Clasificación de Suelos. SUelo I
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CLASIFICACIN DE LOS
SUELOS SUCS Y AASHTO
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Objetivo general:
Investigar y dar a conocer la clasificacin de los suelos de acuerdo a los sistemas granulomtricos SUCS y AASHTO.
Objetivos especficos:
Investigar la clasificacin de los suelos segn los sistemas SUCS y AASHTO.
Dar a conocer la importancia de la clasificacin de los suelos SUCS y AASHTO en la ingeniera civil.
Determinar las diferencias y semejanzas entre la clasificacin de los suelos SUCS y AASHTO.
-
El suelo es un material trmico no homogneo y poroso
cuyas propiedades son influenciadas por los cambios de
humedad y densidad.
Las partculas individuales de los suelos pueden ser de
dos tipos:
Partculas Granulares: Son conjuntos de cristales
minerales del cuarzo y feldespatos principalmente; se
las puede observar y presentan formas redondeadas y
angulares.
Partculas Arcillosas: Son partculas laminares
minsculas que se las puede ver a travs de un
microscopio.
NATURALEZA DE LOS SUELOS
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CLASIFICACIN DE LOS SUELOS
Es el ordenamiento de los diferentes suelos en grupos que
tienen propiedades semejantes, el propsito es facilitar las
actitudes de un suelo por comparacin con otros de la
misma clase cuyas propiedades se conocen.
Existen varios sistemas de clasificacin de los cuales los
ms utilizados en el pas son:
- Sistema de clasificacin de los suelos segn AASHTO.
- Sistema de clasificacin de los suelos segn SUCS.
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CLASIFICACIN DE LOS SUELOS
Ambos mtodos se basan en la determinacin de la
composicin granulomtrica del suelo y de los lmites de
Atterberg de la fraccin fina de los mismos.
Nota: La clasificacin de suelos segn la AASHTO se
utiliza en vas, y la clasificacin de suelos segn SUCS
se utiliza para cimentaciones.
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CLASIFICACIN DE LOS SUELOS
SEGN AASHTO
Esta clasificacin se basa en los resultados obtenidos
como el lmite lquido, ndice de plasticidad y material
que pasa el tamiz No. 10, 40 y 200.
De acuerdo con este sistema los suelos estn
clasificados en ocho grupos designados por los smbolos
del A-1 al A-8. Los suelos inorgnicos se clasifican en
siete grupos que van del A-1 al A-7 y los suelos con
elevada proporcin de materia orgnica se clasifican
como A-8.
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CLASIFICACIN DE LOS SUELOS
SEGN AASHTO
Son aquellos que tienen el 35% o menos, del material
fino que pasa por el tamiz N 200, estos suelos
forman los grupos A-1, A-2, A-3.
Grupo A-1: Son mezclas de suelos bien gradados, de
fragmentos de piedra, grava, arena y material ligante
poco plstico. Se incluyen tambin en este grupo
mezclas bien gradadas que no tienen material ligante.
SUELOS GRANULARES:
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CLASIFICACIN DE LOS SUELOS
SEGN AASHTO
Grupo A-1:
SUELOS GRANULARES:
Subgrupo A-1a: Son materiales formados por roca o grava, con o sin material ligante.
Subgrupo A-1b: Son materiales formados por arena gruesa bien gradada, con o sin ligante.
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CLASIFICACIN DE LOS SUELOS
SEGN AASHTO
Grupo A-2: Comprende una gran variedad de
material granular que contiene menos del 35% del
material fino, y que no pueden ser clasificados como
A-1 y A-3. El grupo A-2 se subdividen en A-2-4, A-2-5,
A-2-6 y A-2-7.
Grupo A-3: En este grupo se encuentran incluidas las
arenas finas de playa y aquellas con poca cantidad de
limo que no tengan plasticidad.
SUELOS GRANULARES:
-
CLASIFICACIN DE LOS SUELOS
SEGN AASHTO
Son suelos limo-arcillosos que tienen ms del 35%
que pasa el tamiz N 200. A este tipo de suelos les
corresponde los grupos A-4, A-5, A-6, A-7
Grupo A-4: Son suelos limosos poco o nada plsticos,
que tiene un 75% o ms del material fino que pasa el
tamiz N 200. Adems se incluyen en este grupo las
mezclas de limo con grava y arena en un 64%.
Grupo A-5: Son suelos semejantes al grupo A-4, son
elsticos y tienen un lmite lquido elevado.
