4. clasificación del suelo (1)

Ingeniera Geotcnica 4. Clasificacin del suelo

4-1

CAPITULO 4 CLASIFICACIN DEL SUELO

Las legendas chinas registran una clasificacin del suelo de acuerdo al color y a la estructura que fue hecha por el ingeniero Yu durante

el reino del Emperador Yao, alrededor de 4000 aos atrs.

Este es el sistema de clasificacin ms temprano conocido (Thorp, 1936).

Tomado de: Holtz, R., Kovacs, W., Introduction to geotechnical engineering, Prentice Hall, Estados Unidos, 1981, pp. 47-71. 4.1 Introduccin. Un sistema de clasificacin de suelos representa, en efecto, un lenguaje de comunicacin entre los ingenieros. Provee un mtodo sistemtico de categorizar los suelos de acuerdo a su comportamiento ingenieril probable, y permite que los ingenieros tengan acceso a la experiencia acumulada por otros colegas. Un sistema de clasificacin no elimina la necesidad de investigaciones detalladas sobre los suelos o la realizacin de ensayos para propiedades ingenieriles. Sin embargo, se ha determinado que las propiedades ingenieriles se correlacionan ms o menos bien con las propiedades ndices y de clasificacin de los depsitos de suelo. De esta manera, al conocer la clasificacin del suelo, un ingeniero logra tener ya una buena idea general aproximada sobre la manera en que el suelo se comportar en la situacin real, es decir, durante la construccin, bajo cargas estructurales, etc. La figura 4.1 ilustra el rol del sistema de clasificacin en la prctica de la ingeniera geotcnica.

Figura 4.1. Rol del sistema de clasificacin en la prctica de la ingeniera geotcnica.

Muchos sistemas de clasificacin de suelos han sido propuestos durante los pasados 50 aos. Como lo apunt Casagrande (1948), la mayora de sistemas usados en la ingeniera civil tuvieron sus races en la ciencia de los suelos agrcolas. Debido a ello, los primeros sistemas usados por los ingenieros civiles clasificaban el suelo de

Propiedades de clasificacin e ndices (w, e, , S, granulometra, LL, PI, etc.)

Sistema de clasificacin (Lenguaje)

Propiedades ingenieriles (permeabilidad, compresibilidad, contraccin expansin,

resistencia al corte, etc.)

Propsito ingenieril (carreteras, aeropistas, cimentaciones, presas, etc.)

Ingeniera Geotcnica Patricia de Hasbun

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acuerdo al tamao de los granos o a la textura del suelo. Aparentemente Atterberg (1905) fue el primero en sugerir que para la clasificacin del suelo se podra usar alguna otra cosa aparte del tamao de los granos. Con este fin, en 1911 l desarroll sus lmites de consistencia para el comportamiento de suelos de grano fino, aunque en ese momento para propsitos agrcolas. Ms tarde, la Oficina de los Estados Unidos para Caminos Pblicos (U.S. Bureau of Public Roads) bas la clasificacin de los suelos de grano fino casi enteramente en los lmites de Atterberg y en otros ensayos simples. Casagrande (1948) describe varios sistemas que han sido usados en la ingeniera de carreteras, la construccin de aeropistas, la agricultura, la geologa y la ciencia del suelo. En la actualidad, slo son comnmente usados en la prctica de la ingeniera civil el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS o USCS por sus siglas en ingls) y el sistema AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials). El SUCS es usado mayormente por agencias de ingeniera del gobierno de los Estados Unidos (Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos y Oficina de Reclamacin del Departamento del Interior de los Estados Unidos) y por muchas firmas consultoras de ingeniera y laboratorios de suelos. Con ligeras modificaciones, este sistema es tambin usado bastante comnmente en Gran Bretaa y el resto del mundo. Casi todos los Departamentos de Transporte y Carreteras estatales en los Estados Unidos usan el sistema AASHTO, el cual se basa en el comportamiento observado en suelos bajo pavimentos de carreteras. La Administracin Federal de Aviacin (FAA) del Departamento de Transporte de los Estados Unidos tiene su propio sistema de clasificacin de suelos para el diseo de pavimentos de aeropuertos, pero aun as utiliza en la actualidad el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos. 4.2 El Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS). Este sistema fue originalmente desarrollado por el Profesor A. Casagrande (1948) para usarse en la construccin de aeropistas durante la Segunda Guerra Mundial. Fue modificado en 1952 por el Profesor Casagrande, la Oficina de Reclamacin de los Estados Unidos, y el Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos, para volver el sistema tambin aplicable a presas, cimentaciones, y otras obras civiles (U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station, 1960). La base para el SUCS es que los suelos de grano grueso pueden ser clasificados de acuerdo a su distribucin granulomtrica, mientras que el comportamiento ingenieril de los suelos de grano fino se relaciona principalmente con su plasticidad. En otras palabras, los suelos en los cuales los finos (limos y arcillas) no afectan el comportamiento ingenieril se clasifican de acuerdo a sus caractersticas granulomtricas, y los suelos en los cuales los finos s controlan el comportamiento ingenieril se clasifican de acuerdo a sus caractersticas de plasticidad. Por lo tanto, para clasificar completamente un suelo en este sistema slo se necesita de un anlisis por tamices y de los lmites de Atterberg. Las cuatro principales divisiones del SUCS se indican en la tabla 4.1. Ellas son (1) suelos de grano grueso, (2) suelos de grano fino, (3) suelos orgnicos, y (4) turba. La clasificacin se lleva a cabo en material que pase la malla de 75 mm, y la cantidad


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de material retenido en esta malla se anota en los registros de perforacin o en las hojas de datos. Las partculas mayores de 300 mm de dimetro equivalente son llamadas bloques o boleos, mientras que los materiales entre 75 y 300 mm son llamados guijarros. Los suelos de grano grueso, las arenas y las gravas, son aquellos que tienen 50% o ms material retenido en la malla No. 200. Estas fracciones se han subdividido de una manera arbitraria pero conveniente tal y como se muestra en la tabla 4.1. Los suelos de grano fino son aquellos que tienen ms del 50% que pasa la malla No. 200. Los suelos altamente orgnicos y la turba pueden generalmente ser identificados de manera visual. Los smbolos en la tabla 4.1 se combinan para formar los smbolos de grupo que corresponden a los nombres de suelos tpicos como se muestran en la tabla 4.2.

