Comparacion Sucs y Aastho

Informe de Ingeniería: “Comparación de la Calidad de Suelos según el Método de SUCS y ASSHTO”/Asesor: Ing. Gustavo Adolfo Aybar Arriola

RESUMEN

Mucha información relacionada con el suelo es irrelevante o escasa

para alguna aplicación que se desee hacer, la intención de este trabajo es

reunir todo aquel material que sea de utilidad práctica, sobre todo para

proyectos pequeños o diseños preliminares, con el fin de predecir el

comportamiento de un suelo.

CAPÍTULO 1: el suelo es el soporte último de todas las obras de

infraestructura, por lo que es necesario estudiar su comportamiento y

presenta los tipos de suelos que existen, suelos granulares, suelos cohesivos

y suelos orgánicos.

CAPÍTULO 2: Los sistemas de clasificación de suelos los dividen en

grupos y subgrupos con base a propiedades ingenieriles comunes tales como

la distribución granulométrica, el límite líquido y el límite plástico. Los dos

sistemas de clasificación que se usan en la actualidad son el sistema AASHTO

(American Association of estate highway and transportation officcials) y el

sistema unificado de clasificación de suelos (también ASTM).

CLASIFICACION UNIFICADA DE SUELOS (SUCS) Este sistema fue

propuesto por Arturo Casagrande.

CAPÍTULO 3.- El objetivo de este capítulo no es otro que conocer más

a fondo las propiedades más importantes del suelo de cara a su aplicación

directa en la construcción de infraestructuras viarias, así como los

procedimientos de ensayo empleados para determinarlas y las clasificaciones

más usuales en la Ingeniería.

Creemos que será también de gran utilidad para orientar sobre pruebas

más precisas y sofisticadas en proyectos de mayor tamaño. El estudio de los

dos sistemas de clasificación permitirá obtener la información más completa

posible.

1


INTRODUCCIÓN

La idea principal, en la elaboración de este trabajo surge a raíz de los

múltiples sistemas que existen en la actualidad, unos basados en propiedades

granulométricas y otros en las propiedades plásticas del suelo, pero todos

enfocados a un mismo objetivo, describir y clasificar los diferentes tipos de

suelos de una manera práctica y eficiente.

En el cuerpo de este trabajo se presentan y discuten los dos sistemas

de clasificación de suelos SUCS y ASSHTO, haciendo énfasis en el provecho

que se puede obtener de ellos al correlacionarlos con diferentes aplicaciones

constructivas.

En este documento se hace una descripción de los dos sistemas de

clasificación más comunes y de gran utilidad para el ingeniero civil, el Método

de SUCS y ASSHTO

Uno de los puntos más importantes a mencionar aparte de los dos diferentes

sistemas de clasificación, es de clasificar al suelo para su mejor uso; asimismo,

relacionarlo con propiedades y características de ensayos de laboratorio y

hacer correlación con los diferentes tipos de suelos que determinan los

procedimientos de clasificación.

Por último se hace una Comparación de la Calidad de Suelos entre los

diferentes sistemas de clasificación con el objetivo de relacionar el tipo de suelo

de un sistema con respecto a otro e implementar las medidas necesarias para

su aplicación.

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INDICE

RESUMEN----------------------------------------------------------------------------------------1

INTRODUCCION--------------------------------------------------------------------------------2

CAPÍTULO 1: CONCEPTOS BASICOS DE LOS SUELOS -------------------------4

1.1. Origen de los suelos------------------------------------------------------------------5

1.2. Suelos granulares---------------------------------------------------------------------6

1.3. Suelos cohesivos----------------------------------------------------------------------6

1.4. Suelos orgánicos----------------------------------------------------------------------7

CAPÍTULO 2: ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE CLASIFICACION--------------9

2.1. La importancia de clasificar---------------------------------------------------------9

2.2. El sistema unificado SUCS--------------------------------------------------------21

2.3. El sistema AASHTO-----------------------------------------------------------------26

CAPÍTULO 3: SISTEMAS DE CLASIFICACION Y PROPIEDADES DEL

SUELO-------------------------------------------------------------------------------------------34

3.1. Calificación y clasificación con propiedades ingenieriles y utilidad-----34

3.2. Ensayos para determinar las propiedades mecánicas de los suelos---40

3.3. Relación entre diferentes sistemas de clasificación-------------------------66

RECOMENDACIONES----------------------------------------------------------------------72

CONCLUSIONES-----------------------------------------------------------------------------73

GLOSARIO DE TERMINOS----------------------------------------------------------------75

BIBLIOGRAFIA--------------------------------------------------------------------------------77

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CAPÍTULO I

1. CONCEPTOS BASICOS DE LOS SUELOS

Tradicionalmente, el suelo ha sido definido como un “agregado de

partículas minerales, a lo sumo parcialmente cementadas”. Si nos adentramos

en el campo de la ciencia y de la técnica esta definición se difumina, adoptando

una significación distinta dependiendo de la disciplina que lo estudie. Así, para

un ingeniero geotécnico, el suelo es un material natural que, a diferencia de la

roca, presenta una marcada modificación de sus propiedades en presencia de

agua; para el constructor, no es más que todo aquel material que puede ser

excavado sin emplear explosivos.

En cualquier caso, el suelo es el soporte último de todas las obras de

infraestructura, por lo que es necesario estudiar su comportamiento ante la

perturbación que supone cualquier asentamiento antrópico, en nuestro caso

una carretera.

La Geotecnia –más concretamente la Mecánica de Suelos- viene a

demostrarnos que el terreno se comporta como una estructura más, con unas

características físicas propias –densidad, porosidad, módulo de balasto, talud

natural, cohesión o ángulo de rozamiento interno- que le confieren ciertas

propiedades resistentes ante diversas solicitaciones –compresión, cizalla-

reflejadas en magnitudes como la tensión admisible o los asientos máximo y

diferencial.

En función de todas estas variables pueden establecerse

clasificaciones útiles desde el punto de vista constructivo, estableciendo una

tipología de suelos que refleje las características genéricas de cada grupo y su

idoneidad como soporte para los diferentes tipos de construcciones civiles.

El objetivo de este capítulo no es otro que conocer más a fondo las

propiedades más importantes del suelo de cara a su aplicación directa en la

construcción de infraestructuras viarias, así como los procedimientos de

ensayo empleados para determinarlas y las clasificaciones más usuales en

Ingeniería de Carreteras.

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1.1.- ORIGEN DE LOS SUELOS

Los suelos provienen de la alteración –tanto física como química- de

las rocas más superficiales de la corteza terrestre. Este proceso, llamado

meteorización, favorece el transporte de los materiales alterados que se

depositarán posteriormente formando alterita, a partir de la cual y mediante

diversos procesos se consolidará el suelo propiamente dicho.

Aunque posteriormente se establecerán diversas clasificaciones

específicas, pueden diferenciarse en una primera aproximación, diversos tipos

de suelo en función de la naturaleza de la roca madre y del tamaño de las

partículas que lo componen.

Fig. 01 – Clasificación composicional de un suelo

5


1.1. SUELOS GRANULARES

Este tipo de suelos está formado por partículas agregadas y sin

cohesión entre ellas dado el gran tamaño de las mismas. Su origen obedece

fundamentalmente a procesos de meteorización física: lajamiento,

termoplástica, hialoclastita o fenómenos de hidratación física.

El tipo de transporte condiciona en buena medida sus características

granulométricas. Así, un suelo de origen eólico presentará un tamaño uniforme

de sus partículas; si el transporte es fluvial, presentará una granulometría

progresiva en función de la energía del medio; por el contrario, en medios

glaciares no existe un patrón granulométrico definido, dándose un amplio

espectro de tamaños de grano.

