1
Geotécnica
Instituto de Estructuras y Transporte
“Prof. Julio Ricaldoni
TABLAS Y ÁBACOS (EN REVISIÓN) Curso de
Geología de Ingeniería
Prof. Adjunto Marcos Musso
Ayudante Gonzalo Bango
Setiembre, 2020 Montevideo, Uruguay.
2
ÍNDICE
Página Minerales 3-8 Rocas Ígneas 9 Rocas Sedimentaria 10-12 Índice Físicos-Clasificación de Suelos 13-17 Mecánica de Rocas 18-26
3
MINERALES TABLA DE MINERALES (basada en el Manual de Mineralogía de Dana – Hurlbut & Klein) Parámetros para Identificación en Muestra de mano
Escala de Mohs
(Dureza) Minerales Brillo Hábito Color (más frecuente) Clivaje/Fractura Particularidades
10 Diamante Vítreo Octahédrico Amarillo, gris, incoloro Exfoliación
octahédrica buena Dureza muy alta. Frecuentemente
maclado
9 Corindón Vítreo Hexagonal tabular,
piramidal Variable
Fractura
rombohédrica, basal Variedad roja (rubí), azul (zafiro)
8 Topacio Vítreo Prismático,
granular, masivo Amarillo, gris, variable 1 regular Se suele hallar en pegmatitas
7-8 Andalucita No metálico,
sub-vítreo Prismático Pardo rojizo, verde Fractura irregular Sección basal cuadrada
7-8 Estaurolita No metálico Prismático Rojo, pardo, negro Fractura irregular Macla en cruz
7-8 Espinela No metálico Octahédrico Rojo, negro, azul,
pardo 1 buena
Comunmente maclado- Asociado a
calizas
7-8 Circón No metálico Prismático Pardo, gris, rojo,
incoloro Fractura irregular Utilizado en dataciones
7 Cuarzo Vítreo Prismático
hexagonal Incoloro, blanco,
variable Fractura concoide
Cristales con terminaciones
rombohédricas. Variedad de formas
de cristalización.
6-7 Olivino Vítreo a graso Granular, masivo Verde, gris, pardo
oscuro Fractura irregular Granos diseminados en rocas básicas
6-7 Granate Vítreo a mate Prismático,
dodecahédrico rojo “granate”, variable Fractura irregular
Mineral común en rocas
metamórficas
6-7 Epidoto Vítreo a mate Prismático, tabular Verde pistacho 1 regular Color característico
4
6-7 Pirita Metálico Prismático, cúbico,
octahédrico Amarillento, gris Regular cúbica Color de raya negro, a veces maclado
6-7 Plagioclasa (albita-
anortita) Vítreo a
perlado Granular,
prismático Blanco
2 perfectas, fractura
irregular Macla polisintética, observables en
planos de exfoliación.
6 Ortosa (feldespato K) Vítreo a
perlado Tabular, prismático
Rosado, gris, blanco,
variable 2 perfectas, fractura
irregular Macla simple, cristales de gran
tamaño en pegmatitas
5-6 Piroxeno (Augita) Vítreo a mate Columnar, granular Generalmente oscuros,
variable 2 exfoliaciones a 90º Sección basal rectangular
5-6 Anfíbol
(Hornblenda) Vítreo a mate Prismático, fibroso
Generalmente oscuros,
negro, verde, variable 2 exfoliaciones a 54º y
126º Prismáticos típicos de rocas ígneas.
