ 𝑒 = ↑ 𝛾 = ↓ 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 ↑ 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 ↑ 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 ↑ 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑒=𝑒 𝑚𝑖𝑛

11 Estructura Simple-----Densidad Relativa
Estado mas Compacto Estado mas Suelto Deformaciones bajas Peso volumétrico alto Deformaciones mayores Peso volumétrico bajo

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

13 Compacidades máxima y mínima en suelos granulares
Relación de Vacios Porosidad Peso Especifico Seco (t/m3) emax emin Nmax (%) Nmin (%) ɣd min ɣd max Esferas uniformes 0,92 0,35 47,6 26 - Arena de Otawa 0,8 0,5 44 33 1,47 1,76 Arena Limpia Uniforme 1 0,4 50 29 1,33 1,89 Limo Inorgánico 1,1 52 1,28 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 55 1,22 1,92 Arena Limosa y grava 0,85 0,14 46 12 1,42 2,34

14 ¿Cómo se mide emax , emin, enat/comp?
Densidad 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)

15 ¿Cómo se mide emax , emin, enat/comp?

16 ¿Cómo se mide emax , emin, enat/comp?
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.

17 Estructura floculada-Estructura dispersa
Estructuración del suelo: Estructura floculada-Estructura dispersa Es observada en suelos cohesivos de apreciable contenido de agregados coloidales (menores a 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. 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.

18 TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO
Grava – Arena – Arcilla Pedregoso Grava gruesa Grava fina-arena Grava fina – Arena – Arena – Arcilla Arcilla - Arena Se muestra la representación de estratos con diferentes tamaños de partículas, por lo tanto estos presenta diferente distribución granulométrica.. 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.

19 TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO
Determinación del tamaño de las partículas 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 El análisis granulométrico es la metodología para determinar el tamaño de las partículas de suelo. Este se puede realizar de dos formas. 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.

20 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

21 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 abertura 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.

22 TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO
Análisis granulométrico por tamizado En el laboratorio el ensayo se realiza por: Vía húmeda: Grande proporción de material fino Vía seca: Predomina material gruesa (gravas y arenas) Arena Grava Los pasos a seguir son: Si se realiza por vía húmeda o seca se debe determinar el peso total de la muestra PTM. Se lava la muestra por el tamiz numero 200, (vías humedad). Se seca la muestra en el horno. Se coloca la muestra en la serie de tamices 3” hasta el Nº4, se puede agitar manualmente. 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. Finos Luego se determina el peso retenido en cada tamiz: El porcentaje parcial se determina dividiendo el peso retenido en cada tamiz entre el peso total de la muestra Luego se determina el porcentaje retenido acumulado. Por último se determina el porcentaje pasante, restando 100 menos el porcentaje retenido acumulado.

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

24 La curva granulométrica
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 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. 3 Se tienen suelos bien gradados: Contiene partículas de todos los tamaños y en las mismas proporciones. Por ejemplo la curva 1 2 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.

25 TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO
Los D10, D30, D60, son diámetros que indican que el 10%, 30% y 60% del tamaño de las partículas tienen diámetros menores o iguales al D10, D30, D60, respectivamente. Análisis granulométrico por tamizado 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 existencia de material granular grueso y fino, o la ausencia. El coeficiente de curvatura estima si existe presencia de distintos tamaños de partículas o ausencia de alguno rango de tamaño de partículas. Cu: Coeficiente de uniformidad. Cc: Coeficiente de curvatura. 𝐶𝑢= 𝐷 60 𝐷 10 𝐶𝑢= 𝐷 𝐷 10 ∙𝐷 60 Si 1 < Cc <3 Bien gradado Si Cu > 4 Grava bien grada Si Cu > 6 Arena Bien grada

26 TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO
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 Análisis granulométrico por sedimentación (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 ensayo se realiza para partículas pasantes por el tamiz 60 (0.25 mm) 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

27 TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO
1 2 Cm Cd R’H Hidrómetro 152H 1000ml Agua Agua + NaPO3 Agua + NaPO3 + Suelo Análisis granulométrico por sedimentación (Hidrometría) . 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) EL hidrómetro mide la densidad de la suspensión suelo+agua+defloculante

28 TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE SUELO
Análisis granulométrico por sedimentación (Hidrometría) 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 L1 es variable ya que depende de la sedimentación de las partículas, La longitud L2 es la longitud del bulbo y es constante. . R’H menisco L L2 L1 Rm ∴𝐿= 𝐿 ∙ 𝐿 ∙ 𝑉 𝑏 𝐴 𝑏 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.

29 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.