UNIVERSIDAD AUTONOMA TOMAS FRÍAS CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL FACULTAD DE INGENIERÍA

!CÁLCULO PRECISIÓN Y SIMETRÍA!

ADELANTE INGENIERÍA

Docente : M.Sc. Ing. Germán Lizarazu Pantoja

TEMA No. 8

CLASIFICACIÓN DE SUELOS

8.1 .- GENERALIDADES.

Debido a que los suelos son infinitamente variados, no es posible crear un sistema universal de clasificación dividiendo los suelos en grupos y subgrupos y en base solo a sus propiedades index. Sin embargo existen sistemas que se refieren a un cierto tipo de problemas de ingeniería donde se utilizan los suelos. De este modo, clasificar un suelo es clasificarlo en un grupo de suelos cuyas características sean similares.

Como quiera que los métodos de clasificación se desarrollaron como una ayuda en la solución de problemas de ingeniería de suelos, muchas instituciones y de acuerdo con sus trabajos han desarrollados sus propios métodos de clasificación. Así el cuerpo de ingenieros ha ideado un método de clasificación, relacionado con el congelamiento del suelo, en la cual y en base al tamaño de las partículas, podemos clasificar al suelo en manera similar al congelamiento. La Bureau of Public Roads, ideo una clasificación de suelos para la construcción de carreteras.El cuerpo de ingenieros y la FAA desarrollaron, una clasificación de suelos para aeropuertos.

En 1952, la Bureau of Public Road y el cuerpo de ingenieros desarrollaron un método denominado “Sistema Unificado” que podría utilizarse en todos los problemas de ingeniería de suelos.La clasificación ha demostrado ser una herramienta útil al ingeniero de suelos, ya que le permite resolver muchos problemas simples y le sirve como guías para realizar programas de ensayos si la dificultad e importancia del problema requieren de posterior investigación.Es necesario, hacer notar que el Ingeniero de suelos debe tener presente que clasificar un suelo no es aplicable si no existe un conocimiento cabal de las propiedades del suelo, del comportamiento del mismo y de la experiencia.

De ahí es que tenemos el enunciado de Casagrande:

“Los que realmente comprenden los suelos pueden y frecuentemente lo hacen, aplicar la

mecánica de suelos sin una clasificación formalmente aceptada”

8.2.- SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN.-Dentro de todos los métodos ideados para clasificar los suelos, existen algunos que por su importancia es necesario conocerlos. Algunos de estos métodos relacionan la clasificación de suelos con los límites de Atterberg para dar una idea cabal de aquellos suelos que son mixtos, es decir aquellos que tiene grano grueso y fino.

Estos sistemas de clasificación son:1) Clasificación por textura2) Sistema de clasificación del Public Road de

EE.UU.3) Sistema unificado de clasificación de suelos4) Sistema del departamento de carreteras5) Sistema aeronáutico Civil

8.3.- CLASIFICACIÓN POR TEXTURADebido a que el tamaño de los granos es probablemente la característica mas obvia de un suelo, es natural que los primeros métodos de clasificación se hayan basado solamente en su textura.

Varios de los cuales se presentan en la figura 49, se prefiere el sistema MIT para propósitos ingenieriles, debido a su simplicidad y a la repetición de valores numéricos elegidos como los limites de varios tamaños. En este método, que tiene gran ayuda de la granulometría, se determina primero la distribución del tamaño de los granos, luego se calcula el peso de cada grupo de suelo y finalmente se obtiene el porcentaje de cada grupo. De esta manera, se tendrá, por ejemplo “ 3% de grava, 46% de arena, 17% de limo y 34% de arcilla de acuerdo con la clasificación MIT”

Fig. 49 Comparación de varios sistemas de clasificación por textura

Posteriormente, la U.S. Bureau of Soils and Chemistry desarrollo un método en base a un grafico triangular para facilitar la clasificación de los suelos, ver Fig. 50. En este grafico después de determinar los porcentajes existentes de arena, limo y arcilla, se ubican estos valores en el grafico y luego trazando paralelas a los lados del triangulo, se halla el punto “S” que nos define la clasificacion. Por ejemplo, un suelo mixto, compuesto de 20% de arena, 30% de limo y 50% de arcilla, viene representado por el punto S y es clasificado como arcilla.

Fig. 50 grafico de la US bureau. (triangulo) loam es un suelo tipo tierra negra o greda.

Aunque el grafico triangular solo revela propiedades del tamaño de los granos del suelo es ampliamente usado en el campo de la agricultura. Una de las mayores desventajas es que el nombre textural derivado del grafico, no siempre expresa las características del suelo, pero en algunas partículas del tamaño de la arcilla son mucho mas activas que otras, un suelo descrito como arcilla en este sistema, puede tener propiedades físicas mas típicas del limo.8.4.- SISTEMA DE CLASIFICACIÓN DEL PUBLIC ROADS O SISTEMA AASHTO.Uno de los sistemas más antiguos de agrupar suelos para carreteras, es el que se sigue en el sistema de clasificación del Publica Road (Caminos Públicos)

Desde su introducción en 1928 ha sufrido muchas revisiones y modificaciones y se lo usa en la construcción de subrasantes de carreteras y terraplenes. En 1945 el sistema fue modificado con el denominativo de Revised Bureau of Public Road, Highway Research Board o Sistema AASHTO (American Association of State Highway Officials); ver tabla no. 16 y Fig.52. Este método divide a todos los suelos en tres categorías:Granular, con el 35% o menos en peso, que

pasa por el tamiz #200 (0.074mm)Limo-arcilla, con más del 35% en peso que

pasa por el tamiz #200.Suelos orgánicos, suelos que tienen materia

orgánica

Tabla 16

Fig. 51 Grafico de Plasticidad para suelos de grano fino, menores al No. 40

Las dos primeras características se subdividen de acuerdo a sus características de graduación y plasticidad como se indica en la tabla 16. Se utiliza símbolos desde A-1 hasta A-8 para ubicar las distintas clases de suelo, estos símbolos nos indican que con el aumento del numero, disminuye la calidad del suelo para la construcción de carreteras. Algunas de estas clases se subdividen aun para indicar diferencias de plasticidad.La clasificación de Public Road o sistema AASHTO, esta suplementada (modificada en 1945) por el índice de grupo (IG) y esta definida de la siguiente manera.

Para determinar el índice de grupo de suelos de partículas gruesas, la siguiente regla es de mucha utilidad.o IG para suelos de los grupos y subgrupos A-

1a, A-1b. A-2-4, A-2-5 y A-3 es cero (0).o Para calcular IG de los suelos de los grupos y

subgrupos A-2-6 y A-2-7, utilizar la ecuación:

IG = 0.01.(F - 15).(Ip - 10)o Para determinar el valor del índice de grupo

de los suelos de partículas finas, utilizar la ecuación:

IG = (F-35).[0.2 + 0.005.(wL—40)] + 0.01 (F-

15).(Ip-10)

Donde:F = Porcentaje de partículas sólidas que

pasan el tamiz No. 200wL = Límite líquidoIp = Índice de plasticidad.

Según esta versión de clasificación de suelos por el sistema AASHTO, el rango de variación de los valores del índice de grupo es de 0 a 40, considerando que valores altos de índice de grupo indican calidad más pobre del suelo a usarse como material para subrasante de carreteras y terraplenes.

Por ello, se recomienda usar la ecuación:

IG = 0.2a + 0.005a.c + 0.01b.dDonde:a = F -35 Varía solo de 0 a 40b = F -15 Varía solo de 0 a 40c = wL -40 Varía solo de 0 a 20d = Ip -10 Varía solo de 0 a 20

Cuando se dice, como en el caso de a; que su valor varía solamente de 0 a 40, quiere decir que si el número dado por la diferencia matemática a=F-35 es negativo, se utilizará para calcular el valor de IG el valor de a=0; y si aquel es mayor que 40, se tomará el valor a=40.De esta manera, los índices de grupo de todos los suelos (sus valores) quedan comprendidos entre 0 y 20.

El índice de grupo también se puede determinar mediante un diagrama, (ver figura 52) en la que conocidos los porcentajes que pasan por el tamiz #200 y los porcentajes del limite liquido en índice de plasticidad, se determina el índice de grupo.

Para esto, se ubica cada uno de los datos y luego se trazan rectas hasta cortar la línea del índice de grupo, finalmente se suman los índice obtenidos para el límite líquido e índice de plasticidad.

Fig. 52

EJEMPLOUn suelo A-7-6 con un 73% de material fino que pasa el tamiz #200, un límite liquido de 65% y un índice de plasticidad de 68%, tendrá un índice de grupo de:

Fig. 53 gráfico para determinar el índice de grupo.

Fig.54 gráfico para determinar el índice de grupo

8.5.-SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS.-Es uno de los sistemas mas completos de clasificación que se usa hoy en día, es el desarrollado por Arthur Casagrande para el departamento de ingeniería de los Estados Unidos. Este sistema designado inicialmente como “Sistema de Clasificación Aérea” (AC, Airfield Clasification System), fue ideado para la construcción de aeropistas militares, posteriormente fue adoptada por el cuerpo de ingenieros como “Sistema Unificado de Clasificación de Suelos” (Unified Soil Clasification System), divide a los suelos en dos grupos (ver tabla 17)GranularesFinos

GRANULARES:Son aquellos suelos que tienen grano grueso en mas del 50% en peso que el tamiz #200 (0.074mm). Estos suelos están representados por el símbolo “G” si mas de la mitad en peso de los granos gruesos mas gruesos que el tamiz #4 (4.76mm), y por el símbolo “S” si mas de la mitad son finos. A letra “G” y a la letra “S” le sigue el segundo símbolo la letra que describir la graduación del material:W = Buena graduación, poco o ningún finoP = Graduación pobre, uniforme o

discontinua con poco o ningún finoM = Que contiene limo o limo y arenaC = Que contiene arcilla o arena y arcilla

FINOSSon aquellos que tiene grano fino en más del 50% en peso, más fino que le tamiz #200 (0.074mm), estos suelos se dividen en tres grupos:C = ArcillasM = limos y arcillas limosasO = Limos y arcillas orgánicasEstos grupos están seguidos de un segundo símbolo que denota el límite líquido o la compresibilidad relativa:L = Limite liquido menor que 50 (baja o

mediana compresibilidadH = limite liquido que excede 50 (alta

compresibilidad)

Este método utiliza una grafica de plasticidad de Casagrande (ver figura 57) que resulta ser una ayuda para comparar suelos de grano fino, la grafica se utiliza conociendo el limite líquido y el índice de plasticidad.Finalmente los suelos orgánicos y fibrosos, turbosos de compresibilidad excesiva, se designan con las siglas Pt (Peat) (turba). La tabla No.20, nos da una relación aproximada de tres tipos de clasificaciones, AASHTO, Unificado y FAA que daremos mas adelante.

Tabla No. 17

Fig. No. 57

8.6.- SISTEMAS DE LOS DEPARTAMENTOS DE CARRETERAS.Los departamentos de carreteras de varios estados en EE.UU. han adoptados sistemas de clasificaciones que se adaptan a los suelos que regularmente se encuentran en esos estados. Estos sistemas están basados en una correlación empírica entre el comportamiento del suelo en la construcción de carreteras y algunos ensayos como granulometrías, plasticidad, retracción, entumecimiento y la densidad del suelo compactado. Este sistema puede ser una guía para su aplicación en las carreteras de nuestro país.

8.7.- SISTEMA DE AERONAUTICA CIVIL O SISTEMA FAAEste sistema clasifica los suelos de acuerdo con su adaptabilidad para subrasantes de aeropistas. Considerando el material que pasa por el tamiz #10 (2.0mm) así como los limites de consistencia del suelo, la FAA clasifica los suelos en 14 tipos o grupos del E-1 al E-14 (ver tabla 18)Los cinco primeros grupos son suelos “Granulares” con un contenido de arena mayor del 55%, estos grupos equivale a los suelos A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5, A-2-7 y A-3 de la clasificación AASHTO.

Los otros grupos a partir del E-6 son suelos “Finos” con porcentaje de arena menor al 55% y que corresponden a A-4, A-5, A-6, A-7-5 y A-7-6 de la clasificación AASHTO.En la tabla No. 18 y 19, presentamos unos gráficos que ayudan en la clasificación de suelos para construcción de aeropuertos.

TABLA No. 19 de FAA.

TABLA No. 18 de FAA.

TABLA No. 20 COMPARACION DE SISTEMAS Y DE FAA

EJEMPLO 2Una muestra de suelo inorgánico, tiene las siguientes característicasEl límite líquido es de 53% y el índice de plasticidad es de 22%. Clasifique el suelo de acuerdo a los siguientes sistemas: Textural, AASHTO, Unificado y FAA

TAMAÑO (mm)

PORCIENTO QUE PASA

1.0 96 0.074 71 0.050 67 0.005 31 0.002 19

EJEMPLO 3Clasifique los siguientes suelos de acuerdo con el método textural y sistema AASHTO.

Suelo Nº % que pasa #40

% que pasa #200

Límite Líquido Índice de plasticidad

1 95 57 37 18 2 72 48 31 4 3 100 97 73 45 4 18 0

EJEMPLO 4Clasifique de acuerdo con el sistema Unificado y FAA los siguientes suelos.

Suelo Nº % que pasa #20

% que pasa #40

% que pasa #200

Limite Liquido

Índice de plasticidad

1 86 72 35 19 0 2 98 85 42 44 0 3 - 86 9 NP NP 4 99 94 76 40 12