Propiedades Indice de Suelos

1 Mecánica de Suelos

TEMA 1: PROPIEDADES ÍNDICE DE LOS SUELOS: GENERALIDADES: Las propiedades índice de los suelos, nos permiten diferenciar distintos tipos de suelo de una misma categoría. En este sentido, dos suelos de idéntico origen con diferentes propiedades índice, pueden presentar diferente comportamiento como terreno de cimentación o material de construcción. Las propiedades índice se dividen en dos clases: propiedades de los granos del suelo y propiedades de los agregados del suelo. Las principales propiedades de los granos del suelo para el caso de los suelos gruesos son la forma y el tamaño, y en los suelos finos las características mineralógicas de las partículas más pequeñas. Las propiedades más significativas de los agregados del suelo son a su vez las siguientes: para los suelos sin cohesión, la densidad relativa y para los suelos cohesivos, la consistencia.

1.1)

RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS DE LOS SUELOS:

COMPONENTES DEL SUELO:

FASE SÓLIDA

Material de tamaño grueso, no cohesivo o inerte (Limo, Arena, Grava, Fragmentos de Roca.) Material fino con cohesivas (Arcilla.)

COMPONENTES DEL SUELO

propiedades

Esqueleto estructural del Suelo. Aglutinante o cementante.

Libre o Gravitacional. FASE LÍQUIDA

Agua

Capilar. Adherida.

Aire. FASE GASEOSA

Vapores Sulfurosos. Anhídrido Carbónico.

Tema 1: Propiedades Índice de los Suelos

Prof. Alfredo E. Barrios M.


Volúmenes:

Pesos:

Va

Fase Gaseosa

Wa=0

Vw

Fase Líquida

Ww

Vs

Fase Sólida

Ws

Vv

Vm

Va = Volumen de aire.

;

Vw = Volumen de agua.

Wm

Ww = Peso del agua. ;

Vv = Volumen de vacíos.

Ws = Peso de los sólido o Peso Seco. ;

Wm = Peso de la masa o de la muestra de suelo.

Vs = Volumen de sólidos. Vm = Volumen de la masa o de la muestra de suelo.

PESO SECO: Es el que se obtiene después de un proceso de evaporación en un horno a temperatura de 105 a 110ºC y durante un tiempo suficiente (normalmente de 18 a 24 horas), para lograr un peso constante.

RELACIONES PESO VOLUMEN: Peso específico ó unitario ó volumétrico ( ): W V

=

(1.1)

Peso específico del agua ( w): w

=

Ww Vw

(1.2)


w≈1

gr/cm3 = 1 tn/m3 = 1000 kg/m3



Peso específico de la masa de suelo ( m): m =

Wm Vm

(1.3)

Peso específico de los sólidos ( s): Ws Vs

s =

(1.4)

Peso específico saturado ( sat): sat =

Wm Vm =

Ww + Ws Vm

(1.5)

Peso específico seco ( d): d =

Wm Ws Vm = Vm

(1.6)

Peso específico relativo de la masa de suelo (Gm):

Gm

m

=

(1.7)

w

Peso específico relativo de los sólidos del suelo o Gravedad Específica (Gs):

Gs

=

s w

=

Ws

(1.8)

Vs x w

RELACIONES FUNDAMENTALES 1) Contenido de humedad ( %): % =

Ww x 100 Ws

(1.9)




Variación teórica: 0%

%<



2) Relación de vacios (e):

e

Vv Vs

=



(1.10)



Variación teórica: 0 < e < En la práctica: : 0,25 e 15

3) Porosidad ( %): % =

Vv Vm

x 100

(1.11)



Variación teórica: 0% < % < 100%



En la práctica: : 20%



Variación teórica: 0% S% 100% S = 0% Suelo Seco S = 100% Suelo Saturado

%

95%

4) Grado de Saturación (S%):

S%

=

Vw Vv

x 100

(1.12)

 

CORRELACIÓN ENTRE LA RELACIÓN DE VACÍOS Y LA POROSIDAD:

e

Vv Vs

=

=

Vv Vm

Vv/Vm = (Vm – Vv)/Vm

=

=

Vv/Vs (Vs + Vv)/Vs

=

e 1-

=

(1.13) 1-

e

=

1+ e

e 1+ e

(1.14)

Relaciones básicas para los suelos saturados: S = 100% Asumiendo Vs = 1:

Volumen ( ):

Peso (W):

e

Agua

ex

1

Sólido s

Gs x w

w

1+ e




e

Vv Vs

=

w =

Gs

=

Vv = e x Vs

Ww Vw s

=

sat

Ww = Vw x w = e x w Ws

Ws = Gs x Vs x w = Gs x w

Ww ex w = Ws Gs x w

m =

=

d =

sat

(ya que: S = 100%)