SUELOS FINOS:
-
CLASIFICACIN DE LOS SUELOS
SEGN AASHTO
Grupo A-6: A este grupo pertenecen las arcillas
plsticas. Por lo menos el 75% de estos suelos deben
pasar el tamiz N 200, pero se incluyen tambin las
mezclas arcillo - arenosas, cuyo porcentaje de arena y
grava sea inferior al 64%.
Grupo A-7: Los suelos de este grupo son semejantes a
los suelos A-6, pero son elsticos. Sus lmites lquidos
son elevados, y se subdividen en A-7-5 y A-7-6.
El ndice de plasticidad del subgrupo A-7-5, es igual o
menor a LL-30, y el ndice de plasticidad del subgrupo
A-7-6, es mayor que LL-30.
SUELOS FINOS:
-
CLASIFICACIN DE LOS SUELOS
SEGN AASHTO
Las caractersticas de los diferentes grupos y subgrupos,
adems del procedimiento de clasificacin se presentan
en las tablas. 1.1 y 1.2.
Tabla 1.1 Clasificacin de suelos por el mtodo AASHTO
Clasificacin general
Material granular
(35%, o menos pasa
el tamiz N 200)
Materiales limo- arcillosos
(Ms del 35% pasa
el tamiz N 200)
Grupos A-1 A-3* A-2 A-4 A-5 A-6 A-7
Porcentaje que pasa el tamiz:
N 10 (2.00mm)
N 40 (0.425mm)
N 200 (0.075mm)
-
50 mx.
25 mx.
-
51 min.
10 min.
-
-
35 mx.
-
-
36 min.
-
-
36 min.
-
-
36 min.
-
-
36 min.
Caractersticas del material que
pasa el tamiz N 40 (0.425mm):
Limite lquido
ndice de plasticidad
-
6 mx.
-
NP
-
-
40 mx.
10 mx.
41 min.
10 mx.
40 mx.
11 min.
41 min.
11 min.
* La colocacin de A-3 antes A-2 se hace nicamente por razones de ordenamiento de cantidades.
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CLASIFICACIN DE LOS SUELOS
SEGN AASHTO
Tabla 1.2 Clasificacin de suelos por el mtodo AASHTO
Clasificacin
general
Material granular
(35%, o menos pasa
el tamiz N 200)
Materiales limo- arcillosos
(Ms del 35% pasa
el tamiz N 200)
Grupos A-1
A-3
A-2
A-4
A-5
A-6
A-7
Subgrupo
A-1a
A-1b
A-2-4
A-2-5
A-2-6
A-2-7
A-7-5
A-7-6
Porcentaje que pasa
el tamiz:
N 10 (2.00mm)
N40 (0.425mm)
N 200 (0.075mm)
50 mx.
30 mx.
15 mx.
-
50 mx.
25 mx.
-
51 min
10 mx.
-
-
35 mx.
-
-
35 mx.
-
-
35 mx.
-
-
35 mx.
-
-
36 min
-
-
36 min
-
-
36 min
Caractersticas del
material que pasa el
tamiz N 40
(0.425mm):
Limite lquido
ndice de plasticidad
-
6 mx.
-
NP
40 mx.
10 mx.
41 min
10 mx.
40 mx
11 min
41 min
11 min
40 mx.
10 mx.
41 min
10 mx.
40 mx.
11 min
41 min
11 min*
Terreno de fundacin Excelente a bueno Excelente
a bueno Excelente a bueno Regular a malo
* El ndice de plasticidad del subgrupo A-7-5, es igual o menor a LL-30
El ndice de plasticidad del subgrupo A-7-6, es mayor que LL-30
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CLASIFICACIN DE LOS SUELOS
SEGN AASHTO
La evaluacin de los suelos dentro de cada grupo se
hace por medio del ndice de grupo, mismo que se calcula con la siguiente frmula emprica.
Donde: IG = ndice de grupo
F = Porcentaje del suelo que pasa por el tamiz N 200,
expresado como nmero entero.
LL = Lmite lquido.
IP = ndice de plasticidad
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CLASIFICACIN UNIFICADA DE SUELOS
(SUCS)
Este sistema nos permitir la identificacin de los suelos en
el terreno, los agrupa de acuerdo a su comportamiento
como material para construccin en funcin de sus
propiedades de granulometra y plasticidad.
El primer paso para clasificar el suelo consiste en
identificar si es altamente orgnico o no. De serlo, se
anota las principales caractersticas como: textura, olor,
etc., y se identifica simplemente como turba (Pt); y, si no
lo es, se contina el proceso con ayuda de pruebas de
laboratorio, indicando si el suelo es grueso o fino.
