Capítulo V: Clasificación de los Suelos

Transcripción

1 Capítulo V: Clasificación de los Suelos Resolver un problema de geotecnia supone conocer y determinar las propiedades del suelo; por ejemplo: 1. Para determinar la velocidad de circulación de un acuífero, se mide la permeabilidad del suelo, se utiliza la red de flujo y la ley de Darcy. 2. Para calcular los asentamientos de un edificio, se mide la compresibilidad del suelo, valor que se utiliza en las ecuaciones basadas en la teoría de la consolidación de Terzaghi. 3. Para calcular la estabilidad de un talud, se mide la resistencia al corte del suelo y este valor se lleva a expresiones de equilibrio estático. En otros problemas, como pavimentos, no se dispone de expresiones racionales para llegar a soluciones cuantificadas. Por esta razón, se requiere una taxonomía de los suelos, en función de su comportamiento, y eso es lo que se denomina clasificación de suelos, desde la óptica geotécnica. Agrupar suelos por la semejanza en los comportamientos, correlacionar propiedades con los grupos de un sistema de clasificación, aunque sea un proceso empírico, permite resolver multitud de problemas sencillos. Eso ofrece la caracterización del suelo por la granulometría y la plasticidad. Sin embargo, el ingeniero debe ser precavido al utilizar esta valiosa ayuda, ya que soluciones a problemas de flujos, asentamientos o estabilidad, soportado sólo en la clasificación, puede llevar a resultados desastrosos. Las relaciones de fases constituyen una base esencial de la Mecánica de Suelos. El grado de compacidad relativa de una arena es seguro indicador del comportamiento de ese suelo. La curva granulométrica y los Límites de Atterberg, de gran utilidad, implican la alteración del suelo y los resultados no revelan el comportamiento del suelo in situ. Los suelos con propiedades similares se clasifican en grupos y subgrupos basados en su comportamiento ingenieril. Los sistemas de clasificación proporcionan un lenguaje común para expresar en forma concisa las características generales de los suelos., que son infinitamente variadas sin una descripción detallada. Los principales sistemas de clasificación de los suelos son: la clasificación de los suelos según el tamaño de las partículas, la clasificación de la asociación americana de funcionarios de caminos públicos (AASHTO), la clasificación de la administración de aeronáutica civil (CAA) y el sistema unificado de clasificación de los suelos. Clasificación por el tamaño de las partículas: Los resultados de la prueba de granulometría por sedimentación se aplican en el diagrama triangular de clasificación de los suelo dada por la comisión del Río Mississippi y con ello se obtiene la clasificación del suelo. Para clasificar se toma el porcentaje de arena, limo y arcilla, sobre la escala, del lado correspondiente del triangulo, se trazan tres rectas y su punto común da la clasificación del suelo, que sería: Arena, arena limosa, limo arenoso, limo, arena arcillosa, limo arcilloso, arcilla arenosa, arcilla limosa y arcilla.

2 Es la clasificación más simple de todas, y por ello, tiene el inconveniente de que su relación con las principales características física de los suelos es indirecta, pues el tamaño del grano es solo uno de los diferentes factores de los cuales dependen ciertas características físicas importante de los suelos, como la permeabilidad y la cohesión. Sistema de clasificación AASHTO: Este sistema fue desarrollado en 1929 como el Public Road Administration System (sistema de clasificación de oficina de caminos públicos). Ha sufrido varias revisiones, con la versión actual propuesta por el comité para clasificación de materiales para sub-rasantes y caminos tipo granulares del consejo de investigaciones de carreteras en 1945, este sistema clasifica el suelo en siete grupos mayores: A-1 al A-7. Los suelos clasificados A-1, A-2 y A-3 son materiales granulares, donde 35% o menos de las partículas pasan el tamiz # 200. Los suelos de los que más del 35% de las partículas pasan el tamiz # 200 son clasificados en los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7, la mayoría de los cuales están formados por partículas de limo y arcilla. Este sistema se basa los siguientes criterios: 1. Tamaño del Grano Grava: Fracción que pasa por la malla de 75 mm. y es retenida por la malla No. 10 (2 mm.) Arena: Fracción que pasa por la malla # 10 y es retenida por la malla No. 200 (0.075 mm.) Limo y Arcilla: Fracción que pasa por la malla No Plasticidad: El término limoso se aplica cuando las fracciones de suelo tienen un índice de plasticidad de 10 o menos. El termino arcilloso se aplica cunado es mayor de 10.