Vs x w

w

=

e = Vw

y

=

Wm Vm

=

=

e=

Gs

Gs x w + e x w 1+e

=

Gs x w + e x w 1+e

Ws Vm

e

=

Gs x w 1+e

(1.15)

x Gs

(1.16)

Gs x w + x Gs x w 1 + x Gs

Gs x w 1 + x Gs

=

Relación fundamental de los suelos saturados

(1.17)

(1.18)

Relaciones básicas para los suelos parcialmente saturados: 0% < S < 100% Asumiendo Vs = 1:

Volumen ( ):

Peso (W):

Aire

0

Agua

Sxe x w

e (S x e)

1


Sólidos

Gs x w



e

=

Vv Vs

S

=

Vw Vv

Vw = S x Vv = S x e

Ww Vw

w =

Gs

Vv = e x Vs = e

=

s

Ww = Vw x w = S x e x w Ws

=

Ws = Gs x Vs x w = Gs x w

Vs x w

w

Ww e xSx w = Ws Gs x w

=

Wm Vm

=

m =

h

d =

Ws Vm

=

=

e xS Gs

Gs x w + e x S x w 1+e

=

Gs x w 1+e

=

Gs x w 1 + x Gs S

e=

x Gs S

Relación fundamental de los suelos parcialmente saturados.

(1.19)

(1.20)

(1.21)

Peso Específico Sumergido ( m): Se corresponde a los suelos bajo el Nivel Freático. 1)

m = sat

2)

s= s

- w

- w

Peso específico sumergido de la masa del suelo

(1.22)

Peso específico sumergido de los sólidos del suelo

(1.23)




1.2) CARACTERÍSTICAS Y ESTRUCTURACIÓN DE LAS PARTÍCULAS MINERALES DEL SUELO: FORMA DE LOS GRANOS: La forma de las partículas minerales de un suelo es de fundamental importancia en el comportamiento mecánico de éste.

SUELOS GRUESOS: Provienen de la acción de los agentes mecánicos desintegradores. La forma equidimensional es la predominante, en la cual las tres dimensiones son de magnitud comparable.

SUELOS GRUESOS



Forma Angulosa marinas.



Forma Sub-angulosa



Forma Redondeada eólicas.

Gravas y arenas residuales, arenas marinas.

—

Sub-redondeada.

Gravas y arenas de río, arenas eólicas.

SUELOS FINOS: Prevalece la forma laminar. En éstos materiales la forma de la partícula es muy importante. La relación área volumen es grande, lo que le da a los granos una gran actividad superficial, en lo referente a la adhesión del agua y a la atracción entre ellos.

COMPRESIBILIDAD: Es la propiedad que tiene un suelo de reducir su tamaño al aplicar una carga. Depende de la forma de la partícula predominante y del tipo de carga que se aplique.

Forma de las Partículas:

COMPRESIBILIDAD: CARGA ESTÁTICA:

CARGA DINÁMICA:

Baja Alta

Alta Baja

Equidimensional: Laminar:




1.3) ESTRUCTURACIÓN DE LOS SUELOS: Las partículas minerales adoptan ciertas disposiciones que dan lugar al conjunto llamado suelo, “un suelo nunca es un mero agregado desprovisto de organización; antes al contrario, sus partículas se disponen siempre en forma organizada, siguiendo algunas leyes fijas y según la acción de fuerzas naturales susceptibles de análisis.” (Juárez B.-Rico R.).

a) ESTRUCTURA SIMPLE: Es típica de los suelos de grano grueso (gravas y arenas), en ella la fuerza de gravedad juega un papel importante en la disposición de las partículas de masa relativamente grande, las cuales generalmente se distribuyen apoyándose unas sobre otras, las de menor tamaño sobre las mayores. El comportamiento mecánico e hidráulico de un suelo de estructura simple, está gobernado por la compacidad o densidad del manto y la orientación de sus partículas. a.1) COMPACIDAD O DENSIDAD: Representa el grado de acomodo de las partículas del suelo, dejando más o menos vacíos entre ellas. Suelo Compacto: Caracterizado por tener un mayor grado de acomodo de sus partículas, menor relación de vacíos, menor capacidad de deformación y por tanto mayor peso volumétrico seco (ver figura I-1). Suelo Suelto: Caracterizado por tener un menor grado de acomodo de sus partículas, mayor relación de vacíos, mayor capacidad de deformación y por tanto menor peso volumétrico seco (ver figura I-1).

