UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL TRABAJO DE MECANICA DE SUELOS TEMA: CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS SEGÚN LA AASHTO AMERICAN ASSOCIATION TRANSPORTATION OFFICIALS
OF
STATE
HIGHWAY
PROFESOR: ING. JAIME BOJORQUE
REALIZADO POR: MERCY ELIZABETH ALBARRACIN LAZO JUAN PABLO AVILA SOLIS EDWIN NICOLAS LAZO BERREZUETA SANDRA MARITZA SAMBRANO BERNAL
CURSO:
AÑO LECTIVO:
7mo CICLO “2” 2011-2012
AND
CLASIFICACION DE LOS SUELOS SEGÚN EL SISTEMA AASHTO (AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS )
1. INTRODUCCION: La clasificación de suelos es una categorización sistemática de suelos basado en características distintivas y en criterios de uso. Una clasificación de suelos es muy dinámica, en si mismo de la estructura del sistema, a las definiciones de clases, y finalmente en la aplicación a campo. Puede ser una forma aproximada de las perspectivas de pedogénesis y de morfología de suelo. Conceptos diferentes de pedogénesis, y diferencias en la significancia de los desarrollos morfológicos a los varios usos de la tierra afectan la aproximación a la clasificación. Además de esas diferencias, en un sistema bien construido, los criterios clasificatorios similares de grupo hacen que las interpretaciones no varíen ampliamente. La aplicación exitosa al campo es un desafío, ya que hay naturaleza compleja en la formación de los suelos, y la opacidad inherente de los recursos edáficos. La Asociación Americana de Funcionarios de Carreteras Estatales y Transporte o por sus siglas en inglés AASHTO de American Association of State Highway and Transportation Officials, es un órgano que establece normas que publica especificaciones, hace pruebas de protocolos y guías usadas en diseños de autopistas y construcción de ellas en todo los Estados Unidos. A pesar de su nombre, la asociación representa no sólo a las carreteras, sino también al transporte por aire, ferrocarril, agua y transporte público.
Este sistema emplea 7 grupos de suelos que va desde un A1 hasta A7 . Los suelos A1, A2, A3, se los clasifica como suelos granulares en los cuales el 35% o menos del material pasa la malla #200. Los suelos en los cuales mas del 35% pasa la malla #200 son suelos A4, A5, A6,A7, denominados suelos finos. Los granos que conforman en suelo y tienen diferente tamaño, van desde los grandes que son los que se pueden tomar fácilmente con las manos, hasta los granos pequeños, los que no se pueden ver con un microscopio. La clasificación a la cuál se somete un suelo es de mucha ayuda para la construcción de proyectos, tanto estructuras como carreteras porque con este se puede conocer la permeabilidad y la cohesión del suelo. También el suelo analizado puede ser usado en mezclas de asfalto o concreto.
2.
OBJETIVOS DEL PROYECTO
1. Conocer los fundamentos en los que se basa la clasificación del suelo según el método de la AASHTO y obtener la capacidad de clasificar el suelo atravez del citado método. 2. Obtener herramientas que nos faciliten el calculo y clasificación de los suelos desarrollando programas auxiliares de fácil manejo. 3. Poner en practica los conocimientos adquiridos . 4. Establecer un lenguaje común y relacionar propiedades con determinados grupos de suelos. Se considera el suelo como material.
3 .METODOLOGIA
Se utilizaron técnicas de investigación a través de la consulta de libros, normas y búsqueda en internet para la obtención de la información y posterior desarrollo del algoritmo del programa que nos permitirá la clasificación de suelos. Para la realización del programa para la clasificación de los suelos utilizamo el programa MATLAB
3.1DESCRIPCION MATLAB (MATrix LABoratory) es un paquete interactivo para calculo científico (aritmético y simbólico), basado en matrices. MATLAB es fácil de emplear y, en principio, no requiere del conocimiento de un lenguaje de programación. MATLAB concentra en un sólo programa un buen número de posibilidades de cálculo científico y es, hoy por hoy, uno de los entornos de trabajo más empleados en muy distintos campos de la Ingeniería. MATLAB sirve para: realizar cálculos aritméticos (como una calculadora); realizar cálculo simbólico (con la posibilidad de hacer operaciones como derivar funciones, calcular primitivas, etc) y exacto; programar en un lenguaje no compilado; realizar gráficos en dos y tres dimensiones;
acceder a paquetes con aplicaciones tan diversas como el tratamiento de señales, la simulación de circuitos, métodos numéricos avanzados, simulación de sistemas dinámicos, redes neuronales etc.