Las características principales de este tipo de suelos son su buena

capacidad portante y su elevada permeabilidad, lo que permite una rápida

evacuación del agua en presencia de cargas externas. Esta capacidad de

drenaje es proporcional al tamaño de las partículas, o dicho de otro modo, al

volumen de huecos o porosidad del suelo. Es destacable que para un

determinado grado de humedad, las partículas más finas presentan una

cohesión aparente que desaparece al variar el contenido de agua.

Dentro de esta clase de suelos se distinguen dos grandes grupos: el de

las gravas y el de las arenas. El límite entre ambos grupos viene dado por su

granulometría, considerándose arena la fracción de suelo de tamaño inferior a

2 mm. Dentro de esta clasificación pueden establecerse otras subdivisiones.

Las características mecánicas y resistentes de los suelos granulares

vienen en buena parte determinadas por el ángulo de rozamiento interno entre

partículas, así como por su módulo de compresibilidad.

1.2. SUELOS COHESIVOS

A diferencia de los anteriores, esta categoría de suelos se caracteriza

por un tamaño más fino de sus partículas constituyentes (inferior a 0.06 mm.),

lo que les confiere unas propiedades de superficie ciertamente importantes.

Esto se debe a que la superficie específica –relación entre la superficie y el

volumen de un cuerpo- de dichas partículas es más que considerable.

La cohesión es la principal propiedad desde el punto de vista

6


mecánico de este tipo de suelos; se define como la fuerza interparticular

producida por el agua de constitución del suelo, siempre y cuando este no esté

saturado. La cohesión es importante desde el punto de vista de la estabilidad

de taludes, ya que aumenta la resistencia de un suelo frente a esfuerzos

cortantes o de cizalla.

Dentro de los suelos cohesivos también puede establecerse una

subdivisión en dos grandes grupos: los limos –de origen físico- formados por

partículas de grano muy fino (entre 0.02 y 0.002 mm) y las arcillas,

compuestas por un agregado de partículas microscópicas procedentes de la

meteorización química de las rocas.

Lo que realmente diferencia a los limos de las arcillas son sus

propiedades plásticas: mientras que los primeros son arcillas finísimas de

comportamiento inerte frente al agua, las arcillas –debido a la forma lajosa de

sus granos y a su reducido tamaño- acentúan los fenómenos de superficie,

causa principal de su comportamiento plástico.

Este tipo de suelos se caracteriza por su baja permeabilidad, al

dificultar el paso del agua por el reducido tamaño de sus poros, y su alta

compresibilidad; tan es así que los suelos arcillosos, limosos e incluso

arenosos como el loess pueden colapsar –comprimirse de forma brusca-

simplemente aumentando su grado de humedad hasta un valor crítico (entre el

85% para arcillas y el 40-60% para arenas y limos), al romperse los débiles

enlaces que unen unas partículas con otras. Esta importante propiedad se

emplea de forma directa en la compactación de suelos.

1.3. SUELOS ORGÁNICOS

Dentro de esta categoría se engloban aquellos suelos formados por la

descomposición de restos de materia orgánica de origen animal o vegetal –

predominando esta última- y que generalmente cubren los primeros metros de

la superficie.

Se caracterizan por su baja capacidad portante, alta compresibilidad y

mala tolerancia del agua, a lo que debe unirse la existencia de procesos

orgánicos que pueden reducir sus propiedades resistentes. Este tipo de suelos

es nefasto para la ubicación de cualquier obra de infraestructura, por lo que

7


deben eliminarse mediante operaciones previas de desbroce.

En el caso de existir formaciones más profundas de materia orgánica,

como puede ser el caso de depósitos de turba, es preferible evitar el paso del

camino por ellas.

Cuando esto no sea posible, deberán tomarse precauciones especiales

que garanticen la estabilidad del terreno, estabilizándolo física o químicamente.

8


CAPÍTULO II

2. ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE CLASIFICACION

2.1.- LA IMPORTANCIA DE CLASIFICAR

Desde épocas antiguas el hombre se ha preocupado por la clasificación de los suelos, debido a que en el cimienta o construye sus estructuras que lo han llevado a salir adelante. Esta preocupación se origina por la diversidad de tipos de suelos y su comportamiento tan variado de uno con respecto a otro

Para describir los diferentes materiales que aparecen en las exploraciones es necesario contar con una clasificación convencional de los tipos de suelos. El sistema a adoptar debe ser suficientemente detallado para que incluya todos los depósitos naturales, excepto los más raros y, aun así, debe ser razonable, sistemático y conciso.

Este tipo de sistema resulta necesario si se desean obtener conclusiones útiles basadas en los estudios del tipo de material. Al no contar con un sistema de clasificación, las informaciones públicas basadas en el tipo de suelo o las recomendaciones de diseño o construcción pueden resultar confusas y sería muy difícil aplicar la experiencia adquirida a diseños futuros. Además, a menos que se adopte un sistema convencional de nomenclatura, las interpretaciones conflictivas de los términos empleados pueden provocar confusiones conducentes a un proceso de comunicación ineficiente.

Para que resulte adecuado este propósito básico, cualquier sistema de clasificación debe satisfacer las siguientes condiciones:

a) Debe incorporar en forma descriptiva términos breves pero ilustrativos para el usuario.

b) Las clases y subclases deben quedar definidas por parámetros razonables cuya medición cuantitativa sea relativamente fácil.

c) Las clases y subclases deben permitir agrupar los suelos con características que impliquen propiedades de ingeniería similares.

La mayor parte de las clasificaciones dividen a los suelos en tres grupos principales gruesos, finos y orgánicos

Para una mejor aplicación de los sistemas de clasificación de suelos, cabe mencionar algunas propiedades básicas usadas por los diferentes sistemas de clasificación como son la separación por tamaños o granulometría (distinción cuantitativa) y la plasticidad o consistencia (distinción cualitativa).

9


ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO

La finalidad de este ensayo no es otra que determinar las proporciones

de los distintos tamaños de grano existentes en el mismo, o dicho de otro

modo, su granulometría.

El tamiz es la herramienta fundamental para efectuar este ensayo; se

trata de un instrumento compuesto por un marco rígido al que se halla sujeta

una malla caracterizada por un espaciamiento uniforme entre hilos denominado

abertura o luz de malla, a través del cual se hace pasar la muestra de suelo a

analizar.

Se emplea una serie normalizada de tamices de malla cuadrada y

abertura decreciente, a través de los cuales se hace pasar una determinada

cantidad de suelo seco, quedando retenida en cada tamiz la parte de suelo

cuyas partículas tengan un tamaño superior a la abertura de dicho tamiz.

Existen diversas series normalizadas de tamices, aunque la más empleada es

la ASTM D-2487/69 americana.

Para determinar la fracción fina de suelo –limos y arcillas- no es posible

efectuar el tamizado, por lo que se empleará el método de sedimentación

(densímetro) descrito en la correspondiente norma.

Una vez realizado el proceso de tamizado y sedimentación, se procede

a pesar las cantidades retenidas en cada uno de los tamices, construyéndose

una gráfica semilogarítmica donde se representa el porcentaje en peso de

muestra retenida (o el que pasa) para cada abertura de tamiz.

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Fig. 01– Curva granulométrica de un suelo

Como aplicación directa de este ensayo, puede establecerse una clasificación genérica de suelos atendiendo a su granulometría:

CLASIFICACIÓN GRANULOMÉTRICA DE LOS SUELOS

TIPO DENOMINACION TAMAÑO (mm)

SUELOS GRANULARES

Bolos y bloques >60

Grava

Gruesa 60 - 20

Media 20 - 6

Fina 2 - 6

Arena

Gruesa 0.6 - 2

Media 0.2 - 0.6

Fina 0.06 - 0.2

SUELOS COHESIVOS

Limo

Grueso 0.02 - 0.06

Medio 0.006 - 0.02

Fino 0.002 - 0.006

Arcilla < 0.002

11


Interpretación de los resultados

La interpretación de una curva granulométrica puede proporcionarnos

información acerca del comportamiento del suelo. Si estudiamos la regularidad

de la curva podremos diferenciar dos tipos de granulometrías:

(a) Granulometría discontinua: La curva presenta picos y tramos planos,

que indican que varios tamices sucesivos no retienen material, lo que

evidencia que la variación de tamaños es escasa. En este caso, se

habla de suelos mal graduados. La arena de playa es un claro ejemplo

de este tipo de suelos.

(b) Granulometría continua: La práctica totalidad de los tamices retienen

materia, por lo que la curva adopta una disposición suave y continua. A

este tipo de suelos se les denomina bien graduados. Las zahorras se

engloban dentro de este grupo.

De cara a determinar numéricamente la graduación de un suelo se

emplea el coeficiente de curvatura, definido por la siguiente expresión:

C c=D302

D10 . D60

Donde DX es la abertura del tamiz o diámetro efectivo (mm) por donde

pasa el X% en peso de la totalidad de la muestra de suelo analizada.

En carreteras, es importante que el suelo esté bien graduado para que

al compactarlo, las partículas más finas ocupen los huecos que dejan los áridos

de mayor tamaño, reduciendo de esta forma el número de huecos y

alcanzando una mayor estabilidad y capacidad portante. Un suelo bien

graduado presenta valores de Cc comprendidos entre 1 y 3.

Otro parámetro muy empleado para dar idea del grado de uniformidad

de un suelo es el llamado coeficiente de uniformidad, definido por Hazen

como la relación entre las aberturas de tamices por donde pasan el 60% y el

10% en peso de la totalidad de la muestra analizada:

12


CU=D 60

D10

Según este coeficiente, un suelo que arroje valores inferiores a 2 se

considera muy uniforme, mientras que un coeficiente inferior a 5 define un

suelo uniforme.

Fig. 02– Interpretación de la curva granulométrica

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Diferencias entre gravas y arenas

Gravas (> 2 mm) Arenas (entre 0.06 y 2 mm)

− Los granos no se apelmazan

aunque estén húmedos, debido a

la pequeñez de las tensiones

capilares.

− Cuando el gradiente hidráulico es

mayor que uno, se produce en

ellas flujo turbulento.

− Es difícil perforar un túnel en

gravas con agua mediante aire

comprimido, porque la pérdida de

aire es muy alta.

− Los granos se apelmazan si están

húmedos, debido a la importancia

de las tenciones capilares.

− No se suele producir en ellas flujo

turbulento aunque el gradiente

hidráulico sea mayor que 1.

− El aire comprimido es adecuado

para perforar en ellas

Diferencias entre arenas y limos

Arenas (entre 0.06 y 2 mm) Limos (entre 0.002 y 0.06 mm)

− Partículas visibles.

− En general no plásticas.

− Los terrenos secos tienen una

ligera cohesión, pero se reducen a

polvo fácilmente entre los dedos.

− Fácilmente erosionables por el

viento.

− Fácilmente drenadas mediante

bombeo.

− Los asentamientos de las

construcciones realizadas sobre

ellas sueles estar terminados al

acabar la construcción

− Partículas invisibles.

− En general, algo plásticos.

− Los terrones secos tienen una

cohesión apreciable, pero se

pueden reducir a polvo con los

dedos.

− Difícilmente erosionados por el

viento.

− Casi imposible de drenar mediante

bombeo.

− Los asentamientos suelen

continuar después de acabada la

construcción.

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Diferencias entre limos y arcillas

Limos (entre 0.002 y 0.06 mm) arcillas(< 0.002 mm)

− No suelen tener propiedades

coloidales.

− A partir de 0.02mm, y a medida

que aumenta el tamaño de las

partículas, se va haciendo cada

vez mayor la proporción de

minerales no arcillosos.

− Tacto áspero.

− Se secan con relativa rapidez y no

se pegan los dedos.

− Los terrones secos tienen una

cohesión apreciable pero se

pueden reducir a polvo

− Suelen tener propiedades

coloidales.

− Consisten en su mayor parte en

minerales arcillosas.

− Tacto suave

− Se seca lentamente y se pegan a

los dedos

− Los terrones secos se pueden

partir, pero no reducir a polvo con

los dedos

ESTADOS DE CONSISTENCIA

Como se dijo en la presentación, el comportamiento de un suelo está

muy influenciado por la presencia de agua en su seno. Este hecho se acentúa

cuanto menor es el tamaño de las partículas que componen dicho suelo, siendo

especialmente relevante en aquéllos donde predomine el componente arcilloso,

ya que en ellos los fenómenos de interacción superficial se imponen a los de

tipo gravitatorio.

Por ello, resulta muy útil estudiar los límites entre los diversos estados

de consistencia que pueden darse en los suelos coherentes en función de su

grado de humedad: líquido, plástico, semisólido y sólido.

(a) Líquido: La presencia de una cantidad excesiva de agua anula las

fuerzas de atracción interparticular que mantenían unido al suelo –la cohesión-

y lo convierte en una papilla, un líquido viscoso sin capacidad resistente.

(b) Plástico: El suelo es fácilmente moldeable, presentando grandes

deformaciones con la aplicación de esfuerzos pequeños. Su comportamiento

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es plástico, por lo que no recupera su estado inicial una vez cesado el

esfuerzo.

Mecánicamente no es apto para resistir cargas adicionales.

(c) Semisólido: El suelo deja de ser moldeable, pues se quiebra y

resquebraja antes de cambiar de forma. No obstante, no es un sólido puro, ya

que disminuye de volumen si continúa perdiendo agua. Su comportamiento

mecánico es aceptable.

(d) Sólido: En este estado el suelo alcanza la estabilidad, ya que su

volumen no varía con los cambios de humedad. El comportamiento mecánico

es óptimo.

Las humedades correspondientes a los puntos de transición entre cada

uno de estos estados definen los límites líquido (LL), plástico (LP) y de

retracción (LR) respectivamente.

Fig. 03– Estados de consistencia de un suelo

Para realizar esta tarea, existen dos procedimientos de ensayo muy

extendidos los límites de Atterberg y el equivalente de arena si bien el

primero es más preciso que el segundo.

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Límites de Atterberg

Atterberg fue el primero que relacionó el grado de plasticidad de un

suelo con su contenido en agua o humedad, expresado en función del peso

seco de la muestra.

También fue él quien definió los cuatro estados de consistencia de los

suelos vistos anteriormente y determinó los límites entre ellos, observando la

variación de diferentes propiedades físicas y mecánicas.

De los límites anteriormente mencionados, interesa especialmente la

determinación de los umbrales de los estados líquido (límite líquido) y plástico

(límite plástico), ya que éstos presentan una alta deformabilidad del suelo y una

drástica reducción de su capacidad portante. Afinando más todavía, el interés

se centra en determinar el intervalo de humedad para el cual el suelo se

comporta de manera plástica, es decir, su plasticidad.

El límite líquido se determina mediante el método de la cuchara de

Casagrande. El ensayo se basa en la determinación de la cantidad de agua

mínima que puede contener una pasta formada por 100 g. de suelo seco que

haya pasado por el tamiz 0.40 UNE. Para ello, se coloca sobre el mencionado

artefacto y se acciona el mecanismo de éste, contándose el número de golpes

necesario para cerrar un surco –realizado previamente con una espátula

normalizada- en una longitud de 13 mm. El ensayo se dará por válido cuando

se obtengan dos determinaciones, una de entre 15 y 25 golpes, y otra de entre

25 y 35. La humedad correspondiente al límite líquido será la correspondiente a

25 golpes, y se determinará interpolando en una gráfica normalizada las dos

determinaciones obtenidas experimentalmente.

El límite plástico se determina de una manera si cabe más

rocambolesca: se define como la menor humedad de un suelo que permite

realizar con él cilindros de 3 mm. de diámetro sin que se desmoronen,

realizándose dos determinaciones y hallando la media. Este ensayo se realiza

con 200 g. de muestra seca y filtrada a través del tamiz 0.40 UNE, como en el

caso anterior.