Fibrosos en rocas metamórficas
5-6 Magnetita Metálico Granular,
octahédrico Negro Fractura octahédrica Ferromagnético, color de raya negro
5-6 Hematita Metálico Granular, masivo Rojo, pardo, negro Fractura irregular Color de raya rojo
5 Apatito Vítreo a graso Prismático
hexagonal Verde, azul, violeta,
pardo, incoloro 1 exfoliación mala Cristales en masa, alargados
4 Fluorita Perlado-
Nacarado Cúbico,
octahédrico Incoloro, violeta,
verde, variable Octahédrica Fluorescente con luz UV
3-4 Dolomita Vítreo a
perlado Prismático,
variable Rosado, blanco,
incoloro 3 Perfectas, con
ángulos oblicuos Reacciona con Hcl con menor
intensidad que calcita
3 Calcita Vítreo a
perlado Prismático,
variable Incoloro, blanco,
variable 3 Perfectas, con
ángulos oblicuos Reacciona con Hcl
2-3 Galena Metálico Prismático, cúbico,
octahédrico Gris plomo, negro
azulado 1 buena Masas granulares
2-3 Biotita Vítreo a
perlado Hojoso
Pardo oscuro, verde a
negro 1 perfecta
Mineral constituyente de rocas
ígneas y metamórficas
2-3 Muscovita Vítreo a
perlado Hojoso
Pardo pálido, verde,
amarillo, blanco 1 perfecta
Mineral constituyente de rocas
ígneas y metamórficas
2-3 Clorita Vítreo-
perlado a
mate Hojoso
Verde, matices
variables 1 perfecta
Generalmente en masas irregulares
foliadas
5
2 Yeso Vítreo a
perlado
(sedoso)
Hojoso, prismático,
o fibroso Incoloro, blanco, gris,
variable 1 perfecta, 2 buenas Frecuente en rocas evaporíticas
1-2 Grafito Metálico a
mate Hojoso, irregular. Gris a negro 1 buena Color de raya negro. Tacto graso
1-2 Arcillas Mate a
nacarado Hojoso, irregular. Variable 1 perfecta
Cristales solo se distinguen en
microscopios electrónicos
1 Talco Graso a
perlado Hojoso, irregular.
Blanco, verde, gris,
variable 1 perfecta Tacto graso
Minerales constituyentes de rocas
Minerales accesorios
(más frecuentes)
Minerales accesorios
(menos frecuentes)
6
Identificación de Arcillas Tabla para usar con Difracción de Rayos X (El valor (2) despues del mineral corresponde a la intensidad del pico en una escala de 1 a 10)
Tabla de espaciados e intensidades de reflecciones de DRX en arcillas y otros minerales en orden decreciente d (nm)- Adaptado de Bridley& Brown (1980) Arcillas y otros filosilicatos d (nm) Silicatos d (nm) Óxidos e Hidróxidos d (nm) Clorita-Esmectita regular (5) 2,9 - 2,8 Clorita-Vermiculita regular (6) 2,9 - 2,8 Rectorita, Na (10) 2,2 Esmectita Ca, Mg (10) 1,5 -1,52 Vermiculita (10) 1,46 - 1,4 Clorita -Esmectita Regular (10) 1,45 Clorita (3-10) 1,43 - 1,4 Esmectita Na (10) 1,21 Paligorskita (10) 1,05 - 1,03 Illita (10), Muscovita (10), biotita (10) 1,01 - 0,99 Anfíboles (10) 0,852 Halloisita (10) 0,75 - 0,72 Caolinita (10), Dickita (10), Nacrita (10) 0,715 - 0,72 Feldespatos (1-2) 0,6 - 0,63 Illita (4-5) Muscovita (4-5) 0,505 - 0,495 Vermiculita (2) 0,48 Cloritas (2-4) 0,478 - 0,46 Caolinita (4), Dickita (4) 0,444 Caolinita (7) 0,436 Cuarzo alta (2) 0,434 Sepiolita (4) 0,431 Tridimita (9) 0,433 Feldespato K (6) 0,423 - 0,421 Cuarzo baja (3) 0,426 Feldespato K-Na (6-7) 0,421 - 0,404 Goetita (10) 0,418 - 0,415 Cristobalita alta (10) 0,415 Tridimita baja (10) 0,411 - 0,409 Plagioclasa Na-Ca (5-8) 0,404- 0,402 Plagioclasa Na-Ca (2-4) 0,367 - 0,362 Caolinita (7), Dickita (7), Nacrita (7) 0,359 - 0,358 Cuarzo alta (10) 0,34 cuarzo baja (10) 0,334 Feldespato K (10) 0,331 - 0,329 Plagioclasa Ca (3-5) 0,326-0,25 Feldespato K (4- 10) 0,326 - 0,323 Piroxenos (4 - 10) 0,325 - 0,315
7
Esmectita Na, Ca, Mg (2-4) 0,32 - 0,3 Plagioclasa Na-Ca (2-10) 0,321- 0,315 Esmectita Na (5) Rectorita (4) 0,31 Esmectita Ca, Mg (4-7) 0,3 Piroxenos (4 - 10) 0,302 - 0,294 Tridimita baja (3) 0,298
8
Análisis Térmico Diferencial (ATD)
Temperatura ºC Proceso Mineral de arcilla que lo presenta
(Ford 1998)
Endotérmico
115-180 Pérdida de agua de adsorción Haloisita, Illita, esmecitas
220-230, 250-260 Pérdidad de agua de solvatación de Ca2+ Esmectitas cálcicas
300-400 Pédida de OH- unido a Fe3+ en óxidos libres
Hidróxidos y óxidos hidraados de Fe3+ (limonita)
450-510
Pédida de OH- de los octaedros unidos al hierro(Fe2+,Fe3+ ).