Estado más suelto: = 47,6 % ;e = 0,91 Estado más compacto: = 26 % ;e = 0,35 Figura I-1

Para medir la compacidad o densidad de un suelo de estructura simple, Terzaghi introdujo una relación empírica, llamada Compacidad Relativa (Cr), Densidad Relativa (Dr) o Índice de Densidad (Id)(1):

e máx – e nat Cr = e máx – e mín

(1.24)

Cr

0

Estado más suelto.

Cr

1

Estado más compacto.

 Tema 1: Propiedades Índice de los Suelos



emáx= Relación de vacíos en el estado más suelto posible (

d mín).

emín= Relación de vacíos en el estado más compacto posible (

d máx).

enat= Relación de vacíos en el estado natural o mejorado (bases, rellenos, etc.) (

d nat).

Relación Cr- d: 1 d mín

1 d nat

Cr = 1

1

d mín

d máx

Nota (1): para la obtención de la Densidad Relativa de un suelo granular, los Profesores Juárez-Badillo y RicoRodríguez sugieren el siguiente procedimiento de ensayo: “Para determinar emáx, debe echarse el suelo a volteo en un recipiente de volumen conocido; previamente el suelo se habrá secado al horno. La relación de vacíos,….., se toma como la correspondiente al estado más suelto posible. La emín se determina introduciendo el suelo seco en el mismo recipiente, pero por capas, varillando y vibrando enérgicamente cada capa, hasta saber que no adquiere mayor compacidad; enrasando el recipiente,………..”.

DESCRIPCIÓN CUALITATIVA DE LOS DEPÓSITOS DE SUELO GRANULAR: Dr (%)

Condición del Suelo:

Identificación de Campo:

0 - 15 15 - 35 35 - 70 70 - 85 85 - 100

Muy Suelto Suelto Semi-compacto Compacto Muy Compacto

Fácilmente dentellado con el dedo pulgar. Dificultad para dentellarlo, fácilmente removible con pala. Dificultad para remover con pala. Requiere pico para aflojarlo. Requiere voladura o equipo pesado.

a.2) ORIENTACIÓN DE LAS PARTÍCULAS: Su efecto se hace más pronunciado, en la medida de que la partícula tenga una forma distinta a la esférica idealizada para las arenas producto del arrastre. Presenta como secuela más significativa, una muy distinta permeabilidad del suelo, según que el flujo de agua sea normal o paralelo a la dirección de la orientación. Su impacto se hace mayor, si el suelo contiene un porcentaje apreciable de partículas laminares.

b) ESTRUCTURA PANALOIDE: Es típica de los suelos de grano fino, del tipo minerales de arcilla (diámetro ≤ 0,002 mm), que se depositan en un medio continuo (normalmente agua). Al sedimentarse, las partículas se adhieren unas a otras formando un conjunto a modo de panal, con gran cantidad de vacíos que hacen al suelo muy compresible (ver Figura I-2). Tema 1: Propiedades Índice de los Suelos



c) ESTRUCTURA FLOCULENTA: Cuando en el proceso de sedimentación dos partículas de diámetros menores a 0,02 mm llegan a tocarse, se adhieren con fuerza y se sedimentan juntas; así otras partículas pueden adherirse formando un grumo, con estructura similar a un panal. Estos grumos llegan al fondo formando nuevos panales, generando una estructura muy blanda y suelta, con gran volumen de vacíos (ver Figura I-3).

d) ESTRUCTURA COMPUESTA: Se podría considerar como la combinación de las estructuras anteriores. En estas formaciones se define un “esqueleto” constituido por los granos gruesos y por masas coloidales de flóculos que proporcionan nexos entre ellos (ver Figuras I-4).

e) ESTRUCTURA EN “CASTILLO DE NAIPES”: Típica de los minerales de arcilla. Estos debido a su forma laminar y como consecuencia de la diferente carga eléctrica entre sus aristas y las superficies de las láminas, produce este tipo de estructura floculada donde dichas aristas “se apoyan” sobre las superficies de tales láminas (ver Figura I-5).

f) ESTRUCTURA DISPERSA”: Cuando en una estructura del tipo “castillo de naipes” se induce cualquier perturbación (tal como la deformación por esfuerzo cortante), se tiende a disminuir los ángulos entre las diferentes láminas del material, actuando simultáneamente presiones osmóticas mayores cuanto menor es la distancia entre ellas, lo que tiende a separar dichas láminas adoptando este tipo de Estructura (ver Figura I-6). El comportamiento mecánico e hidráulico de un suelo fino, depende básicamente de su estructuración e historia geológica.