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A la diferencia entre ambos límites se denomina índice de plasticidad (IP), y

da una idea del grado de plasticidad que presenta el suelo; un suelo muy

plástico tendrá un alto índice de plasticidad:

Fig. 04 – Cuchara de Casagrande

IP = LL – LP

En la siguiente tabla se muestran los rangos de valores más frecuentes

de todos estos parámetros en diferentes tipos de suelos:

VALORES TÍPICOS DE CONSISTENCIA DEL SUELO

PARAMETROTIPO DE SUELO

Arena Limo Arcilla

LL Límite liquido 15 - 20 30- 40 40 - 150

LP Límite plástico 16 - 20 20 - 25 25 - 50

LRLímite de retracción

12 - 18 14 - 25 8 - 35

IPÍndice de plasticidad

0 - 3 10 - 15 10 -100

El índice de plasticidad permite clasificar bastante bien un suelo. Un IP

grande corresponde a un suelo muy arcilloso. Por el contrario, un IP pequeño

es característico de un suelo poco arcilloso. Sobre todo esto se puede dar la

clasificación siguiente:

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Índice de plasticidad Característica

IP > 20 Suelos muy arcillosos

20 > IP > 40 Suelos arcillosos

10 > IP > 4 Suelos poco arcilloso

IP = 0 Suelos exentos de arcilla

Se debe tener en cuenta que, en un suelo el contenido de arcilla, es el

elemento más peligroso de una carretera, debido sobre todo a su gran

sensibilidad al agua.

Equivalente de arena

El ensayo del equivalente de arena permite una rápida determinación

del contenido en finos de un suelo, dándonos además una idea de su

plasticidad.

Para realizarlo, se separa la fracción arenosa del suelo mediante el

tamiz de 5 mm. de la serie UNE (#4 de la serie ASTM) y se introduce un

volumen de 90 cm3 de la misma en una probeta cilíndrica de 32 mm. de

diámetro y 430 mm. de longitud, graduada de 2 en 2 mm. A continuación se

introducirá una espesa disolución de trabajo formada por cloruro cálcico,

glicerina y formaldehído diluidos en agua destilada, dejando reposar la mezcla

durante 10 minutos. Seguidamente, el conjunto se agitará de forma

normalizada –90 ciclos en 30 segundos, con un recorrido de unos 20 cm.- para

conseguir una mezcla íntima. Posteriormente, se dejará reposar durante un

tiempo de 20 minutos.

Una vez transcurrido este tiempo, se podrá observar mediante simple

contacto visual la existencia de dos horizontes, uno de ellos correspondiente a

la fracción arenosa del suelo y otro por encima del anterior, relativo a la

proporción de finos existente en la muestra.

El equivalente de arena del suelo vendrá dado por la siguiente expresión:

E . A .= AA+B

x100

siendo A la lectura sobre la probeta del horizonte de arena

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B la lectura referente al horizonte de finos

Este ensayo tiene la ventaja de que es más rápido que el anterior y ofrece

resultados similares aunque incomprensiblemente menos precisos, por lo

menos a tenor del subjetivo procedimiento de ensayo empleado en aquél.

Equivalente de arena Característica

si EA > 40 El suelo no es plástico, es de arena

si 40 > EA > 20 El suelo es poco plástico y no heladizo

si EA < 20 El suelo es plástico y arcilloso

Fig.05 – Ensayo del equivalente de arena

2.2.- EL SISTEMA UNIFICADO SUCS

20


La determinación y cuantificación de las diferentes propiedades de un

suelo, efectuadas mediante los ensayos, tienen como objetivo último el

establecimiento de una división sistemática de los diferentes tipos de suelos

existentes atendiendo a la similitud de sus caracteres físicos y sus propiedades

geomecánicas.

Una adecuada y rigurosa clasificación permite al tener una primera idea

acerca del comportamiento que cabe esperar de un suelo como cimiento del

firme, a partir de propiedades de sencilla determinación; normalmente, suele

ser suficiente conocer la granulometría y plasticidad de un suelo para predecir

su comportamiento mecánico. Además, facilita la comunicación e intercambio

de ideas entre profesionales del sector, dado su carácter universal.

De las múltiples clasificaciones existentes, la que sin duda es la más

racional y completa –clasificación de Casagrande modificada- y otras de

aplicación más directa en Ingeniería de Carreteras, como son la empleada por

la AASHTO.

CLASIFICACIÓN GENERAL DE CASAGRANDE MODIFICADA

Fue A. Casagrande quien en 1.942 ideó este sistema genérico de

clasificación de suelos, que fue empleado por el Cuerpo de Ingenieros del

ejército de los EE.UU. para la construcción de pistas de aterrizaje durante la II

Guerra Mundial.

Diez años más tarde, y vista la gran utilidad de este sistema en

Ingeniería Civil, fue ligeramente modificado por el Bureau of Reclamation,

naciendo el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS); este sistema

fue adoptado por la ASTM (American Society of Testing Materials) como parte

de sus métodos normalizados.

Dicha clasificación se vale de unos símbolos de grupo, consistentes en

un prefijo que designa la composición del suelo y un sufijo que matiza sus

propiedades. En el siguiente esquema se muestran dichos símbolos y su

significación:

Símbolos de grupo (SUCS)

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TIPO DE SUELO PREFIJO SUBGRUPO SUFIJO

Grava G Bien graduado W

Arena S Pobremente graduado P

Limo M Limoso M

Arcilla C Arcilloso C

Orgánico O Limite liquido alto (>50) L

Turba Pt Limite liquido bajo (>50) H

En función de estos símbolos, pueden establecerse diferentes

combinaciones que definen uno y otro tipo de suelo:

Tipología de suelos (SUCS)

SIMBOLO Características generales

GWGRAVAS

(>50 % en tamiz #4 ASTM)

Limpias (Finos <5%)

Bien graduadas

GP Pobremente graduadas

GM Con finos (Finos>12%)

Componente limoso

GC Componente arcilloso

SWARENAS

(<50 % en tamiz #4 ASTM)

Limpias (Finos <5%)

Bien graduadas

SP Pobremente graduadas

SM Con finos (Finos>12%)

Componente limoso

SC Componente arcilloso

MLLIMOS

Baja plasticidad (LL < 50)

MH Alta plasticidad (LL>50)

CLARCILLAS

Baja plasticidad (LL < 50)

CH Alta plasticidad (LL>50)

OL SUELOS ORGANICOS

Baja plasticidad (LL < 50)OH Alta plasticidad (LL>50)

Pt TURBA Suelos altamente orgánicos

Como puede deducirse de la anterior tabla, existe una clara distinción

entre tres grandes grupos de suelos:

a. Suelos de grano grueso (G y S): Formados por gravas y arenas con

menos del 50% de contenido en finos, empleando el tamiz 0.080

UNE (#200 ASTM).

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b. Suelos de grano fino (M y C): Formados por suelos con al menos un

50% de contenido en limos y arcillas.

c. Suelos orgánicos (O, Pt): Constituidos fundamentalmente por

materia orgánica. Son inservibles como terreno de cimentación.

Asimismo, dentro de la tipología expuesta pueden existir casos

intermedios, empleándose una doble nomenclatura; por ejemplo, una grava

bien graduada que contenga entre un 5 y un 12% de finos se clasificará como

GW-GM.