Glauconitas, nontronitas, chamositas
550-600 Pédida de OH- de los octaedros unidos al Al3+.
Caolinia, illia, esmecita, cloritas
660-730
Pédida de OH- de los octaedros unidos al Al3+ y Mg2+.
Montmorillonita y otras esmectitas, algnuas vermiculias y cloritas
840-870 Pédida de OH- de los octaedros unidos al Mg2+.
Saponitas y otras esmectitas, serpentinas, vermiculitas y cloritas
Exotérmico
200-350 Combustión de materia orgánica arcillas de suelos
870 Probable recrisalización de óxidos y hierro
Glauconitas, nontronitas, chamositas
950-990 Recrisalización de óxidos Caolinita
Capacidad de Intercambio Catiónico
Grupo CIC (cmol / kg) o (meq/100g) (Ford 1998)
Caolinitas 3-15 Cloritas 10-40 Illitas 10-40 Esmecitas 60-180 Vermiculitas 100-220 Sepiolita 20-45
9
Paligorskita 5-30
ROCAS ÍGNEAS Clasificación de rocas ígneas- Diagrama Streckeisen simplificado
Plutónicas Volcánicas
1
2
3 Granito Riolita
4 Granodiorita Dacita
5
6
7 Sienita Traquita
8 Monzonita Latita
9 Monzogabro/ Monzodiorita
Traquitandesita / Traquibasalto
Q FK Pg Q- cuarzo, Fk feldespato potásico, Pg Plagioclasa
10 Diorita Andesita / Basalto
10
Sedimentos y Rocas Sedimentarias Escala Granulométrica Udden-Wentworth Nombre del clasto Escala en mm Bloque mayor a 256 mm Canto entre 256 y 64 mm Grava entre 64 y 5 mm Gravilla entre 5 y 2 mm Arena entre 2 y 1/16 mm Ar. Muy gruesa 2 a 1 mm Ar. Gruesa 1 a ½ mm Ar. Media ½ a ¼ mm Ar. Fina ¼ a 1/8 mm Ar. Muy Fina 1/8 a 1/16 mm Limo entre 1/16 y 1/256 mm Arcilla menor a 1/256 mm CUADRO DE CLASIFICACIÓN DE ROCAS DETRÍTICAS
Tamaño(mm) Sedimento Roca
R. > 64 PSEFITA Bloque brecha
64 - 2 Canto conglomerado D E 2 1 arena muy gruesa T 1 0,5 PSAMITAS arena gruesa R 0,5 0,25 arena media Areniscas Í 0,25 0,125 arena fina T 0,125 0,064 arena muy fina I C 0,064 0,004 PELITAS limo Limolita A 0,004 arcillas Arcillita
11
Nomenclatura usada para mezclas de: Grava, Arena y Pelita (limo + arcilla): Fuente Gary Nichols –Sedimentology and Stratigrapy 2009
Clasificación de Areniscas según Pettijohn: Fuente Gary Nichols –Sedimentology and Stratigrapy 2009. (vista parcial del diagrama)
Grava
Pelitas
Grava pelítica
Grava
areno
pelítica
Grava arenosa
Grava/Conglomerado
ArenaArena pelíticaPelita arenosa
Pelita gravillosa
Arena pelito gravillosa
Arena gravillosa
Pelita
5 %
30 %
80 %
50 % 90 %10%
Grava
Pelitas
Grava pelítica
Grava
areno
pelítica
Grava arenosa
Grava/Conglomerado
ArenaArena pelíticaPelita arenosa
Pelita gravillosa