1.4) TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS: ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO: Consiste en determinar cuantitativamente la distribución de los diferentes tamaños de los granos y partículas del suelo. Entre los métodos de mayor utilización tenemos: 1) El análisis granulométrico por tamizado y 2) El análisis granulométrico por sedimentación o densimetría. 1) El análisis granulométrico por tamizado: Sirve para separar en diferentes fracciones los granos de tamaño superior a 0,075 mm (Tamiz Nº 200), esto es, los elementos arenas, gravas y fragmentos de roca. 2) El análisis granulométrico por sedimentación o densimetría: Sirve para separar en diferentes fracciones los granos de tamaño inferior a 2 mm, esto es, los elementos arena de media a fina, limos y arcillas. PROCEDIMIENTO DEL TAMIZADO (2): Tamizado por vía seca Tamizado por vía húmeda

materiales no cohesivos. materiales con abundantes finos y finos cohesivos.

Mediante la prueba del tamizado (ASTM C136 – AASHTO T-27) se acostumbra a construir la denominada curva granulométrica, la cual nos indica la forma en que se distribuyen los granos del suelo. En una lámina de papel semi-logarítmico, se llevan el porcentaje más fino en las ordenadas (escala natural) y la abertura del tamiz en las abscisas (escala logarítmica). Mediante la unión de los puntos obtenemos la curva granulométrica (ver figura I-6). Siempre que se cuente con suficiente número de puntos, la representación gráfica es preferible a la numérica en tablas, pues la forma de la curva da inmediata idea de la distribución granulométrica del suelo.

Granulometría: se define como la relación de los porcentajes en peso, de los distintos tamaños de grano que se encuentran en un suelo, determinados por tamizado, sedimentación u otros medios. Los tamices son una serie de recipientes cilíndricos (a modo de cacerolas metálicas, con bases de enrejado de alambre de distinto tupido), que sirven para seleccionar los tamaños, por medio del entramado o rejilla o malla de alambre de aberturas distintas y normalizadas. (ver Foto I-1) Tomado del libro: El Terreno de Matilde González. Ediciones UPC, 2001.

Foto. I-1. Serie de tamices. Tema 1: Propiedades Índice de los Suelos


13 Mecánica de Suelos Nota (2): para el procedimiento detallado del método, consultar el manual visualizado, versión 2 (FLNV-MVAG07/08) de la FUNDACIÓN DE LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD (FUNDALANAVIAL), suministrado en el Compact Disk al comienzo del curso (versión PDF). En el mismo C.D, se incluye la planilla de ensayo (formato en Excel), el cual deberá llevarse a la práctica de laboratorio.

a) Variedad de tamaños.

b) Un solo tamaño.

c) Ausencia de algunos tamaños.

“Los suelos bien gradados, con una amplia gama de tamaños, tienen un comportamiento más favorable desde el punto de vista de la ingeniería”.

Coeficiente de Uniformidad de Allen Hazen:

Cu = D60 D10

(1.29)

;

D10: diámetro en mm del 10 % más fino (diámetro efectivo). D60: diámetro en mm del 60 % más fino.

Si: Cu

1

Suelo muy uniforme mal gradado




Coeficiente de Curvatura: 2 Cc = (D30) D60 x D10

Si: 1 < Cc < 3

(1.30)

;

D30: diámetro en mm del 30 % más fino.

El suelo puede ser bien gradado.

(D60)

(D30)

(D10)

Figura I-6: Ejemplo de curva granulométrica (obsérvese la determinación del D 30: en las ordenadas se ubica el porcentaje que pasa el 30%, se traza una línea horizontal hasta que corte la curva y a partir del punto determinado, se traza una vertical que corte el eje de las abscisas, cuyo diámetro corresponde al D30 -en éste caso, igual a 0,85 mm-).




Ejemplo 1.1: Planilla de ensayo por tamizado (Fuente: Nociones de Mecánica de Suelos. Isidro Casteletti)




EJEMPLO 1.1: dado el peso de la muestra del suelo seco; Ws = 20 Kg. Dibujar la curva granulométrica. Tamíz:

Abertura (mm)

Peso Retenido (grs)

3”

76,20

0,00

2”

50,80

500,0

1”

25,40

800,0

3/4”

19,05

1200,0

3/8”

9,52

900,0

1/4”