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CLASIFICACIN UNIFICADA DE SUELOS
(SUCS)
Son aquellos suelos que ms del 50% de las
partculas son retenidas en el tamiz N 200. Un suelo
grueso ser grava, si la mayor parte de la fraccin
gruesa queda retenida en el tamiz N 4 y se considera
como arena en el caso contrario.
SUELOS GRUESOS:
SUELOS FINOS:
Son aquellos suelos que ms del 50% de las partculas pasan el tamiz N 200. Para distinguir si la
fraccin fina es de carcter limoso o arcilloso, se
emplea la figura 1.1, conocida como carta de
plasticidad de casa grande.
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Fig. 1.1. Carta de plasticidad
CLASIFICACIN UNIFICADA DE SUELOS
(SUCS)
Simbologa Definicin
OH Arcillas
orgnicas
OL Limos
orgnicos
ML Limos
inorgnicos
CL Arcillas
inorgnicas de
plasticidad
baja
CH Arcillas
inorgnicas
con
plasticidad
alta
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CLASIFICACIN UNIFICADA DE SUELOS
(SUCS)
El sistema unificado utiliza smbolos para identificar los
suelos y determinar su comportamiento como material
de construccin. Las letras que se emplean para
distinguir los suelos son:
G - grava
S - arena
M - limo
W - bien gradada
P - pobremente gradada
C - arcilla
O - limos y arcillas orgnicas
L - baja y media plasticidad
H - alta plasticidad
Pt - turbas o fangos.
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CLASIFICACIN UNIFICADA DE
SUELOS (SUCS)
Las combinaciones de las letras antes mencionadas
son las que permiten la clasificacin del suelo. Por
ejemplo SW designa una arena bien gradada. La
identificacin de los suelos se facilita con el empleo
del diagrama de flujo de la tabla 1.3, que se presenta
a continuacin:
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FASES DE LOS SUELOS Y
SUS RELACIONES
Un suelo se encuentra compuesto normalmente por tres
fases:
Slida: constituida por partculas minerales.
Lquida: constituida por el agua presente en la masa
del suelo.
Gaseosa: constituida por el aire que se encuentra
dentro de los poros.
La Fig. 1.2 presenta un esquema de una muestra de suelo
con sus tres fases, en la cual se indica la nomenclatura de
los pesos y volmenes de los diferentes elementos.
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FASES DE LOS SUELOS Y SUS
RELACIONES
V
Vv
Va
Vw
Vs
VOLUMENES
W
O
Ws
PESOS
Ww
AIRE
AGUA
SOLIDOS
V = Volumen total de la masa de suelo
Vs = Volumen de los slidos
Vw = Volumen del agua
Va = Volumen del aire
Vv = Volumen de vacios o volumen
de poros
W = Peso total de la masa de suelo
Ws = Peso de los slidos
Ww = Peso del agua
Fig. 1.2 Representacin esquemtica de un suelo parcialmente saturado.
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RELACIONES DE IMPORTANCIA EN LA INGENIERA DE PAVIMENTOS:
1. Contenido de agua o humedad del suelo.
2. Relacin de vacos.
FASES DE LOS SUELOS Y SUS
RELACIONES
-
RELACIONES DE IMPORTANCIA EN LA INGENIERA DE PAVIMENTOS:
3. Porosidad
4. Grado de saturacin
FASES DE LOS SUELOS Y SUS
RELACIONES
-
RELACIONES DE IMPORTANCIA EN LA INGENIERA DE PAVIMENTOS:
5. Contenido de Aire
6. Peso unitario total o densidad hmeda del suelo.
FASES DE LOS SUELOS Y SUS
RELACIONES
-
RELACIONES DE IMPORTANCIA EN LA INGENIERA DE PAVIMENTOS:
7. Peso unitario seco o densidad seca del suelo.
8. Peso unitario de las partculas slidas.
FASES DE LOS SUELOS Y SUS
RELACIONES
-
RELACIONES DE IMPORTANCIA EN LA INGENIERA DE PAVIMENTOS:
9. Peso especfico relativo de los slidos o gravedad
especfica
0, es el peso unitario o densidad del agua.
FASES DE LOS SUELOS Y SUS
RELACIONES
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PROPIEDADES FSICO-MECNICAS DE
LOS SUELOS
Las propiedades fsico - mecnicas son las
caractersticas usadas para la seleccin de los
materiales, para las especificaciones de construccin y
para el control de calidad.
Para conocer las propiedades fsico - mecnicas de los
suelos en un proyecto, es necesario tomar muestras para
posteriormente determinar sus propiedades en el
laboratorio.