Tabla 4.1. Definiciones del SUCS de tamaos de partculas, rangos de tamaos, y smbolos.

(Traducciones: range rango, boulders bloques, cobbles guijarros, none ninguno, greater than mayor de, coarse-grained soils suelos de grano grueso, fine-grained soils suelos de grano fino, silt limo, clay arcilla, no specific grain size sin tamao de grano especfico, use Atterberg limits use lmites de Atterberg, organic soils suelos orgnicos, peat turba, gradation symbosl smbolos de graduacin).


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Los suelos de grano grueso se subdividen en gravas y suelos gravosos (G) y arenas y suelos arenosos (S). Las gravas son aquellas que tienen el mayor porcentaje de la fraccin gruesa (partculas mayores de 4.75 mm de dimetro) retenidas en la malla No. 4, y las arenas son aquellas con la mayor porcin pasando la malla No. 4. Tanto el grupo de las gravas (G) como el de las arenas (S) se dividen en cuatro grupos secundarios, GW y SW, GP y SP, GM y SM, GC y SC, dependiendo de la distribucin granulomtrica y la naturaleza de los finos en el suelo. Los suelos bien graduados (W) tienen una buena representacin de todos los tamaos de partculas, mientras que los suelos mal graduados (P) son o bien uniformes, o con graduacin escalonada. El que un suelo gravoso o arenoso sea bien graduado puede determinarse graficando la curva granulomtrica y calculando el coeficiente de uniformidad, Cu, y el coeficiente de curvatura, Cc. Estos coeficientes se definieron en el captulo 3 de la siguiente manera:

10

60

DDCu

y el coeficiente de curvatura como

6010

230

DDDCC

Donde: D60 = dimetro de grano correspondiente al 60% ms fino, D30 = dimetro de grano correspondiente al 30% ms fino, y D10 = dimetro de grano correspondiente al 10% ms fino en peso (o masa). Los criterios de graduacin para suelos gravosos y arenosos se muestran en la tabla 4.2 (columna 6). Los grupos GW y SW son suelos gravosos y arenosos bien graduados con menos del 5% que pasa la malla No. 200. Los grupos GP y SP son gravas y arenas mal graduadas con pocos o ningunos finos no plsticos. Los suelos de grano fino, aquellos que tienen ms del 50% que pasa la malla No. 200, se subdividen en limos [M de los trminos suecos mo (= arena muy fina) y mjla (= limo)] y arcillas (C) dependiendo de los valores de su lmite lquido y de su ndice de plasticidad. Los suelos orgnicos (O) y la turba (Pt) tambin se incluyen en esta fraccin aunque, como se muestra en la tabla 4.1, no se especifica ningn rango de tamaos de grano. Los suelos de grano fino son limos (M) si sus lmites lquidos e ndices de plasticidad se grafican por debajo de la lnea A en la carta de plasticidad de Casagrande (1948) (figura 4.2). Los finos son arcillas (C) si el LL y PI se grafican arriba de la lnea A. La lnea A separa generalmente los materiales arcillosos de los limosos y tambin los orgnicos de los inorgnicos. Las arcillas orgnicas (OL y OH) son la excepcin, ellas se grafican bajo la lnea A. Sin embargo, estos suelos se comportan de forma similar a los suelos de ms baja plasticidad. Las fracciones de limo, arcilla y orgnicos se subdividen luego segn si sus lmites lquidos son


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relativamente bajos (L) o altos (H). La lnea divisoria entre los lmites lquidos bajos y altos se ha establecido arbitrariamente en 50. La figura 4.2 muestra tambin los tipos de suelo representativos para los suelos de grano fino. Esta figura, junto con las columnas 4 y 5 de la tabla 4.2 y la tabla 4.3 sern tiles para la identificacin visual y clasificacin de los suelos de grano fino. Puede verse de la figura 4.2 que varios tipos diferentes de suelos tienden a graficarse aproximadamente en la misma rea de la carta LL-PI, lo cual significa que estos suelos tienden a presentar en forma aproximada el mismo comportamiento ingenieril. Es por esto que la carta de Casagrande es tan til en la clasificacin ingenieril de los suelos. Por ejemplo, Casagrande (1948) observ el comportamiento de suelos al mismo lmite lquido en relacin al ndice de plasticidad, en comparacin con su comportamiento al mismo ndice de plasticidad pero aumentando el lmite lquido, y obtuvo los siguientes resultados:

Caracterstica Suelos con LL constante y PI incrementando

Suelos con PI constante y LL incrementando

Resistencia en seco Incrementa Se reduce Tenacidad cerca del

PL Incrementa Se reduce

Permeabilidad Se reduce Incrementa Compresibilidad Aproximadamente la misma Incrementa

Rapidez de cambio volumtrico

Se reduce -

La tenacidad cerca del PL y la resistencia en seco son propiedades tiles de clasificacin visual, y se definen en la tabla 4.3. Las otras caractersticas son propiedades ingenieriles, y se discuten con mayor detalle ms adelante en el curso.