6,35

1500,0

Nº 4

4,76

1000,0

Nº 10

2,00

2400,0

Nº 20

0,84

1400,0

Nº 40

0,42

1800,0

Nº 60

0,25

4200,0

Nº 100

0,149

3800,0

Nº 200

0,075

400,0

Fondo

-----------

100,0

% Retenido

% más grueso

% más fino

% Retenido = Peso Retenido x 100 Ws % más grueso = % Retenido Acumulado % más fino = 100% ‒ % más grueso




Ejemplo 1.1: Curva Granulométrica (Fuente: Nociones de Mecánica de Suelos. Isidro Casteletti)




1.5) MINERALES DE ARCILLA: Son producto de la descomposición química de las rocas, provocada básicamente por la hidratación de los componentes más estables de éstas. Son granos de dimensiones menores a 2 micras (0,002 mm) hasta las partículas coloidales (diámetro <0,0002 mm).

Minerales de Arcilla



Caolinitas.



Montmorilonitas.



Ilitas.

PLASTICIDAD: Representa la propiedad de un material por la cual es capaz de soportar deformaciones rápidas, sin rebote elástico, sin variación volumétrica apreciable y sin desmoronarse o agrietarse. En los suelos cohesivos, una de las propiedades más importantes es la plasticidad, la cual es proporcionada por la cantidad de arcilla que contiene y se mide por la consistencia.

CONSISTENCIA: Representa la mayor o menor resistencia que ofrece el suelo para cambiar su forma, es función del contenido de agua y de los minerales de arcilla que contiene la fracción fina y muy fina del material. Suelos amasados (límites de consistencia). Consistencia Suelos naturales (cohesión).

CONSISTENCIA DE SUELOS AMASADOS (Límites de Consistencia o de Atterberg): Los límites de consistencia de los suelos cohesivos son índices importantes para su clasificación y por la relación con su comportamiento mecánico e hidráulico, cuyo comportamiento depende del contenido de agua y del tipo y proporción de los minerales de arcilla que contengan. Uno de los métodos de mayor utilización para medir la plasticidad de las arcillas, se debe al científico Sueco Albert Atterberg, el cual consideró que dicha propiedad no es permanente de las arcillas, sino circunstancial y dependía de su contenido de agua. Según su contenido de agua en orden decreciente, un suelo susceptible de ser plástico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definidos por Atterberg:

Tema 1: Propiedades Índice de los Suelos.



Estado de Consistencia:

Límite de Consistencia:

Índice de Consistencia:

Liquido: Propiedades de una suspensión. Semi-líquido: Propiedades de un fluido viscoso. Plástico: Suelo moldeable, se comporta plásticamente. Semi-sólido: Suelo con apariencia de un sólido, aún disminuye volumen por secado.

 Límite Líquido.  Índice Plástico.  Límite Plástico.  Índice de Contracción.  Límite de Contracción.

Sólido: Volumen constante, propiedades de un sólido.

HUMEDAD ( ) SÓLIDO

SEMI-SÓLIDO

LC

SEMI-LÍQUIDO

PLÁSTICO

LP

LÍQUIDO

LL

LÍMITE LÍQUIDO (L.L.)(3): Se define como el contenido de humedad por debajo del cual el suelo deja de ser líquido, adquiere resistencia al esfuerzo cortante y es moldeable. El ensayo consiste en colocar parte de la muestra en una copa de bronce (copa de Casagrande), la cual se divide en dos por una herramienta de ranurado (dispositivo C de la figura I-7), y luego se deja fluir hasta unirse 0,5” (13 mm) mediante el choque causado por los golpes repetidos en la copa por un dispositivo mecánico estándar (ver figura I-7). Repítase el ensayo hasta obtener por lo menos tres (03) puntos (humedad-Nº de golpes), los cuales deben graficarse en escala semi-logarítmica. El Límite Líquido (% ) se corresponde al contenido de humedad para los 25 golpes del gráfico.


Fig. I-7. Aparato de Casagrande



Fotos. I-2 y I-3. Equipo de ensayo y aparato de Casagrande.

LÍMITE PLÁSTICO (L.P.) (3): Es el contenido de humedad de un suelo cohesivo por debajo del cual pierde su plasticidad. Se determina rodando una porción de suelo de forma elipsoidal, hasta conformar un cilindro de 1/8” (3,2 mm) de diámetro. En el momento que dicho cilindro comienza a desmoronarse, se dice que la muestra de suelo ha alcanzado su límite plástico (ver fotos I-4 y I-5).

Fotos. I-4 y I-5. Preparación de los cilindros.

Nota (3): para el procedimiento detallado del método, consultar el manual visualizado (C.D.), versión 2 (FLNVMVAG-05) de la FUNDACIÓN DE LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD (FUNDALANAVIAL). En el mismo C.D, se incluye la planilla de ensayo (formato en Excel), el cual deberá llevarse a la práctica de laboratorio.




