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Mecnica De Suelos
LA ARENA
1. CONCEPTOLa arena o rido fino es el material que resulta de la desintegracin natural de las rocas
o se obtiene de la trituracin de las mismas, y cuyo tamao es inferior a los 5mm.
2. CLASIFICACION DE ARENASPara su uso se clasifican las arenas por su tamao. A tal fin se les hace pasar por unos
tamices que van reteniendo los granos ms gruesos y dean pasar los ms finos.
2.1.ARENA FINA!s la que sus granos pasan por un tami" de mallas de #mm de dimetro y son retenidos
por otro de $.%5mm.
2.2.ARENA MEDIA!s aquella cuyos granos pasan por un tami" de %.5mm de dimetro y son retenidos por
otro de #mm.2.3.ARENA GRUESA
!s la que sus granos pasan por un tami" de 5mm de dimetro y son retenidos por otro
de %.5mm. Las arenas de granos gruesos dan, por lo general, morteros ms resistentes
que las finas, si bien tienen el inconveniente de necesitar mucha pasta de
conglomerante para rellenar sus huecos y ser adherentes. !n contra partida, el mortero
sea plstico, resultando &ste muy poroso y poco adherente.
SUELOS FINOS Y GRUESOS1. SUELOS FINOS
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Los suelos finos estn constituidos de part'culas compuestas de fragmentos diminutos de roca,
minerales y minerales de arcilla, con te(tura granular y en houelas. )e acuerdo al sistema de
clasificacin unificado estas part'culas tienen un tamao inferior a $.$*5 mm, que corresponden
a la categor'a del limo y la arcilla, por lo que toda fraccin de suelo que pasa el tami" +ro. %$$es considerado como suelo fino.
1.1. Anlisis mecnico o! "i#!$me%!o.
Aunque e(isten tamices con aberturas de malla menores a $.$*5 mm, no es apropiado su uso
para determinar la distribucin del tamao de part'culas de la fraccin de suelo fino, debido a
que las part'culas del suelo fino no siempre tienen te(tura granular sino en houelas y estas
ltimas poseen propiedades el&ctricas importantes que dificultar'an el tami"ado.
-toes /#05$1 desarroll una ecuacin que relaciona la velocidad de descenso de una part'cula
esf&rica en un fluido con respecto al tamao de esta, que es2
)onde2
v 3 4elocidad de descenso de la part'cula.
s 3 Peso unitario de los slidos del suelo
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6 3 Peso unitario del agua.
h 3 4iscosidad dinmica del fluido.
) 3 )imetro de la part'cula con forma esf&rica.
7on el concepto que encierra la ecuacin anterior conocida tambi&n como la ley de -toes,
puede determinarse el tamao del ms del 8$9 de las part'culas del suelo fino. !l hidrmetro
del tipo A-:; #5%< que se muestra en la =igura #.%>a, es un instrumento de laboratorio para
medir la gravedad espec'fica de un l'quido /=igura #.%>b1.
!l anlisis mecnico por hidrmetro est basado en el principio de sedimentacin de las
part'culas del suelo fino en suspensin. 7uando un suelo fino es dispersado en agua, las
part'culas sedimentarn a diferentes velocidades, dependiendo de su te(tura, tamao y masa,
adems de la viscosidad del agua. Para simplificar el anlisis, se asume que las part'culas
tienen forma esf&rica de tal manera que puede utili"arse la ley de -toes para describir su
comportamiento. !l dimetro de la part'cula segn la ecuacin anterior ser2
La velocidad v de esta ecuacin puede escribirse como2
)onde2
L 3 !s la distancia que recorre la part'cula al sedimentarse.
t 3 !s el tiempo que tarda en recorrer esa distancia.
?eempla"ando2
!n esta ecuacin y factori"ando se tendr que2
)onde2 @s 3 @ravedad espec'fica del suelo fino.
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=igura #.%>. , la distancia L que
recorre la part'cula conviene medirla en cm y el tiempo de la sedimentacin es muy lento por lo
que debe medirse en minutos. 7ompatibili"ando unidades se tendr que2
Por lo que se tendr que2
-in embargo, para determinar fcilmente del dimetro de la part'cula, la ecuacin C#.D>E puede
escribirse2
)onde2
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:anto la gravedad espec'fica como la viscosidad del agua dependen de la temperatura, por lo
cual la norma A-:; )D%% ha tabulado valores para el coeficiente F en funcin a la temperatura
y la gravedad espec'fica, que se muestran en la :abla #.8.
:abla #.8. 4alores de F /A-:; )D%%1.
!n laboratorio el anlisis mecnico por hidrmetro, se reali"a en un cilindro /#0G ( %.5G1 con
agua mantenida a temperatura constante donde es introducida una cantidad apropiada de
suelo. Para dispersar las part'culas en todo el fluido y acelerar la sedimentacin, se introduce
defloculador que por lo general es he(ametafosfato de sodio. La solucin debe ser me"clada
en&rgicamente para homogeni"ar el fluido, es recomendable que la cantidad total de fluido sea
de #$$$ ml, por lo que tal ve" deba aadirse agua destilada.
7uando el hidrmetro es colocado en el cilindro /=igura #.%>b1 este queda suspendido a cierta
profundidad, a medida que las part'culas en suspensin sedimenten el hidrmetro se hundir
consecuentemente, ya que la gravedad espec'fica del fluido est en funcin al contenido de
part'culas por unidad de volumen en suspensin. La lectura del hidrmetro se reali"a del punto
que est en el centro del bulbo del hidrmetro hasta la medida que marca el nivel superior de
agua en la regla graduada, esta distancia es L en la =igura #.%>b. !ste valor puede
obtenerse de la siguiente e(presin2
)onde2
L 3 Profundidad sumergida del bulbo del hidrmetro.
L# 3 ;edida de la profundidad sumergida de la parte superior del bulbo.
L% 3 Longitud del bulbo /#D cm para hidrmetro A-:; #5%
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4H 3 4olumen del bulbo del hidrmetro /I* cm> para hidrmetro A-:; #5%E. La norma A-:; )D%% presenta valores tabulados para la variacin de L
respecto a ? vlidos para el equipo de laboratorio anteriormente descrito, que se muestran en
la :abla #.#$.
-e toman lecturas con el hidrmetro de la densidad del fluido para diferentes intervalos de
tiempo, que por lo general son2
t# 3#5 seg, t% 3>$ seg, t>3# min, tD 3 % min, t5 3 D min,... ,t#D3%D horas y t#5 3 D0 horas.
7on los valores de L y t para los diferentes intervalos de tiempo en la ecuacin C#.DDE, seobtienen los diversos tamaos de part'culas del suelo fino.
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7urva de distribucin del tamao de part'culas.
Al igual que el anlisis mecnico por tamices se puede tra"ar la curva de distribucin deltamao de part'culas para el suelo fino. 7on la ecuacin C#.DDE se determina el tamao de las
part'culas del suelo, pero el porcentae de estas que pasan un tamao de aberturas de un tami"
imaginario se puede determinar con la ecuacin2
..#.D5
)onde el valor de a es una correccin para la gravedad espec'fica, que ser2
#.DI
!ste valor de correccin tambi&n puede ser obtenido de la :abla #.##
!s muy importante que la temperatura se mantenga constante durante todo el ensayo, para
lograr esto en la prctica se sumerge el cilindro de sedimentacin en un bao mar'a que
mantiene el agua a temperatura constante. -in embargo tambi&n deben aplicarse factores de
correccin por temperatura y viscosidad del fluido al valor de ? en la ecuacin C#.D5E, donde la
forma de aplicar todos estos se describe ampliamente en un manual especiali"ado de
laboratorio.
