Clasificación de suelos

(84.07) Mecánica de Suelos y Geología

FIUBA

Índice

• Origen de los suelos y sistema de clasificación• Suelos gruesos

de s

uelo

s

• Suelos finos• Carta de clasificación de suelos

lasi

ficac

ión

d

• Fisicoquímica de las arcillasCl

Origen de los suelos: suelos residuales

de s

uelo

sla

sific

ació

n d

Cl

Origen de los suelos: suelos transportados

de s

uelo

sla

sific

ació

n d

Cl

Origen de los suelos: suelos transportados

de s

uelo

s Depósito deltaico

lasi

ficac

ión

d deltaico

Cl

Depósito fluvio - glaciaico

Partículas del suelode

sue

los

lasi

ficac

ión

dC

l

Clasificación de suelosde

sue

los La clasificación le da el

“nombre” a un sueloD fi l l l “ ”

lasi

ficac

ión

d Define lo que el suelo “es”• Grava (G: gravel)

Cl

• Arena (S: sand)• Limo (M: silt)• Arcilla (C: clay)

Clasificación de suelos

La clasificación de suelos agrupa materiales con propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas similaresde

sue

los

similares• Suelos gruesos (Arenas y Gravas)

Las partículas se tocan entre sí (fuerzas de masa)lasi

ficac

ión

d

– Las partículas se tocan entre sí (fuerzas de masa)– Controla: granulometría, forma y dureza de partículas

• Suelos finos (Limos y Arcillas)

Cl

• Suelos finos (Limos y Arcillas)– Las partículas no se tocan entre sí– Las partículas tienen cargas eléctricas (f. superficiales)Las partículas tienen cargas eléctricas (f. superficiales)– Controla: capacidad de absorber agua

Clasificación de suelos: el rango limos - arcillas

de s

uelo

s 100 – 50 – 20 ⎧m

lasi

ficac

ión

dC

l

10 – 2 – 1 ⎧m10 2 1 ⎧m

Índice

• Origen de los suelos y sistema de clasificación• Suelos gruesos

de s

uelo

s

– Granulometría– Esfericidad y redondez

S l filasi

ficac

ión

d

• Suelos finos• Carta de clasificación de suelos

Cl

• Fisicoquímica de las arcillas

Suelos gruesos

Fracción suelo: tamaño menor a 75mm (criba 3”)Tamaño grava: 75mm a 4.75mm (tamiz #4)

de s

uelo

s

Tamaño arena: 4.75mm a 74μm (tamiz #200)Suelo grueso: P#200 < 50%

lasi

ficac

ión

dC

l

Granulometría por vía secade

sue

los

lasi

ficac

ión

dC

l

Curvas granulométricas típicasde

sue

los

lasi

ficac

ión

dC

l

Granulometría por vía seca

Coeficiente de uniformidad

de s

uelo

s

C =D60

lasi

ficac

ión

d Cu = D10

Coeficiente de curvaturaCl

C D302

Cc =30

D60 D10

Clasificación de suelos gruesos limpios

Suelo grueso limpio: P#200 < 5%• Si R#4 > 50% R#200 Grava (G)

de s

uelo

s

• Si R#4 < 50% R#200 Grava (S)• Si S y Cu >6 y 1<Cc<3 Bien graduado (SW)

lasi

ficac

ión

d

• Si S y no SW Mal graduado (SP)• Si G y Cu >4 y 1<Cc<3 Bien graduado (GW)

Cl

• Si G y no GW Mal graduado (GP)

Si 5% < P#200 < 50% son suelos gruesos con finos

Ejercicio de clasificación de suelos gruesos limpios

de s

uelo

sla

sific

ació

n d

Cl

Granulometría por vía húmeda

( )η

γ ωω

18

2 GGDV s −=Hidrometría: aplica ley de Stokes

de s

uelo

s

85%90%95%

100%%

PASA

η

lasi

ficac

ión

d

55%60%65%70%75%80%

Cl

25%30%35%40%45%50% I

IIIIIIVVVIVII

0%5%

10%15%20%25%

0 0010 010 1

VIIIIXXXI

17

0.0010.010.1Φ PARTICULA (mm)

Arcillas (< 2⎧μ)Limos (74μm - 2⎧μ)R#200 (74μm)

Esfericidad y redondezde

sue

los

lasi

ficac

ión

dC

l

Esfericidad y redondez

PARÁMETRO CARENA TECPLATA

de s

uelo

s

PARÁMETRO CARENA TECPLATA

Esfericidad 0.603 0.613

Redondez 0.510 0.630

lasi

ficac

ión

d

Regularidad 0.557 0.622

Cl

Carena TecPlata

Índice

• Origen de los suelos y sistema de clasificación• Suelos gruesos

de s

uelo

s

• Suelos finos– Límite líquido y límite plástico

lasi

ficac

ión

d

– Carta de Casagrande• Carta de clasificación de suelos

Cl

• Fisicoquímica de las arcillas

Suelos finos

Predominan las fuerzas de interacción electroquímicaLa “granulometría” no controla el comportamiento

de s

uelo

s

• Tamaño limo: 74μm (tamiz #200) a 2μm• Tamaño arcilla: menor a 2μm

lasi

ficac

ión

d

Lo que decide si es Limo o Arcilla es su capacidad de absorber agua

Cl

Límites de Atterbergde

sue

los Límite líquido (LL)