Hay dos modos de trabajo con MATLAB:
1. trabajo interactivo (Works pace), donde el usuario realiza una consulta (escribe una operación) y el programa la ejecuta; trabajo programado (M-files), donde el usuario genera uno o varios ficheros con conjuntos de instrucciones MATLAB, que se pueden ejecutar repetidas veces (con distintos datos) desde el modo interactivo. De esta forma, el usuario puede incrementar las funciones disponibles en MATLAB, añadiendo las suyas propias. La versión de MATLAB utilizada en esta pequeña guía de iniciación es la 6.0. Advertencia. Como lenguaje de programación, MATLAB emplea las estructuras tradicionales de un lenguaje de nivel medio (bucles, condicionales, etc), pero sus posibilidades de manipulación de arrays o las estructuras de datos avanzadas lo hacen un lenguaje de muy alto nivel. Esta guía permite realizar una visita general por algunas ´ordenes sencillas de MATLAB mientras trabajamos de forma interactiva en el entorno Works pace, la sesión de trabajo que aparece por defecto cuando se abre la aplicación. Para avanzar en el conocimiento de MATLAB, recomendamos continuar con el Curso de MATLAB que hemos desarrollado los miembros del Grupo FMI. Por defecto, la carpeta de trabajo es la carpeta work aunque esta se puede cambiar (véase la figura 1). A lo largo de esta guía de iniciación, cuando se muestran instrucciones en MATLAB, esto es, líneas precedidas del símbolo “ %”, por simplicidad de edición se han omitido todas las tildes y caracteres no estándar (por ejemplo, la letra ˜n).
3.2 MARCO TEORICO
SISTEMA DE CLASIFICACIÓN AASHTO Este sistema de clasificación fue desarrollado en 1929 como el Public Road Administration Classification System (Sistema de Clasificación de la Oficina de Caminos Públicos). Ha sufrido varias revisiones, con la versión actual propuesta por el Committee on Classification of Materials for Subgrades and Granular Type Roads of the Highway Research Board (Comité para la Clasificación de Materiales para Subrasantes y Caminos Tipo Granulares del Consejo de Investigaciones Carreteras) en 1945 (Prueba D-3282 de la ASTM; método AASHTO M145).
De acuerdo con éste, el suelo se clasifica en siete grupos mayores: A-l al A-7. Los suelos clasificados en los grupos A-l ,A-2 y A-3 son materiales granulares, donde 35% o menos de las partículas pasan por la criba No. 200. Los suelos de los que más del 35% pasan por la criba No. 200 son clasificados en los grupos AA, A-5, A-6 Y A-7. La mayoría están formados por materiales tipo limo y arcilla. El sistema de clasificación se basa en los siguientes criterios: 1. Tamaño del grano Grava: fracción que pasa la malla de 75 mm y es retenida en la malla No. 10 (2 mm) de Estados Unidos Arena: fracción que pasa la malla No. 10 (2 mm) US. y es retenida en la malla No. 200 (0.075 mm) US. Limo y arcilla: fracción que pasa la malla No. 200 US.
2.
Plasticidad: El término limoso se aplica cuando las fracciones de finos del suelo tienen
un índice de plasticidad de 10 o menor. El término arcilloso se aplica cuando las fracciones de finos tienen un índice de plasticidad de 11 o mayor.
3. Si cantos rodados y boleas (tamaños mayores que 75 mm) están presentes, éstos se excluyen de la porción de la muestra de suelo que se está clasificando. Sin embargo, el porcentaje de tal material se registra.