:odos los resultados son registrados ordenadamente en una tabla al igual que en el caso del
suelo de grano grueso. 7on los valores del tamao de part'culas en mil'metros obtenidos de la
ecuacin C#.DDE, ubicados en orden inverso en el ee de las abscisas en escala logar'tmica y el
porcentae de las part'culas que pasan un tami" imaginario obtenido de la ecuacin C#.D5E,
ubicada en el ee de las ordenadas, se tra"a la curva de distribucin del tamao de part'culas
como se observa en la =igura #.%D. !sta curva es la continuacin de la curva de distribucin del
tamao de part'culas del suelo de grano grueso. !n el sector donde se conectan estas dos
curvas e(iste una ligera discontinuidad que por lo general se debe a las diferentes te(turas de
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las part'culas, esta debe corregirse manualmente para mantener la continuidad de las dos
curvas, como se muestra en las curvas de la =igura #.%%b, d y e.
=igura #.%D. 7urva de distribucin del tamao de part'culas.
%. SUELOS GRUESOS
!stos suelos estn constituidos de part'culas con te(tura granular compuestas de
fragmentos de roca y mineral. )e acuerdo al sistema de clasificacin unificado estas
part'culas tienen un tamao comprendido entre *5 y $.$*5 mm, que corresponde al tamao
de la grava y arena. Aunque en su mayor'a contienen part'culas mayores a $.$*5 mm
tambi&n contienen material fino en pequea cantidad, como conunto estos suelos tienen
mayor resistencia a la erosin.
>.
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2.1. Anlisis mecnico o! %&mices.
)ebido al tamao de las part'culas y la forma granular que presentan estos suelos, fcilmente
puede clasificarse los distintos tamaos de las part'culas que lo constituyen mediante tamices
con diferentes aberturas. A este anlisis se lo llama2 anlisis granulom&trico del suelo.
!l tami" o criba que se muestra en la =igura #.#8a, consiste de un plato de acero ino(idable
con una malla metlica adherida en la parte inferior con aberturas de tamao uniforme. !(isten
dos tamaos estndar de tamices los de 0 y #%G, mostrados en la =igura #.#8b y c,
respectivamente.
=igura #.#8. :amices para el anlisis mecnico del suelo de grano grueso.
/a1 :ami". /b1 :ami" de 0G. /c1 :ami" de #%G.
La :abla #.0 muestra la serie A-:; de tamices de 0G y #%G disponibles en el mercado para el
anlisis mecnico del suelo, el tamao de la abertura de la malla /e(presado en mil'metros1
est identificado por un nmero de tami".
+o es necesario tener todos los tamices para reali"ar un anlisis granulom&trico del suelo,
simplemente bastan algunos tamaos que estn en funcin al sistema de clasificacin del
tamao de part'culas que se est& empleando. !n el sistema de clasificacin unificado /M-7-1
las part'culas consideradas grano grueso tienen un tamao mayor a $.$*5 mm, por lo tanto el
tami"2 +ro. %$$ retiene las part'culas de grano grueso y dea pasar las part'culas finas delsuelo, por lo que el tami" +ro. %$$ clasifica las part'culas de grano grueso de las finas.
)entro las part'culas de grano grueso el tamao de la arena est comprendido entre D.*5 y
$.$*5 mm, el tami"2 +ro. D retiene los tamaos mayores a D.*5 mm y dea pasar los de menor
tamao que son retenidos en el tami" +ro. %$$. La grava tiene un tamao comprendido entre
*I.% y D.*5 mm, el tami" de >G retiene part'culas mayores a *I.% mm y dea pasar part'culas de
menor tamao que se retendrn en el tami" +ro. D o en el +ro. %$$. Para el sistema de
clasificacin unificado es indispensable tener los tamices +ro. %$$, D y el de >G, sin embargo si
se utili"an tamices intermedios a estos tamaos se tendr un anlisis granulom&trico mspreciso.
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:abla #.0. -erie A-:; de tamices /A-:; )D%% y !#$$1.
!n la =igura #.%$ se muestra un tami"ador, que es un equipo de laboratorio donde se instalan
las diferentes medidas de tamices, este agita todo el conunto de tal manera que el suelo puede
descender por todos los tamices que clasifican el tamao de las part'culas.
-e 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 tami" superior y tambi&n se
coloca un plato en la parte inferior del ltimo tami" para recibir la fraccin mas fina de suelo.
)eben seleccionarse con cuidado los tamices que se van ha instalar, el tami"ador permite
regular la intensidad y el tiempo del tami"ado.
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=igura #.%$. :ami"ador de laboratorio.
Antes de tami"ar la muestra de suelo, esta debe ser lavada desmenu"ando todos los terrones
que e(istan y luego ser secada en horno por %D horas a #$5 N7. )urante el lavado y tami"ado
se perdern part'culas de suelo esta p&rdida no debe superar el %9 de la masa total.
La muestra de suelo debe ser tami"ada por lo menos #5 minutos, donde cada tami" retendr
una fraccin de masa de suelo y el plato inferior retendr las part'culas mas finas del suelo
menores a $.$*5 mm para otros propsitos.
La masa de la fraccin de masa de suelo retenida en cada tami" ser2 ;#, ;%, ;>,, ;i.
La masa de la fraccin fina de suelo en el platillo ser2 ;p.
!l total de la masa de suelo ser2 ;# K ;% K ;> KK ;i K ;p 3;.
-e determina la masa acumulada de suelo retenida para cada tami", para un tami" i ser2
;# K ;% K ;> KK ;i
-e determina la masa de suelo que dea pasar cada tami". La masa de suelo que dea pasar el
tami" i ser2
; O /;# K ;% K ;> K.K ;i1
-e determina el porcentae de suelo que dea pasar cada tami". !l porcentae de suelo que
pasar el tami" i ser2
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escala logar'tmica y el porcentae de la masa de suelo que pasa ubicada en el ee de las
ordenadas, se tra"a la curva de distribucin del tamao de part'culas como se muestra en la
=igura #.%#.
2.2. P&!me%!os #e l& C'!(& #e #is%!i)'ci$n #el %&m&*o #e &!%+c'l&s.
A partir de la curva de distribucin del tamao de part'culas, se puede obtener cantidades en
porcentae de un tamao de part'culas especial que contenga el suelo. !l dimetro de la
part'cula /)i1 se refiere al tamao del grano o dimetro aparente de una part'cula de suelo y el
sub'ndice que lo acompaa indica la cantidad de part'culas en porcentae ms pequeas queesta. Por eemplo2 )#$ 3 % mm, significa que el #$9 de los granos de la muestra son menores
en dimetro que % mm. !l dimetro )#$ es llamado dimetro o tamao efectivo del suelo, este
al igual que el2 )I$, )>$, )%5 y )*5, son tamaos especiales de las part'culas que contiene el
suelo para evaluar la distribucin del tamao de part'culas del suelo.
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=igura #.%%. 7urvas de distribucin del tamao de part'culas de cinco suelos /7oduto, #8881.
/a1 -uelo de grano grueso /grava y arena1. /b1 -uelo bien gradado con una amplia variedad de
tamaos de part'cula. /c1 -uelo de grano grueso con una reducida variedad de tamaos de
part'cula. /d1 -uelo con gradacin hueca, no contiene un cierto rango de tamaos de part'cula.
/e1 -uelo compuesto de part'culas finas /limo y arcilla1.
&, Coe-icien%e #e 'ni-o!mi# CU,.
!ste parmetro evala el grado de similitud en tamao de las part'culas del suelo, que ser2
Mn valor grande de este parmetro indica que las part'culas entre )I$ y )#$ difieren en gran
manera de tamao, lo que indica desuniformidad en relacin al tamao. Mn suelo con una
distribucin uniforme har que la curva de distribucin tienda a ser vertical como en la =igura
#.%%c, mientras que la desuniformidad la har ms hori"ontal como en la =igura #.%%b.
), Coe-icien%e #e /!&ci$n CC,.
!ste parmetro evala la progresin de la variacin en tamao de las part'culas del suelo, queser2
Los valores de 77 muy aleados a la unidad indican la falta o la poca cantidad de una serie de
tamaos de part'culas. Mna distribucin bien gradada har que la curva de distribucin se
asemee a una recta /=igura #.%%a, b1 y una mala gradacin la har sinuosa o uniforme /=igura
#.%%c y d1.
c, Coe-icien%e #e cl&si-ic&ci$n So,.
!ste parmetro es otra alternativa poco conocida para evaluar la uniformidad y se escribe2
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