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Notas: El tamao de la malla No. 200 es aproximadamente el menor tamao de partcula que se puede distinguir a simple vista. Para clasificacin visual, se puede usar 5 mm como equivalente a la abertura de la malla No. 4. * Suelos con clasificacin de frontera que poseen caractersticas de dos grupos se designan por combinaciones de smbolos de grupo. Por ejemplo, GW-GC. ** Todos los tamaos de tamices o mallas en esta tabla son las correspondientes al estndar estadounidense.

Divisiones principales Smbolos

de grupo*

Nombres tpicos Procedimientos de identificacin en campo (excluyendo partculas mayores que 75 mm

y basando las fracciones en pesos estimados)

Criterios de clasificacin en laboratorio

1 2 3 4 5 6

Suel

os d

e gr

ano

grue

so, m

s d

e la

mita

d de

l mat

eria

l es m

ayor

qu

e la

mal

la N

o. 2

00**

Gravas, ms de la

mitad de la

fraccin gruesa se

retiene en la No. 4 (4.75 mm).

Gravas limpias

(pocos o ningunos

finos).

GW

Gravas bien graduadas, mezclas de grava y

arena, con pocos o ningunos finos.

Amplio rango de tamaos de partculas y cantidades sustanciales de todos

los tamaos intermedios de partculas.

Use

la c

urva

gra

nulo

mt

rica

para

iden

tific

ar la

s fra

ccio

nes d

adas

baj

o la

iden

tific

aci

n de

ca

mpo

.

Determinar porcentajes

de grava y arena en la curva

granulomtrica. Dependiendo del

% de finos (fraccin que

pasa la No. 200) los

suelos de grano grueso se

clasifican as: Menos del 5% :

GW, GP, SW, SP. Ms del 12%:

GM, GC, SM, SC. 5% al 12%:

casos frontera que requieren el uso de

smbolos duales.

Cu = D60/D10 mayor de 4 Cc =(D30)2/(D10 x D60) entre 1 y 3

GP Gravas mal graduadas, mezclas de grava y arena, con pocos o

ningunos finos.

Predomina un tamao o un rango de tamaos con ausencia de algunos tamaos intermedios. No cumplen todos los requisitos de graduacin para GW.

Gravas con finos

(cantidad apreciable de finos).

GM Gravas limosas, mezclas de grava, arena y limo.

Finos no plsticos o con baja plasticidad (para procedimientos de identificacin vase abajo

para ML).

Lmites de Atterberg por debajo de lnea A, o PI menor que 4.

Arriba de la lnea A con PI entre 4 y

7 son casos frontera que requieren el

uso de smbolos duales.

GC Gravas arcillosas, mezclas de grava, arena y arcilla. Finos plsticos (para procedimientos de

identificacin vase CL abajo). Lmites de Atterberg por arriba de la lnea

A con PI mayor que 7.

Arenas, ms de la

mitad de la

fraccin gruesa pasa

la malla No. 4

(4.75 mm).

Arenas limpias

(pocos o ningunos

finos).

SW Arenas bien graduadas, arenas gravosas, con pocos o ningunos

finos.

Amplio rango de tamaos de partculas y cantidades sustanciales de todos

los tamaos intermedios de partculas.

Cu = D60/D10 mayor de 6 Cc =(D30)2/(D10 x D60) entre 1 y 3

SP Arenas mal graduadas, arenas

gravosas, con pocos o ningunos finos.

Predomina un tamao o un rango de tamaos con ausencia de algunos tamaos intermedios. No cumplen todos los requisitos de graduacin para SW.

Arenas con finos

(cantidad apreciable de finos).

SM Arenas limosas, mezclas de arena y limo.

Finos no plsticos o con baja plasticidad (para procedimientos de identificacin vase abajo

para ML).

Lmites de Atterberg por debajo de lnea A, o PI menor que 4.

Arriba de la lnea A con PI entre 4 y

7 son casos frontera que requieren el

uso de smbolos duales.

SC Arenas arcillosas, mezclas de arena y arcilla. Finos plsticos (para procedimientos de

identificacin vase CL abajo). Lmites de Atterberg por arriba de la lnea

A con PI mayor que 7.

Suel

os d

e gr

ano

fino,

ms

de

la m

itad

del m

ater

ial

pasa

la m

alla

No.

200

(75

m).

Procedimientos de identificacin en la fraccin que pasa la malla No. 40 Carta de plasticidad

para la clasificacin en laboratorio de suelos de grano fino Resistencia en seco (caractersticas de trituracin)

Dilatancia (reaccin al

sacudimiento

Tenacidad (consistencia cerca del PL)

Limos y arcillas (lmite lquido menor de 50).

ML

Limos inorgnicos y arenas muy finas, polvo de roca, arenas finas

limosas o arcillosas o limos arcillosos con ligera plasticidad.

Ninguna a ligera Rpida a lenta Ninguna

CL

Arcillas inorgnicas de baja a mediana plasticidad, arcillas

gravosas, arcillas arenosas, arcillas limosas, arcillas magras

Mediana a alta Ninguna a Muy baja Mediana

OL Limos orgnicos y arcillas limosas orgnicas de baja plasticidad. Ligera a mediana Baja Ligera

Limos y arcillas (lmite lquido mayor de 50).

MH Limos inorgnicos, suelos limosos o

de arena fina micceos o diatomiceos, limos elsticos.

Ligera a mediana Baja a ninguna Ligera a

Mediana

CH Arcillas inorgnicas de alta plasticidad, arcillas grasas. Alta a muy alta Ninguna Alta

OH Arcillas orgnicas de plasticidad media a Alta, limos orgnicos. Mediana a alta Ninguna a muy baja

Ligera a Mediana

Suelos altamente orgnicos Pt Turba y otros suelos altamente orgnicos. Fcilmente identificados por su color, olor, esponjoso

al tacto y frecuentemente por su textura fibrosa.

