CLASIFICACION E IDENTIFICACION DE SUELOS

Facultad de Ingeniería yArquitectura 2013-I

TEMA:

CLASIFICACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE SUELOS

Facultad de Ingeniería yArquitectura

MECANICA DE SUELOSI

6.1 GENERALIDADES


MECANICA DE SUELOSI

Dada la complejidad y prácticamente la infinita variedad con que los suelos se presentan en la

naturaleza, cualquier intento de sistematización científica, debe ir precedido por otro de

clasificación completa. Obviamente la Mecánica de Suelos desarrolló estos sistemas de

clasificación desde un principio.


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Es evidente que un sistema de clasificación que pretenda cubrir hoy las necesidades

correspondientes, debe de estar basado en las propiedades mecánicas de los suelos, por ser

estas lo fundamental para las aplicaciones ingenieriles.


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6.2 IDENTIFICACIÓN DE SUELOS


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La identificación de un suelo se realiza en campo mediante observación directa de la textura,

color, y mediante manipuleo para determinar la plasticidad.


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6.3 CLASIFICACIÓN DE SUELOS


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Se realiza mediante ensayos deGranulometríay ensayos deLimites deAtterberg, con los datos

obtenidos y mediante tablas de clasificación se determina la clase o tipo de suelo.


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6.4 PROPIEDADES ÍNDICE

DE LOS SUELOS

GRUESO Y FINOS

PARA SU CLASIFICACIÓN


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Las propiedades índice se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo.


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SUELOS GRUESOS: LA GRANULOMETRÍA

Es la propiedad índice con la que se define la distribución de las partículas del suelo.


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SUELOS FINOS: LOS LÍMITES DE ATTERBERG

Son propiedades índice, con los que se definen la plasticidad.


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6.5 ENSAYOS PARA

LA CLASIFICACIÓN

DE SUELOS


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Agrupar suelos por la semejanza en los comportamientos, correlacionar propiedades con los

grupos deun sistemade clasificación, aunque sea un proceso empírico, permite resolver

multitud deproblemas sencillos. Eso ofrece la caracterización del suelo porLA GRANULOMETRÍA

Y LA PLASTICIDAD.Sin embargo,el ingenierodebe ser precavido al utilizar esta valiosa ayuda,

ya que soluciones a problemas de flujos, asentamientoso estabilidad, soportados sólo en la

clasificación, puede llevar a resultados desastrosos.


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Lasrelaciones de fases constituyen una base esencial de la Mecánica de Suelos. El grado

decompacidad relativade una arena es seguro indicador del comportamiento de ese suelo.La

curva granulométrica ylos Límitesde Atterberg, de gran utilidad, implican la alteración del

suelo y los resultados no revelanel comportamientodel suelo in situ.


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ANÁLISIS GRANULOMETRÍCO:

Determina la distribución de las partículas por tamaño de una muestra de suelo.


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SUELOMAL GRADUADO:

Existe una graduación uniforme de tamaños.

SUELO BIEN GRADUADO:

Existe una graduación continua de tamaños.

SUELOCON GRADUACIÓN DISCONTINUA:

Existe unagraduación discontinua de tamaños.


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LOS LÍMITES DE ATTERBERG:

Algunos suelos cambian de consistencia en función al contenido de humedad. Sedefinen cuatro

estados: sólido, semisólido, plástico y líquido. Ellímite entre esos estados se denominan

Límites de Consistencia y son:Límite de Contracción(LC), Límite Plástico (LP) y Límite Líquido

(LL).


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LIMITE LIQUIDO:

Humedad para la cual el numero de golpes en la copa de Casagrande es de 25 para cerrar la

ranura.

LIMITE PLÁSTICO:

Humedad mínima con el cual puede moldearse cilindros de suelo de 3 mm de diámetro sin que

estos se fisuren.

LIMITE DE CONTRACCIÓN:

Humedad a partir de la cual, una perdida de esta, ya no implica disminución de volumen de un

suelo.


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6.6 SISTEMAS PARA

LA CLASIFICACIÓN

DE SUELOS


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AASHTO

Asociación Americana de Funcionarios de Carreteras Estatales y Transporte o por sus siglas en

inglésAASHTO de AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION

OFFICIALS, es un órgano que establece normas que publica especificaciones, hace pruebas de

protocolos y guías usadas en diseños de autopistas y construcción de ellas en todo los Estados

Unidos. A pesar de su nombre, la asociación representa no sólo a las carreteras, sino también

al transporte por aire, ferrocarril, agua y transporte público.


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CLASIFICACIÓN DE SUELOSAASHTO

Ha sido en estados unidos donde se han desarrollado la mayor parte de las clasificaciones

empíricas de suelos. Una de las más populares en carreteras es la empleada por AASHTO, y

que fue originalmente desarrollada por los ilustres geotécnicos TERZAGHI y HOGENTOGLER

para el BUREAU OF PUBLIC ROADS NORTEAMERICANO.


MECANICA DE SUELOSI

Inspiradaen el modelo de Casagrande, considera siete grupos básicos de suelos, numerados

desde el A-1 hasta el A-7. A su vez, algunos de estos grupos presentan subdivisiones; así, el

A-1 y el A-7 tienen dos subgrupos el A-2, cuatro.


MECANICA DE SUELOSI

Losúnicos ensayos necesarios para encuadrar un suelo dentro de un grupo u otro son el

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO y los LÍMITES DE ATTEBERG. Si queremos determinar su

posición relativa dentro del grupo, es necesario introducir el concepto de ÍNDICE DE GRUPO

(IG), expresado como numero entero con un valor comprendido entre o y 20 en función del

porcentaje de suelo que pasa a través del TAMIZ N° 200 ASTM (0.080 UNE):


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IG = 0.2 x a + 0.005 x a x c + 0.001 x b x d


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Dónde:

a - es el % en exceso sobre 35, de suelo que pasa por dicho tamiz, sin pasar de 75. Se

expresa como un número entero de valor entre 0 y 40

b - es el % en exceso sobre 15, de suelo que atraviesa el tamiz, sin superar un valor de 55.

Es un número entero que oscila entre 0 y40


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c- es el exceso del límite líquido (LL) sobre 40, y nunca superior a 60. Se expresa como

numero entero comprendido entre 0 y 20

d - es el exceso de índice de plasticidad (IP) sobre 10, nunca superior a 30. Es un número

entero positivo comprendido entre 0 y 20

Nota: Si el resultado es negativo, se toma 0. Y si tiene decimales, se redondea al máscercano


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Enel siguiente grafico se muestra la tabla de clasificación de suelos según AASHTO, en las que

se recogen todas las características exigibles a cada grupo y subgrupo, según el tipo de cada

suelo a estudiar.


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GRUPOS DE SUELOSAASHTO

SUELOS A - 1:

• Son mezclas bien graduadas de gruesos a finos con aglutinantes no plásticos o de plasticidad

débil.

• Estos tienen una gran estabilidad a la carga de las ruedas sin afectar las condiciones de

humedad. Se componen satisfactoriamente como bases con superficies bituminosas de

desgaste delgadas.


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SUBGRUPOS

A-1-a:

• Predominantemente fragmentos de roca o grava, con o sin cementante.

A-1-b:

• Predominantemente arena gruesa con o sin cementante.


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SUELOSA - 2:

• Están constituidos por material grueso y fino mezclados con aglutinantes, pero son

inferiores a los suelos A -1 debido a su mala graduación, a un aglutinante inferior o a ambas

cosas. En la superficie de la carretera pueden presentar una gran estabilidad cuando estén

secos, o según la cantidad y características del aglutinante, pueden reblandecerse cuando se

humedecen, o volverse sueltos o polvorientos durante los periodos desequía


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SUBGRUPOS

A-2-4 y A- 2-5:

•Incluyen varios materiales granulares cuyas partículas más finas (de 0.425 mm hacia abajo)

tienen las características de los grupos a-4 y a-5 respectivamente.

A-2-6 y A-2-7:

•Son similares a los descritos anteriormente, pero sus partículas más finas tienen la

característica de los grupos A-6 y A-7, respectivamente.