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ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES FSICAS DE LOS SUELOS
Este ensayo consiste en
determinar la cantidad de
agua presente en una
cantidad dada de suelo en
trminos de su peso en
seco. (ASTM D 2216,
AASHTO T 265).
a) DETERMINACIN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD:
-
ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES FSICAS DE LOS SUELOS
b) DETERMINACIN DEL LMITE LQUIDO:
El lmite lquido (LL) es el
contenido de humedad que
tiene un suelo al momento
de pasar de estado plstico
a un estado semilquido. (ASTM D 4318, AASHTO T 89).
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ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES FSICAS DE LOS SUELOS
b) DETERMINACIN DEL LMITE LQUIDO:
El estado lquido se define como la condicin en
la que la resistencia al corte del suelo es tan baja
que un ligero esfuerzo lo hace fluir.
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ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES FSICAS DE LOS SUELOS
c) ANLISIS GRANULOMTRICO:
La granulometra de partculas se determina por
un anlisis de tamices
efectuado sobre las muestras
de agregado. (ASTM D 422,
AASHTO T 88).
Consiste en hacer pasar la muestra por una serie de
tamices de diferentes
aberturas.
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ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES FSICAS DE LOS SUELOS
c) ANLISIS GRANULOMTRICO:
La granulometra se determina al calcular el peso retenido en cada tamiz, despus de haber efectuado
el anlisis de tamices. Luego se resta el peso
retenido en cada tamiz del peso total de la muestra.
Un suelo conforme su granulometra se clasifica as:
Agregado grueso.
Agregado fino.
Relleno mineral.
Polvo mineral:
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ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES FSICAS DE LOS SUELOS
c) ANLISIS GRANULOMTRICO:
Agregado grueso: Material retenido en el tamiz de
4.75 mm (No. 4).
Agregado fino: Material que pasa por el tamiz de 4.75 mm (No. 4).
Relleno mineral: Fracciones de agregado fino que pasa el tamiz de 0.60 mm ( No. 30).
Polvo mineral: Fracciones de agregado fino que pasa el tamiz de 0.075 mm (No. 200)
-
ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES FSICAS DE LOS SUELOS
d) DETERMINACIN DEL LMITE PLSTICO:
El lmite plstico (LP) es la
frontera entre el estado
plstico y el semislido de
un suelo. En este estado el
suelo puede ser deformado
rpidamente o moldeado sin
recuperacin elstica,
existen cambios de
volumen, agrietamiento o
desmoronamiento. (ASTM D
4318, AASHTO T 90).
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ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES FSICAS DE LOS SUELOS
d) DETERMINACIN DEL LMITE PLSTICO:
Con los valores de LL y LP determinamos el ndice
de plasticidad (IP) que se
define como la diferencia
entre estos dos lmites.
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ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES FSICAS DE LOS SUELOS
e) ENSAYOS DE COMPACTACIN:
Se llama compactacin al proceso de aplicacin de carga sobre una mezcla de suelo con su consecuente
reduccin de volumen y aumento de densidad, es
conveniente la compactacin de un suelo ya que
reduce su compresibilidad, incrementa su resistencia
al esfuerzo cortante y lo hace ms impermeable.
- Para suelos gruesos ASTM D 1557, AASHTO T 180.
- Para suelos finos ASTM D 698, AASHTO T 99.
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ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES FSICAS DE LOS SUELOS
e) ENSAYOS DE COMPACTACIN:
Densidad seca mxima: Es el peso seco mximo, obtenido
cuando el material se mezcla
con diferentes porcentajes de
agua y se compacta de una
manera normal preestablecida
de acuerdo al mtodo utilizado.
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ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES FSICAS DE LOS SUELOS
e) ENSAYOS DE COMPACTACIN:
ptimo contenido de humedad: Es el porcentaje de
agua con el cual se obtiene la
densidad seca mxima para el
esfuerzo de compactacin
especificado.
-
ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES MECNICAS
DE LOS SUELOS
Los ensayos de resistencia miden la capacidad actual
de los materiales para resistir deformaciones. Existen
diferentes mtodos para medir la resistencia de los
suelos de la subrasante que se han sometido a cargas
dinmicas de trnsito:
- Relacin de valor soporte California (CBR)
- Valor de Resistencia Hveem (Valor R)
- Ensayo de plato de Carga (Valor K)
- Penetracin dinmica con cono (PR)
- Modulo resiliente (Mr)
-
ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES MECNICAS
DE LOS SUELOS
El ndice de california es una media de la resistencia al
esfuerzo cortante de un suelo, bajo condiciones de
densidad y humedad cuidadosamente controladas.