Tabla 4.2. Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos.


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Figura 4.2. La carta de plasticidad de Casagrande, mostrando varios tipos

representativos de suelos (desarrollado de Casagrande, 1948, y Howard, 1977). Tabla 4.3. Procedimientos de identificacin en campo para suelos de grano fino o las fracciones finas de suelos de grano grueso. Estos procedimientos se llevan a cabo en los tamaos de partculas que pasan la malla No. 40, o aproximadamente menores a 0.4 mm. Para propsitos de clasificacin en campo, no se supone que se haga un tamizado; simplemente remueva a mano las partculas gruesas que interfieran con los ensayos. Del U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station (1960) y Howard

(1977).

Dilatancia (reaccin al sacudimiento): Despus de quitar las partculas mayores de la malla No. 40, prepare una pastilla de suelo hmedo con un volumen de aproximadamente 5 cm3. De ser necesario, aada suficiente agua para lograr una consistencia suave pero no pegajosa. Coloque la pastilla en la palma abierta de una mano y sacuda vigorosamente contra la otra mano varias veces. Una reaccin positiva consiste en la aparicin de agua en la superficie de la pastilla, que cambia a una consistencia como de hgado y se vuelve brillante. Cuando la muestra es exprimida entre los dedos, el agua y el brillo desaparecen de la superficie, la pastilla se vuelve rgida y finalmente se agrieta o se desmenuza. La rapidez con que aparece el agua durante la sacudida y con que desaparece durante el exprimido ayuda a identificar el carcter de los finos en un suelo. Las arenas limpias muy finas (pero con pocos o nada de finos) dan la reaccin ms rpida y ms fcil de distinguir, mientras que una arcilla plstica no tiene reaccin. Los limos inorgnicos tales como el polvo de roca tpico muestran una reaccin moderadamente rpida.


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Resistencia en seco (caractersticas de trituracin): Despus de quitar las partculas mayores de la malla No. 40, moldee una pastilla de suelo hasta la consistencia de masilla, aadiendo agua si es necesario. Permita que la pastilla se seque completamente al horno, al sol, o al aire, y pruebe su resistencia rompiendo y desmenuzndola entre los dedos. Esta resistencia es una medida del carcter y cantidad de la fraccin coloidal contenida en el suelo. La resistencia en seco aumenta al aumentar la plasticidad. La resistencia en seco alta es caracterstica en arcillas del grupo CH. Un limo tpico inorgnico posee slo una muy ligera resistencia en seco. Las arenas finas limosas y los limos tiene aproximadamente la misma resistencia en seco ligera pero se pueden distinguir por el tacto cuando se pulveriza el espcimen seco. La arena fina se siente granulosa, mientras que un limo tpico se siente suave al tacto, como si fuera harina. Tenacidad (consistencia cerca del lmite plstico): Despus de quitar las partculas mayores de la malla No. 40, se moldea un espcimen de suelo cbico de ms o menos pulgada de arista hasta tener la consistencia de masilla. Si est demasiado seco, debe agregarse agua y, si est pegajoso, el espcimen debe extenderse en forma de una capa delgada y permitrsele que pierda algo de humedad por evaporacin. Luego el espcimen se enrolla a mano sobre una superficie lisa o entre ambas palmas hasta lograr un rollo o cilindro de ms o menos 3 mm de dimetro. Luego el rollo se remoldea repetidamente. Durante esta manipulacin, el contenido de humedad se reduce gradualmente y el espcimen se vuelve cada vez ms rgido, finalmente pierde su plasticidad, y se desmenuza cuando se alcanza el lmite plstico. Una vez que el rollo o cilindro se desmenuza, las piezas deben unirse y continuar una ligera accin de amasamiento hasta que el terrn se desmenuza. Cuanto ms resistente sea el rollo cerca del lmite plstico y ms rgido sea el terrn cuando finalmente se desmenuza, la fraccin coloidal de arcilla en el suelo es ms potente. Cuando hay debilidad del rollo en el lmite plstico y una prdida rpida de coherencia del terrn por debajo del lmite plstico, puede ser indicacin de una arcilla inorgnica de baja plasticidad o de materiales tales como las arcillas de caoln y arcillas orgnicas que se encuentran por debajo de la lnea A. Las arcillas altamente orgnicas son muy dbiles y esponjosas al tacto cuando estn en el lmite plstico. La lnea de lmite superior (lnea U) mostrada en la figura 4.2 indica el rango superior de coordenadas de ndice de plasticidad y lmite lquido encontradas hasta ahora en los suelos. Siempre que los lmites de un suelo se grafiquen a la izquierda de la lnea U, deberan ser revisados. Algunas arcillas altamente activas, tales como la bentonita se pueden graficar muy arriba de la lnea A y cercanas a la lnea U. Como se vio en la captulo 3, la carta de plasticidad de Casagrande puede incluso ser usada para identificar cualitativamente los minerales de arcilla predominantes en un suelo. Los suelos de grano grueso con ms del 12% de finos se clasifican como GM y SM si los finos son limosos (los lmites se grafican por debajo de la lnea A en la carta de plasticidad) y GC y SC si los finos son arcillosos (los lmites se grafican arriba de la lnea A). En estos dos grupos se incluyen tanto los materiales bien graduados como los mal graduados.


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Los suelos en donde el material que pasa la malla No. 200 es entre 5% y 12% se clasifican como casos frontera y tienen un smbolo dual. La primera parte del smbolo dual indica si la fraccin gruesa es bien graduada o mal graduada. La segunda parte describe la naturaleza de los finos. Por ejemplo, un suelo que se clasifique como un SP-SM significa que es una arena mal graduada con finos limosos de entre el 5% y 12%. De manera similar, un GW-GC es una grava bien graduada con algunos finos arcillosos que se grafican por arriba de la lnea A. Los suelos de grano fino pueden tambin tener smbolos duales. Obviamente, si los lmites se grafican dentro de la zona sombreada de la figura 4.2 (PI entre 4 y 7 y LL entre alrededor de 12 y 25), entonces el suelo se clasifica como un CL-ML. Howard (1977) hace la sugerencia prctica de que si los valores de LL y PI caen cerca de la lnea A o cerca de la lnea LL = 50, entonces deberan usarse smbolos duales. Los posibles smbolos duales son entonces:

ML-MH CL-CH OL-OH CL-ML CL-OL CH-MH CH-OH

Tambin pueden usarse smbolos de frontera para suelos con alrededor del 50% de fracciones finas y gruesas. En este caso, los posibles smbolos duales son:

GM-ML GM-MH GC-CL GC-CH SM-ML SM-MH SC-CL SC-CH

La figura 4.3 es una gua prctica para casos de frontera en la clasificacin de suelos.


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Figura 4.3. Gua para casos frontera de clasificacin de suelos (de Howard, 1977).

La figura 4.4 presenta un procedimiento paso a paso para la clasificacin de suelos de acuerdo al SUCS. Este muestra un proceso de eliminacin de todas las posibilidades hasta que el nico que quede indica la clasificacin especfica.


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Figura 3.4. Procedimiento de identificacin auxiliar en laboratorio (de USAEWES,

1960).


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Los siguientes pasos, adaptados del Cuerpo de Ingenieros, pueden ayudar en este proceso (U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station, 1960). La clasificacin debera ser realizada en conjunto con la tabla 4.2 y la figura 4.4: 1. Determine si el suelo es de grano grueso, de grano fino, o altamente orgnico.

Esto se logra por inspeccin visual y/o determinando la cantidad de suelo que pasa la malla No. 200.

2. Si el suelo es de grano grueso:

a. Lleve a cabo un anlisis por tamices y grafique la curva de distribucin granulomtrica. Determine el porcentaje que pasa la malla No. 4 y clasifique el suelo como grava (mayor porcentaje retenido en la malla No. 4) o arena (mayor porcentaje pasa la malla No. 4).

b. Determine la cantidad de material que pasa la malla No. 200. Si menos del 5% pasa la malla No. 200, examine la forma de la curva granulomtrica; si es bien graduado, clasifique como GW o SW; si es mal graduado, clasifique como GP o SP.

c. Si el material que pasa la malla No. 200 est entre el 5% y el 12%, es un caso de frontera, y la clasificacin debera tener smbolos duales, apropiados a las caractersticas de granulometra y de plasticidad (GW-GM, SW-SM, etc.).

d. Si ms del 12% pasa la malla No. 200, lleve a cabo los lmites de Atterberg en la fraccin que pase la malla No. 40. Use la carta de plasticidad para determinar la clasificacin correcta (GM, SM, GC, SC, GM-GC, o SM-SC).

3. Si el suelo es de grano fino:

a. Lleve a cabo ensayos de los lmites de Atterberg en el material que pasa la malla No. 40. Si el lmite lquido es menor de 50, clasifique como L, y si el lmite lquido es mayor de 50, clasifique como H.

b. Para L: si los lmites se grafican por debajo de la lnea A y la zona sombreada en la carta de plasticidad, determine si el suelo es orgnico (OL) o inorgnico (ML) a travs del color, olor, o el cambio en lmite lquido y lmite plstico ocasionado por el secado en horno del suelo. Si los lmites se grafican en la zona sombreada, clasifique como CL-ML. Si los lmites se grafican por encima de la lnea A y la zona sombreada en la carta de plasticidad (figura 4.2), clasifique como CL.

c. Para H: si los lmites se grafican por debajo de la lnea A en la carta de plasticidad, determine si es orgnico (OH) o inorgnico (MH). Si los lmites se grafican por encima de la lnea A, clasifique como CH.

d. Para los lmites que se grafiquen en la zona sombreada en la carta de plasticidad, cercanos a la lnea A, o alrededor de LL = 50, use smbolos duales (de frontera) de acuerdo a la figura 4.3.

Aunque los smbolos con letras del SUCS son convenientes, no describen completamente un suelo. Por esta razn, para una completa clasificacin del suelo deberan tambin usarse trminos descriptivos junto con los smbolos de letras. La


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tabla 4.4 del U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station (1960) provee alguna informacin til para la descripcin de los suelos.

Tabla 4.4. Informacin requerida para la descripcin de los suelos. Del U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station (1960).

Suelos de grano grueso: Suelos de grano fino:

Proporcione el nombre tpico. Indiqueporcentajes aproximados de arena ygrava, tamao mximo, angulosidad,condiciones de la superficie y dureza delos granos gruesos, nombre local ogeolgico y otra informacin descriptivaque sea pertinente, y el smbolo entreparntesis.

Proporcione el nombre tpico. Indiquegrado y carcter de la plasticidad,cantidad y mximo tamao de granosgruesos, color en condicin hmeda, olor(si lo hay), nombre local o geolgico, yotra informacin descriptiva que seapertinente, y el smbolo entre parntesis.

Para suelos inalterados aada informacinsobre la estratificacin, grado decompactacin, cementacin, condicionesde humedad y caractersticas de drenaje.

Para suelos inalterados aadainformacin sobre la estructura,estratificacin, consistencia en estadosinalterado y remoldeado, humedad, ycondiciones de drenaje.

Ejemplo: Ejemplo:Arena limosa , gravosa. Ms o menos el20% de partculas de grava angular durasde tamao mximo de 12 mm, granos dearena gruesa a fina redondeada ysubangular, ms o menos 15% de finos noplsticos con baja resistencia en seco, bien compactada y hmedo en el sitio, arenaaluvial, (SM).

Limo arcilloso , caf, ligeramente plstico,pequeo porcentaje de arena fina,numerosos agujeros verticales de races,firme y seco en el sitio, loess, (ML).

Nota: pueden esperarse amplias variaciones en la descripcin de los suelos de una agencia o laboratorio a otro. Cada cual puede tener su propio estilo de realizar las cosas. Para todos los suelos, caractersticas como el color, olor, y homogeneidad del depsito deberan ser observadas e incluidas en la descripcin de la muestra. Para suelos de grano grueso, deberan notarse e incluirse aspectos como la forma de los granos, el contenido mineralgico, el grado de meteorizacin, la densidad in situ y grado de compactacin, y la presencia o ausencia de finos. Para describir la forma de los granos se usan comnmente adjetivos tales como redondeado, angular y subangualr. La densidad in situ y el grado de compactacin normalmente se obtienen indirectamente observando cun difcil es la excavacin o penetracin del material con dispositivos llamados penetrmetros. Los trminos como muy suelto, suelto, medio, denso, y muy denso, se utilizan para describir la densidad in situ. Por ejemplo, un depsito granular que pueda ser excavado fcilmente a mano, sera considerado muy suelto, mientras que un depsito del mismo material que requiera


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de equipo motorizado para la excavacin se describira como muy denso, o quizs cementado. Para la fraccin de granos finos, deberan anotarse en la descripcin de la muestra el contenido de humedad natural, la consistencia y la consistencia remoldeada. La consistencia en el estado natural es equivalente de alguna manera al grado de compactacin de los suelos de grano grueso, y se evala usualmente anotando la facilidad con que el depsito puede ser excavado o penetrado. Trminos tales como muy suave, suave, medio, rgido, muy rgido y duro, se emplean para describir la consistencia. (Algunas veces, la palabra firme es usada como sinnimo de rgido.) Los suelos de grano fino pueden ser descritos adicionalmente usando los ensayos explicados en la tabla 4.3 para la dilatancia, tenacidad y la resistencia en seco. Otras tcnicas para la clasificacin visual de suelos deberan aprenderse y practicarse en el laboratorio. Excelentes descripciones de procedimientos de clasificacin e identificacin visual se encuentran en el Apndice E-3 del Earth Manual del U.S.B.R. (1974), y en la designacin D 2488 de la ASTM. 4.3 American Society for Testing and Materials, ASTM. Designacin: ASTM D 2487-00. Prctica estndar para la clasificacin de suelos para propsitos de ingeniera (Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos). Hasta hace algunos aos, el ASTM y el SUCS, eran sistemas de clasificacin de suelos diferentes. En la actualidad, ambos sistemas han coincidido y conforman un solo sistema de clasificacin. Este sistema de clasificacin identifica tres divisiones principales de suelos: suelos de grano grueso, suelos de grano fino y suelos altamente orgnicos. Esto se ilustra en la tabla 4.5. Estas tres divisiones se subdividen para tener un total de 15 grupos bsicos de suelos.

Tabla 4.5. Carta de clasificacin de suelos.


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Basndose en los resultados de las observaciones visuales y de los ensayos de laboratorio prescritos, un suelo se cataloga de acuerdo con los grupos de suelos bsicos, se le asignan un smbolo o smbolos de grupo y un nombre de grupo, y luego se clasifica. Los diagramas de flujo de las figuras 4.5 y 4.7 para suelos de grano fino y de grano grueso, respectivamente, pueden usarse para asignar los smbolos y nombres de grupo apropiados. El procedimiento de clasificacin es el siguiente:

a. Determinar el porcentaje de finos del suelo (% que pasa la malla No. 200). b. Si 50% o ms pasa la malla No. 200, el suelo se clasifica como de grano fino

y se usa la figura 4.5 para definir el nombre y el smbolo de grupo. Si el suelo es de grano fino y adems el lmite lquido del suelo secado al horno es menor al 75% del lmite lquido sin secar al horno, entonces el suelo es orgnico y debe usarse la figura 4.6. Cuando se usa la figura 4.6, los valores de LL y PI que se emplean en la clasificacin deben ser los del suelo no secado al horno. Para la clasificacin de los suelos de grano fino se emplea adems la carta de plasticidad de la figura 4.8.


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c. Si ms del 50% se retiene en la malla No. 200, el suelo se clasifica como de grano grueso y se usa la figura 4.7 para definir el nombre y el smbolo de grupo. Si hay 5% o ms de finos, ser necesario adems usar la figura 4.5. Si el suelo es de grano grueso y la muestra de campo contena guijarros o bloques, o ambos, las palabras con guijarros, o con guijarros y bloques deber agregarse al nombre del grupo.

Figura 4.5. Diagrama de flujo para clasificar suelos de grano fino (50% o ms pasa la malla N 200).


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Figura 4.6. Diagrama de flujo para clasificar suelos de grano fino orgnico (50% o ms pasa la malla N 200).

Figura 4.7. Diagrama de flujo para clasificar suelos de grano grueso (ms del 50% se

retiene en la malla N 200).


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Figura 4.8. Carta de plasticidad.

En algunos casos, debido a la falta de espacio, puede ser til un sistema abreviado para indicar el smbolo y nombre de la clasificacin del suelo. Ejemplos de estas situaciones pueden ser registros grficos, bases de datos, tablas, etc. Este sistema abreviado no sustituye el nombre completo y la informacin descriptiva pero puede usarse en presentaciones suplementarias cuando se hace referencia a la descripcin completa. El sistema abreviado deber consistir del smbolo de clasificacin del suelo basado en este estndar con los prefijos y sufijos apropiados escritos en minscula. Ver tabla 4.6.

