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CLASIFICACIN PRIMARIA DE SUELOS
Los grandes grupos de suelos:
Cascajos o gravas: Son partculas de roca resultantes bsicamente de la
desintegracin fsica de la misma. Tienen un dimetro menor que 76.2 mm y
mayor que 4.76 mm, es decir, pasan la malla de 3 y se retienen en la No. 4.Incluye tanto los materiales de grano redondeado como los angulosos, de
manera que con este mismo nombre se designan a las cotidianamente
llamadas rocas.
Arenas: Partculas de roca resultantes de la desintegracin mecnica o
fsica de las mismas. Comprende tamaos menores que 4.76 mm y
mayores que 0.074 mm, es decir, incluye suelos que pasan la malla No. 4 y
se retienen en la No. 200.
Los cascajos o gravas junto con las arenas forman el grupo de los llamados
suelos grueso granulares o gruesos, en razn del tamao de sus granos,
predominantemente gruesos.
GR
UE
SO
GR
AN
UL
AR
ES
-
CLASIFICACIN PRIMARIA DE SUELOS
Limos: Suelo fino que puede presentar poca plasticidad o ninguna y que
cuando se encuentra en estado seco es muy frgil. Normalmente comprende
tamaos de partculas menores que 0.074 mm y mayores que 0.002 mm,
aunque actualmente no se considera adecuado diferenciarlo por el tamao de
sus granos mientras que si por sus caractersticas de plasticidad, entre otras.
Arcillas: Suelo fino que presenta plasticidad si tiene un contenido de humedad
adecuado y que en estado seco presenta un resistencia muy alta.
Normalmente comprende tamaos de partculas menores que 0.002 mm,
aunque, igual que en el caso de los limos, actualmente no se considera
adecuado diferenciarlas por el tamao de sus granos mientras que si por sus
caractersticas de plasticidad, entre otras.
Los limos y las arcillas son llamados suelos fino granulares o finos, si estn
formados de partculas llamadas arbitrariamente finas, o si la proporcin de
estas en el agregado es tal que su influencia en el comportamiento del suelo
predomina sobre la de los granos gruesos.
FIN
O G
RA
NU
LA
RE
S
Suelos altamente orgnicos: Son suelos que por su alto contenido de materia orgnica
deben ser diferenciados de los dems grupos de suelos. Son fcilmente identificables por
su olor, color, sensacin esponjosa y por su textura fibrosa.
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CLASIFICACIN PRIMARIA DE SUELOS
GRAVA ARENA
LIMO ARCILLAMATERIA
ORGNICA
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En las clasificaciones ms usadas en la actualidad se toma como base la malla
No. 200, 200 agujeros por pulgada long. del Sistema Patrn Americano, que
tiene agujeros cuadrados de 0.074 mm de lado. Se consideran partculas
gruesas aquellas que quedan retenidas en dicha malla y partculas finas aquellas
que logran pasar dicha malla.
Para la distincin entre cascajos y arenas
se toma como base la malla No. 4 del
Sistema Patrn Americano, que tiene
agujeros cuadrados 4.76 mm de lado. Se
consideran gravas aquellas que quedan
retenidas en dicha malla y arenas aquellas
que logran pasar dicha malla.
CLASIFICACIN PRIMARIA DE SUELOS
Los cascajos y las arenas limpias, es decir, aquellas que no contienen partculas
finas, cuando estn secos no tienen fuerzas de ligacin entre sus partculas,
llamadas cohesin. Por esto son llamados suelos no cohesivos.
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Para las partculas gruesas, es til indicar adems su angulosidad, clasificndola
en partculas redondeadas, subredondeadas, subangulares y angulares.
CLASIFICACIN PRIMARIA DE SUELOS
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PRUEBAS CUALITATIVAS PARA DISTINGUIR
ENTRE LIMOS Y ARCILLAS
La distincin entre limos y arcillas es una diferencia tcnica entre dos tipos de
suelos de partculas finas. Por lo mismo, es necesario recurrir a otras pruebas
cualitativas, las cuales se resumen a continuacin. En las tres primeras pruebas
es recomendable, siempre que haya posibilidad de pasar el suelo por la malla 40
(agujero de 0.42 mm) y ejecutar el ensayo sobre el suelo que pasa dicha malla.
En caso de no tener esta malla disponible simplemente se hace lo posible por
retirar las partculas ms grandes del suelo:
Resistencia en estado seco: Se toma un trozo
de suelo seco al aire y se analiza su resistencia
a ser roto, con la presin de la mano o con
golpes de piedra o martillo (nula, ligera, media,
alta, muy alta).
Resistencia alta es tpica de las arcillas y se
debe a su alta cohesin. Resistencia baja es
tpica de los limos.
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PRUEBAS CUALITATIVAS PARA DISTINGUIR
ENTRE LIMOS Y ARCILLAS
Dilatancia o reaccin al sacudido: Se toma una porcin
de suelo muy hmedo en la palma de la mano. Se golpea
la mano con la otra por debajo y se observa si la superficie
de la pasta se torna brillante por afloramiento del agua
(nula, muy lenta, lenta, rpida).
Dilatancia lenta o nula es tpica de las arcillas y se debe a
su baja permeabilidad. Dilatancia rpida es tpica de los
limos debido a su ms alta permeabilidad.
Tenacidad: Consiste en rodar una muestra de
suelo sobre una superficie plana y lisa hasta formar
pequeos cilindros de dimetro igual a 3 mm para
luego tomarlo por un extremo y determinar si se
rompe por su propio peso o no (nula, ligera, media,
alta).
Tenacidad alta es tpica de las arcillas y se debe a
su alta plasticidad y cohesin. Tenacidad baja es
tpica de los limos.
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PRUEBAS CUALITATIVAS PARA DISTINGUIR
ENTRE LIMOS Y ARCILLAS
Sedimentacin: Se prepara una suspensin de
suelo previamente triturado y agua la cual se
agrega a una jarra de vidrio para observar la
velocidad de cada de las partculas. Las arenas
caen muy rpido, los limos demoran varios
minutos en caer y las arcillas permanecen en
suspensin durante una o varias horas. Existen
partculas que incluso despus de muchas horas
siguen en suspensin y a esas se les conoce con
el nombre de coloides.
Brillo: Se frota la superficie del suelo seco o poco
hmedo con la hoja de una navaja o la ua. Si la
superficie brilla indica que es una arcilla y se debe a
lo pequeo y aplanado de la partculas que la
conforman. Si no lo hace indica que es un limo.
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M=Limo L=Plasticidad baja
C=Arcilla H=Plasticidad Alta
IDENTIFICACIN DE SUELOS INORGNICOS DE GRANO FINO MEDIANTE
ENSAYOS MANUALES
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CLASIFICACIN PRIMARIO DE LOS SUELOS
SUELOS GRUESO GRANULARES SUELOS FINO GRANULARES SUELOS ORGNICOS
Partculas individuales distinguibles
a simple vista
Partculas individuales no
distinguibles a simple vistaMateria orgnica vegetal
descompuesta
Tamizado Tamizado
Cascajo o Grava
76.2mm a 4.76mm
Arena
4.76mm a 0.074mm
Limo
Menor de 0.074mm
Arcilla
Menor de 0.074mm
Limo orgnico
Arcilla orgnica
Turba
Color gris oscuro a negro
Olor caracterstico
Dilatancia
Limos: Rpida a Media
Arcilla: Lenta a nula
Resistencia en estado seco
Limos: Poca
Arcilla: Alta
Tenacidad
Limos: Poca
Arcilla: Alta
Sedimentacin
Limos: Rpida
Arcilla: Lenta
Brillo
Limos: Mate
Arcilla: BrillanteGmez, Edilma. Notas de Clase
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Una masa de suelo es un sistema discontinuo de partculas minerales, razn por la cual se
considera intrnsecamente como un sistema de fases. En el caso general, se diferencian una
fase slida, una lquida y una gaseosa. La fase slida est constituida por materia mineral y
orgnica, la fase lquida por agua aunque a veces el suelo tiene aceite y la fase gaseosa es
fundamentalmente aire. Tanto el aire como el agua ocupan lo que se llama vacos, poros o
intersticios del suelo.
Masa de suelos con diferentes cantidades de agua
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Para la mecnica de suelos es de suma importancia establecer relaciones
numricas entre las distintas fases del suelo, ya que esto permite entrar a definir
propiedades tales como la porosidad, las densidades, el contenido de agua o
humedad y el grado de saturacin.
Para establecer dichas relaciones, se suele simplificar el esquema por el
llamado diagrama de fases y en l se ha asignado un smbolo a cada volumen y
otro a cada peso.
Las proporciones numricas que se
pueden establecer se llaman relaciones
volumtricas cuando son de volumen a
volumen y relaciones gravimtricas
cuando son de peso a peso o de peso a
volumen.
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A continuacin se presentan las expresiones empleadas para cada una de las
relaciones volumtricas y gravimtricas que normalmente se miden.
Porosidad
Relacin de vacos
Humedad gravimtrica
Humedad volumtrica
Grado de saturacin
Peso unitario de los slidos
Gravedad especfica de los slidos
Peso unitario hmedo
Peso unitario seco
100)/()(100)/( awsawtv VVVVVVVn
sawsv VVVVVe /)(/
100)/( sw WWw
tw VVw /
100)/(100)/( awwvw VVVVVS
sV
sW
s/
)4(/ CossG
)/()()/()(/ vswsawswst VVWWVVVWWtVW
h
)/()/(/ vssawss VVWVVVWtVWs
d
Varia de 0 a mas de 100%
Varia de 0 a 100%
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En el caso particular en el que todos los vacos del suelo se encuentran llenos de agua,
el suelo se denomina suelo completamente saturado o simplemente suelo saturado. En
este caso el suelo se encuentra compuesto de dos fases slida y liquida.
PARTICULARIDADES DE LOS SUELOS
COMPLETAMENTE SATURADOS
Las expresiones presentadas anteriormente, las cuales se refieren a suelos
parcialmente saturados, son tambin vlidas para suelos saturados. El grado de
saturacin, como se anticip, en este caso es del 100%. En cuanto a los pesos
unitarios, es necesario considerar adicionalmente lo siguiente:
-
Peso unitario del medio
Peso unitario sumergido
CORRELACIONES TILES EN ALGUNOS CLCULOS
)/()()/()(/ vswswswstsat VVWWVVWWtVW
wsat
e
en
e
e
V
V
V
V
V
V
VV
V
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Vn
s
v
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s
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11 n
ne
n
n
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wGe
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Ww
vs
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ww
s
w )/1()/(
/
wGe
Saturado
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La gravedad especfica (por algunos autores llamada peso especfico de los slidos).
El valor de la gravedad especfica es necesario para calcular la relacin de vacos de un
suelo, se utiliza tambin en el anlisis de granulometra por hidrmetro y es til para
predecir el peso unitario del suelo. En realidad no es muy til para anticipar algo sobre el
comportamiento de un suelo ya que suele variar en un rango muy estrecho.
Ocasionalmente, el valor de la gravedad especfica puede utilizarse para la clasificacin
de los minerales del suelo, ya que la presencia de minerales muy pesados o muy livianos
puede hacer que sea mucho ms alta o mucho ms baja que los valores tpicos.
El agua destilada, cuando tiene una temperatura de 4C, tiene la mayor densidad posible,tal como se indica en la Figura, la cual es de 9.8066 kN/m (1 g/cm o 1 t/m).
Mineral Gravedad especfica
Mineral Gravedad especfica
Cuarzo 2,65 Talco 2,7-2,8
Feldespato (K) 2,54-2,57 Biotita 2,7-3,1
Feldespato (Na-Ca) 2,62-2,76 Limonita 3,6-4,5
Calcita 2,8-2,9 Hematita 4,9-5,3
Caolinita 2,62-2,66 Moscovita 2,76-3,1
Ilita 2,6-2,86 Plagioclasas 2,62-2,76
Montmorillonita 2,75-2,78 Ortoclasas 2,56-2,58
Clorita 2,6-2,9 Bauxita 2,0-2,55
1.0000
0.9999
0.9998
0.9997
0.9996
Temperatura ( C)
Den
sid
ad
g/c
m3)
Densidad del Agua en funcin de la temperatura
0 2 4 6 8 10 12
GRAVEDAD ESPECFICA
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El problema de hallar la gravedad especfica en laboratorio es que es un mtodo indirecto, se
soluciona haciendo uso del principio de Arqumedes, segn el cual un cuerpo sumergido dentro
de una masa de suelo desplaza un volumen de agua igual al del cuerpo sumergido. Para medir
el volumen del suelo se mide el volumen del agua que se desplaza.
MEDIDA DE LA GRAVEDAD ESPECFICA EN LABORATORIO
Primero se mide el peso del frasco ms agua destilada a una temperatura dada hasta la marca
de calibracin. Luego se tiene que tomar el peso del frasco ms agua ms suelo hasta la
marca de calibracin, aunque para hacerlo primero se debe extraer el aire que atrapa el suelo
cuando este es depositado en el frasco, mediante un bao mara.
La expresin empleada para el clculo de la gravedad (Gs) se deduce a continuacin:
Peso del baln vacio Peso del baln + agua Peso del baln + agua + suelo
Wbaln Wbaln + Wagua Wbaln + Wagua + Wsuelo
-
MEDIDA DE LA GRAVEDAD ESPECFICA
EN LABORATORIO
Se puede re-escribir as:
Por definicin: Y como los volmenes son iguales:
Finalmente:
Si los slidos del suelo no desplazaran un volumen de agua igual al volumen que ellos
ocupan tendramos que el peso total en el esquema 3 sera:
Wtotal = Wbaln+agua + Wsuelo
Pero como parte del agua es reemplazada por partculas de suelo, el peso total en la
figura 3 es:
Wbaln+agua+suelo = Wbaln+agua + Wsuelo Wagua desplazada
De esta expresin se puede despejar el peso del agua desplazada ya que las otras
componentes se obtienen en laboratorio
Wbaln+agua+ Wsuelo Wbaln+agua+suelo
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Faltara correccin correspondiente a la temperatura a la que se realiz el ensayo
(el baln mide un volumen patrn de agua destilada a 20C):
MEDIDA DE LA GRAVEDAD ESPECFICA
EN LABORATORIO
w
WWwWwWWWWW tsssswst
1)1(
Wbaln+agua+ Wsuelo Wbaln+agua+suelo
De acuerdo a la temperatura con la que se
realiza el ensayo para obtener G se obtiene la
curva del valor de Wbaln+agua
Geologa y geotecnia. Gravedad especfica de los slidos. Ing. Mara Teresa Garigay. 2003
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Cuando se trata de suelos grueso granulares, suele hablarse de las compacidades
mxima y mnima, las cuales hacen referencia a la forma en que estn dispuestos los
granos que conforman dicho suelo y las relaciones de vacos a que dan lugar dichas
disposiciones. La forma en que estn dispuestos los granos tiene una influencia directa
en la deformacin que experimenta el suelo bajo carga.
COMPACIDAD MXIMA Y MNIMA
DE SUELOS GRANULARES
nmx. = 48% y emx. = 0.91 nmn. = 26.0% y e mn. = 0.35
Estado ms suelto Estado ms compacto
Para medir la compacidad de un suelo granular, Terzaghi introdujo la siguiente relacin
emprica, llamada compacidad relativa Cr.
100minmax
max
ee
eeC natr
emax Relacin de vacos mxima, correspondiente al estado ms
suelto del suelo.
emin Relacin de vacos mnima, correspondiente al estado ms
compacto del suelo.
enat Relacin de vacos del suelo en la naturaleza.
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En laboratorio, para medir la relacin de vacos mxima, emax, se deposita el suelo
secado al horno a volteo en un recipiente de volumen conocido. La relacin de vacos
mnima, emin, se determina introduciendo el suelo seco al horno en el mismo recipiente
pero por capas, varillando y vibrando enrgicamente cada capa, hasta observar que no
adquiere mayor compacidad. En cada caso se toman los volmenes y pesos
necesarios para determinar las relaciones de vacos, para lo cual es necesario conocer
tambin la gravedad especfica de los slidos.
COMPACIDAD MXIMA Y MNIMA
DE SUELOS GRANULARES
Denominacin segn la compacidad
Compacidad
relativa Cr(%)
Denominacin
0-15 Muy suelta
15-35 Suelta
35-65 Media
65-85 Compacta
85-100 Muy compacta
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Una muestra de arcilla saturada pesa 14.96 N. Despus de secada al horno su
peso pasa a ser de 10.33 N. Si su gravedad especfica es de 2.7, calcule la
relacin de vacos, la porosidad, la humedad y los pesos unitarios que apliquen.
PROBLEMAS
Una muestra de arena con una gravedad especfica de 2.70 y un peso unitario
seco de 16.80 kN/m se expone a la lluvia. Durante la lluvia el volumen
permanece constante pero su grado de saturacin aumenta inicialmente al 40%
y despus al 100%. Calcular para los dos estados de saturacin la relacin de
vacos, la porosidad, el contenido natural de agua y los pesos unitarios que
apliquen en cada caso.
En un suelo parcialmente saturado se conocen: ndice de vacios de 0.60,
gravedad especfico de los slidos de 2.75 y saturacin del 70%. Encuentre la
humedad, la densidad seca (kg/m3) y la densidad hmeda (kg/m3).
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PROBLEMAS
En una arena se han determinado los siguientes parmetros: gravedad
especfica relativa de los slidos de 2.65, contenido de humedad 10%,
compacidad relativa del 70% y peso especfico de 18 kN/m3. Determinar:
a) ndice de vacios mximo de la arena, si sabemos que el ndice de vacios
mnimo es 0.45
b) El peso especfico de la arena suelta, admitiendo que se mantiene constante
la humedad
Para construir un terrapln se dispone de una cantidad de tierra cuyo volumen
fue estimado de 3000m3. Ensayos muestran que el peso especfico natural es de
17,8kN/m3 y que la humedad es de 15,8%. El proyecto prev que en el terrapln
el suelo sea compactado con una humedad del 18%, dejando el peso seco de
16kN/m3. Que volumen de terrapln es posible construir con el material
disponible y que volumen de agua debe ser aumentado?
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1. En un suelo saturado se conocen el peso especfico hmedo de
2050kg/m3 y su contenido de humedad del 23%. Encontrar el Gs del
suelo. Respuesta: 2.7
2. En un suelo saturado el Gs es de 2.65 y el Gh de 1.8, calcular e y w.
Respuesta: e=1.06 y w=40%
3. Una muestra de suelo con un contenido de humedad de 14.5% y un
peso por unidad de volumen igual a 128.2 lb/ft3 fue secada al aire
quedando con un peso por unidad de volumen de 118.8 lb/ft3 sin
cambiar su relacin de vacos. Cul es el nuevo contenido de humedad?
Respuesta: w=6.1%
4. En una muestra parcialmente saturada se conocen VT=50cm3, WT=95g,
Ws=75g, Gs=2.68. Encuentre w, e, n, S, d y h. . Respuesta: w=26.7%,
e=0.79, n=44%, S=91%, d =1500kg/m3 y h1900kg/m
3.
PROBLEMAS PROPUESTOS
*Mecnica de suelos. Tomo 1. Fundamentos de la Mecnica de suelos.
Jurez Badillo-Rico Rodrguez