Arena pelito gravillosa
Arena gravillosa
Pelita
5 %
30 %
80 %
50 % 90 %
Grava
Pelitas
Grava pelítica
Grava
areno
pelítica
Grava arenosa
Grava/Conglomerado
ArenaArena pelíticaPelita arenosa
Pelita gravillosa
Arena pelito gravillosa
Arena gravillosa
Pelita
5 %
30 %
80 %
50 % 90 %10%
Cuarzo
Feldespato
Líticos
Incremento Matriz
0
15
50
50
525
5Arenisca
Arcosa Lítica
Subarcosa
Cuarzo
Feldespato
Líticos
Incremento Matriz
0
15
50
50
525
5Arenisca
Arcosa Lítica
Subarcosa
12
Cuadro de Redondez y Esfericidad: Fuente Gary Nichols –Sedimentology and Stratigrapy 2009
Bien Redondeado Redondeado Subredondeado Subanguloso Anguloso
Muy anguloso
Esfericidad Baja Esfericidad Alta Selección (Fuente Gary Nichols –Sedimentology and Stratigrapy 2009)
Muy bien seleccionado
Bien seleccionado
Pobremente seleccionado
Muy pobremente seleccionado
Comparador visual para conteo de minerales
13
A. Relaciones Volumétricas y Gravimétricas. Análisis granulométrico. A.1 – Valores típicos de Gravedad Específica
Gravedad Específica de minerales (Lambe & Whitman, 1969) Mineral Gravedad específica (G)
Cuarzo 2,65 Feldespato (K) 2,54 – 2,57 Feldespato (Na-Ca) 2,62 – 2,76 Calcita 2,72 Dolomita 2,85 Muscovita 2,70 – 3,20 Biotita 2,80 – 3,20 Clorita 2,60 – 2,90 Caolinita 2,62 – 2,66 Illita 2,60 – 2,86 Montmorillonita 2,75 – 2,78
Valores típicos de Gravedad Específica de varios suelos (Djoenaidi (1985) apud Bardet, 1997)
La Gravedad Específica (G) es la relación entre el peso específico de los sólidos y del agua: w
sG
γγ≡
Esta relación se determina experimentalmente mediante los procedimientos descriptos en las Normas ASTM D 854-92 (“Standard Test Method for Specific Gravity of Soils”) y ASTM C 127-88 (“Test Method for Specific Gravity and Absorption
of Coarse Aggregate”)
Tipo de Suelo Gravedad específica (G) Inorgánico Grava 2,65 Arena gruesa a media 2,65 Arena fina (limosa) 2,65 Loess, polvo de piedra y limo
arenoso 2,67
Inorgánico Arena algo arenosa 2,65 Limo arenoso 2,66 Limo 2,67 – 2,70 Arena arcillosa 2,67 Limo arcillo arenoso 2,67 Arcilla arenosa 2,70 Arcilla limosa 2,75 Arcilla 2,72 – 2,80 Orgánico Limos con trazos de materia
orgánica 2,30
Lodos aluviales orgánicos 2,13 – 2,60 Turba 1,50 – 2,15
14
Densidad Relativa (Dd) D4253-00 Standard Test Methods for Maximum Index Density and Unit Weight of Soils Using a Vibratory Table y D4254-00 Standard Test Methods for Minimum Index Density and Unit Weight of Soils and Calculation of Relative Density.
