MS Cap2 Prop. �ndice 2011-2

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATLICA DEL PER

MECNICA DE SUELOS

CAPTULO 2

PROPIEDADES NDICE DE LOS SUELOS

PROFESORES DEL CURSO:

JORGE V. ZEGARRA PELLANNE

GUILLERMO ZAVALA ROSELL

LIMA, AGOSTO DE 2011

2. PROPIEDADES NDICE DE LOS SUELOS

2.1. Tipos de suelos por su formacin.

2.2. Tipos de suelos por sus propiedades.

2.3. Relaciones gravimtricas y volumtricas de suelos. Diagrama

de fases.

2.4. Tamao de los suelos.

2.5. Propiedades de la fraccin gruesa del suelo.

2.6. Propiedades de la fraccin fina del suelo.

2.7. Propiedades del conjunto.

2.8. Sistemas de clasificacin de suelos.

2.9. Descripcin del suelo.

Pontificia Universidad Catlica del Per Mecnica de Suelos

Propiedades ndice de los Suelos 3

Objetivos: El alumno ser capaz de calcular las propiedades ndice necesarias para la

identificacin de los suelos.

El alumno ser capaz de elaborar un diagrama de fases completo sin

importar el tipo de datos que se le proporcionen siempre y cuando stos sean

suficientes y adecuados.

El alumno ser capaz de describir las caractersticas de un suelo inalterado y

las de un suelo remoldeado, pudiendo adems sealar sus diferencias.

El alumno ser capaz de disear un filtro a partir de los datos pertinentes

como la granulometra del material y criterios de diseo especficos.

El alumno podr indicar la clasificacin de un suelo segn los sistemas

S.U.C.S. y A.A.S.H.T.O. para lo cual tendr que interpretar correctamente

los datos que se le proporcionen.

El alumno podr sealar las diferencias entre el comportamiento de los

suelos y las rocas.

Antecedentes: CIV240 Geologa CIV294 [Laboratorio de Mecnica de Suelos]

Bibliografa: 1. BOWLES, J.E. (1982). Propiedades geofsicas de los suelos. Bogot: Mc.

Graw-Hill. Captulos 2 a 7.

2. CODUTO, D.P. (1998). Geotechnical Engineering: Principles and Practices. New Jersey: Prentice Hall. Captulo 5.

3. HOEK, E.; BROWN, E.T. (1985). Excavaciones subterrneas en roca. Mxico: Mc. Graw-Hill. Captulo 2.

4. HOLTZ, R.D.; KOVACS, W.D. (1981). An introduction to geotechnical

engineering. New Jersey: Prentice-Hall. Captulos 2 a 5.

5. JUAREZ, E.; RICO, A. (1974). Mecnica de Suelos. Tomo I. Mxico: Limusa. Captulos 1 a 7 y 14.

6. LAMBE, T.W.; WHITMAN, R. (1972). Mecnica de Suelos. Mxico: Limusa.

Captulos 2 a 4 y 7.

7. PECK, R.; HANSON, W.; THORNBURN, T. (1987). Ingeniera de cimentaciones. Mxico: Limusa. Captulos. 1 y 6.

8. TERZAGHI, K.; PECK, R; MESRI, G. (1996). Soil mechanics in engineering

practice. New York: John Wiley. Artculos 1 a 9.

Tipos de suelos por sus propiedades 4

2.1. TIPOS DE SUELOS POR SU FORMACIN

Origen de los Suelos

- Los suelos se generan por la meteorizacin de las rocas y son removidos

por la erosin.

- La meteorizacin puede ser:

Mecnica (o Fsica)

Qumica

Meteorizacin Mecnica:

Se produce cuando la roca es reducida a fragmentos ms pequeos

sin que se produzca ningn cambio qumico.

Depende en alto grado del tipo de roca y del tiempo.

Principales Agentes:

Efectos climticos.

Exfoliacin.

Erosin por viento y lluvia.

Abrasin.

Actividad orgnica (races de los rboles).

Meteorizacin Qumica:

Comprende la alteracin de los minerales de la roca a nuevos

compuestos

Principales tipos:

Oxidacin.

Solucin.

Lixiviacin.

Hidrlisis.



Tipos de suelos por su formacin:

- Origen geolgico primario

Inorgnicos

Residuales

Transportados

Orgnicos

Residuales

Transportados

- De origen geolgico secundario

Suelos Residuales: Se encuentran en el lugar en que se han formado.

Formados en su ubicacin actual a travs de la meteorizacin de la

roca.

Partculas angulares o sub-angulares.

Grandes fragmentos de roca angulares, dispersos a travs de la masa

del suelo.

Presencia de minerales que han meteorizado de la roca madre.

Suelos Transportados:

Son suelos formados por la meteorizacin de la roca en un lugar y

que se encuentran ahora en otro lugar por efecto de diferentes

agentes.

Un agente lo ha transportado a un lugar diferente al de su formacin.

Estos agentes son los que dan los diversos nombres a los suelos

transportados.

Aluvial (agua):

Fluviales: Debajo de nivel de inundacin, terrazas ms

elevadas.

Lacustres

Abanicos aluviales o flujos de escombros (huaycos)

Fluvio-glaciales.

Coluvial (gravedad):

Talus (sin matriz) sobre taludes.

Coluvin (con matriz) sobre taludes.

Pie de monte.



Glacial (hielo glacial o agua de glaciares). En Per suelen ubicarse

sobre 3800 msnm:

Morrenas.

Tills.

Otros.

Elico (viento):

Dunas.

Depsitos masivos.

Suelos Orgnicos:

Pueden ser residuales o transportados. Lo que importa es su condicin orgnica

Generalmente son suelos transportados, producto de la

descomposicin de las rocas, que contienen cierta cantidad de

materia orgnica vegetal descompuesta.

Color oscuro y olor tpico de la materia en descomposicin (olor a

podrido).

Las turbas: fibrosas, fragmentos de materia orgnica descompuesta.

Suelos de Origen Geolgico Secundario:

Las cenizas y pmices son depositadas por accin volcnica: flujos

de lava y lodo.

Las evaporitas son materiales precipitados o evaporados de

soluciones con alto contenido salino.

Suelo de Lima:

Suelo transportado: aluvial-coluvial

Cono de deyeccin del ro Rmac: en el terciario

GP con bajo contenido de finos que le dan la cohesin necesaria para el

talud de la costa verde

= 38 a 42 (ngulo de friccin interna) c = 0.5 kg/cm2 (cohesin)

2.3 g/cm3



Su mayor y ms notorio afloramiento se encuentra en los acantilados de

la playa, que van desde el extremo SW en Chorrillos, hasta la Hacienda

Bocanegra en el Norte.

En los acantilados, que tienen altura de hasta 40 m se encuentran

materiales de origen fluvial, conglomerados con cantos rodados de hasta

40 cm de Tamao Mximo, envueltos todos en una matriz de arena

arcillosa.

De este material, se sabe que los cantos rodados consisten en su mayora

de rocas volcnicas y, en menor proporcin, de rocas plutnicas, as

como de una muy pequea parte de rocas sedimentarias.

Estas capas de conglomerados se alternan con otras de arcilla ligeramente arenosa o de arena arcillosa, sin orden ni arreglo alguno.

Los depsitos fluviales se constituyeron durante la ltima etapa de la

desglaciacin pleistocena (Cuaternario), cuando el entonces caudaloso

ro Rmac transport una carga de material abundante desde la Sierra

Central hacia la Costa, depositndola en la forma de abanico aluvial que

hoy se observa.

El abanico fluvial del ro Rmac se extiende desde Ate-Vitarte hasta las

playas de Lima y Callao.

Estudios de resistividad elctrica demuestran que el material aluvial

alcanza espesores de aproximadamente 580 m y yace directamente sobre

el sub-estrato rocoso.

Por el mismo mtodo, se distinguen dos unidades en el aluvin: una

inferior que alcanza hasta 500 m de espesor y que tiene una proporcin

importante de material arcilloso, y una superior que generalmente es

menor de 80 m en espesor y que contiene muy poco material arcilloso.



2.2. TIPOS DE SUELOS POR SUS PROPIEDADES

Suelos granulares: Gravas, de 4.75 (#4) a 75 mm (3)

Arenas, de 75 m (#200) a 4.75 mm (#4)

Limos no plsticos, menos de 75 m Combinaciones de estos materiales

Suelos cohesivos: Suelos finos (



2.3. RELACIONES GRAVIMTRICAS Y VOLUMTRICAS DE LOS

SUELOS.

2.3.1. FASES DE UN SUELO Estructura de los suelos: El suelo es un material particular con respecto a otros materiales de

ingeniera. El suelo es el ensamblaje de partculas individuales, no es un

continuo. Las propiedades ingenieriles de los suelos, como resistencia y

compresibilidad, estn determinadas por el arreglo de estas partculas y la

interaccin entre ellas antes que por sus propiedades internas.

Otra importante caracterstica que diferencia a los suelos de otros

materiales es que contienen las tres fases de la materia: slido, lquido y

gas simultneamente.

La porcin slida (las partculas) incluyen uno o ms de los siguientes

materiales: fragmentos y minerales de roca, minerales arcillosos, materia

orgnica, materiales cementantes, etc. Los granos que conforman el suelo

tienen altsima resistencia, sin embargo, lo que va a determinar la

resistencia del suelo es la interfase entre ellos. Entonces, la resistencia del

suelo nunca va a ser tan grande.

Los lquidos y gases llenan los vacos entre las partculas slidas. El

componente lquido usual es el agua, que algunas veces contiene

compuestos en solucin, provenientes de fuentes naturales o artificiales.

Similarmente, el componente gaseoso usualmente es el aire, pero puede

contener otros compuestos como el metano. Por simplicidad nos

referiremos a estos compuestos como agua y aire.

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2.3.2. DIAGRAMA DE FASES

Dado que los suelos tienen tres fases, es necesario desarrollar algunas

metodologas para relacionarlas, definir algunas relaciones entre ellas y

procedimientos de ensayo para cuantificarlas. En la Figura, se presenta un

diagrama que describe las proporciones relativas de slidos, agua y aire,

denominado Diagrama de Fases.

VOLMENES

PESOS

VT VV

VA AIRE A 0 WA 0

WT VW AGUA W WW

VS SLIDOS S WS

Cada una de las fases tiene un peso (W), un volumen (V) y un peso

especfico () que relaciona estas dos magnitudes. Se usan los subndices S para los slidos, W para el agua y A para el aire. Al conjunto de agua y aire

se le denomina vacos (V). Se conocen: A 0 y W 1 gr/cm.

En el Cuadro 2.2 se definen las relaciones entre pesos y volmenes ms

empleadas en Mecnica de Suelos. Las relaciones entre volmenes as

como las relaciones entre pesos son adimensionales, y por ende

independientes del sistema de unidades empleado.

2.3.3. RELACIONES GRAVIMTRICAS Y VOLUMTRICAS WS = Peso de la fase slida. VS = Volumen de la fase slida. WW = Peso de la fase lquida. VW = Volumen de la fase lquida.

VA = Volumen de la fase gaseosa.



VV = Volumen de vacos.

WT = Peso total. VT = Volumen total.

- Se conocen: 0A

3 1 cmgrW =

- Podemos escribir:

AWV VVV +=

WST WWW +=

VST VVV +=

- Las relaciones entre volmenes as como las relaciones entre pesos son

adimensionales, y por ende independientes del sistema de unidades

empleado.

Relaciones entre Volmenes:

- Porosidad (n):

T

V

V

Vn =

Porosidad: qu parte del volumen total est constituida por vacos?

Si se expresa en porcentaje (ISSMFE): se denomina porcentaje de

vacos.

Vara de 0 a 1.

n = 0 (slido perfecto). n = 1 (fluido perfecto).

Esferas iguales: n vara de 0.26 a 0.47 Depsito natural de arena: de 0.25 a 0.50

Arcillas: de 0.30 a 0.60 (hasta 0.90)

Rango tpico: 0.2 a 0.6

Efecto que la forma de los granos (% en peso mica/arena):



% n 0 0.47 5 0.60 10 0.70 20 0.77 40 0.84

- Relacin de Vacos (e):

SV

V

Ve =

Relacin de vacos: es una relacin entre VV y VS. Se relaciona directamente con la porosidad.

n

n

V

V

V

VV

V

VV

Ve

T

V

T

T

T

V

VT

V

=

=

=

1

e

e

V

V

V

VV

V

VV

Vn

S

V

S

S

S

V

VS

V

+=

+=

+=

1

e no tiene lmites:

Arena: de 0.33 a 1.0

Arcilla: de 0.43 a 1.5 (hasta 9)

Lima: e = 0.2 (n = 0.17) Mxico: e = 9 (n = 0.90)


- Grado de Saturacin (S):

( )%V

W

V

VS =

S Sr: de todos los vacos qu porcentaje est lleno de agua? En las arenas y otros suelos situados por arriba de la napa fretica,

parte de los vacos pueden estar ocupados por el aire, por lo que se

define el grado de saturacin, el cual se expresa en porcentaje.



Condicin de la Arena S(%)

Seca 0

Ligeramente Hmeda 1 25

Hmeda 26 50

Muy Hmeda 51 75

Mojada 76 99

Saturada 100

Rango Tpico: 0 a 100%

El grado de saturacin de las arenas es comnmente descrito por

medio de los trminos seca, hmeda o mojada.

En suelos finos es difcil de percibir a simple vista el valor de S. Ciertas arcillas en un estado de desecacin representado por S = 90%

pueden ser tan duras que a primera vista seran clasificadas como

secas.

Las arenas gruesas situadas por arriba de la napa fretica, por lo

general, estn ligeramente hmedas.

Algunos suelos pueden estar saturados sobre la napa fretica como

consecuencia de la capilaridad. Esto es muy comn en suelos finos.

Las arenas finas o limosas, se hallan muy hmedas, mojadas o

saturadas.

Las arcillas marinas de origen glaciar, casi siempre estn

completamente saturadas o casi saturadas, salvo la capa superficial

que est sujeta a las variaciones de temperatura y humedad que se

producen en las distintas estaciones del ao.

Relacin entre Pesos:

- Humedad ():

( )%

S

W

W

W=

Humedad: es el peso de agua en relacin al peso de los slidos,

expresado en porcentaje.

= 0: Suelo seco



s: Suelo saturado. No hay un nico valor. Puede ser mayor o menor que 100%.

Ensayo de Humedad:

La temperatura de 110C en el horno es demasiada alta para

ciertos suelos orgnicos (turbas), para suelos con alto contenido

calcreo o de otro mineral, ciertas arcillas, y algunos suelos

tropicales.

Estos suelos contienen agua de hidratacin levemente adherida, o

agua molecular, que podra perderse a estos niveles de

temperatura, dando como resultado un cambio en las

caractersticas del suelo. ASTM sugiere secar estos suelos a una

temperatura de 60C.

capfinal

finalinicial

S

ST

S

W

WW

WW

W

WW

W

W

=

==

Rango tpico: 0 a 70%

Relaciones entre Pesos y Volmenes:

- Peso Especfico Relativo de Slidos (Gs):

S

SS

CaW

SS V

WG ===

4 El peso especfico relativo de los slidos, Gs (specific gravity en

ingls) es el peso de las partculas slidas en relacin al peso

especfico del agua a 20C (0.99823 g/cm3).

Gs no depende de la temperatura del agua.

T(C) w g/cm3

16 1.0007 0.99897

18 1.0004 0.99862

20 1.0000 0.99823

22 0.9996 0.99780

24 0.9991 0.99732

26 0.9986 0.99681



12 WWW

WG

S

SS +

=

WS = Peso de suelo seco. W2 = Peso de picnmetro con agua. W1 = Peso de picnmetro con suelo y agua. = Correccin por temperatura. WS = Peso del suelo seco corregido. W2 = Wa + Wb Wb = Peso del agua que ocupa el lugar del suelo. Wa = Peso del resto de agua. W1 = WS + Wa WS + W2 W1 = Wb: Volumen de slidos. El peso especfico relativo de los slidos, Gs (specific gravity en

ingls) es adimensional e independiente del sistema de unidades;

en aquellos sistemas de unidades en que w = 1, Gs coincide numricamente con s; en el sistema britnico, por ejemplo, w = 62.4 lb/pie.

En arenas, el valor tpico es 2.65, con un rango de 2.62 a 2.67

En arcillas, el valor tpico es 2.70, con un rango de 2.50 a 2.90


El peso especfico relativo de los slidos, Gs (specific gravity en

ingls) es adimensional e independiente del sistema de unidades. En

aquellos sistemas de unidades en los cuales podemos asumir W = 1, Gs coincide numricamente con S (por ejemplo al trabajar con g y cm3). En el sistema britnico, por ejemplo, W = 62.4 lb/pie por lo que Gs no coincide numricamente con S.

- Peso Especfico del Suelo ():

T

T

V

W=

Es el peso especfico (peso/volumen) de todo el suelo, considerando

slidos, agua y aire.



2.3.4. ESTADOS LMITE: SUELO SECO Y SATURADO

Peso Especfico del Suelo Seco.

Peso Especfico del Suelo Saturado.

Peso Especfico del Suelo Sumergido.

Son estados IDEALES, es decir, no necesariamente representan

propiedades del estado actual del suelo, sino propiedades si es que ese

mismo suelo estuviera seco, saturado o sumergido.

Peso Especfico del Suelo Seco (d):

T

Sd V

W=

Peso especfico del suelo si S = 0% El peso se reduce a los slidos.

El volumen total no cambia.

( ) Sd Gn=+= 11



Peso Especfico del Suelo Saturado (sat): Peso especfico del suelo, si S = 100%

El peso considera a todos los vacos con agua.

El volumen total no cambia.

T

wVSsat V

VW

+=

Peso Especfico del Suelo Sumergido ( ):

Wsat +=

Excluye al empuje hidrosttico.

Rango tpico de : : de 1.4 a 2.3 gr/cm3 d: de 0.9 a 2.2 gr/cm

3

sat: de 1.4 a 2.4 gr/cm3

: de 0.4 a 1.4 gr/cm3

Comentario: - En la bibliografa se pueden encontrar innumerables ecuaciones entre

estas relaciones v-g.

- A pesar de tener siempre 4 incgnitas, como todas las relaciones v-g son

de cociente, es posible asumir una incgnita como igual a 1, y

conociendo 3 relaciones v-g independientes, resolver el sistema.

- Resolver el sistema significa definir todas las relaciones v-g a partir de

tres independientes (o dos en el caso de suelos secos o saturados).

- En el laboratorio tpicamente se determinan los valores de , Gs y . - La informacin usual es el valor de Gs, as como los pesos inicial y seco

de un espcimen de volumen conocido (WT, WS, VT). - Este procedimiento es posible slo si se puede determinar el volumen de

una muestra inalterada del suelo (VT). - Esto es muy difcil o imposible de determinar en el caso de arenas y

gravas limpias.



- Una referencia importante, para suelos saturados es la informacin

mostrada en el Cuadro siguiente (tomada de Terzaghi y Peck):

Descripcin del Suelo n e 1 d sat

Arena mal graduada, suelta

Arena mal graduada, densa

Arena bien graduada, suelta

Arena bien graduada, densa

Morrena glaciar con partculas de todo tamao

Arcilla glacial blanda

Arcilla glacial resistente

Arcilla blanda ligeramente orgnica

Arcilla blanda muy orgnica

Bentonita Blanda

46

34

40

30

20

55

37

66

75

84

0.85

0.51

0.67

0.43

0.25

1.20

0.60

1.90

3.00

5.20

32

19

25

16

9

45

22

70

110

194

1.43

1.75

1.59

1.86

2.12

----

----

----

----

----

1.89

2.09

1.99

2.16

2.32

1.77

2.07

1.58

1.43

1.27

(1) Contenido de Humedad (en porcentaje) cuando el suelo esta saturado.

(2) Se considera Gs =2.65 en arenas y 2.70 en arcillas. Tabla 6.3 de Terzaghi, Peck y Mesri (1996)

Estimacin de propiedades de suelos

No siempre es posible obtener muestras inalteradas para conocer las

propiedades g-v (especialmente en arenas limpias y gravas), por lo que se

recurre a correlaciones con ensayos de campo (in-situ) y tablas para poder

estimar el peso especfico a partir de los resultados de dichos ensayos.

Ejemplo tpico en el Per: ensayo SPT

- El ensayo de penetracin estndar, SPT, es el ms comn dentro de los

ensayos in situ; en la geotecnia actual, es el ensayo ms empleado

para investigar la densidad relativa de depsitos de arena en

profundidad.

- Golpes con un martillo (140 lb, 30 pul) en la cabeza de las barras.

- Durante la hinca se cuentan los nmeros de golpes necesarios para

avanzar tres tramos de 15 cm (6 pulgadas) = 45 cm.

- N: suma de golpes de los dos ltimos tramos de 15 cm.



Muestras: - Las muestras han de ser representativas del suelo que se quiere ensayar.

- Las muestras alteradas pueden tomarse manualmente, con pico y pala.

Pueden transportarse en sacos o bolsas.

- Las muestras inalteradas deben tomarse con tomamuestras especficos

(tubos de pared delgada), de paredes o fondo de calicatas (en bloque).

Deben empaquetarse, transportarse y conservarse en el laboratorio hasta

su ensayo para que no se alteren.

- Tipos de muestras:

o Alterada (Mab): conserva los slidos: WS para un VS.Determina: GS o De humedad (Mw): conserva la proporcin de agua (WW para WS).

Determina: o Inalterada (Mib, Mit): Conserva los vacos. Determina: .

- Tipos de muestras:

Tipo de Muestra

Forma de Obtener y Transportar

Estado de la Muestra

Caractersticas

Mib Bloques

Inalterada

Deben mantenerse inalteradas las propiedades fsicas y mecnicas del suelo en su estado natural al momento del muestreo. (Aplicable solamente a suelos cohesivos, rocas blandas o suelos granulares suficientemente cementados para permitir su obtencin)

Mit Tubos de

pared delgada

Mab Con bolsas de

plstico Alterada

Debe mantenerse inalterada la granulometra del suelo en su estado natural al momento del muestreo.

Mw En lata sellada Debe mantenerse inalterado el contenido de agua.


2.4. TAMAO DE LOS SUELOS

2.4.1. TAMAO DE LAS PARTCULAS

Dadas las caractersticas particulares de los suelos, es importante

considerar el tamao de las partculas y su efecto en el comportamiento

de los suelos. Existen diversos criterios de clasificacin de los suelos

por su tamao, siendo uno de los ms usados el publicado por la ASTM

(American Society for Testing and Materials).

Tamao de las partculas (mm)

1000 100 10 1 0,1 0,01 0,001 0,0001

ASTMD422

AASHTO(T 88)

SUCS

Norma Britnica y

M.I.T.

300 76 4.75

(4)

2.0

(10)

0.425

(40)

0.075

(200)0.005 0.001

75 2.0 0.425 0.075 0.005 0.001

300 75 4.75 2.0 0.425 0.07519

200 60 20 6.0 2.0 0.6 0.2 0.06 0.02 0.006 0.002

Bloques Bolones GravaArena

Gruesa Media FinaLimo Arcilla Coloides

Bloques GravaArena

Gruesa FinaLimo Arcilla Coloides

Bloques BolonesGrava Arena

Gruesa Media FinaFinos (limo, arcilla)

Gruesa Fina

Bloques BolonesGrava Arena

Gruesa Media FinaGruesa FinaMedia Grueso Medio Fino

LimoArcilla



2.4.2. COMPONENTES Y FRACCIONES DEL SUELO Los smbolos y fracciones empleados en dicho cuadro estn de acuerdo

con el Sistema Unificado de Clasificacin que se desarrolla

posteriormente. FRACCION DEL

SUELO GRANULOMETRIA Y

DESCRIPCION DEFINICION DE LAS PROPIEDADES

FRACCIONES GRUESAS

Bloques Redondeados a angulares, formados por rocas duras de gran tamao y dimetro medio superior a 300 mm.

Los bloques y bolones son elementos muy estables utilizados para terraplenes, balastos y para estabilizar taludes (enrocamientos). Debido a su tamao y peso su presencia en los depsitos naturales de suelo tiende a mejorar la estabilidad de las cimentaciones. La angularidad de las partculas aumenta la estabilidad.

Bolones Redondeados a angulares, procedentes de rocas duras; dimetro medio inferior a 300 mm pero superior a 75 mm.

Grava (G)

Redondeada a angular, procedente de rocas duras; pasa por el tamiz de 3" (75 mm) es retenida por el tamiz N 4 (4.75 mm)

La grava y la arena tienen esencialmente las mismas propiedades ingenieriles aunque en grados diferentes. El tamiz N 4 (4.75 mm) es una divisin arbitraria y no corresponde a un cambio apreciable de propiedades. Son fciles de compactar, resultan poco afectadas por la humedad y no estn sujetas a la accin de la helada. Las gravas suelen ser ms estables frente al flujo de agua y ms resistentes a la erosin y a la tubificacin que las arenas. Las arenas y gravas bien graduadas son generalmente menos permeables y ms estables que aquellas deficientemente graduadas (granulometra uniforme). La irregularidad de las partculas hace aumentar ligeramente la estabilidad. La arena fina uniforme tiene caractersticas prximas a un limo: es decir, disminuye su permeabilidad y reduce su estabilidad al aumentar la humedad.

Gruesa Entre los tamices 3" a 3/4" (75 a 19 mm)

Fina Entre los tamices 3/4" a N 4 (19 a 4.75 mm)

Arena (S)

Redondeada a angular, procedente de rocas duras; pasa por el tamiz N 4 (4.75 mm) y es retenida por el tamiz N 200 (75 m)

Gruesa Entre los tamices N 4 a 10 (4.75 a 2 mm)

Media Entre los tamices N 10 a 40 (2 mm a 425 m)

Fina Entre los tamices N 40 a 200 (425 a 75 m)

FRACCIONES FINAS

Limo (M)

Partculas que pasan por el tamiz N 200 (75 m). Identificables por su comportamiento: es decir, ligeramente plsticas o sin plasticidad cualquiera que sea la humedad y con escasa o nula resistencia al secarse al aire.

El limo es inestable por su propia naturaleza, particular-mente cuando aumenta la humedad, con tendencia a fluir cuando est saturado. Es relativamente impermeable, difcil de compactar, muy susceptible a la accin de la helada, fcilmente erosionable, y sujeto a la tubificacin y ebullicin. Los granos de forma cbica reducen la compresibilidad; los granos lajosos, como la mica, diatomeas, etc., aumentan la compresibilidad, dan lugar a un limo "elstico".

Arcilla (C)

Partculas que pasan por el tamiz N 200 (75 m). Identificables por su comportamiento: es decir, puede conseguirse que presenten propiedades de plasticidad dentro de una amplia gama de humedades y posean considerable resistencia al secarse al aire.

La caracterstica que diferencia a la arcilla, es la cohesin o resistencia cohesiva, que aumenta al disminuir la humedad. La permeabilidad de la arcilla es muy baja, es difcil de compactar en estado hmedo e imposible de drenar por mtodos ordinarios; compactada es resistente a la erosin y tubificacin, no es susceptible a hinchamientos por efecto de la helada. Est sometida a expansin y retraccin con las variaciones de la humedad. Las propiedades dependen no slo del tamao y forma (partculas laminadas, lajosas), sino tambin por su composicin mineral, es decir, el tipo de material arcilloso y el medio qumico o la capacidad de intercambio inico. En general, el mineral arcilloso montmorillonita tiene el mayor efecto sobre las propiedades, siendo este efecto mnimo en el caso de la ilita y la caolinita.

MATERIA ORGNICA (O)

Materia orgnica de diversos tamaos y en di-versas fases de descomposicin.

La presencia de materia orgnica, incluso en cantidades moderadas, hace aumentar la compresibilidad y reduce la estabilidad de las fracciones finas del suelo. Puede descomponerse creando vacos y haciendo variar las propiedades de un suelo por alteracin qumica, por lo cual los suelos orgnicos no son adecuados para usos ingenieriles.



Los principales nombres usados para clasificar suelos son: grava, arena,

limo y arcilla. La mayora de los suelos naturales contienen una gran

variedad de tamaos de partculas y no caen exactamente dentro de las

categoras indicadas. En estos casos se utiliza como nombre principal el

de la fraccin predominante y como adjetivos los nombres de las dems

fracciones presentes. Por ejemplo, si el mayor porcentaje es de grava y

el suelo tambin contiene arena y arcilla, se le denomina grava arenosa

arcillosa.

Fallan en los suelos finos.

Deben analizarse otros parmetros como su comportamiento con el

agua.

2.4.3. CURVA GRANULOMTRICA



La distribucin de los tamaos de las partculas en un suelo particular

es ms fcilmente expresada en la forma de una curva de distribucin

de tamaos de partculas o curva granulomtrica, como la figura

mostrada. Este es un grfico del porcentaje en peso de los slidos que

es menor que cierto tamao de partcula versus el dimetro de partcula.

El procedimiento para determinar la curva granulomtrica de un suelo

es el anlisis granulomtrico, el cual se encuentra especificado por la

Norma ASTM D-422. Para las fracciones comprendidas entre 75 mm y

75 m se hace por tamizado y, para las inferiores, por sedimentacin empleando la ley de Stokes.

En una curva granulomtrica se define el dimetro eficaz, D10, como el tamao de partculas tal que el 10% de las partculas son ms finas que

D10 y el 90% ms gruesas. Anlogamente se definen D30 y D60. A partir

de estos dimetros se definen los coeficientes de uniformidad (Cu) y curvatura (Cc) que sirven para determinar si un suelo es bien o mal graduado:



10

60

D

DCu =

1060

230

DD

DCc =

Cu muy grande: suelo menos uniforme: bien graduado.

Cc permite detectar saltos en la curva granulomtrica.

Grava mal gradada (GP) Grava bien gradada (GW)

Arena mal gradada (GP) Arena bien gradada (GW)

Indicadores de la forma de la curva

- Bien gradado (W)

- Grava (G): Cu > 4 1 < Cc < 3 - Arena (S): Cu > 6 1 < Cc < 3

- Mal gradado (P)

Gap graded: presenta un salto que puede ser detectado con el Cc.

0.075

0.106

0.250

0.426

0.840

2.000

9.525

19.050

25.400

38.100

4.760

50.800

76.200

0.050

0.020

0.005

0.002

0.050

#200

#140

#60

#40

#20

#10

#4

3/8"

3/4"

1"

1 "

2"

3"

0.020

0.005

0.002

0.001

0.001

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PORCENTAJE QUE PASA

0.075

0.106

0.250

0.426

0.840

2.000

9.525

19.050

25.400

38.100

4.760

50.800

76.200

0.050

0.020

0.005

0.002

0.050

#200

#140

#60

#40

#20

#10

#4

3/8"

3/4"

1"

1 "

2"

3"

0.020

0.005

0.002

0.001

0.001

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PORCENTAJE QUE PASA

0.075

0.106

0.250

0.426

0.840

2.000

9.525

19.050

25.400

38.100

4.760

50.800

76.200

0.050

0.020

0.005

0.002

0.050

#200

#140

#60

#40

#20

#10

#4

3/8"

3/4"

1"

1 "

2"

3"

0.020

0.005

0.002

0.001

0.001

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PORCENTAJE QUE PASA

0.075

0.106

0.250

0.426

0.840

2.000

9.525

19.050

25.400

38.100

4.760

50.800

76.200

0.050

0.020

0.005

0.002

0.050

#200

#140

#60

#40

#20

#10

#4

3/8"

3/4"

1"

1 "

2"

3"

0.020

0.005

0.002

0.001

0.001

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PORCENTAJE QUE PASA



Anlisis granulomtrico por Sedimentacin - Se usa con tamaos desde la malla #10 (2 mm) - Se utiliza un defloculante para romper la atraccin elctrica entre

partculas - Para clasificar un suelo es suficiente granulometra por tamizado

2.4.4. DISEO DE FILTROS Se usan para separar el suelo natural de una superficie de drenaje.

Previenen la erosin del suelo natural.

La granulometra del filtro debe incluir suficientes partculas

grandes para asegurar el drenaje libre del agua y una adecuada

cantidad de partculas pequeas para evitar la migracin de los finos

del suelo.

Para evitar saltos en la gradacin se recomienda que tenga la misma

forma que el suelo natural.



Reglas:

f: filtro s: suelo natural

Recomendaciones de Hong Kong Geotechnical Engineering Office (1993):

Para prevenir la migracin de los finos:

sf DD 8515 5

Para asegurar que el filtro es ms permeable que el suelo:

sf DD 1515 5

Para asegurar una buena performance del filtro:

204 1060 ff DD

mmD fmax 50

Adicionalmente Somerville sugiere:

Para asegurar un adecuado drenaje:

mmD f 075.05

Para prevenir la segregacin del material de filtro:

sf DD 5050 25

Si el filtro va a estar en contacto con perforaciones (muros):

malla la de abertura285 fD

Tamao mximo del suelo:

mmD smax 19

2.5. PROPIEDADES DE LA FRA

2.5.1. FORMA DE LAS PARTCUL

Angularidad:

2.5.2. ESTRUCTURA DE LOS SUE

Estructura Simple:

Producida cuando predominan las fuerzas gravitacionales.

Tpica de suelos de

Las partculas se apoyan directamente unas en otras y cada partcula

posee varios puntos de apoyo.

Estados lmite: suelto y denso.

ROPIEDADES DE LA FRACCIN GRUESA DEL SUELO

ORMA DE LAS PARTCULAS

Angular.

Sub angular.

Sub redondeado.

Redondeado (y

bien redondeado).

STRUCTURA DE LOS SUELOS GRANULARES

Producida cuando predominan las fuerzas gravitacionales.

Tpica de suelos de grano grueso.


posee varios puntos de apoyo.

Estados lmite: suelto y denso.

LO

Sub angular.

Sub redondeado.

Redondeado (y

bien redondeado).



Propiedades de la fraccin gruesa del suelo 29

Estructura Panaloide:

Tpica de suelos < 0.002 mm.

Arenas finas y limos pueden depositarse de esta manera en aguas

quietas o aire.

Influencia de fuerzas de gravitacin y elctricas.

La arena sedimenta al fondo y el limo acta como cementante.

2.5.3. DENSIDAD RELATIVA Se basa en la relacin de vacos del suelo en tres estados:

natural (e), ms denso posible (emin)

ms suelto posible (emax)

minmax

maxr ee

eeD

=

Es el parmetro ms importante que se correlaciona con la

resistencia al corte y la compresibilidad de los suelos granulares.

Los valores de emax y emin son determinados a partir de ensayos estndar de laboratorio. Corresponden a estados artificiales. Corresponden a estados artificiales y su uso est limitado a rellenos

artificiales controlados.

En el caso de cimentaciones Dr se mide a travs de ensayos de

campo (SPT, Cono de Peck o DPSH)

Tericamente debe variar de 0 a 100%, pero es posible hallar

valores de Dr < 0% Dr >100% Si Dr > 100%: la formacin natural del suelo se encuentra en un

estado ms denso que el ms denso posible del laboratorio.

Si Dr < 0%: la formacin natural del suelo se encuentra en un estado ms suelto que el ms suelto posible del laboratorio.

Ms denso: Dr = 100%, emin, d mx Ms suelto: Dr = 0%, emx, d min Mas fcil es medirla a partir del peso especfico del suelo seco.

( ) Sd Gn= 1 ee

n+

=1



e

GG

e

e SSd +

=

+

=11

1 1=d

SGe

( )%11

11

=

=

maxd

S

mind

S

d

S

mind

S

minmax

maxr

GG

GG

ee

eeD

( )%

=

maxd

maxdS

mind

mindS

d

dS

mind

mindS

rGG

GG

D

( ) ( )[ ]

( ) ( )[ ] ( )%

maxdmindmindmaxdSmaxdmindS

dmindminddSdmindSr GG

GGD

=

( ) ( )[ ]

( ) ( )[ ] ( )%

dmindmaxdmindSmaxdmindmaxdS

maxdminddmindSdminddSr GG

GGD

=

[ ][ ] ( )%

dmindSmaxdS

maxdmindSdSr GG

GGD

=

( )%

d

maxd

mindmaxd

minddrD

=

Muy suelta (Dr < 15%) Suelta (15% < Dr < 35%)

Medianamente densa (35% < Dr < 65%) Densa (65% < Dr < 65%) Muy densa (Dr > 85%)

Otros autores (no usar):

Muy suelta

Suelta

Media

Compacta

Muy compacta



Densidad Relativa (mtodo rpido en el campo: descripcin visual -

manual):

Muy Suelta Una barra lisa de penetra fcilmente con la

mano.

Suelta Una barra lisa de penetra fcilmente hincada

con comba de 5 libras.

Medianamente Densa Una barra lisa de penetra 30 cm. hincada con

comba de 5 libras.

Densa Una barra lisa de penetra slo unos cm.

hincada con comba de 5 libras.

Muy Densa -----

Existen diversas relaciones entre el ngulo ' y el resultado del ensayo estndar de penetracin, (SPT). Holtz y Kovacs recomiendan la correlacin

entre el ngulo de friccin efectivo ', el peso unitario volumtrico seco

(d), la densidad relativa y la clasificacin SUCS, propuesta por el US NAVFAC DM-7. De acuerdo a Joseph Bowles (1988) la densidad relativa

de los suelos granulares se puede calcular empleando la siguiente relacin

propuesta inicialmente por Meyerhof (1957) y modificada por Skempton

(1986) :

Dr = Densidad relativa (%)

60N = N60 promedio nmero de golpes del ensayo estndar de penetracin en la zona ZI.

o = Presin efectiva vertical (kg/ cm(ZI/2)

Implicancias ingenieriles:

Estado suelto, e = 0.91, Contraccin

Estado denso, e = 0.65, Dilatacin

Propiedades ndice tpicas de suelos granulares

100'24.2832

'847.0

0

0

60

+=

N

Dr

Pontificia Universidad Catlica del PerMecnica de Suelos


ensidad relativa (%) promedio nmero de golpes del ensayo estndar de penetracin

= Presin efectiva vertical (kg/ cm2) evaluada a una profundidad D

Implicancias ingenieriles:

Contraccin, menor resistencia

Dilatacin, mayor resistencia

Propiedades ndice tpicas de suelos granulares

100



promedio nmero de golpes del ensayo estndar de penetracin

) evaluada a una profundidad Df +



Ensayo de Penetracin Estndar (SPT, Standard Penetration Test): El ensayo estndar de penetracin, SPT, es el ms comn dentro de

los ensayos in situ; en la geotecnia actual, es el ensayo ms

empleado para investigar la densidad relativa de depsitos de arena

en profundidad.

El ensayo est normalizado (Norma ASTM D-1586) y su ejecucin

debe ser cuidadosa, de manera que el resultado pueda ser

interpretado en el contexto de la gran experiencia existente.

Golpes con un martillo (140 libras, 30 pulgadas) en la cabeza de las

barras.

Durante la hinca se cuentan los nmeros de golpes necesarios para

avanzar tres tramos de 15 cm (6 pulgadas) = 45 cm.

N: suma de los golpes de los dos ltimos tramos de 15 cm.

Caracterstica

Medianamente Denso


Caracterstica N (SPT)

Muy Suelto 0 4

Suelto 4 10

Medianamente Denso 10 30

Denso 30 50

Muy Denso > 50


Propiedades de la fraccin fina del suelo 35

2.6. PROPIEDADES DE LA FRACCIN FINA DEL SUELO

2.6.1. PLASTICIDAD, LMITES DE ATTERBERG E NDICES DE CONSISTENCIA

Plasticidad:

Es la propiedad de un material para soportar deformaciones rpidas,

sin rebote elstico, sin variacin volumtrica apreciable y sin

desmoronarse ni agrietarse.

Estados de Consistencia:

Lquido: suspensin.

Semi-lquido: fluido viscoso. No puede ser amasado porque fluye.

Plstico: se comporta plsticamente. Puede ser amasado sin fluir ni

agrietarse.

Semi-slido: apariencia de un slido, pero se deforma con facilidad.

Se agrieta al amasarlo.

Slido: el suelo es un slido difcil de deformar.

Lmites de Atterberg:

Lmite lquido (LL): entre los estados semi-lquido y plstico. Lmite plstico (LP): entre los estados plstico y semi-slido.

IP = LL - LP Lmite de contraccin (LC): entre los estados semi-slido y slido.

No tiene importancia en la clasificacin pero s en otras propiedades.

Los lmites de Atterberg son contenidos de humedad, de modo que si

la humedad natural de un suelo es mayor que el LP y menor que el LL est en estado plstico.

Los lmites de Atterberg se representan sin smbolo de porcentaje y

sin decimales.

ndice de Plasticidad:

Indica el rango de humedad en el que el suelo se encuentra en estado

plstico.

Si IP es pequeo quiere decir que el suelo tiene un rango pequeo de

comportamiento plstico (y viceversa).

Los suelos limosos tienen

de agua, el suelo pasa del estado semislido al lquido.

Las arcillas tienen un mayor

aada ms agua para pasar del estado semislido al lquido.

ndice de Liquidez

ndice de Consistencia

Lmite de Contraccin:

Al secarse un cilindro de suelo, ste se reduce en todas sus

dimensiones.

Lmite de contraccin (

prdida de masa y volu

estabiliza. La masa en ese punto est asociada a una humedad que es

el LC. Cuando la humedad suelo ya no cambia.


de Plasticidad:


es pequeo quiere decir que el suelo tiene un rango pequeo de

comportamiento plstico (y viceversa).

Los suelos limosos tienen IP bajo: aadiendo una pequea cantidad de agua, el suelo pasa del estado semislido al lquido.

Las arcillas tienen un mayor IP, por lo que requieren que se les

aada ms agua para pasar del estado semislido al lquido.

ndice de Liquidez

ndice de Consistencia

Lmite de Contraccin:


Lmite de contraccin (LC, s, SL): la prdida de agua implica prdida de masa y volumen, hasta que llega un momento en que se


. Cuando la humedad es menor que este valor, el volu

suelo ya no cambia.

IP

LPIL

=

IP

LLIC

=

1=+ CL II



es pequeo quiere decir que el suelo tiene un rango pequeo de

bajo: aadiendo una pequea cantidad

, por lo que requieren que se les


a implica

men, hasta que llega un momento en que se


es menor que este valor, el volumen de



Lmite de Contraccin Mtodo de Casagrande:

( )2073.0: = LLIPA ( )890.0: = LLIPU 5.43: = LLUA 4.46=IP

4.46

5.434.46

0

0

+

+=

IP

LLLC

Se une este punto con la coordenada (LL, IP) del suelo a analizar y en la interseccin con el eje del LL se halla el SL

Implcitamente se asume que si se conoce LL y LP, se puede hallar

LC, lo que es falso

Lmite de Contraccin Mtodo de Terzaghi:

TV AV

AV Aire 0A 0AW

SW 0 Agua W 0

( )WSS GW Slidos S SW

SS

T

S

S

ST

GW

V

W

G

WV

LC1

=

=

Sd G

LC1

=

No es recomendable emplear este mtodo, por la gran incidencia de

Gs.

Ensayo ASTM de Lmite de Contraccin:

Se coloca suelo en el LL en una cpsula con vaselina.

Se deja secar al aire y se cuantifica la reduccin de volumen al cabo

de varios das.

El volumen final se calcula por desplazamiento de mercurio.



2.6.2. MINERALES DE LAS ARCILLAS. IDENTIFICACIN

2.6.3. INTERACCIN ENTRE EL AGUA Y LOS MATERIALES ARCILLOSOS. SUPERFICIE ESPECFICA



2.6.4. INTERACCIN ENTRE LAS PARTCULAS DE ARCILLA

2.6.5. ESTRUCTURA DE LOS SUELOS COHESIVOS



2.6.6. CONSISTENCIA, SENSITIVIDAD, ACTIVIDAD Y TIXOTROPA

Consistencia:

Resistencia con su humedad natural ( )2 cmkgqU

Muy Blando < 0.25

Blando 0.25 0.50

Medianamente Compacto 0.50 1.00

Compacto 1.00 2.00

Muy Compacto 2.00 4.00

Duro > 4.00

ndices de Consistencia:

ndice de Liquidez:

IP

LPI L

=

Caracterstica IL

Muy Blando > 1.00

Blando 0.50 1.00


Compacto 0.00 0.25

Muy Compacto < 0.00

Duro < 0.00

Indice de Consistencia:

IP

LLIC

=



Caracterstica IC

Muy Blando < 0.00

Blando 0.00 0.50


Compacto 0.75 1.00

Muy Compacto > 1.00

Duro > 1.00

Siempre se cumple que:

Sensitividad:

amasadau

inalteradaut q

qS

=

St Descripcin

< 2 No sensitiva

2 4 Sensitividad media

4 8 Sensitiva

8 16 Extra sensitiva

> 16 Arcilla fluida

Actividad:

m

IPA

2% 1.25 Activa

Tixotropa: Propiedad de los suelos finos por la cual recuperan la

resistencia despus de cierto tiempo de ser amasados.

1=+ CL II

Propiedades del conjunto 42

2.7. PROPIEDADES DEL CONJUNTO

2.7.1. TEXTURA

Se refiere al grado de fineza y uniformidad del suelo, segn la

sensacin que produzcan al tacto.

Se obtiene del terreno por inspeccin visual-manual

Se define como:

Harinoso.

Suave.

Arenoso.

spero

2.7.2. CONTENIDO DE SALES, CIDOS Y MATERIA ORGNICA

Formas de Ataque al Concreto:

Por agregados reactivos.

Por el agua de mezcla.

Por aguas y suelos circundantes a las obras.

Por materiales o sustancias contenidas en las obras.

Ataque por aguas y suelos circundantes a las obras:

Es el ms frecuente.

Se manifiesta un tiempo despus del fraguado, cuando por alguna

causa se activan las sustancias activas del suelo.

Se requiere efectuar anlisis qumicos

Para producirse, las sustancias qumicas deben estar en solucin y

por encima de una concentracin mnima (crtica).


Propiedades del conjunto 43

ACI 201 Ataque de Sulfatos (SO4):

Grado de exposicin:

Suave

Moderada

Severa:

0.2 a 2% en el suelo.

1500 a 10000 ppm en el agua.

Usar cemento Tipo V y w/c < 0.40 Muy severa.

Otros Efectos:

Se convierten sulfitos (SO3, BS) en sulfatos (SO4, ACI)

Pueden haber formaciones de partculas de suelo unidas por sales, al

momento en que se agrega el agua, se produce el colapso: efecto

mecnico.

No hay cuantificacin para el contenido mximo de materia

orgnica.

Descripcin de Suelos 44

2.8. SISTEMAS DE CLASIFICACIN DE SUELOS

2.8.1. NECESIDAD DE CLASIFICAR LOS SUELOS

Propiedades ndice:

Dar nombre a los suelos.

Uniformizar el nombre y descripcin que distintas personas dan a un

suelo determinado.

Establecer correlaciones con las propiedades ingenieriles.

Clasificacin:

Clasificacin Visual.

Granulometra por Tamizado.

Lmites Lquido y Plstico.

2.8.2. SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIN DE SUELOS (SUCS)

Sistemas de Clasificacin:

G (gravel) Grava

S (sand) Arena

M (mo o mjla) Limo

C (clay) Arcilla

O (organic) Orgnico

Pt (peat) Turba

W (well graded) Bien graduado

P (poorly graded) Mal graduado

L (low compresibility) Baja compresibilidad

H (high compresibility) Alta compresibilidad


Sistemas de Clasificacin de Suelos 45

Mtodo de Clasificacin SUCS:

No se debe tomar en cuanto la fraccin mayor a 3

Se debe determinar si el suelo es fino (arcilla y limo) o grueso (grava

y arena).

Si P#200>50% suelo fino

Si P#200



2.8.3. SISTEMA DE CLASIFICACIN DE SUELOS PARA INGENIERA VIAL (AASHTO)

Indice de Grupo:

bdacaIG 01.0005.02.0 ++=

a: %P200 de 35 a 75%

b: %P200 de 15 a 55%

c: LL de 40 a 60

d: IP de 10 a 30

a y b de 0 a 40

c y d de 0 a 20

Se trabaja con un decimal: IG sin decimales.



2.8.4. COMPARACIN ENTRE LOS DOS SISTEMAS DE CLASIFICACIN DE SUELOS

SUCS y AASHTO:

De SUCS a AASHTO:

SUCS

AASHTO

Mas Probables Posibles Posibles pero

improbables

GW A-1-a ----- A-2-4, A-2-5, A-2-6, A-

2-7.

GM A-1-a A-1-b A-3, A-2-4, A-2-5, A-

2-6, A-2-7

GP A-1-b, A-2-4, A-

2-5, A-2-7. A-2-6

A-4, A-5, A-6, A-7-5, A-

7-6,. A-1-a

GC A-2-6, A-2-7 A-2-4, A-6 A-4, A-7-6, A-7-5

SW A-1-b A-1-a A-3, A-2-4, A-2-5, A-

2-6, A-2-7

SP A-3, A-1-b A-1-a A-2-4, A-2-5, A-2-6, A-

2-7.

SM A-1-b, A-2-4, A-

2-5, A-2-7. A-2-6, A-4, A-5

A-6, A-7-5, A-7-6, A-

1-a

SC A-2-6, A-2-7 A-2-4, A-6, A-4, A-7-6 A-7-5

ML A-4, A-5 A-6, A-7-5 -----

CL A-6, A-7-6 A-4 -----

OL A-4, A-5 A-6, A-7-5, A-7-6 -----

MH A-7-5, A-5 ----- A-7-6

CH A-7-6 A-7-5 -----

OH A-7-5, A-5 ----- A-7-6

Pt ----- ----- -----



De AASHTO a SUCS:

A-2-7 GM, GC, SM, SC ----- GW, GP, SW, SP

A-4 ML, OL CL, SM, SC GM, GC

A-5 OH, MH, ML, OL ----- SM, GM

A-6 CL ML, OL, SC GC, GM, SM

A-7-5 OH, MH ML, OL, CH GM, SM, GC, SC

A-7-6 CH, CL ML, OL, SC OH, MH, GC, GM, SM

2.8.5. OTROS SISTEMAS DE CLASIFICACIN DE SUELOS:

Sistema Britnico.

Sistema de la FAA.


2.9. DESCRIPCIN DE SUELOS

INTRODUCCIN

Todos los suelos provienen de la descomposicin mecnica y qumica de las rocas, a excepcin de los suelos orgnicos, que provienen de la descomposicin de organismos

vivos (plantas principalmente). Desde un punto de vista general, los suelos se clasifican

en inorgnicos y orgnicos respectivamente.

Los suelos inorgnicos pueden ser divididos en residuales y transportados. Se llama

suelos residuales a aquellos en los cuales las partculas provenientes de la

descomposicin de la roca madre no han sufrido transporte a otro lugar. Por el contrario,

los suelos transportados son aquellos en los que las partculas provenientes de la

descomposicin de la roca han sido transportadas a otro lugar por algn agente,

usualmente el agua o el viento. Durante el transporte estos suelos suelen mezclarse y

alterarse fsica y qumicamente.

Al efectuar la clasificacin de campo, en primer lugar, se debe tratar de determinar si el

suelo es residual o transportado. Esta diferenciacin no siempre es factible de efectuar

por simple inspeccin visual.

- Suelos Residuales: En muchos casos es bastante difcil verificar la condicin de

residual de un suelo, pudiendo ser necesario detectar y muestrear la roca

intemperizada. Debe determinarse si el suelo residual es joven o maduro. Un suelo

residual joven es aquel que presenta an ciertas caractersticas de la estructura de la

roca; por ejemplo, un depsito compuesto por estratos de lutita y arenisca, al

convertirse en suelo residual puede presentar estratos de grava arenosa, que

corresponden a un intemperismo moderado de la arenisca, y otros de arcilla que

corresponden a un intemperismo total de la lutita. Finalmente, se le describir por el

Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (S.U.C.S.) que se detalla ms adelante.

- Suelos Transportados: En los casos en que sea posible, se indicar el tipo de

transporte que ha sufrido el suelo (aluvial, glacial, elico, coluvial, etc) y luego se

describir de acuerdo al S.U.C.S.



INFORMACIN DESCRIPTIVA DE LOS SUELOS:

- Estado de Humedad: se describe la condicin de humedad de la muestra como seca,

hmeda o saturada segn los siguientes criterios:

DESCRIPCIN CRITERIO

Seca Ausencia de humedad, partculas secas al tacto

Hmeda El suelo est mojado pero no se ve el agua.

Saturado Puede verse el agua; usualmente son suelos por

debajo de la napa fretica

Para el caso de las arenas, Terzaghi propone:

GRADO DE

SATURACIN Sr (%)

Seco

Ligeramente

Hmedo

Hmedo

Muy Hmedo

Mojado

Saturado

0

1-25

26-50

51-75

76-99

100

- Color: describe el color, que es una propiedad importante en la identificacin de

suelos orgnicos y puede tambin ser til en la identificacin de materiales de un

origen geolgico similar. Si la muestra contiene capas o estratos de diferentes

colores esto debe anotarse y deben describirse los colores representativos. El color

debe describirse en muestras hmedas; en caso contrario deber especificarse que la

descripcin se est realizando en muestras secas.

- Olor: se describe el olor si es que ste es orgnico o inusual. Los suelos que

contienen cantidades significativas de materia orgnica presentan un olor

caracterstico a materia en descomposicin.

- Nombre de las Fracciones Constituyentes: se debe indicar el constituyente principal

del suelo, seguido por los nombres de los dems constituyentes. En caso de que

alguno de ellos exista en cantidad muy pequea, se le debe anteponer la palabra

"ligeramente". Los tamaos y caractersticas de las distintas fracciones que

constituyen los suelos son:

Fragmentos de roca o bloques: trozos de roca de tamao mayor a 30 cm



Bolos, bolones o pedrones: partculas de tamao entre 15 y 30 cm

Piedras: partculas de tamao entre 7.5 y 15 cm

Grava: partculas entre 75 y 4.75 mm (tamiz #4)

Grava gruesa: 75 a 19 mm

Grava fina: 19 a 4.75 mm

Arena: partculas entre 4.75 mm y 75 m (tamiz #200) Arena gruesa: 4.75 mm a 2.00 mm (tamiz #10)

Arena media: 2.00 mm a 425 m (tamiz #40)

Arena fina: 425 m a 75 m

Limo y arcilla: partculas menores que 75 m (pasan el tamiz # 200). Su distincin se hace en base a la plasticidad, utilizando los lmites de

Atterberg.

- Densidad Relativa: en los suelos de partculas gruesas en que el contenido de finos

sea bajo y las partculas de grava y arena no estn adheridas entre s por los finos, se

estimar la densidad relativa. Cuando las partculas de grava o arena estn adheridas

entre s por los finos, es imposible apreciar la densidad relativa. Si esto sucede, es

importante indicarlo en la descripcin y puede ser necesario extraer muestras

inalteradas para estudiar en el laboratorio la colapsabilidad del material al saturarse.

Los trminos a utilizar son los siguientes: muy suelto, suelto, medianamente denso,

denso, muy denso. La densidad relativa se puede relacionar con el nmero de golpes

N del S.P.T.

DESCRIPCIN N (SPT) CRITERIO

Muy suelto 0-4 Una barra lisa de 1/2" penetra fcilmente

con la mano

Suelto 4-10 Una barra lisa de 1/2" penetra fcilmente

hincada con comba de 5 libras

Medianamente Denso 10-30 Una barra lisa de 1/2" penetra 30 cm


Denso 30-50 Una barra lisa de 1/2" penetra pocos cm


Muy Denso >50

- Angularidad: describe el grado de angularidad de las fracciones gruesas de la arena,

grava, piedras y bolones como angulares, subangulares, subredondeadas y

redondeadas segn los siguientes criterios:



DESCRIPCIN CRITERIO

Angulares Presentan bordes bien definidos y caras relativamente

planas con superficies sin pulir.

Sub- angulares Son similares a las angulares pero con los bordes

redondeados.

Sub-redondeadas Presentan lados casi planos pero esquinas y bordes

bien redondeados.

Redondeadas Presentan lados curvos y no tienen bordes ni esquinas

Se puede describir el suelo considerando un rango de angularidades para sus

partculas, por ejemplo: de subredondeadas a redondeadas.

- Forma: describe la forma de la grava, piedras y bolones como chatas o planas,

alargadas o chatas y alargadas segn los siguientes criterios:

DESCRIPCIN CRITERIO

Chatas o planas Partculas cuya relacin ancho/espesor es mayor

que 3.

Alargadas Partculas cuya relacin longitud / ancho es mayor

que 3.

Chatas y alargadas Partculas que pertenecen a los dos grupos

indicados anteriormente.

Debe indicarse la fraccin de material que presenta una determinada forma, por

ejemplo: la mitad de la grava es alargada.

- Tamao Mximo de Partculas: se describe el tamao mximo de las partculas

constituyentes de acuerdo con la siguiente informacin:

DESCRIPCIN CRITERIO

Arenas Si las partculas de mayor tamao corresponden a arenas, deber

describirse como fina, media o gruesa

Gravas

Si las partculas de mayor tamao corresponden a gravas, deber

describirse el tamao mximo de las partculas como la abertura de

la malla de menor tamao por la cual pasar la partcula.

Bolones Si las partculas de mayor tamao corresponden a bolonera,

describir la mxima dimensin de la mayor partcula.

- Dureza: se describe la dureza de la arena gruesa y de partculas grandes segn lo

que ocurre cuando las partculas son golpeadas por un martillo, es decir si las

partculas se mantienen intactas, si se fracturan, si se desmoronan, etc.



- Consistencia: para suelos finos intactos se describe la consistencia como muy

blando, blando, medianamente compacto, compacto, muy compacto y duro de

acuerdo con los siguientes criterios:

DESCRIPCIN qu

(kg/cm2)

N

(S.P.T.) CRITERIO

Muy blando 0.00-0.25 0-2 El puo penetra 10 cm fcilmente

Blando 0.25-0.50 2-4 El pulgar penetra 5 cm fcilmente

Medianamente Compacto 0.50-1.00 4-8 El pulgar penetra 5 cm con esfuerzo

moderado Compacto 1.00-2.00 8-15 El pulgar deja marca fcilmente

Muy Compacto 2.00-4.00 15-30 La ua del pulgar raya fcilmente

Duro >4.00 >30 La ua del pulgar raya con dificultad

Este criterio resulta inapropiado en la identificacin de suelos con cantidades

importantes de grava.

- Cementacin: se describe la cementacin de suelos gruesos intactos como:

DESCRIPCIN CRITERIO

Dbil Se desmorona con el manipuleo o bajo una pequea presin de

los dedos.

Moderada Se desmorona bajo una presin considerable de los dedos.

Fuerte No se desmorona bajo presin de los dedos.

Estructura: se describe la estructura de suelos intactos segn los siguientes criterios:

DESCRIPCIN CRITERIO

Estratificada Capas alternadas de al menos 6 mm de espesor, de diferentes

materiales o colores; debe anotarse el espesor de cada capa.

Laminada Capas alternadas de menos de 6 mm de espesor, de diferentes

materiales o colores; debe anotarse el espesor de cada capa.

Fisurada Se quiebra a lo largo de planos definidos de fractura, con poca

resistencia.

Clivada Los planos de fractura estn pulidos o lisos y a menudo

estriados.

Maciza Suelo cohesivo que puede quebrarse en pequeas fracciones

angulares que tienen resistencia adicional al rompimiento.

Lentes Inclusin de pequeas secciones de suelos diferentes, tales

como pequeos lentes de arena en el interior de una masa de

Homognea Presenta la misma apariencia y color.



IDENTIFICACIN PRELIMINAR

El suelo es fino si contiene 50% o ms finos y es grueso si contiene menos del 50% de

fraccin fina. Para cada uno de estos grupos se indicar un procedimiento determinado.

Procedimiento para identificar Suelos Finos

Seleccionar una muestra representativa de material y retirar las partculas mayores que

la malla #40. Emplear este material para desarrollar los mtodos de Resistencia en

Estado Seco, Dilatancia y Tenacidad

- Dilatancia (reaccin al agitado): despus de quitar las partculas mayores que el

tamiz # 40, se prepara una pastilla de suelo hmedo, de 10 cm3 aproximadamente; si

es necesario, se aade agua, a fin de dejar el suelo suave pero no pegajoso. Se

coloca la pastilla en la palma de la mano, y se agita horizontalmente, golpeando

vigorosamente contra la otra mano varias veces. Una reaccin positiva consiste en la

aparicin de agua en la superficie de la pastilla, la cual cambia adquiriendo una

consistencia de hgado y se vuelve lustrosa. Cuando la pastilla se aprieta entre los

dedos el agua y el lustre desaparecen de la superficie, la pastilla se vuelve tiesa y

finalmente se agrieta o se desmorona. La rapidez de la aparicin del agua durante el

agitado y su desaparicin durante el apretado sirve para identificar el carcter de los

finos en un suelo. Las arenas limpias muy finas dan la reaccin ms rpida y

distintiva, mientras que las arcillas plsticas no tienen reaccin. Los limos

inorgnicos dan una reaccin rpida moderada.

DESCRIPCIN CRITERIO

Ninguna reaccin No hay cambios visibles en el espcimen

Reaccin Lenta

Aparece lentamente agua en la superficie del espcimen

durante el agitado y no desaparece o desaparece lentamente al

apretarlo entre los dedos.

Reaccin Rpida

El agua aparece rpidamente en la superficie del espcimen

durante el agitado y desaparece rpidamente al apretarlo entre

los dedos.

- Resistencia en estado seco (caractersticas al rompimiento): despus de eliminar las

partculas mayores que el tamiz #40, se moldea una pastilla de suelo hasta alcanzar

una consistencia de masilla aadiendo agua si es necesario. Se deja secar la pastilla

completamente en un horno, al sol o al aire y se prueba su resistencia rompindola y

desmoronndola entre los dedos. Esta resistencia es una medida del carcter y

cantidad de la fraccin coloidal que contiene el suelo. La resistencia en estado seco

aumenta con la plasticidad. Una alta resistencia en seco es caracterstica de las



arcillas del grupo CH. Un limo inorgnico tpico posee solamente muy ligera

resistencia, pero pueden distinguirse por el tacto al pulverizar el espcimen seco. La

arena fina se siente granular, mientras que el limo tpico da la sensacin suave de la

harina.

DESCRIPCIN CRITERIO

Ninguna El espcimen seco se pulveriza con tan slo manipularlo

Baja El espcimen seco se pulveriza bajo una cierta presin de

los dedos

Media El espcimen seco se rompe en pedazos o se desmorona

bajo una considerable presin de los dedos

Alta

El espcimen seco no se rompe bajo la presin de los

dedos. Se rompe en pedazos bajo la presin del pulgar

contra una superficie dura.

Muy alta El espcimen seco no se rompe bajo la presin entre el

pulgar y una superficie dura.

- Tenacidad (consistencia cerca del lmite plstico): despus de eliminar las

partculas mayores que el tamiz #40, se moldea un espcimen de 10 cm3, hasta

alcanzar la consistencia de masilla. Si el suelo est muy seco debe de agregarse

agua, pero si est pegajoso debe extenderse el espcimen formando una capa

delgada que permita algo de prdida de humedad por evaporacin. Posteriormente el

espcimen se rola a mano sobre una superficie lisa o entre las palmas, hasta hacer un

rollito de 3 mm de dimetro aproximadamente, se amasa y se vuelve a rolar varias

veces. Durante estas operaciones el contenido de humedad se reduce gradualmente y

el espcimen llega a ponerse tieso, pierde finalmente su plasticidad y se desmorona

cuando se alcanza el lmite plstico. Despus de que el rollo se ha desmoronado, los

pedazos deben juntarse, continuando el amasado ligeramente entre los dedos hasta

que la masa se desmorona nuevamente. La potencialidad de la fraccin coloidal

arcillosa de un suelo se identifica por la mayor o menor tenacidad del rollito al

acercarse al lmite plstico y por la rigidez de la muestra al romperse finalmente

entre los dedos. La debilidad del rollito en el lmite plstico y la prdida rpida de la

coherencia de la muestra al rebasar este lmite, indican la presencia de arcilla

inorgnica de baja plasticidad o de materiales tales como arcilla del tipo caoln y

arcillas orgnicas que caen debajo de la lnea A. Las arcillas altamente orgnicas se sienten muy dbiles y esponjosas al tacto en el lmite plstico.



DESCRIPCIN CRITERIO

Baja

Se requiere tan solo una ligera presin para formar el

rollito cerca del lmite plstico. El rollito y la masa de

suelo son suaves y dbiles.

Media

Se requiere una presin media para formar el rollito cerca

del lmite plstico. El rollito y la masa presentan una cierta

rigidez.

Alta

Se requiere una presin considerable para formar el rollito

cerca del lmite plstico. El rollito y la masa presentan una

gran rigidez.

- Plasticidad: Basndonos en las observaciones realizadas durante el ensayo de

tenacidad, describir la plasticidad segn el siguiente criterio:

DESCRIPCIN CRITERIO LMITE

LQUIDO

No plstico El rollito no puede formarse para ningn contenido de humedad 0-4

Baja plasticidad El rollito se forma con dificultad y la masa no puede formarse

cuando la humedad es menor que el lmite plstico. 4-30

Plasticidad Media

El rollito es fcil de formar y no se requiere mucho tiempo para

alcanzar el lmite plstico. El rollito no puede volverse a formar

luego de alcanzar el lmite plstico. La masa se desmorona

cuando la humedad es menor que el lmite plstico.

30-50

Alta Plasticidad

Toma un tiempo considerable llegar al lmite plstico. El rollito

puede volverse a formar varias veces luego de alcanzar el lmite

plstico. La masa puede formarse sin desmoronarse an cuando

la humedad es menor que el lmite plstico.

>50

Si se estima que el suelo presenta entre 15 y 30% de arena, grava o ambas, debe

aadirse la frase ligeramente arenosa o ligeramente gravosa al nombre del suelo

en cuestin.

Si se estima que el suelo tiene 30% o ms arena, grava o ambas, debe aadirse la

palabra arenosa o gravosa al nombre del suelo en cuestin.



a) Identificacin de Suelos Finos Inorgnicos Se comparan los resultados de dilatancia, tenacidad y resistencia en el estado seco

con los valores obtenidos en la siguiente tabla:

SUELO RESISTENCIA EN

ESTADO SECO DILATANCIA TENACIDAD

ML Ninguna a baja Lenta a rpida Baja o el rollito no puede

formarse

CL Media a alta Ninguna a lenta Media

MH Baja a media Ninguna a lenta Baja a media

CH Alta a muy alta Ninguna Alta

b) Identificacin de Suelos Finos Orgnicos Identificar el suelo como suelo orgnico OL u OH si contiene suficiente cantidad de partculas orgnicas como para influenciar sus propiedades. Los suelos orgnicos

suelen tener un color marrn oscuro a negro y pueden presentar olor orgnico. A

menudo los suelos orgnicos pueden cambiar de color, por ejemplo de negro a

marrn, cuando se exponen a corrientes de aire. Algunos suelos orgnicos se aclaran

significativamente cuando se secan al aire. Los suelos orgnicos no suelen tener

altas tenacidades ni plasticidades.

Procedimiento para identificar Suelos Gruesos

1. Se trata de una grava si se estima que el porcentaje de grava es mayor que el de

arena, en caso contrario se trata de una arena.

a) El suelo es una grava limpia o una arena limpia si se estima que el

porcentaje de finos es 5% o menos:

- Identificar el suelo como una grava bien gradada GW o una arena bien gradada SW si tiene un amplio rango de tamaos de partculas y

cantidades sustanciales de tamaos intermedios.

- Identificar el suelo como una grava mal gradada GP o una arena mal

gradada SP si consiste predominantemente de un tamao de partculas (uniformemente gradada) o si tiene un amplio rango de tamaos con

algunos tamaos intermedios faltantes.

b) El suelo es grava con finos o arena con finos si se estima que el porcentaje

de finos es 12% o ms:



- Identificar al suelo como grava arcillosa GC o arena arcillosa SC si los

finos son arcillas (por el procedimiento indicado anteriormente se puede

determinar que tipo de finos son).

- Identificar al suelo como grava limosa GM o arena limosa SM si los

finos son limos.

2. Si se estima que el suelo contiene entre 5% y 12% de finos se le da una

clasificacin doble usando los dos grupos de smbolos:

a) El primer grupo de smbolos corresponder a gravas y arenas limpias (GW, SW, GP, SP) y el segundo grupo de smbolos a gravas y arenas con finos

(GC, SC, GM, SM)

- El nombre del grupo debe corresponder al primer grupo con las frases

ligeramente arcillosa o ligeramente limosa.

3. Si el espcimen es predominantemente arena o grava pero contiene de 15 a 30%

de otros suelos gruesos debe aadirse la frase ligeramente arenosa o

ligeramente gravosa al nombre del grupo. Si el porcentaje de otros suelos

gruesos es mayor o igual que 30%, debe aadirse la frase arenosa o gravosa

al nombre del grupo.

CLASIFICACIN UNIFICADA

Se indicar el smbolo correspondiente al suelo de acuerdo al Sistema Unificado de

Clasificacin de Suelos. Los smbolos son los siguientes:

GRAVAS:

GW Grava bien graduada

GP Grava mal graduada

GM Grava limosa

GC Grava arcillosa

GM-GC Grava limosa-arcillosa

GW-GM Grava ligeramente limosa, bien graduada

GW-GC Grava ligeramente arcillosa, bien graduada

GP-GM Grava ligeramente limosa, mal graduada

GP-GC Grava ligeramente arcillosa, mal graduada.



ARENAS:

SW Arena bien graduada

SP Arena mal graduada

SM Arena limosa

SC Arena arcillosa

SM-SC Arena limosa arcillosa

SW-SM Arena ligeramente limosa, bien graduada

SW-SC Arena ligeramente arcillosa, bien graduada

SP-SM Arena ligeramente limosa, mal graduada.

SP-SC Arena ligeramente arcillosa, mal graduada

SUELOS FINOS:

ML Limo inorgnico de plasticidad baja o media

CL Arcilla inorgnica de plasticidad baja o media

CL-ML Arcilla limosa o limo arcilloso inorgnico de plasticidad baja o media.

OL Suelo orgnico de plasticidad baja o media

MH Limo inorgnico de plasticidad alta

CH Arcilla inorgnica de plasticidad alta

OH Suelo orgnico de plasticidad alta.

SUELOS ALTAMENTE ORGNICOS:

Pt Turba: Suelo fibroso con alto contenido de materia orgnica

DESCRIPCIN DE LOS SUELOS

La clasificacin y descripcin de campo, tanto de suelos residuales como transportados,

se har de acuerdo a las caractersticas y orden siguientes:

1. Nombre del grupo.

2. Smbolo del grupo.

3. Humedad.

4. Color.



5. Olor.

6. Porcentaje de bolonera presente en la muestra (en volumen)

7. Porcentaje de grava, arena y/o finos (en peso seco)

Slo para la fraccin gruesa:

8. Densidad Relativa.

9. Rango de tamao de las partculas:

- Gravas: fina o gruesa

- Arenas: fina, media o gruesa.

10. Gradacin: bien gradadas o mal gradadas.

11. Angularidad de las partculas: angulares, sub-angulares, sub-redondeadas o

redondeadas.

12. Forma de la partcula (de ser aplicable): chatas, alargadas o chatas y alargadas.

13. Tamao mximo.

14. Dureza de la arena gruesa o de las partculas grandes.

Slo para la fraccin fina:

15. Consistencia: muy blando, blando, medianamente compacto, compacto, muy

compacto o duro.

16. Plasticidad: ninguna, baja, media o alta.

17. Resistencia en estado seco: ninguna, baja, media, alta o muy alta.

18. Dilatancia: ninguna, lenta o rpida.

19. Tenacidad: baja, media o alta.

Para todos los suelos:

20. Reaccin al HCl: ninguna, dbil, fuerte.

21. Estructura: estratificada, laminada, fisurada, clivada, lentes, homognea.

22. Cementacin: dbil, moderada o fuerte.

23. Nombre local.

24. Comentarios adicionales: presencia de races o agujeros dejados por races,

presencia de mica, yeso, conchuelas, materia orgnica, elementos extraos etc.,

recubrimientos en la superficie de partculas gruesas, dificultades presentadas en la

excavacin, etc.



EJEMPLOS DE DESCRIPCIN:

- Arena fina a media, mal gradada, densa, hmeda, gris claro (SP) - Arcilla inorgnica, plasticidad media, muy dura, seca, marrn claro (CL)

- Grava arcillosa. Grava gruesa angular, de tamao mximo 2". Arcilla inorgnica,

plasticidad baja, dura, hmeda, gris claro (GC)

- Grava arenosa bien gradada, ligeramente limosa, medianamente densa. Grava

gruesa, angular, de tamao mximo 2". Arena media a fina, ligeramente hmeda,

color gris claro (GW-GM)

MS Cap2 Prop. �ndice 2011-2

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Transcript of MS Cap2 Prop. �ndice 2011-2