LÍMITE DE CONTRACCIÓN (L.C.) (4): Es el contenido de humedad que corresponde a un suelo cohesivo que ya no pierde más volumen por secado.

El ensayo, consiste en medir el cambio de volumen que se produce en un suelo fino después del secado al horno. Para la medición del cambio de volumen, se utiliza el dispositivo mostrado en el esquema de la figura I-8.

Fig. I-8. Esquema del equipo para la determinación del Límite de Contracción.

Nota (4): para el procedimiento detallado del método, consultar el manual visualizado (C.D.), versión 2 (FLNVMVAG-06) de la FUNDACIÓN DE LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD (FUNDALANAVIAL).En el mismo C.D, se incluye la planilla de ensayo (formato en Excel), el cual deberá llevarse a la práctica de laboratorio.

ÍNDICE PLÁSTICO (I.P.): Representa el rango de contenido de humedad para el cual el material se comporta plásticamente, esto es, se puede moldear sin que se agriete ni se desmorone. IP = LL – LP

(1.31)

“Los dos parámetros que gobiernan la plasticidad del suelo son el L.L. y el I.P.”.

ÍNDICE DE CONTRACCIÓN (I.C.): Comprende el rango de contenido de humedad para el cual el material está sufriendo contracciones y pierde su plasticidad. IC = LP – LC Tema 1: Propiedades Índice de los Suelos.

(1.32) Prof. Alfredo E. Barrios M.


RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE (qu): Una de las medidas cuantitativas más directas de la consistencia de suelos “inalterados”, es la resistencia a la compresión simple (no confinada) de muestras prismáticas o cilíndricas. Consistencia:

(qu en kg/cm2):

Muy Blanda Blanda Medianamente Compacta Compacta Muy Compacta Dura

< 0,25 0,25 – 0,50 0,50 -1,00 1,00 – 2,00 2,00 – 4,00 > 4,00

TIXOTROPÍA DE LAS ARCILLAS: “Entre las partículas de arcilla, se ejercen fuerzas debido a las ligaduras fisicoquímicas que se manifiestan en sus respectivas películas envolventes de agua y cationes adsorbidos. Un amasado enérgico de la arcilla, puede romper esas ligaduras momentáneamente, lo cual se refleja macrofísicamente por una perdida sensible de las propiedades de resistencia del material (adquiere fluidez). Sin embargo, la mayoría de las arcillas vuelven más o menos lentamente a sus propiedades originales (rehabilita su cohesión); este fenómeno fue llamado Tixotropía por Péterfi.” (Juárez B.-Rico R.).

SENSIBILIDAD DE LAS ARCILLAS (St): Se refiere al efecto que el amasado produce sobre la consistencia de las arcillas saturadas y se considera una medida de su tixotropía. El grado de sensibilidad es diferente para las distintas arcillas o para una misma arcilla puede variar con su contenido de humedad. “En una arcilla muy sensitiva, un deslizamiento de cualquier naturaleza puede transformarla en una masa de trozos lubricados capaces de deslizar con un talud suave, mientras que un deslizamiento similar en una arcilla de baja sensibilidad, solo produce una deformación local.” (Terzaghi). La resistencia del suelo a la compresión simple se ha usado como medida de la sensibilidad de la estructura de un suelo a la deformación; al comparar el valor de qu en un mismo suelo en los estados inalterado y remoldeado y considerando la pérdida de resistencia entre ambos estados como la medida indicada:

qu arcilla inalterada St = qu arcilla amasada


(1.33)

St:

Tipo de Arcilla:

2-4 4–8 8 – 16 > 16

Saturada Sensitiva Ultra-sensitiva Fluida Prof. Alfredo E. Barrios M.


1.6) CLASIFICACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE LOS SUELOS: Los primeros sistemas utilizados en la clasificación de los suelos, utilizaban las características granulométricas como indicadores de su comportamiento mecánico e hidráulico. Para 1942, el Doctor Arturo Casagrande estableció el “Sistema de Clasificación de Aeropuertos”, donde incluía un sistema gráfico para la clasificación de la fracción fina (tamaños menores al Tamiz N° 200), al cual denominó Carta de Plasticidad. Los suelos se pueden considerar divididos en dos grandes grupos: < 3”

Gravas (G)

> Tamiz Nº 4 Fracción Gruesa (3”> F.G.> Tamiz Nº 200)

< Tamiz Nº 4 Arenas (S) > Tamiz Nº 200

Fracción Fina < Tamiz Nº 200

CARTA DE PLASTICIDAD: Línea “B”

IP

Baja Compresibilidad

Alta Compresibilidad

Línea “A”

Alta Plasticidad

CH CL

Baja Plasticidad

7 4

CL - ML

OH ; MH OL ; ML

(20; 0)

Ecuación de la Línea “A”:

IPA = 0,73 (LL – 20)


LL

(50; 0)

(1.34) Prof. Alfredo E. Barrios M.