Densidad Relativa Dd (Lambe & Whitman 1969) Dd (%) Descripción 0-15 Muy suelta
15-35 Suelta 35-65 Media 35-85 Densa 85-100 Muy Densa
Límites de Atterberg
D4318-10 Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils
Método Multipuntos Límite Líquido
Método Unipunto Límite Líquido
Límite Líquido
0102030405060708090
100
10 100
Nº de golpes
Hum
edad
(%
)
15
X - Clasificación de Suelos X.1 - Clasificación de suelos para la práctica de Ingeniería
Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (S.U.C.S.) A.S.T.M. D 2487-93
División Mayor
Sím
bolo
Nombres Típicos Criterio de clasificación en laboratorio
GW Gravas bien graduadas,
mezclas de grava y arena con poco o nada de finos
Coeficiente de uniformidad Cu: mayor de 4 Coeficiente de curvatura Cc: entre 1 y 3
Gra
va li
mpi
a p
oco
o na
da d
e fin
os
GP Gravas mal graduadas,
mezclas de grava y arena con poco o nada de finos
NO SATISFACEN TODOS LOS REQUISITOS DE GRADUACIÓN PARA GW
GM Gravas limosas, mezclas de grava, arena y limo Límites abajo de la “Línea A” o IP
menor que 4
GR
AV
AS
Más
de
la m
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de la
frac
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por
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alla
Nº4
Gra
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on fi
nos
en
cant
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apr
ecia
ble
GC Gravas arcillosas,
mezclas de grava, arena y arcilla
Límites arriba de la “Línea A” y con IP mayor que 7
Arriba de “Línea A” y con IP entre 4 y 7 son casos de frontera que requieren el uso de símbolos dobles.
SW Arenas bien graduadas,
arena con gravas, poco o nada de finos
Coeficiente de uniformidad Cu: mayor de 6 Coeficiente de curvatura Cc: entre 1 y 3
Are
na li
mpi
a p
oco
o na
da d
e fin
os
SP Arenas mal graduadas,
arena con gravas, poco o nada de finos
NO SATISFACEN TODOS LOS REQUISITOS DE GRADUACIÓN PARA SW
SM Arenas limosas, mezclas de arena y limo Límites abajo de la “Línea A” y con IP menor que 4 S
UE
LO
S D
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SC Arenas arcillosas, mezclas de arena y arcilla Dep
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W-G
P o
SW
-SP
)
Límites arriba de la “Línea A” y con IP mayor que 7
Arriba de “Línea A” y con IP entre 4 y 7 son casos de frontera que requieren el uso de símbolos dobles.
ML Limos inorgánicos, polvo de roca, limos arenosos o
arcillosos ligeramente plásticos
CL Arcillas inorgánicas de
baja a media plasticidad, arcillas con grava,
arenosas o limosas
LIM
OS
Y A
RC
ILL
AS
Lí
mite
líqu
ido
men
or
de
50%
OL Limos orgánicos y arcillas limosas orgánicas de baja
plasticidad
MH Limos inorgánicos, limos micáceos o diatomáceos
CH Arcillas inorgánicas de alta plasticidad, arcillas
francas
LIM
OS
Y A
RC
ILL
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Lí
mite
líqu
ido
may
or
de
50%
OH Arcillas orgánicas de
media a alta plasticidad, limos orgánicos de media
plasticidad
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vist
a.
Suelos altamente orgánicos
Pt Turbas y otros suelos altamente orgánicos
16
X.2 - Clasificación de suelos y mezclas de agregados para la Construcción Vial Recommended Practice AASHTO M 145-82 (Specifications - Parte 1, 1986)
Clasificación General
Materiales Granulares (35% o menos pasa el tamiz Nº200)
Materiales limo-arcillosos (más de 35% pasa el tamiz Nº200)
A-1 A-2 A-7 Clasificación de
Grupo A-1-a A-1-b A-3 A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 A-4 A-5 A-6 A-7-5 A-7-6 Análisis de tamizado (% pasa)
2.00 mm (# Nº10) 50 máx ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- 0.425 mm (# Nº40) 30 máx 50 máx 51 min ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ----
0.075 mm (# Nº200) 15 máx 25 máx 10 máx 35 máx 35 máx 35 máx 35 máx 36 min 36 min 36 min 36 min Características de fracción pasa # Nº40
Límite Líquido (LL) ---- ---- 40 máx 41 min 40 máx 41 min 40 máx 41 min 40 máx 41 min Índice Plástico (IP) 6 máx NP 10 máx 10 máx 11 min 11 min 10 máx 10 máx 11 min 11 min
Materiales constituyentes significativos
Fragmentos de piedra, grava y
arena Arena fina Grava y arena limosa o arcillosa Suelos limosos Suelos arcillosos
Clasificación general como subrasante Excelente a buena Regular a pobre
El IP del subgrupo A-7-5 es igual o menor que LL menos 30. El IP del subgrupo A-7-6 es mayor que LL menos 30 (ver Gráfico siguiente). La casilla A-3 antes de la A-2 es debido al proceso de eliminación de izquierda a derecha. No indica superioridad de A-3 sobre A-2.