Para clasificar un suelo de acuerdo con la tabla 2.4, los datos de prueba se aplican de izquierda a derecha. Por un proceso de eliminación, el primer grupo desde la izquierda en el que los datos de prueba se ajusten, es la clasificación correcta.
Para la evaluación de la calidad de un suelo como material para subrasante 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 de grupo o de sub grupo. El índice de grupo está dado por la ecuación GI = (F - 35) [0.2 + 0.005(LL - 40)] + 0.01 (F - 15)(PI - 10)
Donde F = porciento que pasa la malla No. 200 LL = límite líquido P = índice de plasticidad (2.30)
El primer término de la ecuación (2.30), es decir, (F - 35)[0.2 + 0.005(LL - 40)], es el índice de grupo parcial determinado a partir del límite líquido. El segundo término, es decir O.Ol(F - 15)(PI - 10), es el índice de grupo parcial determinado a partir del índice de plasticidad. A continuación se dan algunas reglas para determinar el índice de grupo:
1. Si la ecuación (2.30) da un valor negativo para
GI, éste se toma igual a O.
2. El índice de grupo calculado con la ecuación (2.30) se redondea al número entero más cercano (por ejemplo, GI = 3.4 se redondea a 3; GI = 3.5 se redondea a 4).
3. No hay un límite superior para el índice de grupo. 4. El índice de grupo de suelos que pertenecen a los grupos A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5, Y A-3 siempre es O.
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, o
GI = O.01(F - 15)(PI - 10) (2.31) En general, la calidad del comportamiento de un suelo como material para subrasantes es inversamente proporcional al índice de grupo.
4. CALCULOS Y ANALISIS Para los cálculos y análisis nos basaremos en el desarrollo de un ejemplo
PASO 1 Para el suelo 1, el porcentaje que pasa la malla No. 200 es 38% , mayor que 35%, • por lo que se trata de un material de arcilla limosa. Procediendo de izquierda a derecha en la tabla 2.4, vemos que tal suelo cae bajo A-7. Para este caso, PI = 23 > LL - 30, por lo que es A-7-6. De la ecuación (2.30), tenemos
PASO 2
GI = (F - 35)[0.2 + 0.005(LL - 40)] + 0.01 (F - 15)(PI - 10)
PASO 3
Para este suelo, F = 38, LL = 42 Y PI = 23, por lo que GI = (38 - 35)[0.2 + 0.005(42 - 40)] + 0.01 (38 - 15)(23 - 10) = 3.88 '" 4
PASO 4
Por consiguiente, el suelo es A-7-6(4).
PASO 5 Para el suelo 2, el porcentaje que pasa la malla No. 200 es menor que 35% , por lo que se trata de un material granular. Procediendo de izquierda a derecha en la tabla 2.4 , encontramos que es A-1-a. El índice de grupo es O, por lo que el suelo es A-l-a(O).
PASO 5 Para el suelo 3, el porcentaje que pasa la malla No. 200 es mayor que 35% , por lo que se trata de un material de arcilla limosa. Procediendo de izquierda a derecha en la tabla 2.4, encontramos que es A-7-6. PASO 6
GI = (F - 35)[0.2 + 0.005(LL - 40)] + 0.01 (F - 15)(PI - 10) Dados F = 64, LL = 47 Y PI = 29, tenemos GI = (64 - 35)[0.2 + 0.005(47 - 40)] + 0.01 (64 - 15)(29 - 10) = 16.1", 16
PASO 7 Por consiguiente, el suelo es A-7-6(16). PASO 8 Para el suelo 4, el porcentaje que pasa la malla No. 200 es menor que 35% , por lo que se trata de un material granular. De acuerdo con la tabla 2.4, es A-2-6. GI = 0.01 (F - 15)(PI - 10) Ahora, F = 34 Y PI = 12, por lo que GI = 0.01 (34 - 15)(12 - 10) = 0.38 '" O El suelo es entonces A-2-6(O).
5.- Analisis de Resultados Dado el siguiente ejercicio obtenemos lo siguiente:
-
Clasificar el siguiente suelo según la norma AASHTO Peso Seco=1211 gr. LL=40 LP=18 IP=22
Tamiz
Peso Retenido (gr)
% Pasa
3/4 " 5/8 " 3/8 " 1/4" #4 #6 #10 #16 #200
0 33,3 41,2 157,1 144,3 407,4 287,6 88,4 37,3
100 97,25 93,85 80,88 68,96 35,32 11,57 4,27 1,19
Al resolver el ejercicio de forma manual se obtiene como resultado que es un suelo del tipo: A-2-6 IG (0)
-
Ahora la resolucion mediante el programa de clasificacion:
Para ello se tendra que ejecutar el programa escribiendo en el Command Window la palabra tamices, enseguida a esto se procedera
Al seleccionar los tamices se lo realizo de forma indistinta al orden indicado en los datos, pues en el programa no es necesario señalar los tamices en forma ordenada, ya que este automaticamente los ordena.
A continuacion damos click en “Aceptar” y continuamos con la siguiente ventana en donde se ingresara el Peso Seco, Limite Liquido, Limite Plastico:
Una vez llenada la informacion correspondiente procedemos a ingresar los pesos retenidos en la ventana granulometria:
Una vez llenado los datos damos click en “Clasificar el Suelo”:
6.- Conclusion -
Al comparar los resultados obtenidos tanto en el desarrollo manual como en el que da el programa se puede observar que las respuestas son las mismas, lo que significa que el programa desarrollado en MATLAB esta apto para la clasificacion según la norma AASHTO. El desarrollo de este programa esta basado en el clasificacion a partir de una granulometria en la cual se considero un minimo de 7 tamices y un maximo de 16, se lo puede elegir de una forma indistinta ya que no es necesario realizarla en orden debido a que el programa las ordena, tambien se realizo la consideracion para el caso en el que el tamiz #10, #40 o #200 no se encontrara dentro de la serie de tamices el programa realizara una interpolacion para obtener el porcentaje para asi realizar la clasificacion.
-
Este programa es util para la clasificacion del suelo según la norma AASHTO ya que permite de una forma rapida y eficiente encontrar el tipo de suelo ahorrando el tiempo y el calculo que se emplea para dicha clasificacion
7.- Referencia Bibliográfica
BRAJA M. DAS. “ FUNDAMENTOS
AASHTO M-145-91 (2008)
DE INGENIERIA GEOTECNIA ”
Anexos Descripcion del Programa: Esta pantalla se puede seleccionar los tamices que fueron empleados en el ensayo de laboratorio para lo cual se debe elegir minimo 7 maximo 16. En la eleccion de los tamices no es necesario elegirlos en forma ordenada.
En el caso de elegir menos de 7 tamices aparecerá un mensaje de error:
Al dar click en el botón “Aceptar” se procederá a la siguiente ventana en la cual se realiza el ingreso de datos:
Aquí se pueden modificar las unidades de medida ya que se puede variar entre gramos “g” y kilogramos “kg”
La viñeta de “No” ya viene activada en el caso de si existir muestro aparecerá la siguiente opción:
Aquí permite ingresar la el peso del muestreo ya sea en gramos o kilogramos.
Las siguientes opciones nos permiten ingresar el Limite Liquido y el Limite Plástico, para el caso del límite Plástico no es necesario que este sea llenado, en el caso de que alguno de los recuadros no sea llenado correctamente el programa dará un mensaje de error:
Una ves completado la información necesaria procedemos a dar click en “Aceptar” o en caso que se desee regresar a la pantalla tamices esta el botón “Regresar” y el ” borrar todo” que permite ingresar nuevamente la información de la pantalla Ingreso de Datos
En esta pantalla denominada “Granulometría” se realiza el ingreso de los pesos retenidos y el fondo, en el caso de ingresar números negativos se procederá a mostrar un cuadro de error.
Una vez completada la tabla se procede a dar click en el botón” Clasificar el Suelo” y se obtendrá una ventana con la clasificación del suelo según la AASHTO y también se indicara el Indice de Grupo:
