1 3.3 CLASIFICACION E IDENTIFICACION DE SUELOS Numerosos sistemas de clasificación de suelos se han propuesto en el transcurso de los años, pero no existe un sistema reconocido internacionalmente. En los Estados Unidos los sistemas más utilizados son el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) y el Sistema de Clasificación AASHTO. El Sistema AASHTO fue desarrollado originalmente por el US Bureau of Public Roads en la década de los años veintes dirigido a establecer la conveniencia de inmaterial para su utilización en la construcción de carreteras. Luego de algunas revisiones mayores fue adoptado en 1945 por la American Association of State Highway and Transportation Officials como la Norma AASHTO M-45. Entre los diversos estudios tendientes a encontrar un sistema de clasificación que satisfaga los distintos campos de aplicación a la Mecánica de Suelos, destacan los efectuados por el doctor Arturo Casagrande en la Universidad de Harvard, los cuales cristalizaron en el conocido Sistema de Clasificación de Aeropuertos desarrollado en la década de los años cuarentas para su utilización en la construcción de aeropuertos, el cual fue modificado en 1952 por el US Bureau of Reclamation y por el US Corps of Engineers para ampliar su utilización. En 1969 fue adoptado por la American Society for Testing and Materials como el método estándar de clasificación de suelos para propósitos ingenieriles, ASTM D-2487-69. Este sistema reconoce que las propiedades mecánicas e hidráulicas de los suelos constituidos por partículas menores que la malla No. 200, pueden deducirse cualitativamente a partir de sus características de plasticidad. En cuanto a los suelos formados por partículas mayores que la malla mencionada, el criterio básico de clasificación es aún el granulométrico que, aunque no es lo determinante para el comportamiento de un material, si puede usarse como base de clasificación en los materiales granulares. 3.3.1 SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACION DE SUELOS (S.U.C.S.) Este sistema está basado en el de Aeropuertos, hasta el grado que puede decirse que es el mismo con ligeras modificaciones. El sistema cubre los suelos gruesos y los finos, distinguiendo ambos por el cribado a través de la malla 200; las partículas gruesas son mayores que dicha malla y las finas, menores. Un suelo se considera grueso si más del 50% de sus partículas son gruesas, y fino, si más de la mitad de sus partículas, en peso, son finas. SUELOS GRUESOS. El símbolo de cada grupo está formado por dos letras mayúsculas, que son las iniciales de los nombres ingleses de los suelos más típicos de ese grupo. El significado es el siguiente:

Gravas y suelos en que predominan éstas. Símbolo genérico G (gravel)

Arenas y suelo arenosos. Símbolo genérico S (sand). Las gravas y las arenas se separan con la malla No. 4, de manera que un suelo pertenece al grupo genérico G, si más del 50% de su fracción gruesa (retenida en la malla 200) no pasa la malla 4, y es del grupo genérico S, en caso contrario.

2 Las gravas y las arenas se subdividen en cuatro tipos:

1. Material prácticamente limpio de finos, bien graduado. Símbolo W (well graded). En combinación con los símbolos genéricos, se obtienen los grupos GW y S.

2. Material prácticamente limpio de finos, mal graduado. Símbolo P (poorly graded). En combinación

con los símbolos genéricos, da lugar a los grupos GP y SP. 3. Material con cantidad apreciable de finos no plásticos. Símbolo M (del sueco mo y mjala). En

combinación con los símbolos genéricos, da lugar a los grupos GM y SM. 4. Material con cantidad apreciable de finos plásticos. Símbolo C (clay). En combinación con los

símbolos genéricos, da lugar a los grupos GC y SC. SUELOS FINOS. También en este caso el sistema considera a los suelos agrupados, formándose el símbolo de cada grupo por dos letras mayúsculas, elegidas con un criterio similar al usado para los suelos gruesos, y dando lugar a las siguientes divisiones:

1. Limos Inorgánicos, de símbolo genérico M (del sueco mo y mjala). 2. Arcillas Inorgánicas, de símbolo genérico C (clay) 3. Limos y Arcillas Orgánicas, de símbolo genérico O (organic)

Cada uno de estos tres tipos de suelos se subdivide, según su límite líquido (LL), en dos grupos. Si este es menor de 50 %, es decir, si son suelos de compresibilidad baja o media, se añade al símbolo genérico la letra L (low compressibility), obteniéndose por esta combinación los grupos ML, CL y OL. Los suelos finos con límite líquido mayor de 50 %, o sea de alta compresibilidad, llevan tras el símbolo genérico la letra H (high compressibility), teniéndose así los grupos MH, CH y OH. Ha de notarse que las letras L y H no se refieren a baja o alta plasticidad, pues esta propiedad del suelo, como se ha dicho, ha de expresarse en función de dos parámetros (LL e IP), mientras que en el caso actual solo el valor de Límite Líquido interviene. Por otra parte, la compresibilidad de un suelo es una función directa del LL, de modo que un suelo es más compresible a mayor límite líquido. Los suelos altamente orgánicos, usualmente fibrosos, tales como turbas y suelos pantanosos, extremadamente compresibles, forman un grupo independiente de símbolo Pt (del inglés peat; turba) El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos no se concreta a ubicar al material dentro de uno de los grupos enumerados, sino que abarca, además, una descripción del mismo, tanto alterado como inalterado. En los suelos gruesos, en general, deben proporcionarse los siguientes datos: nombre típico, porcentajes de grava y arena, tamaño máximo de las partículas, angulosidad y dureza de las mismas, características de su superficie, nombre local y geológico y cualquier otra información pertinente, de acuerdo con la aplicación ingeniería que se va a hacer del material. En los suelos finos además se proporcionará el carácter de la plasticidad, cantidad y tamaño de las partículas gruesas, color del suelo húmedo, olor.

3 3.3.2 LA CARTA DE PLASTICIDAD Y LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO. Las propiedades físicas de un suelo fino quedan cualitativamente definidas en forma aproximada a partir de la ubicación de ese suelo en la Carta de Plasticidad. La práctica de laboratorio ha indicado que la compresibilidad de los suelos, a igual carga de pre consolidación, es aproximadamente proporcional al límite líquido, de manera que dos suelos con el mismo límite líquido son similarmente compresibles. Al comparar las propiedades físicas de suelos que tengan el mismo LL, se encuentra que, creciendo el límite plástico, aumentan las características de tenacidad y resistencia en estado seco, en tanto que disminuye la permeabilidad. El comportamiento de los suelos, al variar sus características de plasticidad puede resumirse en la tabla siguiente:

Características

Límite Líquido (LL) constante,

pero Índice Plástico (IP) creciente

Índice Plástico (IP) constante,

pero Límite Líquido (LL) creciente

Compresibilidad

Prácticamente la misma

Crece

Permeabilidad

Decrece

Crece

Razón de Variación Volumétrica

Decrece

--------

Tenacidad

Crece

Decrece

Resistencia en estado seco

Crece

Decrece

En la tabla anterior se menciona la razón de variación volumétrica, que es la rapidez con la que los suelos cambian su volumen cuando varían las condiciones de esfuerzo a que están sometidos. Una representación gráfica de los datos contenidos en la tabla anterior se muestra en las siguientes figuras (a) y (b), en ellas se ve en forma clara la dirección de variación de algunas propiedades de interés, tomando en cuenta tanto los cambios de límite líquido, como de índice plástico de los suelos: Así, al comparar las características de plasticidad de dos suelos, puede tenerse una estimación relativa de algunas de sus propiedades físicas.

4

a) Dirección de variación de algunas propiedades físicas de los suelos en la Carta de Plasticidad

b) Dirección de variación de algunas propiedades físicas de los suelos en la Carta de Plasticidad

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 LL

Ip

70

60

50

40

30

20

10

Permeabilidad

Compresibilidad

Línea “A”

Línea “B”

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 LL

Ip

70

60

50

40

30

20

10

Resistencia en

estado seco

Tenacidad

Línea “A”

Línea “B”

5

6 3.3.3 IDENTIFICACIÓN DE SUELOS Identificar un suelo es encasillarlo dentro de un sistema previo de clasificación. En nuestro caso es colocarlo en alguno de los grupos mencionados dentro del SUCS, según sus características. La identificación permite conocer, en forma cualitativa, las propiedades mecánicas e hidráulicas del suelo, atribuyéndole las del grupo en que se sitúe; naturalmente, la experiencia juega un papel importante en la utilidad que se pueda sacar de la clasificación. Algunas de las principales diferencias entre los suelos son las siguientes: Diferencias entre estructuras granulares y Arcillosas

Forma y tamaño de las partículas

Los suelos finos (arcillas) tienen cohesión y los gruesos (gravas, arenas, limos) tienen fricción.

En las arcillas existen fuerzas eléctricas, existen fuerzas de atracción y repulsión, en los suelos granulares no hay estas fuerzas por su tamaño.

Las arcillas absorben agua y se expanden en cambio los gruesos no, pero absorben por capilaridad. Diferencias entre arenas y gravas

Las gravas húmedas no se aglutinan debido a la presencia de las fuerzas de tensión capilar. Las arenas se aglutinan pero con cierta humedad.

Diferencias entre arenas y limos

Las partículas de arena son visibles a simple vista, no así los Limos.

Las arenas no son plásticas, los Limos algo plásticos.

Las arenas generan asentamientos instantáneos, los limos por consolidación.

En las arenas los terrones secos se desplazan con mucha facilidad, en los limos presentan cierta resistencia debido a la cohesión.

Diferencias entre limos y arcillas

Los limos se secan con relativa rapidez en relación con las arcillas.

La arcilla absorbe el agua, tarda en secarse y se pega en los dedos, los limos no absorben agua y no se pegan en los dedos.

Presenta mayor resistencia un terrón seco de arcilla que el de un limo, debido a que la fuerza de cohesión es mayor en las arcillas.

Los limos al tacto son ásperos, las arcillas son suaves 3.3.4 IDENTIFICACION DE CAMPO PARA SUELOS GRUESOS. En el SUCS hay criterios para clasificación de suelos en el laboratorio. Estos son de tipo granulométrico y de investigación de características de plasticidad. Pero además ofrece criterios para su identificación en el campo, es decir, en aquellos casos en que no se disponga de equipo de laboratorio para efectuar las pruebas necesarias para una identificación estricta. Los materiales constituidos por partículas gruesas se identifican en el campo sobre una base prácticamente visual. Extendiendo una muestra seca del suelo sobre una superficie plana puede juzgarse, en forma aproximada, de su graduación, tamaño de partículas, forma y composición mineralógica. Para distinguir las gravas de las arenas puede usarse el tamaño ½ cm como equivalente a la malla No. 4, y para la estimación del contenido de finos basta considerar que las partículas de tamaño correspondiente a la malla No. 200 son aproximadamente las más pequeñas que pueden distinguirse a simple vista.

7 3.3.5 IDENTIFICACION DE CAMPO PARA SUELOS FINOS Las principales bases de criterio para identificar suelos finos en el campo son la investigación de las características de Dilatancia, de Tenacidad y de Resistencia en estado seco. El color y el olor del suelo pueden ayudar, especialmente en suelos orgánicos. Estos procedimientos se ejecutan con la fracción que pasa la malla No. 40 (aproximadamente 0.5 mm). Para fines de clasificación en el campo, si no se usa la malla simplemente se quita a mano las partículas gruesas que interfieren con las pruebas. DILATANCIA (REACCION AL AGITADO) Después de quitar las partículas mayores que la malla 40, prepárese una pastilla de suelo húmedo aproximadamente igual a 10 cm3; si es necesario añádase agua para dejar el suelo suave pero no pegajoso. Colóquese la pastilla en la palma de la mano y agítese horizontalmente, golpeando vigorosamente contra la otra mano varias veces. Una reacción positiva consiste en la aparición de agua en la superficie de la pastilla, la cual cambia adquiriendo una consistencia de hígado 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 aparición del agua durante el agitado y de su desaparición durante el apretado sirve para identificar el carácter de los finos en un suelo. Las arenas limpias muy finas dan la reacción más rápida y distintiva, mientras que las arcillas plásticas no tienen reacción. Los limos inorgánicos, tales como el típico polvo de roca, dan una reacción rápida moderada. RESISTENCIA EN ESTADO SECO (CARACTERÍSTICAS AL ROMPIMIENTO) Después de eliminar las partículas mayores que la malla 40, moldéese una pastilla de suelo hasta alcanzar una consistencia de masilla añadiendo agua si es necesario. Déjese secar la pastilla completamente en un horno, al sol o al aire y pruébese su resistencia rompiéndola y desmoronándola entre los dedos. Esta resistencia es una medida del carácter y cantidad de la fracción coloidal que contiene el suelo. La resistencia en estado seco aumenta con la plasticidad. Una alta resistencia en seco es característica de las arcillas del grupo CH, un limo inorgánico típico posee solamente muy ligera resistencia. Las arenas finas limosas y los limos tienen aproximadamente la misma ligera resistencia, pero pueden distinguirse por el tacto al pulverizar el espécimen seco. La arena fina se siente granular, mientras que el limo típico da la sensación suave de la harina. TENACIDAD (CONSISTENCIA CERCA DEL LÍMITE PLÁSTICO) Después de eliminar las partículas mayores que la malla 40, moldéese un espécimen de aproximadamente 10 cm3 hasta alcanzar la consistencia de masilla. Si el suelo está muy seco debe agregarse agua, pero si está pegajoso debe extenderse el espécimen formando una capa delgada que permita algo de pérdida de humedad por evaporación. Posteriormente el espécimen se rola a mano sobre una superficie lisa o entre las palmas hasta hacer un rollito de 3 mm de diámetro aproximadamente, se amasa y se vuelve a rolar varias veces. Durante estas operaciones el contenido de humedad se reduce gradualmente y el espécimen llega a ponerse tieso, pierde finalmente su plasticidad y se desmorona cuando alcanza el límite plástico. Después 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 fracción coloidal arcillosa de un suelo se identifica por la mayor o menor tenacidad del rollito al acercarse al límite plástico y por la rigidez de la muestra al romperse finalmente entre los dedos. La debilidad del rollito en el límite plástico y la pérdida rápida de la coherencia de la muestra al rebasar este límite, indican la presencia de arcilla inorgánica de baja plasticidad. Las arcillas altamente orgánicas se sienten muy débiles y esponjosas al tacto en el límite plástico.