Este método divide a los materiales inorgánicos en 7 grupos (del A-1 al A-7), los cuales a su vez se subdividen en un total de 12 subgrupos. Los suelos con elevada proporción de materia orgánica se clasifican como A-8. Estos últimos se identifican visualmente y no son aptos como material de construcción.
Procedimiento de Clasificación:
• Una vez conocidos los resultados experimentales de granulometría y plasticidad de un determinado material, se debe encontrar su grupo correcto, a través de la Tabla anterior, por un proceso de eliminación de izquierda a derecha. El primer grupo desde la izquierda en el cual los datos experimentales coinciden con las especificaciones es el grupo correcto.
• Para los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7 es fundamental el conocimiento de sus características de plasticidad. En estos casos puede utilizarse el Gráfico siguiente, el cual permite definir rápidamente el subgrupo correcto.
• Los materiales con mucho material fino se identifican además por su Índice de Grupo (IG). Cuanto mayor es este número, peor es el material para ser usado como subrasante de una carretera. Este número se calcula con la fórmula:
IG = (F - 35).[0,2 + 0,005.(LL - 40)] + 0,01.(F - 15).(IP – 10)
donde (F) es el porcentaje de material que pasa el tamiz Nº200, (LL) es el límite líquido e (IP) es su índice de plasticidad. Todos expresados como números enteros. Para el caso de los subgrupos A-2-6 y A-2-7 solo se debe utilizar el segundo término de la fórmula.
• Este índice se reporta aproximando al número entero más cercano, a menos que su valor calculado sea negativo, en cuyo caso se toma como cero. Se agrega a la clasificación de grupo y subgrupo a la derecha y entre paréntesis (ej. A-7-6 (25), A-1-a (0)).
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Límite Líquido
Indi
ce P
lást
ico
A-6A-2-6
A-7-6
A-4 A-2-4
A-7-5A-2-7
A-5 A-2-5
IP=LL-30
17
Macizos Rocosos
Tablas RMR A- Clasificación de los parámetros y su evaluación
B – Ajustes en la valuación por la orientación de fisuras
C – Clasificación de rocas según el total de valuación
18
D – Significado de la clasificación del macizo rocoso
El efecto del rumbo y el buzamiento (echado) de las fisuras en los túneles.
Relación entre el tiempo de sostén de un claro de una excavación sin ademe y la Clasificación Geomecánica RMR propiesta por Bieniawski.
19
Tablas Sistema Q Clasificación de los parámetros individuales empleados en el índice de calidad de túneles (Sistema Q)
Continuación...
20
Continuación...
21
Continuación...
22
23
Ajustes por tipo de excavación.
Relación entre la dimensión equivalente máxima “De” de una excavación subterránea sin ademe y del índice Q de la calidad para túneles (Sistema Q) (Según Barton, Lien y Lunde)
24
Falsilla de Wulff (equiareal)
25
Bibliografía AASHTO M 145-82 A.S.T.M. D 2487-93 A.S.T.M D4318-10 Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils. Hoek, E. & Brown E. T. (1980) Excavaciones subterráneas en Roca. Mc. Graw-Hill. 634 p. Hurlbut & Klein (1981) Manual de Mineralogía de Dana. Lambe & Whitman (1969) Soil Mechanics. John Wiley & Sons, Inc. Nichols, G. (2009) Sedimentology and Stratigrapy.
26
2 1/2"1/2"2 µm 1"Nº4Nº10Nº20Nº40Nº200 Nº100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Abertura (mm)
Por
cent
aje
pasa
nte
(%)
Hidrómetro Tamices