3 3. Canto rodados y boleos: cuando hay tamaños mayores a 75 mm. presente, estos se excluyen de la porción de la muestra de suelo que se está clasificando. Sin embargo el porcentaje de este material se registra. Para clasificar un suelo de acuerdo con la tabla de clasificación, los datos de la prueba se aplican de izquierda a derecha. Por un proceso de eliminación, el primer grupo desde la izquierda en que los datos de prueba se ajusten, es la clasificación correcta. a) Grueso granulares: 35% o menos pasa el Tamiz #200 comprende: a. A-1, si menos del 20% pasa el Tamiz #200 y menos del 50% pasa el Tamiz #40, pero el IP < 6%. b. A-2, si menos del 35% pasa el Tamiz #200, (limoso o arcilloso), y el material no cumple con A-1 ni A-3. c. A-3, si menos del 10% pasa el Tamiz #200 y 51% o más pasa el Tamiz #40, pero el suelo es no plástico. b) Suelos fino granulares (grupo limo arcilla): más del 35% pasa el Tamiz #200 a. A-4 si IP 10 (limo) y LL 40% b. A-5 si IP 10 (limo) y LL 41% c. A-6 si IP 11 (arcilla) y LL 40% d. A-7 si IP 11 (arcilla) y LL 41% En consecuencia: A-1 = cascajo y arena; A-3 = arena fina; A-2 = cascajos y arenas limosas o arcillosas; A-4 y A-5 suelos limosos, y A-6 y A-7 suelos arcillosos. A-1 y A-3 son suelos excelentes y buenos, A-2 buenos y moderados, y A-6 y A-7 son suelos de moderados a pobres. Tabla para uso del sistema de clasificación AASHTO:

4 Característica de los suelos según AASHTO: Pero estos suelos tienen subclases así: A-1-a: si IP < 6% y además el Tamiz #200 = 15%, Tamiz #40 = 30% y Tamiz #10 = 50% A-1-b: si es del grupo A1 y no cumple con A-1-a A-2-4; A-2-5, A-2-6, y A-2-7: según la fracción fina se encuentre en las zonas 4, 5, 6 o 7 de la Carta de Plasticidad AASHTO.

5 Para la evaluación de la calidad del suelo, como material para sub-rasantes de carreteras, se incorpora también un número llamado índice de grupo (GI) junto con los grupos y subgrupos del suelo. Este número se escribe en paréntesis después de la designación del grupo. El índice de grupo está dado por la ecuación: GI = (F - 35) [ (LL - 40)] (F 15) (PI 10) Donde: F: por ciento que pasa por la malla No. 200 LL: límite líquido PI: índice de plasticidad El primer término de la ecuación es el índice de grupo parcial determinado a partir de límite líquido, el segundo es el índice de grupo parcial determinado a partir del índice plástico. A continuación un grupo de reglas para determinar el índice de grupo: 1. Si la ecuación da un valor negativo GI = 0 2. El índice de grupo calculado se redondea al entero más cercano 3. No hay límite superior para el GI 4. El GI de suelos que pertenece a los grupos A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5 y A-3 es cero 5. Al calcular el índice de grupo para suelos que pertenecen a los grupos A-2-6 y A-2-7, use el índice de grupo parcial para PI. GI = 0.01 (F 15) (PI -10) En general la calidad del comportamiento de suelo como material para sub-rasantes es inversamente proporcional al índice de grupo.

