Post on 12-Jul-2015
Clasificación de suelos
(84.07) Mecánica de Suelos y Geología
FIUBA
Índice
• Origen de los suelos y sistema de clasificación• Suelos gruesos
de s
uelo
s
• Suelos finos• Carta de clasificación de suelos
lasi
ficac
ión
d
• Fisicoquímica de las arcillasCl
Origen de los suelos: suelos residuales
de s
uelo
sla
sific
ació
n d
Cl
Origen de los suelos: suelos transportados
de s
uelo
sla
sific
ació
n d
Cl
Origen de los suelos: suelos transportados
de s
uelo
s Depósito deltaico
lasi
ficac
ión
d deltaico
Cl
Depósito fluvio - glaciaico
Partículas del suelode
sue
los
lasi
ficac
ión
dC
l
Clasificación de suelosde
sue
los La clasificación le da el
“nombre” a un sueloD fi l l l “ ”
lasi
ficac
ión
d Define lo que el suelo “es”• Grava (G: gravel)
Cl
• Arena (S: sand)• Limo (M: silt)• Arcilla (C: clay)
Clasificación de suelos
La clasificación de suelos agrupa materiales con propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas similaresde
sue
los
similares• Suelos gruesos (Arenas y Gravas)
Las partículas se tocan entre sí (fuerzas de masa)lasi
ficac
ión
d
– Las partículas se tocan entre sí (fuerzas de masa)– Controla: granulometría, forma y dureza de partículas
• Suelos finos (Limos y Arcillas)
Cl
• Suelos finos (Limos y Arcillas)– Las partículas no se tocan entre sí– Las partículas tienen cargas eléctricas (f. superficiales)Las partículas tienen cargas eléctricas (f. superficiales)– Controla: capacidad de absorber agua
Clasificación de suelos: el rango limos - arcillas
de s
uelo
s 100 – 50 – 20 ⎧m
lasi
ficac
ión
dC
l
10 – 2 – 1 ⎧m10 2 1 ⎧m
Índice
• Origen de los suelos y sistema de clasificación• Suelos gruesos
de s
uelo
s
– Granulometría– Esfericidad y redondez
S l filasi
ficac
ión
d
• Suelos finos• Carta de clasificación de suelos
Cl
• Fisicoquímica de las arcillas
Suelos gruesos
Fracción suelo: tamaño menor a 75mm (criba 3”)Tamaño grava: 75mm a 4.75mm (tamiz #4)
de s
uelo
s
Tamaño arena: 4.75mm a 74μm (tamiz #200)Suelo grueso: P#200 < 50%
lasi
ficac
ión
dC
l
Granulometría por vía secade
sue
los
lasi
ficac
ión
dC
l
Curvas granulométricas típicasde
sue
los
lasi
ficac
ión
dC
l
Granulometría por vía seca
Coeficiente de uniformidad
de s
uelo
s
C =D60
lasi
ficac
ión
d Cu = D10
Coeficiente de curvaturaCl
C D302
Cc =30
D60 D10
Clasificación de suelos gruesos limpios
Suelo grueso limpio: P#200 < 5%• Si R#4 > 50% R#200 Grava (G)
de s
uelo
s
• Si R#4 < 50% R#200 Grava (S)• Si S y Cu >6 y 1<Cc<3 Bien graduado (SW)
lasi
ficac
ión
d
• Si S y no SW Mal graduado (SP)• Si G y Cu >4 y 1<Cc<3 Bien graduado (GW)
Cl
• Si G y no GW Mal graduado (GP)
Si 5% < P#200 < 50% son suelos gruesos con finos
Ejercicio de clasificación de suelos gruesos limpios
de s
uelo
sla
sific
ació
n d
Cl
Granulometría por vía húmeda
( )η
γ ωω
18
2 GGDV s −=Hidrometría: aplica ley de Stokes
de s
uelo
s
85%90%95%
100%%
PASA
η
lasi
ficac
ión
d
55%60%65%70%75%80%
Cl
25%30%35%40%45%50% I
IIIIIIVVVIVII
0%5%
10%15%20%25%
0 0010 010 1
VIIIIXXXI
17
0.0010.010.1Φ PARTICULA (mm)
Arcillas (< 2⎧μ)Limos (74μm - 2⎧μ)R#200 (74μm)
Esfericidad y redondezde
sue
los
lasi
ficac
ión
dC
l
Esfericidad y redondez
PARÁMETRO CARENA TECPLATA
de s
uelo
s
PARÁMETRO CARENA TECPLATA
Esfericidad 0.603 0.613
Redondez 0.510 0.630
lasi
ficac
ión
d
Regularidad 0.557 0.622
Cl
Carena TecPlata
Índice
• Origen de los suelos y sistema de clasificación• Suelos gruesos
de s
uelo
s
• Suelos finos– Límite líquido y límite plástico
lasi
ficac
ión
d
– Carta de Casagrande• Carta de clasificación de suelos
Cl
• Fisicoquímica de las arcillas
Suelos finos
Predominan las fuerzas de interacción electroquímicaLa “granulometría” no controla el comportamiento
de s
uelo
s
• Tamaño limo: 74μm (tamiz #200) a 2μm• Tamaño arcilla: menor a 2μm
lasi
ficac
ión
d
Lo que decide si es Limo o Arcilla es su capacidad de absorber agua
Cl
Límites de Atterbergde
sue
los Límite líquido (LL)
• Mas humedad que LL, se porta como un líquido
lasi
ficac
ión
d
• Menos humedad que LL, se porta como un sólidoLímite plástico (PL)
Cl
• Mas humedad que PL, se porta como plástico• Menos humedad que PL, se porta como frágilLímite de contracción (SL)• El suelo parece seco, cambia de color, puede p p
fisurarse
Límite líquidode
sue
los Es la humedad que tiene el suelo cuando se juntan
~13mm dos mitades colocadas en la copa de Casagrande con N=25 golpes (ASTM 4318)
lasi
ficac
ión
d Casagrande con N=25 golpes (ASTM 4318)• Si N > 25, ω < LL
Si N < 25 > LLCl • Si N < 25, ω > LL
N⎛ ⎞0.121
LL ≈ωN ⋅N25
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
23
Límite líquidode
sue
los Hay dos maneras de hacer el ensayo
• Tres puntos y se interpola
lasi
ficac
ión
dC
l
• Un punto y se aplica la ecuación LL ≈ωN ⋅N25
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
0.121
24
p y p N 25⎝⎜ ⎠⎟
Límite plástico
Es la humedad a la cual un “rollito” de suelo que se afina con la mano se parte en fragmentos cuando llega a 3mm de diámetrode
sue
los
llega a 3mm de diámetro
lasi
ficac
ión
dC
l
Carta de plasticidadL
de s
uelo
s
= LL
-P
L
lasi
ficac
ión
d
e pl
ástic
o
Cl
Índi
ce
Arcillas(C)
Limos(M)
(C)
26 Límite líquido
(M)
Carta de plasticidadL Alta plasticidad (H)Baja plasticidad (L)
de s
uelo
s
= LL
-P
L
Arcilla de alta plasticidad (CH)
lasi
ficac
ión
d
e pl
ástic
o plasticidad (CH)
Cl
Índi
ce Arcilla de baja plasticidad (CL)
Limo de alta plasticidad (MH)(ML)7 (CL ML)
27 50 Límite líquido
plasticidad (MH)(ML)
20
47 (CL-ML)
Ejercicios de clasificación de suelos finos
de s
uelo
sla
sific
ació
n d
Cl
Índice
• Origen de los suelos y sistema de clasificación• Suelos gruesos
de s
uelo
s
• Suelos finos• Carta de clasificación de suelos
lasi
ficac
ión
d
• Fisicoquímica de las arcillasCl
Carta de clasificación de suelos
de s
uelo
sla
sific
ació
n d
Cl
de s
uelo
sla
sific
ació
n d
Cl
de s
uelo
sla
sific
ació
n d
Cl
de s
uelo
sla
sific
ació
n d
Cl
de s
uelo
sla
sific
ació
n d
Cl
Ejercicios de clasificación de suelos
de s
uelo
s 1: P#4=100%, P#200=95%, LL=38, LP=28
lasi
ficac
ión
d
2: P#4=100%, P#200=25%, LL=27, LP=13, Cu=4.3, Cc=1.1
Cl
3: P3”=95%, P#4=50%, P#200=8%, LL=27, LP=13, C 5 9 C 1 7Cu=5.9, Cc=1.7
4: P#4=90%, P#200=3%, Cu=2.3, Cc=1.7
Índice
• Origen de los suelos y sistema de clasificación• Suelos gruesos
de s
uelo
s
• Suelos finos• Carta de clasificación de suelos
lasi
ficac
ión
d
• Fisicoquímica de las arcillasCl
Fundamentos físicos de la clasificación de suelos
de s
uelo
sla
sific
ació
n d
Cl
Superficie específica: mide la relación entre fuerzas sup. y de masaRelación entre la superficie de una partícula (m2) y su masa (gr)
de s
uelo
sla
sific
ació
n d
Cl
38(Narcilio y Santamarina)
Química de las arcillasde
sue
los Los procesos físicos de meteorización de rocas
pueden generar gravas, arenas y limosSól l í i ill
lasi
ficac
ión
d Sólo los procesos químicos generan arcillasLas unidades fundamentales de las arcillas son
i t l l f d t l t ili t d AlCl cristales planos, fundamentalmente silicatos de Al,
Fe, MgDos configuraciones atómicas posibles tetraedro yDos configuraciones atómicas posibles, tetraedro y octaedro, forman los distintos minerales de arcilla
Configuraciones atómicas
Dos configuraciones atómicas posibles, tetraedro y octaedro, forman los distintos minerales de arcillaL t d bi t d dde
sue
los
Los octaedros se ubican entre dos capas de tetraedros
lasi
ficac
ión
dC
l
Fuerzas superficiales
Las caras de las partículas de arcilla tienen carga negativa debido a:
E l t d l b dde s
uelo
s
• Enlaces rotos de los bordes• Sustitución de átomos por otros de menor
l i (Si Al Al M F )lasi
ficac
ión
d
valencia (Si por Al, Al por Mg o Fe)Cuanto más chicas son las partículas (mayor superficie específica) las fuerzas eléctricas
Cl
superficie específica), las fuerzas eléctricas aumentan en relación al peso
Cationes de cambio
Las cargas negativas de las caras atraen cationes• Los cationes no se distribuyen uniformemente en
l f lí idde s
uelo
s
la fase líquida• La concentración es mayor cerca de la partícula
lasi
ficac
ión
d
“Doble capa difusa” = capa negativa de arcilla y capa positiva de cationes de densidad decreciente
Cl
Agua adsorbida
Moléculas de agua seadhieren a la superficie negativa de la arcillade
sue
los
negativa de la arcilla, por puente de hidrógenoEl espesor de la capala
sific
ació
n d
El espesor de la capa adsorbida de 10Å a 100Å
Cl
Agua adsorbida
Densidad del agua1.4 g/cm3 contra la partícula de arcillade
sue
los
partícula de arcillaMoléculas de aguaadsorbida no están enla
sific
ació
n d
adsorbida no están enestado sólido, se muevenfácilmente paralelo a la
Cl
parcilla pero no se alejan o acercan
Caolinita (LL < 50)
Una capa de octaedros y una de tetraedros conforman una “hoja”U tí l “bl ” d “h j ”de
sue
los
Una partícula es un “bloque” de “hojas”Se forma una unión débil por puente de hidrógeno
t d “h j ”lasi
ficac
ión
d
entre dos “hojas”La sustitución de Si o Al es muy escasa, la fórmulaes Si O Al (OH)
Cl
es Si4O10Al4(OH)8
No tiene carga neta (negativa o positiva)Dí t tí l h t 10⎧ D/2 D/10Díametro partícula hasta 10⎧m, espesor D/2 a D/10
Montmorilonita (LL > 200)
Dos capas de tetraedros encierran una de octaedrosAl Si(4 ) tit id Al(3 ) t Al(3 )de
sue
los
Algunos Si(4+) sustituidos por Al(3+) y otros Al(3+) de los octaedros sustituidos por Mg o Fe (2+)P l t t l “h j ” ti tila
sific
ació
n d
Por lo tanto, las “hojas” tienen carga negativaLa unión débil entre tetraedros es mucho más débil que en la caolinita por lo que puede ingresar agua
Cl
que en la caolinita por lo que puede ingresar aguaLas caras negativas atraen cationes que son fácilmente sustituibles: cationes de cambiofácilmente sustituibles: cationes de cambioEspesor D/100 a D/1000, puede llegar a 20 “hojas”
Illita (LL 50 a 80)
Similar a la montmorilonita pero los cationes son Potasio y no son intercambiablesN d it l t d d t l “h j ”de
sue
los
No admite la entrada de agua entre las “hojas”Espesor D/10 a D/50
lasi
ficac
ión
d
Es el mineral de arcilla más abundanteCl
En las rocas hay más K que Na pero en el agua de mar hay mucho más Na que K. Las montmorilonitas
ti f i ti d illit fij d Kantiguas se fueron convirtiendo en illitas fijando K y puede ser ésta la explicación.
Haloysita (LL cambia cuando se seca a estufa)
Similar a la caolinita pero se interponen moléculas de agua en la unión entre dos “hojas”E d l l di t i t lde
sue
los
En una de las caras, las distancias se acortan y la hoja se enrolla[Si O Al (OH) ]4H Ola
sific
ació
n d
[Si4O10Al4(OH)8]4H2OCl
Si se seca a estufa, el tubo colapsa
Bibliografía
Básica• Jiménez Salas y otros. Geotecnia y Cimientos I.
Ed Ruedade s
uelo
s
Ed. Rueda• Olivella, S. Problemas resueltos. Geotecnia. Mecánica de
Suelos. UPC, 2003.
lasi
ficac
ión
d
• Juárez Badillo y otros. Mecánica de Suelos. Ed. LimusaComplementaria
Mi h ll J F d l f il b h i 3ª Ed Wil
Cl
• Mitchell, J. Fundamentals of soil behavior. 3ª Ed. Wiley.• Narcilio y Santamarina. Clasificación de suelos.
Fundamento físico prácticas actuales yFundamento físico, prácticas actuales y recomendaciones.