Mecnica de Suelos y Rocas

Sistemas de clasificacin de los suelos 5-1

5 SISTEMAS DE CLASIFICACIN DE SUELOS

5.1 FINALIDAD DE LOS SISTEMAS DE CLASIFICACIN Un sistema ideal y efectivo debe cumplir con los siguientes requisitos. Estar basado en un mtodo cientfico Ser sencillo Eliminar el elemento subjetivo en la identificacin del suelo Estar basado en una terminologa de aceptacin general Permitir que el suelo sea clasificado por pruebas simples visuales y manuales

de fcil ejecucin Hacer coincidir los lmites entre los grupos de sistema hasta donde sea posible

con los puntos donde la prctica de la ingeniera han demostrado que ocurren cambios significativos de los suelos en sus propiedades y su comportamiento bajo ciertas condiciones

Prevenir contra el uso de suelos de calidad inferior como materiales de construccin. La clasificacin de suelos es uno de los requerimientos necesarios en el diseo y construccin de carreteras, entre otros.

Ser aceptable para todos los ingenieros.

5.2 PROPIEDADES NDICE La discriminacin entre diferentes tipos de suelos se basa en las propiedades ndice del mismo, las cuales se determinan por medio de los llamados ensayos de clasificacin. Las propiedades ndice pueden dividirse en propiedades del grano elemental y propiedades del agregado. Las propiedades del grano de mayor inters son el tamao y la forma en el caso de suelos gruesos y la mineraloga en el caso de los suelos finos. Las principales propiedades del agregado grueso son la densidad relativa y compacidad en el caso de los gruesos y la consistencia en el caso de los finos. Existen otras propiedades tales como la permeabilidad, la compresibilidad y la resistencia al corte pero que no interesan para la clasificacin del suelo. Las clasificaciones de suelos usadas actualmente se basan en dos resultados fundamentalmente. Los del anlisis granulomtrico Los de los lmites de consistencia o lmites de Atterberg. Dichas clasificaciones son La Clasificacin Unificada de Suelos (U.S.C) y la de la AASHTO.

5.3 CLASIFICACIN UNIFICADA DE SUELOS (U.S.C.) Este sistema, basado en el anlisis granulomtrico por mallas y los lmites de consistencia, fue originalmente propuesto por Arturo Casagrande. Posteriormente

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ha sufrido algunos cambios por parte de Corps of Engineers de los Estados Unidos y por el Bureau of Reclamation de los Estados Unidos, con la finalidad de hacerla de uso ms universal. Este sistema tambin requiere del conocimiento del contenido de materia orgnica, el cual se determina por medio de inspecciones visuales o por medio del lmite lquido. Por medio del lmite lquido lo que se hace es medir el lmite lquido del suelo seco al aire y el del suelo seco al horno, al cual se le quema la material orgnica, si la tiene. Si la relacin entre el lmite lquido del suelo seco en la estufa y el lmite lquido del suelo seco al aire es menor que 0.7, se dice que el suelo es orgnico. Los lmites en tamaos de los granos adoptados para la clasificacin son los siguientes: Cascajo grueso (grava gruesa) De 3 a Cascajo fino (grava fina) De a malla 4 Arena gruesa De malla 4 a malla 10 Arena media De malla 10 a malla 40 Arena fina De malla 40 a malla 200 Finos Menor que malla 200 Con base en esto, como una primera etapa en el uso de este sistema se pueden calcular los porcentajes de gravas, arenas y finos del suelo, de acuerdo con el ensayo de granulometra por mallas. La cantidad de gravas de la muestra se determina como la diferencia entre el 100%, que representa la totalidad del suelo ensayado, y el porcentaje que pasa la malla No. 4, la cantidad de arenas se determina como la diferencia entre el porcentaje que pasa la malla No. 4 y el porcentaje que pasa la malla No. 200 y la cantidad de finos se determina con la cantidad que pasa la malla No. 200. %Gravas = 100% - %Pasa No. 4 %Arenas = %Pasa No. 4 - %Pasa No. 200 %Finos = %Pasa No. 200 Si mas del 50% de las partculas es grava se dice que ese suelo es predominantemente una grava, as contenga arena y finos. Igualmente, si mas del 50% de las partculas es arena se dice que ese suelo es predominantemente una arena, as contenga gravas y finos. Una vez hecho lo anterior, se puede terminar de clasificar el suelo, para lo cual el sistema ppermite ubicar cada uno de los suelos existentes dentro de algunos de los siguientes 15 grupos de suelos. GW, GP, GM, GC, SW, SP, SM, SC, ML, CL, OL, MH, CH. OH y Pt En ellos cada una de las letras tiene el siguiente significado: G: Grava (del ingls gravel) S: Arena (del ingls sand)

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M: Limo (del sueco mo) C: Arcillas (del ingls clay) W: Bien gradado (del ingls web) P: Mal o pobremente gradado (del ingls poor) L: Baja plasticidad (del ingls low) H: Alta plasticidad (del ingls high) O: Orgnico (del ingls organic) Pt: Turba (del ingls peat) La primera letra asignada a cada suelo tiene el carcter de sustantivo y la segunda el carcter de adjetivo. No hay suelos diferentes que los sealados en la tabla, es decir, no existen suelos MC aunque parezcan ser limos arcillosos. Pero si se asignan smbolos dobles a suelos intermedios entre dos grupos, como son: GM-GC, GW-GM, GP-GM, GW-GC, GP-GC, SM-SC, SW-SM, SP-SM, SW-SC, SP-SC y el CL-ML. Para distinguir entre limos y arcillas se emplea el lmite lquido y el ndice plstico por medio de la Carta de Plasticidad de Casagrande. Esta carta est dividida en cuatro zonas separadas por dos rectas, una llamada Lnea A de la cual la ecuacin es IP=0.73(LL-20) y la lnea B de la cual la ecuacin es LL=50.

Figura 5.1. Carta de plasticidad de Casagrande En ella se coloca para cada suelo ensayado un punto, del cual la abscisa representa el lmite lquido y la ordenada el ndice plstico. En trminos generales, los suelos que caen por encima de la Lnea A son arcillas (C) y aquellos que caen por debajo de la Lnea A son limos (M). Por otro lado, los suelos que quedan situados a la derecha de la Lnea B son suelos de alta plasticidad (H) y los suelos que quedan

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situados a la izquierda de la Lnea B son suelos de baja plasticidad (L). La ecuacin dada para la Lnea A permite determinar con exactitud cuando un suelo queda muy prximo a ella si se trata de un limo o una arcilla. Tambin hay una faja comprendida ente el 4% y el 7% del ndice plstico en las ordenadas y entre el 10% del lmite lquido y la Lnea A. En esta franja quedan comprendidos los suelos con doble smbolo CL-ML

5.4 CLASIFICACIN DE LA AASHTO Este sistema es del Departamento de Caminos Pblicos de las Estados Unidos y es uno de los ms antiguos en el mundo. Este sistema divide los suelos en grupos de acuerdo con el uso para subrasantes de carreteras y terraplenes. Igual que el Sistema de Clasificacin Unificado, este sistema est basado en el anlisis granulomtrico por mallas y los lmites de consistencia, slo que en este caso se requiere conocer no slo el porcentaje de gravas, finos y arenas sino determinar los porcentajes de suelo ms fino que las mallas 10, 40 y 200. Con base en estos porcentajes y los lmites de consistencia permite clasificar los suelos en uno de los siguientes grupos: Grupo Nombre Caractersticas

A-1-a Materiales que constan predominantemente de fragmentos de piedra o cascajo, sea con recebo o sin l.

A-1-b Materiales que constan predominantemente de arena gruesa (arena que queda retenida en la malla 10), sea con recebo o sin l.

A-3 El material tpico de este grupo es arena fina de playa o arena fina del desierto sin finos limosos ni arcillas o con una pequea cantidad de finos no plsticos.

A-2-4 y A-2-5 Gravas o arenas gruesas con contenidos de limo y tambin arenas finas con contenidos de limo no plstico.

Sue

los

gru

eso

gr

an

ula

res

A-2-6 y A-2-7 Gravas o arenas gruesas con contenidos de limo y tambin arenas finas con contenidos de finos plsticos.

A-4 Suelo limoso no plstico o moderadamente plstico. Tambin incluye mezcla de limo con grava y arena pero hasta el 65%.

A-5 Suelo limoso no plstico o moderadamente plstico. Tambin incluye mezcla de limo con grava y arena pero hasta el 65%. La diferencia con el anterior es que este puede ser mucho ms elstico.

A-6 Arcilla plstica con grava y arena hasta el 65%. Muy expansivos al pasar del estado seco al hmedo.

A-7-5 Arcilla plstica con grava y arena hasta el 65% pero con alto lmite lquido e ndice de plasticidad moderado en relacin con el lmite lquido. Es altamente elstico y expansivo al pasar del estado seco al hmedo. Su

elo

s fin

o gr

an

ula

res

A-7-6 Arcilla plstica con grava y arena hasta el 65% pero con alto lmite lquido e ndice de plasticidad alto en relacin con el lmite lquido. Es extremadamente elstico y expansivo al pasar del estado seco

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al hmedo.

La clasificacin de los suelos dentro de los grupos A-1-a, A-1-b y A-3 depende directamente de los porcentajes de suelo ms fino que las mallas 10, 40 y 200 y de que el ndice de plasticidad sea menor del 10%. Para clasificar los suelos dentro de los grupos restantes, se emplea la carta de plasticidad que se muestran en la siguiente figura.

Figura 5.2. Carta de plasticidad para el sistema AASHTO El ndice de grupo es un nmero que se emplea para complementar la clasificacin de suelos de la AASHTO de modo que suministra informacin que permite evaluar la calidad del material dentro de su propio grupo y no ubicarlo dentro de un grupo determinado. Este ndice, que se denomina IG se calcula de la siguiente manera: IG = 0.2a+0.005ac+0.01bd En donde a: Porcentaje que pasa la malla 200 35% (Vara de 0 a 40)

b: Porcentaje que pasa la malla 200 15% (Vara de 0 a 40) c: LL 40% (Vara de 0 a 20) d: IP 10% (Vara de 0 a 20)

Cuando el valor de alguna de estas variables es menor que 0 se toma igual a 0 y cuando es mayor que 40 o 20, segn el caso, se toma igual a 40 o a 20. Con estas restricciones, los ndices de grupo de todos los suelos quedan comprendidos entre 0 y 20. Los valores ms altos del ndice de grupo indican menor calidad del material como subrasante.

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5.5 CLASIFICACIN MCT RPIDA (MINIATURA COMPACTADA TROPICAL) Mtodo rpido de clasificacin de los suelos tropicales con base en el comportamiento de contraccin, consistencia y expansin de cuerpos de prueba moldeados en anillos de 20mm de dimetro (Nogami y Villibor, 1995).

Grupos de la clasificacin MCT: LG: arcillas laterticas y arcillas laterticas arenosas; LA: arenas arcillosas laterticas; LA: arenas con poca arcilla latertica; NG: arcillas, arcillas limosas y arcillas arenosas no-laterticas; NS: limos caolniticos y micceos, limos arenosos y limos arcillosos no-laterticos; NA: arenas limosas y arenas arcillosas no-laterticas; NA: arenas limosas con limos cuarzosos y limos arcillosos no-laterticos.

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5.6 TRABAJO PERSONAL Trace las curvas granulomtricas de los siguientes cinco suelos y clasifquelos de acuerdo con el Sistema de Clasificacin Unificada de los Suelos.

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SISTEMA DE CLASIFICACIN UNIFICADA DE SUELOS

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PRINCIPALES CARACTERSTICAS DE LOS SUELOS de LA CLASIFICACIN UNIFICADA CARACTERSTICAS

GRUPO SMBOLO DESCRIPCIN PARA TERRAPLENES COMO FUNDACIN

CAPACIDAD SOPORTE OTROS

GW Grava bien gradada Muy estable Excelente Buena Respaldos permeables de diques y presas

GP Grava mal gradada Razonablemente estable Buena a excelente Buena Respaldos permeables de diques y presas

GM Grava limosa Razonablemente estable Buena a excelente Buena No recomendable para respaldos. Puede usarse para ncleos y mantos impermeables de presas GR

A

V

A

S

GC Grava arcillosa Regularmente estable Buena Buena Puede usarse para ncleos y mantos impermeables de diques y presas

SW Arena bien gradada Muy estable Buena Buena Muy permeable y por lo tanto requiere proteccin en taludes

SP Arena mal gradada Razonablemente estable Aceptable a buena Buena a deficiente Puede usarse en secciones de diques con taludes poco inclinados

SM Arena limosa Regularmente estable Aceptable a buena Buena a deficiente No recomendable para respaldos. Puede usarse para ncleos y mantos impermeables de presas

G

R

U

E

S

O

G

R

A

N

U

L

A

R

E

S

A

R

E

N

A

S

SC Arena arcillosa Regularmente estable Aceptable a buena Buena a deficiente Usada para ncleos y mantos impermeables en estructuras para control de inundaciones

CL Arcilla de baja plasticidad Estable Aceptable a mala Buena a deficiente Se usa en ncleos y mantos impermeables

A

R

C

I

L

L

A

S

CH Arcilla de alta plasticidad Regularmente estable Mala a muy mala Regular a deficiente Se usa en ncleos delgados y en mantos

ML Limo de baja plasticidad Estabilidad deficiente Aceptable a buena Muy deficiente Puede usarse en terraplenes con control apropiado

L

I

M

O

S

MH Limo de alta plasticidad Estabilidad deficiente Mala Deficiente No deseable en construccin de llenos

OL Limos o arcillas

orgnicos de baja plasticidad

No indicado Mala Regular a mala

OH Limos o arcillas

orgnicos de alta plasticidad

No indicado Mala a muy mala Muy deficiente

F

I

N

O

G

R

A

N

U

L

A

R

E

S

O

R

G

N

I

C

O

S

Pt Turbas y otros

suelos altamente orgnicos

No indicado Inaceptable Inaceptable

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SISTEMA DE CLASIFICACIN AASHTO

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D60 5,3 0,27 1,60 0,90 D30 1,3 0,18 0,7 0,60 D10 0,6 0,27 1,60 0,90