• Mas humedad que LL, se porta como un líquido

lasi

ficac

ión

d

• Menos humedad que LL, se porta como un sólidoLímite plástico (PL)

Cl

• Mas humedad que PL, se porta como plástico• Menos humedad que PL, se porta como frágilLímite de contracción (SL)• El suelo parece seco, cambia de color, puede p p

fisurarse

Límite líquidode

sue

los Es la humedad que tiene el suelo cuando se juntan

~13mm dos mitades colocadas en la copa de Casagrande con N=25 golpes (ASTM 4318)

lasi

ficac

ión

d Casagrande con N=25 golpes (ASTM 4318)• Si N > 25, ω < LL

Si N < 25 > LLCl • Si N < 25, ω > LL

N⎛ ⎞0.121

LL ≈ωN ⋅N25

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

23

Límite líquidode

sue

los Hay dos maneras de hacer el ensayo

• Tres puntos y se interpola

lasi

ficac

ión

dC

l

• Un punto y se aplica la ecuación LL ≈ωN ⋅N25

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

0.121

24

p y p N 25⎝⎜ ⎠⎟

Límite plástico

Es la humedad a la cual un “rollito” de suelo que se afina con la mano se parte en fragmentos cuando llega a 3mm de diámetrode

sue

los

llega a 3mm de diámetro

lasi

ficac

ión

dC

l

Carta de plasticidadL

de s

uelo

s

= LL

-P

L

lasi

ficac

ión

d

e pl

ástic

o

Cl

Índi

ce

Arcillas(C)

Limos(M)

(C)

26 Límite líquido

(M)

Carta de plasticidadL Alta plasticidad (H)Baja plasticidad (L)

de s

uelo

s

= LL

-P

L

Arcilla de alta plasticidad (CH)

lasi

ficac

ión

d

e pl

ástic

o plasticidad (CH)

Cl

Índi

ce Arcilla de baja plasticidad (CL)

Limo de alta plasticidad (MH)(ML)7 (CL ML)

27 50 Límite líquido

plasticidad (MH)(ML)

20

47 (CL-ML)

Ejercicios de clasificación de suelos finos

de s

uelo

sla

sific

ació

n d

Cl

Índice

• Origen de los suelos y sistema de clasificación• Suelos gruesos

de s

uelo

s

• Suelos finos• Carta de clasificación de suelos

lasi

ficac

ión

d

• Fisicoquímica de las arcillasCl

Carta de clasificación de suelos

de s

uelo

sla

sific

ació

n d

Cl

de s

uelo

sla

sific

ació

n d

Cl

de s

uelo

sla

sific

ació

n d

Cl

de s

uelo

sla

sific

ació

n d

Cl

de s

uelo

sla

sific

ació

n d

Cl

Ejercicios de clasificación de suelos

de s

uelo

s 1: P#4=100%, P#200=95%, LL=38, LP=28

lasi

ficac

ión

d

2: P#4=100%, P#200=25%, LL=27, LP=13, Cu=4.3, Cc=1.1

Cl

3: P3”=95%, P#4=50%, P#200=8%, LL=27, LP=13, C 5 9 C 1 7Cu=5.9, Cc=1.7

4: P#4=90%, P#200=3%, Cu=2.3, Cc=1.7

Índice

• Origen de los suelos y sistema de clasificación• Suelos gruesos

de s

uelo

s

• Suelos finos• Carta de clasificación de suelos

lasi

ficac

ión

d

• Fisicoquímica de las arcillasCl

Fundamentos físicos de la clasificación de suelos

de s

uelo

sla

sific

ació

n d

Cl

Superficie específica: mide la relación entre fuerzas sup. y de masaRelación entre la superficie de una partícula (m2) y su masa (gr)

de s

uelo

sla

sific

ació

n d

Cl

38(Narcilio y Santamarina)

Química de las arcillasde

sue

los Los procesos físicos de meteorización de rocas

pueden generar gravas, arenas y limosSól l í i ill

lasi

ficac

ión

d Sólo los procesos químicos generan arcillasLas unidades fundamentales de las arcillas son

i t l l f d t l t ili t d AlCl cristales planos, fundamentalmente silicatos de Al,

Fe, MgDos configuraciones atómicas posibles tetraedro yDos configuraciones atómicas posibles, tetraedro y octaedro, forman los distintos minerales de arcilla