Tras un estudio experimental de diferentes muestras de suelos de

grano fino, Casagrande consigue ubicarlos en un diagrama que relaciona el

límite líquido (LL) con el índice de plasticidad (IP). En este diagrama, conocido

como la carta de Casagrande de los suelos cohesivos, destacan dos grandes

líneas que actúan a modo de límites:

Línea A: IP = 0.73 · (LL-20)

Línea B: LL = 50

23


Fig.05 – Carta de Casagrande para los suelos cohesivos

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DIVISIONES MAYORESSÍMBOLO

DESCRIPCIÓNSUCS GRAFICO

SU

EL

OS

GR

AN

UL

AR

ES

GRAVA Y SUELOS

GRAVOSOS

GW GRAVA BIEN GRADUADA

GP GRAVA MAL GRADUADA

GM GRAVA LIMOSA

GC GRAVA ARCILLOSA

ARENA Y SUELOS

ARENOSOS

SW ARENA BIEN GRADUADA

SP ARENA MAL GRADUADA

SM ARENA LIMOSA

SC ARENA ARCILLOSA

SU

EL

OS

FIN

OS

LIMOS Y ARCILLAS

(LL<50)

MLLIMO INORGÁNICO DE BAJA PLASTICIDAD

CLARCILLA INORGÁNICA DE BAJA PLASTICIDAD

OLLIMO ORGÁNICO O ARCILLA ORGÁNICA DE BAJA PLASTICIDAD

LIMOS Y ARCILLAS

(LL>50)

MHLIMO INORGÁNICO DE ALTA PLASTICIDAD

CHARCILLA INORGÁNICA DE ALTA PLASTICIDAD

OHLIMO ORGÁNICO O ARCILLA ORGÁNICA DE ALTA PLASTICIDAD

SUELOS ALTAMENTE ORGÁNICOS

PtTURBA Y OTROS SUELOS ALTAMENTE ORGÁNICOS

Simbología de Suelos (Referencial)

25


2.3.- EL SISTEMA AASTHO

La clasificación de Casagrande tiene un carácter genérico, empleándose

para todo tipo de obras de ingeniería dada su gran versatilidad y sencillez. Sin

embargo, esta clasificación puede quedarse corta a la hora de estudiar

determinadas propiedades específicas que debe tener un suelo para ser

considerado apto en carreteras.

Por ello, existen una serie de clasificaciones específicas para suelos

empleados en construcción de infraestructuras viarias; de hecho, la práctica

totalidad de los países desarrollados tienen la suya. En este apartado

dedicaremos especial atención a las más empleadas en nuestro entorno: la

clasificación de la AASHTO.

Clasificación de la AASHTO

Ha sido en Estados Unidos donde se han desarrollado la mayor parte

de clasificaciones empíricas de suelos. Una de las más populares en carreteras

es la empleada por la American Asociation of State Highway and

Transportation Officials (AASHTO), y que fue originalmente desarrollada por los

ilustres geotécnicos Terzaghi y Hogentogler para el Bureau of Public Roads

norteamericano.

Inspirada en el modelo de Casagrande, considera siete grupos básicos

de suelos, numerados desde el A-1 hasta el A-7. A su vez, algunos de estos

grupos presentan subdivisiones; así, el A-1 y el A-7 tienen dos subgrupos y el

A-2, cuatro.

Además todos estos grupos se dividen en las tres categorías

fundamentales:

Granulares:

Estos suelos conforman los grupos A-1, A-2 y A-3, esto suelos

son retenidos en 35% o más en la malla #200.

Limo-Arcilla:

Estos suelos conforman los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7, esto

cumpliendo que el más del 35% del material sea pasante de la malla #200.26


Orgánicos:

Turbas, material altamente orgánico

Además la AASHTO, según el tamaño de las partículas y algunas de

las propiedades físico-mecánicas de las partículas caracteriza los suelos

de la siguiente forma:

Suelos Granulares:

Grupo A - 1. Suelos bien graduados de tamaños gruesos y finos, con

poco aglomerante plástico.

Subgrupo A - 1 - a. Materiales que predominan en este subgrupo

son fracciones de rocas o gravas, con o sin un ligante de suelo bien

graduado.

Subgrupo A - 1 - b. En esta clasificación predominan las arenas con o

sin un buen aglomerante.

Los suelos A - 1 son los mejores graduados según la clasificación

AASHTO debido a sus componentes y a las propiedades que poseen

sus partículas.

Grupo A - 2. En esta clasificación se encuentran una gran diversidad de

materiales granulares que son los límites para algunos grupos, estos

suelos no se pueden ubicar dentro de los Grupos A - 1 y A - 3 debido a

las propiedades que poseen; el contenido de finos y el índice de plasticidad

son los referentes para su clasificación.

Subgrupo A - 2 - 4 y A - 2 – 5 . Estos suelos están compuestos de

bastante agregados y con muchos limos.

Subgrupo A - 2 - 6 y A - 2 – 7. Al contrario de los subgrupos

anteriores estos poseen materiales granulares y gran cantidad de

arcillas.

Según la AASHTO estos suelos están por debajo del tipo A - 1, que

27


pueden ser utilizados como carpeta de rodaje en caminos terciarios, pero va a

depender del aglomerante.

Grupo A - 3. En este grupo se encuentran las arenas de playas, arenas

de desiertos y mezclas aluviales de arena fina mal graduada con

cantidades de arcilla gruesa y grava.

Suelos Limo - Arcillosos.

Grupo A - 4. estos suelos es muy común de encontrarse ya que

mayormente poseen cantidades de limos con porcentajes muy ligeros de

material grueso y arcillas coloidales.

Grupo A - 5. Estos suelos son muy parecidos a los del grupo A - 4 con

la diferencia de que estos tienden a ser muy elásticos e inestables aun en

estados secos, además poseen porcentajes de diatomáceo o micáceo.

Grupo A - 6. Suelos muy común de encontrarse en el medio, en donde

su composición predomina la arcillas con porcentajes muy ligeros

de gruesos en estado plástico; su capacidad de carga es muy buena, pero

debido a que se refiere a un predominante de arcillas cuando absorbe agua

se expande y va perdiendo la capacidad de soporte de carga, además

cuando esta con un contenido de agua por debajo del optimo no debe de

compactarse.

Grupo A - 7. En estos materiales son muy parecidos al del grupo A - 6

a diferencia que son arcilla altamente plásticas con presencias de limos,

turbas y materia orgánica, los cuales la vuelven muy elásticas e inestable a

la vez.

Subgrupo A - 7 – 5. Suelos con Índice de plasticidad moderado con

relación a su Limite Liquido el cual los vuelve altamente elásticos

y expansivos.

Subgrupo A - 7 – 6. Estos suelos son altamente expansivos con un

Índice de plasticidad alto en relación a su Limite Liquido.28


Suelo Orgánico:

Son suelos altamente compresibles y baja resistencia al corte, dichos

suelos no son adecuados en obras de terraplenes y subrasantes, es decir que

este material debe ser desalojado de las obras en las que se requiere un

suelo estable. La clasificación de estos suelos es a partir de una inspección

visual.

Su color es negro o pardo oscuro, con olor a material descompuesto

debido a materiales orgánicos que posee en descomposición.

Los únicos ensayos necesarios para encuadrar un suelo dentro de un

grupo u otro son el análisis granulométrico y los límites de Atterberg. Si

queremos determinar su posición relativa dentro del grupo, es necesario

introducir el concepto de índice de grupo (IG), expresado como un número

entero con un valor comprendido entre 0 y 20 en función del porcentaje de

suelo que pasa a través del tamiz #200 ASTM (0.080 UNE):

IG = 0.2 ⋅ a + 0.005 ⋅ a ⋅ c + 0.01 ⋅ b ⋅ dDónde:

a es el porcentaje en exceso sobre 35, de suelo que pasa por dicho tamiz, sin

pasar de 75. Se expresa como un número entero de valor entre 0 y 40.

b es el porcentaje en exceso sobre 15, de suelo que atraviesa el tamiz, sin

superar un valor de 55. Es un número entero que oscila entre 0 y 40.

c es el exceso de límite líquido (LL) sobre 40, y nunca superior a 60. Se

expresa como un número entero comprendido entre 0 y 20.

d es el exceso de índice de plasticidad (IP) sobre 10, nunca superior a 30. Es

también un número entero positivo comprendido entre 0 y 20.