Tabla 4.6. Prefijos y sufijos para smbolos abreviados de clasificacin del suelo.

Prefijo Significado Sufijo Significado s arenoso s con arena g gravoso g con grava c guijarros b bloques

4.4 American Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO. Este sistema corresponde a la norma ASTM D 3282-93 (reaprobada en 1997) Prctica estndar para la clasificacin de suelos y mezclas de suelo-agregado para propsitos de construccin de carreteras y al documento AASHTO M 145 La


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clasificacin de suelos y mezclas de suelo-agregado para propsitos de construccin de carreteras. El sistema clasifica en siete grupos basndose en la determinacin en laboratorio de la distribucin granulomtrica, del lmite lquido y del ndice de plasticidad. El sistema puede usarse cuando se requiere una clasificacin de ingeniera precisa, especialmente para propsitos de construccin de carreteras. La evaluacin de suelos dentro de cada grupo se realiza por medio de un ndice de grupo, el cual es un valor calculado con una frmula emprica. La clasificacin de grupo, incluyendo el ndice de grupo, puede ser til para determinar la calidad relativa del suelo para su uso en estructuras de tierra, particularmente en terraplenes, subrasantes, sub-bases, y bases. Procedimiento de clasificacin:

(a) La clasificacin de materiales en los diversos grupos de este sistema se aplica slo a la fraccin que pasa la malla de 3 pulgadas. Por lo tanto, cualquier especificacin con relacin al uso de materiales granulares (A-1, A-2 o A-3 en las tablas 3-7 y 3-8) en la construccin deber indicar si se permiten bloques (tamaos retenidos en la malla de 3 pulgadas).

(b) Determinar los porcentajes de la muestra de ensayo que pasan las siguientes mallas: No. 10, No. 40 y No. 200.

(c) Determinar el lmite lquido y el ndice de plasticidad de una porcin de suelo que pasa la malla No. 40.

(d) Clasifique el suelo en los grupos y/o subrupos de acuerdo con la tabla 4.7 o la tabla 4.8. Use la figura 4.9 para clasificar los materiales de limo o arcilla en base a los valores del lmite lquido y el ndice de plasticidad.

(e) Con los datos de ensayo, proceda de izquierda a derecha en las tablas 4.7 o 4.8 y se encontrar la clasificacin correcta por un proceso de eliminacin. La clasificacin correcta la constituye el primer grupo desde la izquierda con el cual concuerden los datos de ensayo.

Tabla 4.7. Clasificacin de suelos y de mezclas de suelo-agregado.


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Tabla 4.8. Clasificacin de suelos y de mezclas de suelo-agregado.

Figura 4.9. Rangos de lmite lquido y de ndice de plasticidad para materiales de limo o arcilla.


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Descripcin de los grupos de clasificacin: (a) Materiales granulares. Contienen 35% o menos de material que pasa la malla

No. 200. Grupo A-1. El material tpico de este grupo es una mezcla bien graduada de

fragmentos de piedra o grava, arena gruesa, arena fina, y un aglomerante de suelo no plstico o ligeramente plstico. Sin embargo, este grupo tambin incluye fragmentos de piedra, grava, arena gruesa, cenizas volcnicas, etc., que no tengan ningn suelo como aglomerante.

o Subgrupo A-1-a. Incluye materiales donde predominan fragmentos de piedra o grava, ya sea con o sin un aglomerante bien graduado de material fino.

o Subgrupo A-1-b. Incluye materiales que consisten predominantemente de arena gruesa, con o sin un suelo aglomerante bien graduado.

Grupo A-3. El material tpico de este grupo es la arena fina de playa o de desierto sin finos arcillosos o limosos, o con una cantidad muy pequea de limo no plstico. Este grupo tambin incluye mezclas de depsitos fluviales de arena fina mal graduada y cantidades limitadas de arena y grava gruesas.

Grupo A-2. Este grupo incluye una amplia variedad de materiales granulares que son casos frontera entre los materiales que caen en los grupos A-1 y A-3, y los materiales de limo o arcilla de los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7. Incluye todos los materiales que contienen 35% o menos de material que pasa la malla No. 200, pero que no pueden ser clasificados en los grupos A-1 o A-3, debido a su contenido de finos y/o a sus ndices de plasticidad, adems de las limitaciones para dichos grupos.

o Los subgrupos A-2-4 y A-2-5 incluyen diversos materiales granulares que contienen 35% o menos de material que pasa la malla No. 200 y con material que pasa la malla No. 40 con caractersticas de los grupos A-4 y A-5, respectivamente. Estos grupos incluyen materiales tales como grava y arena gruesa con contenidos de limo o ndices de plasticidad que exceden las limitaciones del grupo A-1 y arena fina con contenido de limo no plstico que excede las limitaciones del grupo A-3.

o Los subgrupos A-2-6 y A-2-7 incluyen materiales similares a los descritos bajo los subgrupos A-2-4 y A-2-5, excepto que la porcin fina contiene arcilla plstica con caractersticas del grupo A-6 o A-7, respectivamente.

(b) Materiales de limo o arcilla. Contienen ms del 35% de material que pasa la

malla No. 200. Grupo A-4. El material tpico de este grupo es un suelo limoso no plstico o

moderadamente plstico usualmente con un 75% o ms de material que pasa la malla No. 200. Este grupo tambin incluye mezclas de suelo limoso fino y hasta 64% de arena y grava retenidas en la malla No. 200.

Grupo A-5. el material tpico de este grupo es similar al descrito bajo el grupo A-4, excepto que es usualmente de carcter diatomeceo o micceo y puede ser altamente elstico como lo indica su alto lmite lquido.

Grupo A-6. El material tpico de este grupo es un suelo de arcilla plstica usualmente con 75% o ms de material que pasa la malla No. 200. Este grupo


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tambin incluye mezclas de suelo fino arcilloso y hasta 64% de arena y grava retenidas en la malla No. 200. Los materiales de este grupo usualmente tienen alto cambios volumtricos entre sus estados hmedos y secos.

Grupo A-7. El material tpico de este grupo es similar al descrito bajo el grupo A-6, excepto que tiene las caractersticas de altos lmites lquidos del grupo A-5 y puede ser elstico as como est sujeto a altos cambios de volumen.

o El subgrupo A-7-5 incluye aquellos materiales con ndices de plasticidad moderados en relacin a su lmite lquido y adems pueden ser altamente elsticos as como pueden estar sometidos a cambios volumtricos considerables.

o El subgrupo A-7-6 incluye aquellos materiales con altos ndices de plasticidad en relacin a su lmite lquido y estn sujetos a cambios volumtricos extremadamente altos.

Los suelos altamente orgnicos (turba o fango) pueden ser clasificados en el grupo A-8. La clasificacin de estos materiales se basa en la inspeccin visual y no depende del porcentaje que pasa la malla No. 200, ni del lmite lquido, o del ndice de plasticidad. El material est compuesto principalmente de materia orgnica parcialmente descompuesta, generalmente tiene una textura fibrosa, color caf oscuro o negro, y olor a descompuesto. Estos materiales orgnicos son inadecuados para usarse en terraplenes y en subrasantes. Son altamente compresibles y tienen una baja resistencia. La clasificacin obtenida de las tablas 3-7 y 3-8 puede ser modificada agregando un valor de ndice de grupo. Los valores de ndice de grupo siempre se mostrarn en parntesis despus del smbolo del grupo. Por ejemplo: A-2-6(3), A-4(5), A-6(12), A-7-5(17), etc. El ndice de grupo se calcula a partir de la siguiente frmula emprica:

)10)(15(01.0)]40(005.02.0)[35( PIFLLFgrupodeIndice donde:

F = porcentaje que pasa la malla No. 200, expresado como un nmero entero (este porcentaje se basa solamente en el material que pasa la malla de 3 pulgadas.

LL = lmite lquido, y PI = ndice de plasticidad.

Si el ndice de grupo calculado es negativo, se reporta el ndice de grupo como igual a cero. Si el suelo es no plstico y cuando el lmite lquido no se pueda determinar, se reporta el ndice de grupo como cero. Reporte el ndice de grupo redondeado a entero. El valor del ndice de grupo puede ser estimado usando la figura 4.10, determinando el ndice parcial de grupo debido al lmite lquido y el debido al ndice de plasticidad, y luego obteniendo el total de los dos ndices de grupo parciales.


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Figura 4.10. Nomograma para el ndice de grupo.


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Los ndices de grupo de suelos en los subgrupos A-2-6 y A-2-7 se calcularn usando slo el segundo trmino de la ecuacin antes expuesta, es decir, el que incluye a PI. La frmula emprica para el ndice de grupo ha sido diseada para realizar una evaluacin interna de los materiales granulares-arcillosos y de los materiales de limo o arcilla. De hecho, los valores de ndice de grupo slo podrn usarse para comparar suelos dentro del mismo grupo, y no entre grupos distintos. La frmula se basa en las siguientes suposiciones:

a. Los materiales que caen en los grupos A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5, y A-3 son satisfactorios como subrasante cuando tienen un drenaje apropiado y se han compactado bajo espesores de pavimentos moderados (base o capa superficial, o ambos) de un tipo adecuado para soportar trfico. Estos materiales pueden tambin volverse satisfactorios al agregar pequeas cantidades de aglomerantes naturales o artificiales.

b. Los materiales que caen dentro de los grupos granulares arcillosos A-2-6 y A-2-7, y los grupos de arcilla o limo A-4, A-5, A-6, y A-7 variarn en calidad como subrasante desde el equivalente aproximado de las buenas subrasantes A-2-4 y A-2-5 hasta las subrasantes regulares y pobres que requieren una capa de material de subbase o un espesor aumentado de capa de base sobre lo requerido en (a) con el objeto de proveer el soporte adecuado para las cargas de trfico.

c. Se asume que un mnimo de 35% de material que pasa la malla No. 200 es crtico si se desprecia la plasticidad, pero el mnimo crtico es de slo el 15% cuando se ve afectado por ndices de plasticidad mayores que 10.

d. Se asume que lmites lquidos de 40 o ms son crticos. e. Se asume que ndices de plasticidad de 10 o ms son crticos.

No existe un lmite superior para el valor del ndice de grupo obtenido al usar la frmula. Los valores crticos adoptados para el porcentaje que pasa la malla No. 200, para el lmite lquido, y para el ndice de plasticidad, se basan en una evaluacin de los materiales de la subrasante, la subbase y la capa de base, realizada por diversas organizaciones del rea de carreteras, y que usan los ensayos involucrados en este sistema de clasificacin. Bajo condiciones promedio de buen drenaje y compactacin completa, el valor de soporte de un material como subrasante puede asumirse como la relacin inversa a su ndice de grupo; esto es, un ndice de grupo de 0 indica un buen material de subrasante y un ndice de grupo de 20 o mayor indica un material muy pobre para usarse como subrasante.


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4.5 Comparacin entre sistemas de clasificacin. Tabla 4.9. Comparacin entre sistemas de clasificacin de suelos SUCS y AASHTO.


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Tabla 4.10. Comparacin entre sistemas de clasificacin de suelos AASHTO y SUCS.

4. clasificación del suelo (1)

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