Alta Plasticidad

Arcillas Inorgánicas (C)(5)

Baja Plasticidad

Limos Inorgánicos (M) y arcillas y Limos Orgánicos (O)

Alta Compresibilidad (LL>50)

H [CH; MH; OH]

Baja Compresibilidad (LL<50)

L [CL; ML; OL]

1.6.1) SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (S.U.C.S.): Normalizado bajo la denominación: ASTM D-2487. Se basa en el análisis granulométrico y en la carta de plasticidad. Si: (%G + %S) > %F

Suelo Grueso

Si: %F > (%G + %S)

Suelo Fino

Suelos Gruesos: Si: %G > %S

Grava o suelo gravoso (G)(5)

Si: %S > %G

Arena o suelo arenoso (S)

GRAVAS (G):

%F < 5 %

5 % < % F < 12 %

GW

GW - GC ó GW - GM

Mal gradadas (GP) No cumple los requisitos para Cu y/o Cc.

GP

GP - GC ó GP - GM

ARENAS (S):

%F < 5 %

5 % < % F < 12 %

SW

SW - SC ó SW - SM

SP

SP - SC ó SP - SM

Bien gradadas (GW) Si: Cu > 4 y 1 < Cc < 3

Bien Gradadas (SW) Si: Cu > 6 y 1 < Cc < 3 Mal Gradadas (SP) No cumple los requisitos para Cu y/o Cc.

% F > 12 % (No se calcula Cu ni Cc)

GC ó GM

% F > 12 % (No se calcula Cu ni Cc)

SC ó SM

Nota (5): la simbología utilizada, se corresponde con las iniciales de la denominación del suelo en idioma inglés. Así tenemos: C = Clay (arcilla); S = Sand (arena); G = Gravel (grava); O = Organic (orgánico); M = Mud (limo); W = Well (bien); P = Poorly (pobremente); H = High (alta) y L = Low (baja).




Suelos Finos: %F > (%G + %S) ; (LL, IP) Carta de Plasticidad: Si: LL< 50%

arriba de la Línea “A” (IP > IPA)

CL ML ; OL

Si: LL> 50%

CH

debajo de la Línea “A” (IP < IPA) arriba de la Línea “A” (IP > IPA)

MH ; OH

debajo de la Línea “A” (IP < IPA)

“Cuando nos digan que la muestra de suelo contiene materia orgánica o desprende olores a materia en descomposición el suelo es orgánico (O)”

1.6.2) SISTEMA DE CLASIFICACIÓN DE LA AASHTO (American Association of State Higway and Transportation Officials): Normalizado bajo la denominación: AASHTO M145. Utilizado fundamentalmente en carreteras. Los suelos se clasifican en grupos y subgrupos, basándose en la composición granulométrica y en sus características de plasticidad. Suelos Gruesos: Tienen un 35% o menos del material pasante por el Tamiz Nº 200. Comprende los grupos: A – 1: Piedras, gravas y arenas. A – 3: Arenas Finas. A – 2: Gravas y arenas limosas y gravas y arenas arcillosas. Suelos Finos: Tienen más del 35% del material pasante por el Tamiz Nº 200. Comprende dos (02) grupos: A – 4 y A - 5: Suelos dominantemente limosos. A – 6 y A - 7: Suelos dominantemente arcillosos (6). Grupo A – 8: Turba

materiales con alto contenido de materia orgánica.




ÍNDICE DE GRUPO: se le agrega a la clasificación del grupo o subgrupo. Así por ejemplo, si tenemos un suelo arcilloso con IG = 25, lo podríamos clasificar como: A–7–6(25). (1.35)

IG = (F-35) [0,2 + 0,005 (LL-40)] + 0,01 (F-15)(IP-10) F = % que pasa el Tamiz Nº 200 (nº entero). LL = Límite Líquido (%). IP = Índice Plástico (%). El índice de grupo:

 Debe aproximarse al entero más próximo, si es negativo igualar a cero (0).  No tiene límite superior.  Para suelos A-1-a; A-1-b; A-2-4; A-2-5 y A-3

IG = 0.