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SUELOS A - 3:

• Están compuestos por arenas deficientes en aglutinantes. Son típicas en este grupo la arena

fina de desierto y la arena transportada por el viento, así como las mezclas en depósitos

fluviales de arena fina de mala graduación con pequeñas cantidades de arena gruesa y grava.

Tienen una estabilidad deficiente a la carga de las ruedas, excepto cuando están húmedos.


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SUELOSA - 4:

• Están compuestos predominantemente por limo con solo moderadas cantidades de material

grueso y pequeñas cantidades de arcilla pegajosa coloidal. Se encuentran frecuentemente y

proporcionan una superficie firme para circulación cuando están secos, teniendo un escaso

abultamiento después de ser cargados. Cuando absorben agua se dilatan perjudicialmente o

pierden estabilidad.


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•Son difíciles de compactar ya que el intervalo de humedad para una compactación

satisfactoria es muy pequeño.

• Los tipos más plásticos se dilatan con los aumentos del contenido de humedad,

especialmente cuando se han compactado a un contenido de humedad inferior al contenido

óptimo. Las superficies bituminosas requieren bases sustanciales cuando se colocan

sobresubrasantede suelos de este grupo.


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SUELOSA - 5:

• Son similares a los A – 4, con excepción que incluyen suelos de graduación muy mala. Estos

suelos se presentan raramente. Son susceptibles al abultamiento cuando se retira la carga,

aunque estén secos.


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•Las propiedades elásticas dificultan la conveniente compactación de bases de tipo flexible

colocadas durante la construcción y no son aceptables como subrasantes para capas delgadas

de base flexible estabilizada, ni para superficies bituminosas. Están sujetos a la acción de la

congelación. Se ha observado que los pavimentos colocados sobre subrasantes de este tipo de

suelo se agrietan excesivamente.


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SUELOS A - 6:

• Componente predominante de arcilla con contenidos moderados de materiales gruesos. En

los estados de plasticidad blanda o rígida solo absorben agua adicional cuando se les

manipula. Tienen buena capacidad soportante cuando están compactados a la densidad

máxima, pero pierden capacidad soportante cuando absorbenhumedad


MECANICA DE SUELOSI

•Los índices de plasticidad altos, por encima de I8, de esos suelos indican una naturaleza

cohesiva del material aglutinante (arcilla y coloides), solamente serán adecuados para rellenos

y subrasantes, cuando se colocan y mantienen con un bajo contenido de humedad.

• No son adecuados para sub-base bajo capas delgadas flexibles o capas superficiales

bituminosas a causa de los grandes cambios de volumen que motivan las variaciones de

humedad, y la pérdida de poder soportante después de la admisión de humedad.


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SUELOSA - 7:

• Están compuestos predominantemente de arcilla como los suelos A – 6, pero debido a las

partículas de limo de tamaño uniforme a la materia orgánica, escamas de mica o carbonato de

cal, son elásticos.

• A un determinado contenido de humedad se deforman y abultan apreciablemente cuando se

retira la carga.


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SUBGRUPOS

A-7-5:

• Materiales que tienen índice de plasticidad moderado en relación con sus límites líquidos y

pueden ser altamente elásticos, así como también experimentan cambios de volumen.

A-7-6:

• Materiales con alto índice de plasticidad en relación con sus límites líquidos y son

susceptibles de experimentar cambios de volumen extremadamente altos.


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TURBA Y ESCOMBROS:

• Los suelos compuestos de turba y escombros muy blandos, contienen grandes cantidades de

materia orgánica y humedad y no pueden ser usados en ningún tipo de construcción.


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SUCS

El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, SUCS(ASTM D 2487 y 2488) es el de uso más

extendido en la práctica geotécnica. Fue inicialmente propuesto por Arthur Casagrande en

1932, tentativamente adoptado por el Departamento de ingeniería de los EEUU en 1942 y

definitivamente presentado a la ASCE en 1948 (Casagrande 1932, 1948). La U.S. Army Corps

of Engineers comenzó a emplearla en 1953 en tanto que la U.S. Bureau of Reclamation lo hizo

en 1974. Está basado en el análisis granulométrico y en los límites de Atterberg (límites

líquido y plástico) de los suelos.


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Laprimera y más importante decisión está dada por el contenido de finos, definido como el

correspondiente a partículas de diámetro equivalente menor a 0,075 mm, pasante del tamiz

#200. Si menos del 50% en peso del suelo pasa el tamiz #200, entonces el suelo es “grueso”

y se sub-clasifica en arena o grava usando el tamiz #4. De otro modo, el suelo es “fino” y se

sub-clasifica en limo o arcilla, usando los límites de plasticidad.


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Sistema Unificado de Clasificación de Suelos. Está basado en el análisis granulométrico y los límites de

Atterberg. El tamaño de las partículas determina la naturaleza de las fuerzas que gobiernan el comportamiento

de los suelos. Fuerzas de naturaleza eléctrica (fuerzas atractivas y repulsivas de van der Waals) predominan en

partículas menores a 75 mm (Tamiz #200).


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La importancia del tamiz #200 se hace evidente cuando se analizan las fuerzas dominantes

sobre las partículas, incluyendo las de peso propio, las fuerzas debidas a los esfuerzos

efectivos, fuerzas eléctricas, y fuerzas capilares.Figura muestrala correlación existente entre

el tamaño equivalente de las partículas y la naturaleza de las fuerzas gobernantes. Nótese

que los tamices #200 y #4 logran capturar estos límites.


MECANICA DE SUELOSI

Desdeel punto de vista del diseño, la velocidad de disipación del exceso de presión de poros

discrimina entre análisis en condiciones “drenadas” o en condiciones “no drenadas”.

Típicamente, las condiciones de carga “drenadas” están asociadas a suelos de grano grueso,

en tanto que las de carga “no drenadas”, a suelos de grano fino. Sin embargo, un suelo de

grano grueso pero con la presencia de sólo ~10% de finos ve afectada grandemente su

permeabilidad, haciendo que su valor cambie en órdenes de magnitud. Consecuentemente, el

SUCS tiene un rango del 5% al 12% de contenido de finos que modifica la clasificación

desuelos


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Enefecto, un suelo granular con relación de vacíos e~0,6 colmata su espacio intersticial con

~5% a 15% de finos. En la ausencia de finos, el empaquetamiento de granos en suelos

gruesos (gravas o arenas) depende del coeficiente de uniformidad Cu = D60/D10 ; este

determina las máximas y mínimas relaciones de vacío que un determinado suelo granular

puede alcanzar.

El coeficiente de curvatura Cc=(D30)^2/(D10*D60) agrega información acerca de la

convexidad de la curva granulométrica, indicando la presencia de diámetros extremos.


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Porotro lado, los límites de Attergerg son escogidos para clasificar los suelos finos. Estos

ensayos cuantifican la superficie específica

Los ensayos de límites de consistencia deben ser realizados con el mismo fluido que estará

involucrado durante la vida útil del proyecto ya que diferentes iones y concentraciones

afectan la capa difusa y las fuerzas de repulsión.

Inicialmente se tienen suelos granulares o finos, según se distribuye el material que pasa el

tamiz de 3’’ =75 mm; el suelo es fino cuando más del 50% pasa el T#200, si no, es granular.


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CLASIFICACIÓN DE SUELOSSUCS

Lossuelos se separan en tres divisiones:

o Suelosde grano grueso.

o Suelosde grano fino.

o Suelosaltamente orgánicos.


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Lossuelos de grano grueso se dividen en gravas (G) y arenas (S).

Las gravas contienen un porcentaje mayor de la fracción gruesa retenida en el tamiz Nº 4

(4,76 mm) y las arenas son aquellos suelos cuya poción pasa el tamiz Nº 4.

Tantolas gravas (G) como las arenas (S), se dividen en cuatro grupos secundarios: GW, GP,

GM, GC, SW, SP, SM, SC respectivamente, según la cantidad y el tipo de los finos y la forma

de la curva granulométrica.


MECANICA DE SUELOSI

Lossuelos de grano fino se subdividen en limos (M) y arcillas (C), según su límite líquido y su

índice de plasticidad. Los limos son suelos de grano fino con un límite líquido y un índice de

plasticidad que resulten puntos por debajo de la línea “A”. Y arcillas aquellos que dan puntos

por encima de la línea “A” (esta definición no es válida para las arcillas orgánicas, puesto que

el límite líquido y el índice de plasticidad de estos suelos dan puntos por debajo de la línea

“A”).


MECANICA DE SUELOSI

Ellimo (M) y la arcilla (C) se dividen a su vez en dos grupos secundarios basados en el hecho

de que el suelo tiene un límite líquido relativamente bajo (L =low) o alto (H =high).

Los suelos altamente orgánicos son usualmente muy comprensibles y tienen características

inadecuadas para la construcción. Se clasifican dentro del grupo designado por el símbolo Pt:

Turba (Peat). El humus y suelos de pantano son ejemplos típicos de este tipo de suelos.


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G = GRAVA (GRAVEL).

S = ARENA (SAND).

M = LIMO (MJAL, MO), DEPENDE DEL LL Y EL IP.

C = ARCILLA (CLAY). DEPENDE DEL LL Y EL IP.

O = SUELO ORGÁNICO (ORGANIC).

PT = TURBA (PEAT).

W = BIEN GRADUADO (WELL GRADED), DEPENDE DEL CU Y CC.

P = MAL GRADUADO (POOR GRADED), DEPENDE DEL CU Y CC.

L = PLASTICIDAD BAJA (LOW).

H = PLASTICIDAD ALTA (HIGH).


MECANICA DE SUELOSI

GW: Grava bien gradada, mezclas gravosas, poco o ningún fino.

GP: Grava mal gradada, mezclas grava – arena, poco o ningún fino.

GM: Grava limosa, mezclas grava, arena, limo.

GC: Grava arcillosa, mezclas gravo – arena arcillosas.

SW: Arena bien gradada.


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SP : Arena mal gradada, arenas gravosas, poco o ningún fino.

SM : Arenas limosas, mezclas arena – limo.

SC : Arenas arcillosas, mezclas arena – arcilla.

ML : Limos inorgánicos y arenas muy finas, polvo de roca, limo arcilloso, poco plástico,

arenas finas limosas, arenas finas arcillosas.

CL : Arcillas inorgánicas de plasticidad baja a media, arcillas gravosas, arcillas arenosas,

arcillas limosas, arcillas magras (pulpa)


MECANICA DE SUELOSI

OL : Limos orgánicos, arcillas limosas orgánicas de baja plasticidad.

MH : Limos inorgánicos, suelos limosos o arenosos finos micáceos o diatomáceos (ambiente

marino, naturaleza orgánica silíceo), suelos elásticos.

CH : Arcillas inorgánicas de alta plasticidad, arcillas gruesas.

OH : Arcillas orgánicas de plasticidad media a alta, limos orgánicos.

Pt : Turba (carbón en formación) y otros suelos altamente orgánicos.


MECANICA DE SUELOSI

Los suelos granulares se designan con estos símbolos

*Prefijos

G =Grava El 50% o más es retenido en la malla #4→

S =Arena Sí más del 50% pasa la malla #4→

*Sufijos

W =bien gradado

P =mal gradado Depende del Cu y Cc

M =Limoso

C =Arcilloso Depende deWLy elIP


MECANICA DE SUELOSI

Si menos del 5% pasa el T - #200, los sufijos son W o P, según los valores de Cu y Cc. Si más

del 12% pasa el T# 200, los sufijos son M o C, dependiendo de WL e IP. Si el porcentaje de

finos está entre el 5% y el 12%, se utilizan sufijos dobles (clase intermedia).

Lossuelos finos se designan con estos símbolos.

*Prefijos Sufijos

M =Limo

L =Baja plasticidad (WL < 50%)

C =Arcilla

H =Alta plasticidad (WL > 50%)


MECANICA DE SUELOSI

En la carta de plasticidad separados por la línea B.

O =Orgánico

Esta clasificación está basada sólo en los límites de Atterberg para la fracción que pasa el

T#40, y se obtiene a partir de la llamada CARTA DE PLASTICIDAD así:


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Sobre la línea A: arcillas inorgánicas.

Debajo de la línea A: limos y arcillas orgánicas.

La línea B: LL = 50 separa H de L


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