6 Sistema Unificado de Clasificación de Suelos: La forma original de este sistema propuesto por Casagrande en 1942 para usarse en la construcción de aeropuertos emprendida por el cuerpo de ingenieros del ejército durante la segunda guerra mundial. En cooperación con la oficina de restauración de Estados Unidos, el sistema fue revisado en Hoy en día es el más usado por los ingenieros. El sistema unificado de clasificación de suelos utiliza tablas de clasificación para determinar qué tipo de suelo es mediante los siguientes criterios: 1. Suelos de grano grueso que son de naturaleza tipo grava y arena con menos del 50% pasando por la malla No Los émbolos de este grupo comienzan con un prefijo G (grava) o S (Arena) 2. Los suelos de grano fino con 50% o más pasando por el tamiz No Los símbolos de este grupo comienzan con un prefijo M (limo inorgánico), C (arcilla inorgánica) u O (limos y arcillas orgánicas). El prefijo Pt significa turbas, lodos y otros suelos altamente orgánicos. Otros símbolos usados para acompañar a los anteriores son: - W: bien graduado, depende del C u y C c. - P: mal graduado, depende del C u y C c. - L: baja plasticidad (LL < 50) - H: alta plasticidad (LL > 50) NOTA: G = gravel; W = well; C = clay; P = poor; F = fair; S = sand; M = mud; L = low; H = high; O = organics; Pt = pest. Para una clasificación apropiada, debe conocerse la siguiente información: 1. Porcentaje de grava, es decir, la fracción que pasa por la malla de 76.2 mm. y es retenida por la malla No. 4 (4.75 mm.) 2. Porcentaje de arena, es decir, la fracción que pasa por la malla No. 4. y es retenida por la malla No. 200 (0.075 mm.) 3. Porcentaje de lomo y arcilla, es decir, la fracción que pasa por la malla No Coeficiente de uniformidad y coeficiente de curvatura 5. Limite líquido e índice de plasticidad Nota: si la muestra no es plástica PI = 0

7 Los símbolos de grupo son los siguientes: Se han definido, para gravas (G) y arenas (S), la situación W o P de acuerdo a dos coeficientes: Cu y Cc; cuándo decimos que es GM, GC, SM o SC? (ver carta de plasticidad) Adicionalmente: a) GW, GP, SW, SP exigen que menos del 5% pase el Tamiz # 200 b) GM, GC, SM, SC exigen que más del 12% pase el Tamiz # 200 c) Si el porcentaje de finos está entre 5% y 12%, se requiere símbolo doble.

8 Características y usos de los suelos de la clasificación SUCS:

9 COMPARACIÓN ENTRE EL SISTEMA AASHTO Y EL SUCS Ambos sistemas están basados en la textura y la plasticidad del suelo. Ambos sistemas dividen los suelos en dos categorías mayores: el grano grueso y fino, separado por la malla Nº 200. AASHTO considera grano fino cuando más del 35% pasa por la malla Nº 200. SUCS considera grano fino cuando más del 50 % pasa por la malla Nº 200. El suelo de grano grueso que tiene cerca de 35% de granos finos, tendrá comportamiento de material de grano fino, pues hay suficiente cantidad de finos que llenan vacíos entre los granos gruesos. En este aspecto (de estabilidad), AASHTO parece ser el más apropiado. En obras donde abunda la arcilla se pretende, a veces, estabilizarla con piedra: 1kg de piedra más 1 kg de arcilla = 2 kg de arcilla (mirando el uso vial). AASHTO usa la malla Nº 10 para separar la grava de la arena. SUCS usa la malla Nº 4. La malla 10, como límite de separación, es el límite más alto aceptado para arena. Se usa en tecnología del concreto y en tecnología de las bases de carreteras. SUCS separa bien los suelos gravosos de los arenosos. AASHTO no los separa bien. Grupo A-2 del AASHTO, en particular, contiene una gran variedad de suelos. Símbolos como GW, SW, CH del SUCS describen mejor las propiedades del suelo. Símbolos A describen muy poco. Suelos orgánicos: OH, OL, y Pt son previstos en el SUCS, no así en el AASHTO.