Configuraciones atómicas

Dos configuraciones atómicas posibles, tetraedro y octaedro, forman los distintos minerales de arcillaL t d bi t d dde

sue

los

Los octaedros se ubican entre dos capas de tetraedros

lasi

ficac

ión

dC

l

Fuerzas superficiales

Las caras de las partículas de arcilla tienen carga negativa debido a:

E l t d l b dde s

uelo

s

• Enlaces rotos de los bordes• Sustitución de átomos por otros de menor

l i (Si Al Al M F )lasi

ficac

ión

d

valencia (Si por Al, Al por Mg o Fe)Cuanto más chicas son las partículas (mayor superficie específica) las fuerzas eléctricas

Cl

superficie específica), las fuerzas eléctricas aumentan en relación al peso

Cationes de cambio

Las cargas negativas de las caras atraen cationes• Los cationes no se distribuyen uniformemente en

l f lí idde s

uelo

s

la fase líquida• La concentración es mayor cerca de la partícula

lasi

ficac

ión

d

“Doble capa difusa” = capa negativa de arcilla y capa positiva de cationes de densidad decreciente

Cl

Agua adsorbida

Moléculas de agua seadhieren a la superficie negativa de la arcillade

sue

los

negativa de la arcilla, por puente de hidrógenoEl espesor de la capala

sific

ació

n d

El espesor de la capa adsorbida de 10Å a 100Å

Cl

Agua adsorbida

Densidad del agua1.4 g/cm3 contra la partícula de arcillade

sue

los

partícula de arcillaMoléculas de aguaadsorbida no están enla

sific

ació

n d

adsorbida no están enestado sólido, se muevenfácilmente paralelo a la

Cl

parcilla pero no se alejan o acercan

Caolinita (LL < 50)

Una capa de octaedros y una de tetraedros conforman una “hoja”U tí l “bl ” d “h j ”de

sue

los

Una partícula es un “bloque” de “hojas”Se forma una unión débil por puente de hidrógeno

t d “h j ”lasi

ficac

ión

d

entre dos “hojas”La sustitución de Si o Al es muy escasa, la fórmulaes Si O Al (OH)

Cl

es Si4O10Al4(OH)8

No tiene carga neta (negativa o positiva)Dí t tí l h t 10⎧ D/2 D/10Díametro partícula hasta 10⎧m, espesor D/2 a D/10

Montmorilonita (LL > 200)

Dos capas de tetraedros encierran una de octaedrosAl Si(4 ) tit id Al(3 ) t Al(3 )de

sue

los

Algunos Si(4+) sustituidos por Al(3+) y otros Al(3+) de los octaedros sustituidos por Mg o Fe (2+)P l t t l “h j ” ti tila

sific

ació

n d

Por lo tanto, las “hojas” tienen carga negativaLa unión débil entre tetraedros es mucho más débil que en la caolinita por lo que puede ingresar agua

Cl

que en la caolinita por lo que puede ingresar aguaLas caras negativas atraen cationes que son fácilmente sustituibles: cationes de cambiofácilmente sustituibles: cationes de cambioEspesor D/100 a D/1000, puede llegar a 20 “hojas”

Illita (LL 50 a 80)

Similar a la montmorilonita pero los cationes son Potasio y no son intercambiablesN d it l t d d t l “h j ”de

sue

los

No admite la entrada de agua entre las “hojas”Espesor D/10 a D/50

lasi

ficac

ión

d

Es el mineral de arcilla más abundanteCl

En las rocas hay más K que Na pero en el agua de mar hay mucho más Na que K. Las montmorilonitas

ti f i ti d illit fij d Kantiguas se fueron convirtiendo en illitas fijando K y puede ser ésta la explicación.

Haloysita (LL cambia cuando se seca a estufa)

Similar a la caolinita pero se interponen moléculas de agua en la unión entre dos “hojas”E d l l di t i t lde

sue

los

En una de las caras, las distancias se acortan y la hoja se enrolla[Si O Al (OH) ]4H Ola

sific

ació

n d

[Si4O10Al4(OH)8]4H2OCl

Si se seca a estufa, el tubo colapsa

Bibliografía

Básica• Jiménez Salas y otros. Geotecnia y Cimientos I.

Ed Ruedade s

uelo

s

Ed. Rueda• Olivella, S. Problemas resueltos. Geotecnia. Mecánica de

Suelos. UPC, 2003.

lasi

ficac

ión

d

• Juárez Badillo y otros. Mecánica de Suelos. Ed. LimusaComplementaria

Mi h ll J F d l f il b h i 3ª Ed Wil

Cl

• Mitchell, J. Fundamentals of soil behavior. 3ª Ed. Wiley.• Narcilio y Santamarina. Clasificación de suelos.

Fundamento físico prácticas actuales yFundamento físico, prácticas actuales y recomendaciones.