2: Descriptores geotécnicos
2.3: Granulometría y parámetros derivados
Las partículas que constituyen el suelo son de muy diversos tamaños, los cuales pueden variar desde milésimas de milímetro hasta varios centímetros. Con objeto de clasificar y de conocer de qué suelo se trata, es fundamental conocer cuál es la distribución (ponderal, por ejemplo) de cada tamaño de partículas presentes, o lo que es lo mismo, su granulometría.
2.3.1. Textura
Las partículas del suelo reciben distintas denominaciones según sea su tamaño. Desgraciadamente, las distintas clasificaciones de las partículas según su tamaño no coinciden en los límites establecidos, aunque todas emplean los mismos términos.
Las normas UNE 103.101.95 y ASTM D 422-63 que describen el ensayo granulométrico establecen los siguientes valores:
- Arcilla: < 0,002 mm
- Limo: 0,002 mm – 0,06 mm
- Fino: 0,002 mm – 0,006 mm
- Medio: 0,006 mm – 0,02 mm
- Grueso: 0,02 mm – 0,06 mm
- Arena: 0,06 mm – 2 mm
- Fina: 0,06 mm – 0,2 mm
- Media: 0,2 mm – 0,6 mm
- Gruesa: 0,6 mm – 2 mm
- Grava: 2 mm – 60 mm
- Fina: 2 mm – 6 mm
- Media: 6 mm – 20 mm
- Gruesa: 20 mm – 60 mm
- Cantos y bolos: > 6 cm
En función de la proporción relativa de cada fracción granulométrica puede establecerse una primera aproximación a la tipología del material, definiendo la textura del mismo tal como indica la figura:
Clasificación textural clásica de suelos
Ejemplo: un suelo con un 30 % de arcilla, un 10 % de limo y un 60 % de arena corresponden a una textura franco-arcillo-arenosa.
Las cualificaciones basadas en nominativos y adjetivos, aun siendo útiles, suelen dar lugar a equívocos, y por lo general se limitan a las valoraciones «de visu» de los suelos. Con la finalidad de definir el terreno con mayor precisión resulta conveniente determinar de forma cuantificada la proporción de cada clase granulométrica.
2.3.2. Curva granulométrica
El análisis granulométrico de un suelo se realiza por dos procedimientos distintos según sea el tamaño de las partículas. Las partículas de tamaño superior a 0,080 mm (arenas y gravas) se analizan por tamizado, empleando para ello una serie de cedazos y mallas de distintas aperturas. Las partículas menores a 0.080 mm se estudian mediante la realización de una sedimentometría (que se comenta adelante.)
cedazos
agitador mecánico
secuencia de tamices
La segregación en tamaños de las partículas gruesas puede ser realizada en vía seca, induciendo el paso de los granos por los cedazos gracias a una agitación, o mediante levigación – vía húmeda – utilizando un flujo de agua para que arrastre los granos y deshaga los terrones de suelo fino. Habitualmente se utiliza la vía húmeda para segregar la fracción fina (menor a 0.080 mm) y la vía seca para clasificar las fracciones gruesas.
La forma más común de representar la distribución de las partículas por tamaños en la muestra de suelo es la curva granulométrica del cernido ponderal acumulado. Cada punto de la gráfica indica el porcentaje (en peso) de partículas (secas) con un tamaño inferior al que indica el punto (es decir, que «pasan» por un tamiz con dicha obertura de malla.) Un ejemplo de esta curva se muestra en la siguiente figura.
Ejemplo de curva granulométrica
El siguiente gráfico permite observar la diferencia entre un histograma de frecuencias convencional, y una gráfica de cernido ponderal acumulado. Puede observarse cómo en la segunda resulta más sencillo valorar la proporción de una fracción determinada respecto al total de la muestra. Se indica que la gradación de tamaños disminuye de derecha a izquierda.
Comparativa del aspecto de un histograma de frecuencias y de la curva del cernido ponderal acumulado (fuente: http://www.istag.ch)
Para determinar la distribución de tamaños de la fracción fina (inferior a 0.080 mm, formada por limos y arcillas) se recurre al método de gravimetría y sedimentación, basado en la Ley de Stokes:
Siendo:
- v = velocidad de caída de una esfera en el seno de un fluido (cm/s).
- gs = peso específico de las partículas sólidas (g/cm3).
- γw = peso específico del agua (g/cm3).
- D = diámetro de la esfera (cm).
- η = coeficiente de viscosidad dinámico del agua.
La granulometría por sedimentación se realiza dispersando una cantidad de suelo fino en agua mediante agitación, y añadiendo una serie de sustancias que evitan la floculación de los granos, con el fin de conseguir una suspensión uniforme. Esta suspensión se vierte en una probeta graduada y se deja en reposo. A intervalos de tiempo se determina la densidad de la suspensión a una profundidad dada, que puede relacionarse con el tamaño de las partículas ya sedimentadas a partir de la ley de Stokes.
Fundamento de la sedimentometría
Probeta con suspensión durante la sedimentación
Densímetro (fuente: http://www.labotienda.com)
2.3.3. Parámetros derivados de la granulometría
A partir de los datos que aporta el ensayo de granulometría pueden definirse parámetros secundarios, que informan sobre las características de la curva, en cuanto a su graduación o uniformidad. El Coeficiente de Uniformidad (cu) establecido por Hazen (hacia 1892) se define como:
Donde:
- D60: Tamaño correspondiente al pasa del 60% (expresado en mm.)
- D10: Tamaño correspondiente al pasa del 10% (expresado en mm.)
Un suelo con un Coeficiente de Uniformidad menor que 5 es un suelo uniforme.
También según la definición de Hazen se considera el Coeficiente de Curvatura (cc):
Siendo:
D30: Tamaño correspondiente al pasa del 30% (expresado en mm.)
El coeficiente de curvatura permite diferenciar entre suelos seleccionados (o bien graduados) y pobremente seleccionados (o mal graduados), cuya consideración conduce a una definición más precisa del suelo, y que se utiliza en el Sistema de Clasificación Unificada de Suelos (USCS).
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25+20+65=110
bien visto