 Para suelos A-2-6 y A-2-7, utilícese el índice de grupo parcial: (1.36)

IG = 0,01 (F-15)(IP-10)

“El índice de grupo, nos da una idea de la plasticidad de los suelos. A mayor índice de grupo, el suelo es más plástico, por lo que es de menor calidad como terreno de fundación o material de construcción.” Nota (6): El grupo A-7 se subdivide en A-7-5 o A-7-6, según su plasticidad. Para IP ≤ LL-30, la clasificación es A-7-5; para IP > LL-30, tenemos A-7-6.

PROCEDIMIENTO: El cuadro se utiliza procediendo de izquierda a derecha, hasta encontrar el primer grupo o subgrupo que tenga las características del suelo en consideración. Clasificación general

Materiales Granulares Gruesos (35% o menos del total pasa el tamiz No. 200)

Clasificación de grupo

A-1 A-1-a

Porcentaje del material que pasa el tamiz No. 10 No. 40 No. 200 Características de la fracción que pasa el tamiz No. 40 Límite liquido, W L Índice Plástico, Ip Clasificación deb Índice de Grupo grupo ndice

A-3 A-1-b

Materiales limo-arcillosos (más del 35% del total pasa el tamiz No. 200)

A-2

A-4

A-5

A-6

A-7

A-2-4

A-2-5

A-2-6

A-2-7

51 min 10 máx

35 máx

35 máx

35 máx

35 máx

36 min

36 min

36 min

36 min

6 máx

NP

40 máx 10 máx

41 min 10 máx

40 máx 11 min

41 min 11min

40 máx 10 máx

41 min 10 máx

40 máx 11 min

41 min 11 min

0

0

6 máx

12 máx

50 máx 30 máx 15 máx

50 máx 25 máx

0

4 máx

A-7-5 A-7-6

Datos: Pasante de los tamices N os: 10, 40 y 200; LL e IP.




1.6.3) IDENTIFICACIÓN DE CAMPO DE LOS SUELOS: Los suelos bajo el punto de vista de su comportamiento, pueden ser identificados por pruebas visuales o manuales (sin utilizar instrumental de laboratorio), que permiten la clasificación de éstos de una manera expedita y simple. Esta metodología de tipo empírica, requiere de suficiente criterio, y sus resultados nos pueden dar una idea somera del comportamiento mecánico e hidráulico del suelo. Prueba Visual: Consiste en la observación visual de la dimensión, forma, color y constitución mineralógica de los granos. Permite distinguir entre los suelos gruesos y los finos. Prueba del Tacto: Consiste en apretar y/o friccionar entre los dedos, la muestra de suelo, los suelos ásperos son de comportamiento arenoso y los blandos de comportamiento arcilloso. Prueba de Corte: Consiste en cortar la muestra con una lámina fina y observar la superficie de corte, si es pulida o lisa se trata de un suelo arcilloso, si es rugosa se trata de un suelo arenoso. Prueba de Dilatancia: Consiste en colocar en la palma de la mano una pasta de suelo (en humedad escogida) y sacudirla golpeando despacio o rápidamente una de las manos contra la otra. La dilatancia se manifiesta por la aparición de una película de agua en la superficie de la pasta y posterior desaparición al amasarse la muestra entre los dedos, los suelos de comportamiento arenoso reaccionan sensiblemente a la prueba, los arcillosos no. Prueba de Resistencia: Consiste en intentar disgregar con los dedos una muestra de suelo seco, si la resistencia es pequeña se trata de un suelo arenoso, si es elevada se trata de un suelo de comportamiento arcilloso. Color: En exploraciones de campo el color del suelo suele ser un dato útil para diferenciar los diferentes estratos y para identificar los tipos de suelo. Olor: Los suelos orgánicos tienen por lo general un olor distintivo, que puede utilizarse para su clasificación.




BIBLIOGRAFÍA: 1. Mecánica de Suelos. Tomo I. Juárez Badillo y Rico Rodríguez. Tercera Edición 1974. Editorial Limusa.

2. Nociones de Mecánica de Suelos. Prof. José Isidro Casteletti L.Universidad de los Andes. Mérida Venezuela 1996.

3. La Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres. Volumen 2. Alfonso Rico Rodríguez y Hermilo del Castillo. Editorial Limusa.

4. TERZAGHI, Karl y PECK Ralph B. (1986). “Mecánica de los Suelos en la Ingeniería Práctica”. Segunda Edición. Editorial El Ateneo. Caracas, Venezuela. 5. Fundamentos de Ingeniería Geotécnica. Braja M. Das. Internacional Thomson Editores 1999.



Propiedades Indice de Suelos

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