CLASIFICACIÓN DE SUELOS (USC)

1Cote G., 1Rangel A., 1Rios B., 1Santander A., 1 Villalba L., 1 Villafañe M.2Barrios M.

1Estudiantes de VI de Ingeniería Civil de la Universidad de Cartagena, Laboratorio deGeotecnia

2Docente del área de geotecnia

Cartagena de Indias D. T. y C., Marzo 16 de 2015

Resumen:

Palabras claves:

Abstract:

Keywords:

1. INTRODUCCIÓN

Como bien sabemos la geotecnia es la rama de la ingenieria que se ocupa del estudio de la interacción de las construcciones con el terreno y de los suelos. Asi mismo estudia el comportamiento de los suelos, este es un poco complejo debido a la naturaleza granular y a la coexistencia de partículas sólidas con fluido intersticial que generalmente está compuesto por más de un fluido (agua, contaminantes orgánicos e inorgánicos, gases como ser aire o metano, etc.).

La clasificación de un suelo y su descripción es necesaria para antes de trabajar en un terreno saber las aplicaciones específicas, con sus correspondientes necesidades: construcción de caminos y pavimentos, agricultura, minería o geomecánica. Uno de los tantos métodos para realizar esta clasificación, es el sistema unificado de clasificación de suelos USC, siendo el más usado en la geotecnia, basadondose en describir la textura y el tamaño de las partículas de un suelo. Este sistema de

clasificación puede ser aplicado a la mayoría de los materiales sin consolidar y se representa mediante un símbolo con dos letras. Para clasificar el suelo hay que realizar previamente una granulometría del suelo mediante tamizado u otros.

2. OBJETIVOS

3. MARCO TEÓRICO

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO (I.N.V. E – 123 – 07):

El análisis granulométrico tiene como objetivo determinar la proporción de las diferentes granulometrías que presenta un suelo, es decir, mediante este análisis sabemos qué cantidad de suelo comprende cada intervalo granulométrico. (Bartolomé,2000)

La importancia y utilidad del análisis granulométrico es que en los suelos granulares nos da una idea de su permeabilidad y en general de su comportamiento ingenieril, no así en suelos cohesivos donde este comportamiento

depende más de la historia geológica del suelo.

El análisis granulométrico nos permite estudiar el tamaño de las partículas y medir la importancia que tendrán según la fracción de suelo que representen. Este tipo de análisis se realiza por tamizado, o por sedimentación cuando el tamaño de las partículas es muy pequeño, se puede encontrar gravas, arenas, limos y arcillas. Si bien un análisis granulométrico es suficiente para gravas y arenas, cuando se trata de arcillas y limos, turbas y margas se debe completar el estudio con ensayos que definan la plasticidad del material.

La información obtenida del análisis granulométrico puede en ocasiones utilizarse para predecir movimientos del agua a través del suelo, aun cuando los ensayos de permeabilidad se utilizan más comúnmente. La susceptibilidad de sufrir la acción de las heladas en suelo, una consideración de gran importancia de climas muy fríos, puede predecirse a través del análisis granulométrico del suelo. (Monografias)

% Retenido= Peso RetenidoMuestra seca sucia

x 100

(1)

INTERPRETACIÓN DE LAS CURVAS GRANULOMÉTRICAS

La curva granulométrica de un suelo es una representación gráfica de los resultados obtenidos en un laboratorio cuando se analiza la estructura del suelo desde el punto de vista del tamaño de las partículas que lo forman.

Se representa gráficamente en un papel denominado "log-normal" por tener en la horizontal una escala logarítmica, y en la vertical una escala natural. El eje de las abscisas represente el diámetro de la malla y el eje de las ordenadas representa el porcentaje que pasa por cada malla.

Las curvas granulométricas se usan para comparar diferentes suelos, además, tres parámetros básicos del suelo se determinan con esas cuervas que se usan para clasificar

los suelos granulares. Los tres parámetros son:

Diámetro efectivo (D10): Corresponde a la abertura del tamiz que deja pasar el 10% de la muestra.