Índice de grupo.- Es un índice adoptado por AASHTO de uso corriente para

clasificar suelos, está basado en gran parte en los límites de Atterberg. El

índice de grupo de un suelo se define mediante la fórmula:

29


IG = 0.2 (a) + 0.005 (ac) + 0.01 (bd)

Dónde:

a = F-35 (F = Fracción del porcentaje que pasa el tamiz Nº 200 -74 micras). Expresado por un número entero positivo comprendido entre 1 y 40.

b = F-15 (F = Fracción del porcentaje que pasa el tamiz Nº 200 -74 micras).Expresado por un número entero positivo comprendido entre 1 y 40.

c = LL – 40 (LL = límite líquido). Expresado por un número entero comprendido entre 0 y 20.

d = IP-10 (IP = índice plástico). Expresado por un número entero comprendido entre 0 y 20 o más.

El índice de grupo es un valor entero positivo, comprendido entre 0 y

20 o más. Cuando el IG calculado es negativo, se reporta como cero. Un índice

cero significa un suelo muy bueno y un índice igual o mayor a 20, un suelo no

utilizable para carreteras.

30

Índice de grupo Suelo de subrasante

IG > 9 Muy pobre

IG está entre 4 a 9 pobre

IG está entre 2 a 4 regular

IG está entre 1 − 2 bueno

IG está entre 0 − 1 Muy bueno


En la página siguiente se muestra la tabla de clasificación de suelos

AASHTO, en la que se recogen todas las características exigibles a cada grupo

–y subgrupo, en el caso de que exista- de suelo.

Clasificación AAHSTO

31


SISTEMA DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS AASHTO

32

Clasificación Materiales granulares Materiales limoso arcilloso

general (35% o menos pasa por el tamiz Nº 200 (más del 35% pasa el tamiz Nº 200)A-1 A -2 A-7

Grupo: A-1-a A-1-b A-3 A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 A-4 A-5 A-6 A-7-5A-7-6

Porcentaje que pasa:Nº 10 (2mm) 50 máx. - - - -

Nº 40 (0,425mm) 30 máx. 50 máx. 51 mín. - -

Nº 200 (0,075mm) 15 máx. 25 máx. 10 máx. 35 máx. 36 mín.Características de la

fracción que pasa porel tamiz Nº 40

Límite líquido - - 40 máx. 41 mín. 40 máx.41

mín.40

máx.41

mín.40

máx.41 mín.

Índice de plasticidad 6 máx. NP (1) 10 máx. 10 máx. 11 mín.11

mín.10

máx.10

máx.11

mín. 11 mín.Constituyentes Fragmentos de

Arena fina Grava y arena arcillosa o limosaSuelos limosos

Suelos arcillososprincipales

roca, grava y arena

CaracterísticasExcelente a bueno Pobre a malo

como subgrado(1): No plástico

(2): El índice de plasticidad del subgrupo A-7-5 es igual o menor al LL menos 30

El índice de plasticidad del subgrupo A-7-6 es mayor que LL menos 30


Cuadro: signos convencionales para perfil de calicatas

SUELOS

A − 1 - a A − 5

A − 1 - b A − 6

A − 3 A − 7 − 5

A − 2 − 4 A − 7 − 6

A − 2 − 5 MATERIA ORGANICA

A − 2 − 6 ROCA SANA

A − 2 − 7ROCA

DESINTEGRADA

A − 4

33


CAPÍTULO III

3.- SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN Y PROPIEDADES DEL SUELO

3.1.- CALIFICACIÓN Y CLASIFICACIÓN

Aunque los sistemas de clasificación basados en el criterio de Casagrande separan a los suelos de acuerdo con sus propiedades de ingeniería, no interpretar estrictamente un uso particular; es decir, la clasificación de un suelo no resulta tan evidente cuando este se desea emplear para algún tipo de obra. Sim embargo, las tablas sirven en este sentido como una valiosa ayuda.

Una vez que el suelo se haya clasificado, la consulta de estas tablas resulta inmediata y es muy fácil dar una calificación del suelo de acuerdo con su conveniencia para ser utilizado en determinada constructiva o como componente sustancial de una obra.

Propiedades importantes de ingeniería

Nombres típicos de los

grupos de suelos

Símbolo de grupo

Permeabilidad cuando esta compactada

Resistencia al esfuerzo cortante,

compactada y saturada

Comprensibilidad cuando esta compactada y

saturada

Trabajabilidad como

material de construcción

Gravas bien graduadas, mezclas de gravas y arenas, sin finos o con muy pocos

GW Permeable excelente Despreciable Excelente

Gravas pobremente graduadas, mezclas de gravas y arenas, sin finos o con muy pocos

GP Muy permeable

Buena Despreciable Buena

Gravas limosas mezclas de gravas, arenas y limos pobremente graduadas

GMSemipermeab

le impermeable

Buena Despreciable Buena

Gravas arcillosas, mezclas de grava, arena y arcilla

GC ImpermeableBuena a

aceptable Muy baja Buena

34


pobremente graduadasArenas bien graduadas, arenas gravosas, sin finos o con muy pocos

SW Permeable Excelente Despreciable Excelente

Arenas pobremente graduadas, arenas gravosas, sin finos o con muy pocos

SP Permeable Buena Muy baja Aceptable

Arenas limosas, mezclas de arenas y limos pobremente graduados

SMSemipermeab

le impermeable

Buena Baja Aceptable

Arenas arcillosas, mezclas de arenas arcillas pobremente graduadas

SC Impermeable Buena a aceptable

Baja Buena

Limos inorgánicos y arenas muy finas, arena limosas o arcillosas con poca plasticidad

MLSemipermeab

le impermeable

Aceptable Media Aceptable

Arcillas inorgánicas de baja o mediana plasticidad, arcillas gravosas, arcillas arenosas, arcillas limosas

CL Impermeable Aceptable Media Buena a aceptable

Limos inorgánicos, arenas finas o suelos limosos, limos elásticos

OLSemipermeab

le impermeable

Pobre Media Aceptable

Limos inorgánicos, arenas finas o suelos limosos, limos elásticos

MHSemipermeab

le impermeable

Aceptable a pobre

Alta Pobre

Arcillas inorgánicos de alta plasticidad,

CH Impermeable Pobre Alta Pobre

35


arcillas gravosasArcillas orgánicas de mediana a alta plasticidad

OH Impermeable Pobre Alta Pobre

Turbas y otros suelos altamente orgánicos

Pt ------- ------- ------- -------

Principales propiedades y utilización:

Como este sistema se lleva utilizando de forma generalizada en muchos países y durante muchos años, a partir de la denominación del suelo ya se pueden saber de forma cualitativa sus principales propiedades y las obras en las que se pueden utilizar, como se puede observar en las dos páginas siguientes.

Símbolo Permeabilidad Resistencia Compresibilidad Facilidad

GW Permeable Excelente Despreciable Excelente

GP Muy permeable Buena Despreciable Buena

GMSemipermeable a

impermeableBuena Despreciable Buena

GC ImpermeableBuena a regular

Muy baja Buena

SW Permeable Excelente Despreciable Excelente

SP Permeable Buena Muy baja Regular

SMSemipermeable a

impermeableBuena Baja Regular

SC ImpermeableBuena a regular

Baja Buena

Símbolo Permeabilidad Resistencia Compresibilidad Facilidad

MLSemipermeable a

impermeableRegular Media Regular

CL Impermeable Regular MediaBuena a regular

OLSemipermeable a

impermeableDeficiente Media Regular

MHSemipermeable a

impermeableRegular a deficiente

Elevada Deficiente

CH Impermeable Deficiente Elevada Deficiente

OH Impermeable Deficiente Elevada Deficiente

36


Presas de tierra Cimentaciones Carreteras

Símbolo Homogéneas Núcleo Con flujo Sin flujo Terraplenes Capas

GW - - - 1 1 3

GP - - - 3 3 -

GM 2 4 1 4 4 5

GC 1 1 2 6 5 1

SW - - - 2 2 4

SP - - - 5 6 -

SM 4 5 3 7 8 6

SC 3 2 4 8 7 2

ML 6 6 6 9 10 -

CL 5 3 5 10 9 7

OL 8 8 7 11 11 -

MH 9 9 8 12 12 -

CH 7 7 9 13 13 -

OM 10 10 10 14 14 -

Esta tabla presenta el grado de adecuación de cada tipo de suelo para

diferentes obras (los números pequeños indican una óptima utilización).