Su objeto es simular las condiciones de saturacin a
las cuales van a estar sometidos los suelos como la
subrasante de una carretera, obteniendo de esta forma
las condiciones ms crticas a las que va a estar
sometido el suelo por accin de cargas vehiculares.
a) VALOR SOPORTE CALIFORNIA (CBR):
-
Esta prueba es generalmente
aplicada para el diseo de
pavimentos rgidos, pero en la
actualidad tambin se lo usa
para pavimentos flexibles,
(AASHTO T 222).
Se lo utiliza para evaluar la
capacidad portante de las
subrasante, las bases y en
ocasiones los pavimentos
completos.
b) ENSAYO DE PLATO DE CARGA, VALOR K
ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES MECNICAS
DE LOS SUELOS
-
Donde:
K = Mdulo de reaccin del suelo
p = Presin aplicada al suelo.
= Deformacin producida en el suelo.
b) ENSAYO DE PLATO DE CARGA, VALOR K
ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES MECNICAS
DE LOS SUELOS
-
c) MDULO DE RESILIENCIA:
El objetivo de este ensayo es analizar las propiedades
que tienen los materiales de comportarse bajo cargas
dinmicas como las ruedas de trnsito, (AASHTO T 294).
Este ensayo no es destructivo de
la muestra ya que estos no fallan
durante el anlisis. Dichas
muestras son de forma cilndrica
y se colocan en una cmara
triaxial (figura 1.5), la cual
permite ejercer presiones de
confinamiento a la muestra.
ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES MECNICAS
DE LOS SUELOS
-
c) MDULO DE RESILIENCIA:
El mdulo de resiliencia se define como el cociente
entre el esfuerzo desviador aplicado y la deformacin
unitaria elstica en cada ciclo de carga.
Donde:
v = Esfuerzo vertical
3 = Presin de confinamiento
d = Esfuerzo desviador
axial = Deformacin recuperable
ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES MECNICAS
DE LOS SUELOS
-
c) MDULO DE RESILIENCIA:
El comportamiento esfuerzo - deformacin de un
suelo puede ser de dos tipos: resiliente y plstico.
Las deformaciones resilientes o elsticas son de
recuperacin instantnea, y
Las deformaciones plsticas son aquellas que
permanecen en el pavimento despus de cesar la
causa deformadora.
ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES MECNICAS
DE LOS SUELOS
-
c) MDULO DE RESILIENCIA:
ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES MECNICAS
DE LOS SUELOS
-
c) MDULO DE RESILIENCIA:
Durante pruebas de carga repetida se observa que
despus de un cierto nmero de ciclos de carga, el
mdulo llega a ser aproximadamente constante y la
respuesta del suelo puede asumirse como elstica.
ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES MECNICAS
DE LOS SUELOS
-
c) MDULO DE RESILIENCIA:
Al mdulo que permanece
constante se le llama
mdulo de resiliencia
(Fig.1.6). As entonces, el
concepto de mdulo de
resiliencia est ligado
invariablemente a un
proceso de carga repetida.
ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES MECNICAS
DE LOS SUELOS
-
c) MDULO DE RESILIENCIA:
Cuando no sea posible efectuar los ensayos por no tener los
equipos de laboratorio, se acude a los ensayos tradicionales
de resistencia (CBR y plato de carga), utilizando las
siguientes correlaciones:
Euheukelon y Klomp, han encontrado una relacin entre
el Mr medido en el campo y el CBR de laboratorio para la
misma densidad.
CBR 10
ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS
PROPIEDADES MECNICAS
DE LOS SUELOS
-
RELACIONES ENTRE LAS DIVERSAS
MEDIDAS DE RESISTENCIA DE LOS
SUELOS DE SUBRASANTE
Para facilitar el trabajo de los diseadores y en vista de
que la mayora de los laboratorios no poseen los
elementos necesarios para efectuar cualquier prueba
de resistencia, se han establecido relaciones empricas
entre las diversas medidas de resistencia, las cuales se
muestran en la tabla 1.4
Mediante estas relaciones es posible determinar el
valor aproximado de resistencia de un suelo, expresado
en trminos de algn ensayo, en funcin de otro
calculado por medio de una prueba diferente.
-
Clasificacin Unificada
CH
OH
OL
MH
ML
CL
SM
SP
SC
GC
SW
GM
GP GW
Clasificacin AASHTO
A-5
A-4
A-6
A-7-5, A-7-6
A-2-6, A-2-7
A-3
A-1-b
A-2-4, A-2-5
A-1-a
Mdulo de reaccin de la subrasante k (Kg/cm3)
Valor Soporte (psi)
CBR (%)
Mdulo de reaccin de la subrasante k (Mpa/m3)
Tabla 1.4: Correlacin aproximada entre la clasificacin de los suelos y CBR: