GRANULOMETRÍA DE SUELOS Y AGREGADOS: Definición, Normas y Representación Gráfica

La granulometría se define como la distribución de los diferentes tamaños de las partículas de un suelo o agregado, expresada como un porcentaje en relación con el peso total de la muestra seca. Este análisis es un instrumento fundamental en la clasificación de materiales, ya que la descripción por tamaño es crítica para la selección de materiales en rellenos de carreteras, presas y estructuras que requieren graduaciones específicas para garantizar su estabilidad y capacidad de soporte.

Definición Técnica y Normativa

De acuerdo con la norma ASTM C 136, la granulometría es la distribución de los tamaños de las partículas de un agregado determinado mediante el análisis de tamices.

Para el agregado fino, el tamaño de partícula se determina mediante mallas de alambre con aberturas cuadradas. Los siete tamices estándar de la norma ASTM C 33 para este material presentan aberturas que varían desde la malla No. 100 (150 micras) hasta los 9.52 mm (3/8″).

En el caso del agregado grueso, los números de tamaño (granulometría) se aplican a las cantidades en peso que pasan a través de un arreglo de mallas. Para la construcción de vías terrestres, la norma ASTM D 448 enlista los trece números de tamaño de la ASTM C 33, además de otros seis tamaños adicionales. Es importante notar que, a diferencia del grueso, el agregado fino o arena suele tener un rango de tamaños de partícula más limitado.

Análisis Granulométrico por Tamices

Nuestra herramienta principal para este proceso es la malla o tamiz. Históricamente, existen dos escuelas principales diferenciadas por la fabricación del tamiz:

1. Escuela Alemana: Utiliza una plancha metálica agujereada con orificios circulares. Su ventaja es que los orificios se asemejan más a la forma natural de las partículas; sin embargo, las zonas ciegas entre agujeros pueden retener material que debería pasar.

2. Escuela Norteamericana: Utiliza hilos metálicos dispuestos en forma de cuadrícula. Aunque el cuadro no es la forma natural de la partícula, reduce al mínimo las zonas ciegas.

Advertencia: Nunca deben mezclarse ambas normas en un mismo ensayo, una regla aplicable a todas las ramas de la ingeniería civil.

Dentro de la escuela norteamericana, distinguimos:

• Serie Tyler: Cada malla tiene una separación ( veces mayor que el tamiz anterior. Su designación corresponde al número de aberturas por pulgada lineal.

• Serie U.S. Standard: Los números que designan al tamiz son inversamente proporcionales al tamaño de las aberturas. Por ejemplo, un tamiz No. 200 tiene aberturas de la mitad del tamaño de una malla No. 100.

Granulometría de Agregados Finos

La selección de la granulometría ideal depende del tipo de obra y la riqueza de la mezcla. En mezclas «pobres» (con menor contenido de cemento) o cuando se usan agregados gruesos pequeños, conviene una granulometría que se aproxime al porcentaje máximo que pasa por cada criba para mejorar la trabajabilidad. Una granulometría uniforme favorece la economía del diseño.

El Ensayo: Procedimiento y Precisión

Para representar gráficamente la distribución (curva granulométrica), se sigue este proceso:

1. Preparación: Se selecciona la muestra, se determina su peso seco y se coloca en la malla superior de la batería de tamices.

2. Vibración: El conjunto se somete a vibración (manual o mecánica) hasta que no pase más material por ninguna malla.

3. Pesaje: Se determina el peso del material retenido en cada tamiz mediante la diferencia entre el peso del tamiz lleno y el tamiz vacío (previamente limpiado con aire a presión o cepillo metálico).

Cálculo del Porcentaje Retenido:

Control de Error: La suma de los pesos retenidos debe ser igual al peso inicial. Se considera un ensayo aceptable si el error por exceso o defecto es menor al 3%. Si el error es mínimo (por ejemplo, 2g en una muestra de 1000g), la diferencia se distribuye proporcionalmente entre los retenidos mayores para que la suma final sea exactamente el 100%.

Representación Gráfica Semi-logarítmica

El resultado final se plasma en una gráfica donde el eje horizontal (escala logarítmica) representa el diámetro de las partículas y el eje vertical el porcentaje más fino (complemento a 100 del retenido acumulado).

• Tramos horizontales: Indican carencia de ciertos tamaños.

• Tramos verticales: Indican predominio de un diámetro específico.

• Graduación ideal: Un material bien graduado se representa como una línea diagonal continua desde el límite superior izquierdo al inferior derecho.

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