37


38


Grupo VALORACIÓN ATRIBUTOS APTITUDES SEGÚN USOSGW +++ ++ +++ +++ Mantos de presas, terraplenes, erosión de canales.GP ++ +++ ++ +++ Mantos de presas y erosión de canales.GM ++ - ++ +++ Cimentaciones con flujo de agua.GC ++ -- + ++ Núcleos de presas, revestimientos de canales.SW +++ ++ +++ +++ Terraplenes y cimentación con poco flujo.SP m ++ ++ ++ Diques y terraplenes de suave talud.SM m - ++ + Cimentación con flujo, presas homogéneas.SC ++ -- + + Revestimiento de canales, capas de pavimentoML m - m m Inaceptable en pavimentos, licuable.CL + -- m m Revestimiento de canales, pero es erosionable.OL m - -- m No recomendable, máximo si hay agua.MH -- - - --- Inaceptable en cimentaciones o bases (hinchable)CH -- -- -- --- Inaceptable en cimentación (hinchable)OH -- -- -- --- Inaceptable en cimentaciones o terraplenes.

CARA

CTER

ISTI

CAS

FUN

DEM

ENTA

LES

Faci

lidad

de

Trat

amie

nto

en O

bra

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eabi

lidad

Res

iste

ncia

al C

orte

Com

pres

ibili

dad

Sobresaliente +++Muy Alto ++

Alto +Moderado mDeficiente -

Bajo --Muy bajo ---

Tabla 5.2 Características y uso de los suelos (Grupo del SUCS)

39


Gru

pos

Sue

los

Per

me

abili

dad

elas

ticid

ad

Ca

mbi

o de

V

olum

en

Ca

pila

rida

d

Bas

e d

e

pavi

me

ntos

Sub

ba

ses

Ter

rapl

én

Valoración escala

A-1 -- --- -- - ++ ++ ++ +++ Sobresaliente

A-2 - ++ + m - m + ++ Muy alto

A-3 + - -- - + + + + Alto

A-4 - + + +++ - - + m Moderado

A-5 - m ++ +++ - - -- - Deficiente

A-6 --- - ++ ++ -- -- - -- Bajo

A-7 -- m ++ ++ -- -- -- --- Muy bajo

Tabla 5.3 Características de suelos –según la AASHTO–

40


3.2.-ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS SUELOS

Los ensayos de resistencia miden la capacidad actual de los materiales

para resistir deformaciones. Existen diferentes métodos para medir la

resistencia de los suelos de la subrasante que se han sometido a cargas

dinámicas de tránsito:

- Relación de valor soporte California (CBR)

- Ensayo de plato de Carga (Valor K)

- Permeabilidad (k)

41


C.B.R. (California Bearing Ratio)

1.- Origen

Este método fue propuesto en 1929 por los ingenieros T. E. Stanton y

O. J. Porter del departamento de carreteras de California. Desde esa fecha

tanto en Europa como en América, el método CBR se ha generalizado y es una

forma de clasificación de un suelo para ser utilizado como subrasante o

material de base en la construcción de carreteras.

Durante la segunda guerra mundial, el cuerpo de ingenieros de los

Estados Unidos adoptó este ensayo para utilizarlo en la construcción de

aeropuertos.

2.- Definición de CBR

El CBR de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0.1” ó 0.2”

de penetración, expresada en por ciento en su respectivo valor estándar.

También se dice que mide la resistencia al corte de un suelo bajo

condiciones de humedad y densidad controlada. El ensayo permite obtener un

número de la relación de soporte, que no es constante para un suelo dado sino

que se aplica solo al estado en el cual se encontraba el suelo durante el

ensayo.

Fig 1. El asumido mecanismo de falla del suelo generado por el pistón de

19.4 cm2 en el Ensayo C.B.R. La condición de frontera es un problema.

42


3.-Definición de número CBR

El número CBR (o simplemente CBR), se obtiene de la relación de la

carga unitaria (lbs/pulg2.) necesaria para lograr una cierta profundidad de

penetración del pistón de penetración (19.4 cm2) dentro de la muestra

compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con

respecto a la carga unitaria patrón (lbs/pulg2.) requerida para obtener la misma

profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturado.

Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras

compactadas al contenido de humedad óptimo para un suelo específico,

determinado utilizando el ensayo de compactación estándar o modificada del

experimento.

Proctor Estándar ASTM D 698

A B C

Peso martillo (lb) 5.5 5.5 5.5

Diám. molde (pulg) 4 4 6

No. de capas 3 3 3

No. golpes/capa 25 25 56

Proctor Modificado ASTM D 1557

A B C

Peso martillo (lb) 10 10 10

Diám. molde (pulg) 4 4 6

No. de capas 5 5 5

No. golpes/capa 25 25 5

CBR - ASTM D 4429- 93

Diam. Del molde ( pulg) 6

Martillo (lb) 10

No. de capas 5

No. Golpes / capa 10 25 56

El método CBR comprende los 3 ensayos siguientes:

43


- Determinación de la densidad y humedad.

- Determinación de las propiedades expansivas del material.

- Determinación de la resistencia a la penetración.

El comportamiento de los suelos varía de acuerdo a su grado de

alteración (inalterado y alterado) y a su granulometría y características físicas

(granulares, finos, poco plásticos).

El método a seguir para determinar el CBR será diferente en cada caso

A. Determinación del CBR de suelos perturbados y remoldados:

1. Gravas y arenas sin cohesión.

2. Suelos cohesivos, poco plásticos y poco o nada expansivo.

3. Suelos cohesivos y expansivos.

B. Determinación del CBR de suelos inalterados.

C. Determinación del CBR in situ.

4.0.- Determinación del CBR de Suelos Remoldados ASTM D 1883

4.1.- Equipo

Para la Compactación

- Molde de diám.= 6”, altura de 7” a 8” y un collarín de 2”.

- Disco espaciador de acero diám. 5 15/16” y alt. 2.5”

- Pisón Peso 10 lb. y altura de caída 18”.

- Trípode y extensómetro con aprox. 0.001”.

- Pesas de plomo anular de 5 lbs c/u (2 pesas).

Para la Prueba de Penetración

- Pistón sección circular Diám. = 2 pulg.

- Aparato para aplicar la carga: Prensa hidráulica. V= 0.05 pulg/min.

Con anillo calibrado.

- Equipo misceláneo: balanza, horno, tamices, papel filtro, tanques para

inmersión de muestra a saturar, cronómetro, extensómetros, etc.

44


Fig. 2. Equipo empleado para las pruebas de compactación e hinchamiento.

Foto 1. El equipo CBR para realizar, el tamizado, humedecimiento, la mezcla

de suelo y la compactación.

45


4.2.- Preparación del material

a) Secar el material al aire o calentándolo a 60° C.

b) Desmenuzar los terrones existentes y tener cuidado de no romper

las partículas individuales de la muestra.

c) La muestra deberá tamizarse por la malla ¾ “y la No. 4. La fracción

retenida en el tamiz ¾” deberá descartarse y reemplazarse en igual

proporción por el material comprendido entre los tamices ¾” y No. 4.