Coeficiente de uniformidad (Cu): Esta dado por la relación:

cu=D60

D10

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Donde:

D60= Abertura del tamiz que deja pasar el 60% de la muestra.

Coeficiente de curvatura (CZ): Está dado por:

CZ=

D302

D60 x D 10

(3)

PLASTICIDAD

Se denomina plasticidad a la propiedad que presentan algunos suelos de modificar su consistencia (o dicho de otra forma, su resistencia al corte) en función de la humedad.Existe una correspondencia entre la plasticidad de un suelo y su cohesión. La plasticidad es una propiedad exclusiva de los suelos finos (arcillas y limos), siendo producto de las relaciones electroquímicas que se establecen entre las superficies de los elementos que forman el agregado que compone el suelo (partículas elementales de limo o arcilla). Los suelos granulares, formados exclusivamente por elementos de granulometría gruesa (arena, gravilla, grava o cantos) no presentan plasticidad.

LIMITES DE ATTERBERG

Albert Mauritz Atterberg definió para el uso en agronomía cuatro estados en los que puede encontrarse un suelo plástico en función de su consistencia, que varía según la humedad: sólido, semisólido, plástico y líquido. Un suelo plástico seco se encuentra en estado sólido; al incrementar su humedad varía de

forma gradual su consistencia hasta llegar al estado líquido. Los umbrales de humedad que separan cada uno de los estados son denominados límites de Atterberg.

Ilustración 1: Límites de Atterberg.

La aplicación ingenieril de los conceptos de Atterberg se debe a Arthur Casagrande, quien normalizó una metodología de laboratorio para determinar la humedad a la cual un suelo se encuentra en la frontera entre dos estados de consistencia.

LIMITE LIQUIDO (L.L): corresponde a la humedad por encima de la cual la resistencia al corte de un suelo es nula (propia de un líquido) y

se determina mediante un ensayo que relaciona este umbral de humedad con un cierto número de golpes que es necesario dar a un dispositivo en forma de cuchara para que dos porciones de suelo separadas por un surco se unan en una longitud preestablecida (en el procedimiento original media pulgada; en países que adoptan el sistema métrico se toman

12 mm); comúnmente a este test se le denomina como ensayo de la cuchara de Casagrande.

Ilustración 2: Cuchara de Casagrande.

Ilustración 3: Desplazamiento de la muestra de suelo y cierre del surco en la cuchara de Casagrande.

LIMITE PLÁSTICO (L.P): corresponde al umbral de humedad de un suelo por encima del cual el material muestra una deformación de tipo plástica en relación a las

tensiones aplicadas, y empíricamente se relaciona con la humedad por debajo de la cual resulta imposible moldear un cilindro de 3 mm de diámetro (en el procedimiento original se consideraba un diámetro de una décima de pulgada.)

Ilustración 4: Determinación del límite plástico.

LIMITE DE CONTRACCIÓN (L.C): se define como la humedad por debajo de la cual el suelo deja de presentar una disminución de volumen pareja a la disminución de la humedad (proceso de retracción); por debajo de dicho umbral se entiende que parte de los poros del suelo se encuentran ya ocupados por aire, por lo que se asume que el límite de retracción corresponde con la humedad de saturación de una arcilla (que al contrario de lo que ocurre en un suelo granular, no equivale al máximo contenido en agua que pueda presentar el suelo.)

Ilustración 5: Cambio de volumen asociado a la variación de humedad en arcillas.

ÍNDICE DE PLASTICIDAD (IP): Cuanto mayor sea el rango de humedad entre los diferentes límites de plasticidad, mayor cantidad de agua podrá asumir un suelo sin variar su estado de consistencia, entendiéndose por este comportamiento el concepto cualitativo de “plasticidad”; la diferencia entre el valor de humedad correspondiente al límite líquido y al límite plástico se define como “índice de plasticidad” (Ip), siendo pues “más plástico” pues un suelo cuanto mayor sea este índice.

Ip=L . L−L . p (4)

Representando la pareja de valores (L.L, Ip) por un punto en un gráfico de coordenadas, situando en abscisas L.L y en ordenadas Ip, es posible clasificar el suelo en uno de los grupos definidos por A. Casagrande, según muestra la siguiente figura.

Nota: WL =L.L

Ilustración 6: Grafica de Casagrande.

En el gráfico hay dos líneas rectas principales que separan cuatro regiones. Una línea es vertical y corresponde a L.L = 50 (delimita los suelos de plasticidad alta o baja). La otra es una diagonal, la llamada línea “A”, que delimita las arcillas (por encima de la línea) y los limos (por debajo de la misma)

Las clases de suelos definidas en función del grafico de Casagrande son:

o Arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL).

o Arcilla inorgánica de alta plasticidad (CH).

o Limo inorgánico de baja plasticidad (ML).

o Suelo con materia orgánica coloidal y baja plasticidad (OL).

o Limo orgánico de alta plasticidad (MH).

o Suelo con materia orgánica coloidal y alta plasticidad (OH).

ÍNDICE DE FLUIDEZ (IL): Una arcilla muy seca presenta una consistencia dura, y un aspecto en forma de terrón. Esa misma arcilla

muy húmeda muestra en cambio una consistencia muy blanda: resulta obvio que la consistencia de la arcilla disminuye al aumentar la humedad. Con el fin de cuantificar el grado de consistencia se emplea un índice de fluidez (IL) que da idea de la relación entre la humedad del suelo en el intervalo de plasticidad:

IL=W n−L . P

L . L−L. P

(5)

Donde: Wn es la humedad natural. (Fransh)

CLASIFICACIÓN DE SUELOS (USC)

Es el más usado en todos los trabajos de geotecnia.

Está basado en la granulometría (% que pasa) y la carta de plasticidad de Casagrande.

Si % Que Pasa No.200<50% Suelos Granulares o de Grano Grueso

Si % Que pasa No.200≥50% Suelos Cohesivos o de Grano Fino

Este sistema divide los suelos en los siguientes grupos:

Ilustración 7: clasificación de los suelos, según la USC

Ilustración 8: Sistema de clasificación para suelos gruesos, según la USC.

Ilustración 9: Sistema de clasificación para suelos finos, según la USC.

4. INSTRUMENTOS Y MATERIALES

Aparato de Casagrande Ranurador Serie de mallas ASTM Horno Muestra de suelo Recipientes para secar la muestra Balanza electrónica

5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Análisis granulométrico por tamizado:

Seleccionamos la muestra de suelo y se lava, luego utilizamos el método

de secado directo (estufa) para que la muestra seque.

Una vez seca la muestra, la pasamos por los tamices determinados, obtenemos el peso retenido en las distintas mallas. Con estos datos calculamos el porcentaje retenido, porcentaje retenido acumulado y el porcentaje que pasa acumulado.

a) Para límite líquido:

Se dispone de muestras de suelo que pasan el tamiz N°40, preparadas previamente y listas para la ejecución del ensayo. Luego se mezcló completamente el suelo en el recipiente metálico usando la espátula hasta obtener una pasta homogénea y densa que pueda moldearse fácilmente con los dedos.

Se colocó una porción de esta pasta en la copa, sobre la parte que descansa en la base, extendiéndola rápida y cuidadosamente con la espátula, cuidando que no queden atrapadas burbujas de aire.

Con la espátula se enraso la superficie del suelo de tal manera que tuviera una profundidad de 1cm en la sección de espesor máximo, el suelo sobrante se regresó al recipiente metálico o de porcelana, cuidando que la superficie inferior de la copa y la superficie de la base se encuentren libres de suelo y agua, se giró la manivela a una velocidad de 2 golpes/s y se contó los golpes necesarios para que las dos mitades de suelo se pusieran en contacto al fondo del canal, luego se registró el número de golpes necesarios para que esto ocurriera.

Se repitieron los pasos anteriores, hasta que se obtuvieran dos determinaciones adicionales congruentes.

Del lugar donde se juntan los bordes del canal, se tomó con la espátula una porción de suelo de alrededor de 20 g, se colocó en un recipiente adecuado y se pesó para luego determinar el contenido de agua mediante secado en el horno.

b) Para el límite plástico:

Se mezcló completamente la muestra en el recipiente metálico usando la espátula, hasta obtener una pasta homogénea y densa que pueda moldearse fácilmente con los dedos sin que se adhiera a ellos. Se tomó

una cierta cantidad de muestra preparado según el paso, se moldeo entre los dedos, luego se amaso y rodo entre las palmas de las manos hasta que la humedad de la muestra fuera cercana al límite plástico.

Se moldeo entre las puntas de los dedos con una presión suficiente como para formar con el suelo un rollo de 3mm de diámetro en 5 a 15 movimientos completos (hacia delante y hacia atrás) de la mano, si el rollo de suelo se desmenuzaba antes de alcanzar los 3mm de diámetro, se añadía agua a toda la masa de suelo. Volvimos a mezclarlo en el recipiente metálico, amasarlo completamente y repetimos el procedimiento como se indica anteriormente, si el rollo alcanzaba un diámetro menor de 3mm sin mostrar señales de agrietamiento, se tenía una humedad mayor que el límite plástico. Se volvió a amasar completamente. Cuando el rollo de muestra se agrieto y empezó a desmoronarse al llegar a los 3mm, indica que se alcanzó el contenido de agua correspondiente al límite plástico, la que se mediría usando todos los pedazos del rollo.

Se procedió a recoger las porciones desmenuzadas del rollo de suelo en un recipiente adecuado y pesarlos para luego determinar el contenido de agua mediante secado en el horno igual que para el límite líquido.

6. ANÁLISIS DE RESULTADOSLos datos obtenidos y posteriormente utilizados en esta práctica se muestran a continuación.

Tabla 1 Pesos utilizados en la práctica.

P1: Peso de la muestra 500g

P2: Peso de la muestra seca antes del lavado

459.4g

P3: Peso de la muestra lavada 283.4g

P4: Peso muestra seca después del lavado 259.1g

Tabla 2 Granulometría para el suelo utilizado.

Tamiz Peso Retenido (g)

% Retenido

% Retenido

Acumulado

% Que pasa

¾” 0 0 0 100

½” 0 0 0 100

3/8” 0 0 0 100

No 4 85.7 18.65 18.65 81.35

No 10 47.8 10.41 29.06 70.94

No 40 62.6 13.63 42.69 57.31

No 100 52.7 11.47 54.16 45.84

No 200 8.81 1.93 56.09 43.91

Fondo 201.7 43.91 100

459.4 100

Cálculo Coeficiente de uniformidad y curvatura

Para este caso el coeficiente de curvatura y el coeficiente de uniformidad no tendrán valores puesto que no hay tamiz por el cual paso el 10% de la muestra

Clasificación USC

Como % Que pasa en el tamiz No 200 usamos la clasificación para suelos granulares.

7. CONCLUSION

8. BIBLIOGRAFÍA

Bartolomé, J. (2000). Laboratorio de Geotecnia .

Fransh, J. (s.f.). Estudios geotecnicos . Recuperado el 13 de Marzo de 2015, de GEOSUPORT: estudios geotécnicos en los ámbitos de la edificación y la ingeniería civil. Ingeniería geológica: http://www.estudiosgeotecnicos.info/index.php/descriptores-geotecnicos-5-plasticidad-limites-de-atterberg-y-consistencia/

Monografias. (s.f.). Análisis granulométrico mecánico, ensayo #2. Recuperado el 13 de Marzo de 2015, de http://www.monografias.com/trabajos98/analisis-granulometrico-mecanico/analisis-granulometrico-mecanico.shtml