Luego se mezcla bien.

d) Se determina el contenido de humedad de la muestra así preparada.

Cantidad de material

Para cada determinación de densidad (un punto de la curva de

compactación), se necesitan 5 k de material. Para la curva con 6 puntos se

necesitará 30 k de material.

Cada muestra se utiliza una sola vez.

4.3.- Determinación de la densidad y humedad

Preparar una muestra que tenga la misma densidad y humedad que se

proyecta alcanzar en el sitio donde se construirá el pavimento. Procedimiento:

a) En el molde cilíndrico se coloca el disco espaciador y papel filtro

grueso 6”.

b) La muestra se humedece añadiendo una cantidad de agua

calculada. Se mezcla uniformemente. La humedad entre dos

muestras debe variar en 2%.

c) La muestra se divide en 5 partes. Se compacta en 5 capas con 10,

25 y 56 golpes / capa. La briqueta compactada deberá tener un

espesor de 5”.

d) Se quita el collarín, se enrasa la parte superior del molde, se

volteará el molde y se quitará la base del molde perforada y el disco

espaciador.

e) Se pesará el molde con la muestra, se determinará la densidad y la

humedad de la muestra.

46


Humedad de mezclado

Es un factor importante en suelos finos y debe controlarse

debidamente.

El contenido de humedad de la muestra amasada que se va a

compactar, deberá ser igual al correspondiente a la densidad que se desea

obtener, se ha comprobado que si esta humedad de mezclado varía en

±0.5% de la que se desea obtener, los CBR variarán apreciablemente aun

cuando se obtenga una densidad aproximadamente igual a la densidad

deseada.

4.4.- Determinación de la expansión del material

a) Determinada la densidad y humedad se coloca el papel filtro

sobre la superficie enrasada, un plato metálico perforado y se

volteará el molde.

b) Sobre la superficie libre de la muestra se colocará papel filtro y se

montará el plato con el vástago graduable. Luego sobre el plato se

colocará varias pesas de plomo. La sobrecarga mínima será de 10

lbs.

c) Colocado el vástago y las pesas, se colocará el molde dentro de un

tanque o depósito lleno con agua.

d) Se monta el trípode con un extensómetro y se toma una lectura

inicial y se tomará cada 24 horas.

e) Al cabo de las 96 horas o antes si el material es arenoso se anota la

lectura final para calcular el hinchamiento. Se calcula el % de

hinchamiento que es la lectura final menos la lectura inicial

dividido entre la altura inicial de la muestra multiplicado por 100.

47


Fig. 3. Disposición de las diferentes piezas, durante la ejecución de los

ensayos de hinchamiento y penetración.

Los especímenes son saturados por 96 horas, con una sobrecarga

igual peso del pavimento que se utilizará en el campo pero en ningún caso será

menor que 4.50 k. Es necesario durante este periodo tomar registros de

expansión cada 24 horas y al final de la saturación tomar el porcentaje de

expansión que es:

E (%)= Expansión

Altura de la muestra x100

Las especificaciones establecen que los materiales de préstamo para:

Sub base deben tener expansiones menores de 2%

Base “ “ “ 1%

Como dato informativo observar el hinchamiento versus el CBR:

Suelo con hinchamiento 3% o más, generalmente tienen CBR < 9 %

Suelo con hinchamiento 2% como máximo tienen CBR > 15%

Suelos con hinchamiento < 1% tienen generalmente CBR > 30%.

48


Drenaje

Después de saturada la muestra, se saca del cilindro y

cuidadosamente se drena durante 15 minutos el agua libre que queda. Como

para drenar bien el agua es necesario voltear el cilindro sujétese bien el disco y

las pesas metálicas al hacer esta operación. Luego remuévase el disco, las

pesas y el papel filtro, pésese la muestra.

4.5.- Determinación de la resistencia a la penetración

a).-Si no es necesario sumergir la muestra en agua, se colocará sobre

ella la pesa anular y se montarán las pesas de plomo, de tal modo

que se obtenga una sobrecarga semejante a la del pavimento a

construirse. Pasar a c) y d).

b).-Si la muestra ha sido sumergida en agua para medir su expansión,

y después que haya sido drenada, se colocará la pesa anular y

encima de las pesas de plomo que tenía la muestra cuando estaba

sumergida en agua; o sea que la sobrecarga para la prueba de

penetración deberá ser prácticamente igual a la sobrecarga que

tenía durante el ensayo de hinchamiento.

c).- El molde con la muestra y la sobrecarga, se coloca debajo de la

prensa y se asienta el pistón sobre la muestra, aplicando una carga

de 10 lbs.

d).-Una vez asentado el pistón, se coloca en cero el extensómetro que

mide la penetración y el dial del extensómetro también se coloca en

cero.

e).-Se hinca el pistón en incrementos de 0.025” a la velocidad de 0.05”/

minuto y se leen las cargas totales que ha sido necesario aplicar

hasta hincar el pistón 0.50 pulgada.

49


f).- Una vez hincado el pistón hasta 0.50 pulgada, se suelta la carga

lentamente; se retira el molde de la prensa y se quitan las pesas y la

base metálica perforada.

g).- Finalmente se determina el contenido de humedad de la muestra.

Para el control de campo, bastará determinar el contenido de

humedad correspondiente a la parte superior de la muestra pero en

el laboratorio se recomienda tomar el promedio de los diferentes

contenidos de humedad (parte superior e inferior de la muestra).

Foto 2. El equipo Manual de CBR.

La muestra está instalada, el

anillo y su dial de deformaciones,

el dial para medir las

deformaciones y el pistón de 19.4

cm2 de área transversal.

50


Foto 3. El marco de carga,

el anillo y el dial de

deformaciones.

Foto 4. La muestra instalada, las

columnas del marco, el pistón y el

dial de deformaciones.

Foto 5. La manijuela del

equipo para correr el ensayo.

51


Foto 6. El extractor de la muestra de

los moldes. La palanca del gato y el marco

del equipo.

5.- Cálculo del CBR

Las lecturas tomadas, tanto de las penetraciones como de las

cargas, se representan gráficamente en un sistema de coordenadas como se

indica en la Fig. 4.

Si la curva esfuerzo - penetración que se obtiene es semejante a

la del ensayo No. 1 de la Fig. 4, los valores anotados serán los que se tomen

en cuenta para el cálculo de CBR.

En cambio, si las curvas son semejantes a las correspondientes a los

No. 2 y 3, las curvas deberán ser corregidas trazando tangentes en la

forma indicada en la Fig. 4. Los puntos A y B, donde dichas tangentes

cortan el eje de abscisas, serán los nuevos ceros de las curvas.

Las cargas unitarias y penetraciones se determinaran a partir de

estos ceros. Si analizamos la curva del ensayo No. 3 tendremos que le

esfuerzo correspondiente a la penetración corregida de 0.1” será de 300

lb/pulg2 en lugar de 120 lb/pulg2, que es la correspondiente a la lectura inicial

sin corregir de 0.1”.

52


Fig. 4. Curvas que relacionan la hinca del pistón con las presiones aplicadas.

CBR = Cargaunitariadel ensayo

Cargaunitaria patrón x100(%)

CBR = El número CBR es un porcentaje de la carga unitaria patrón.

En la práctica, el símbolo de % se quita y la relación se presenta

simplemente por el número entero.

Para determinar el CBR se toma como material de comparación la

piedra triturada que sería el 100%, es decir CBR = 100%.La resistencia a la

penetración que presenta a la hinca del pistón es la siguiente:

53


Penetración Carga Unitaria Patrón

mm pulg Mpa Psi k/cm2

2.5 0.10 6.9 1,000 70

5.0 0.20 0.3 1,500 105

7.5 0.30 13.0 1,900 133

10.0 0.40 16.0 2,300 161

12.7 0.50 18.0 2,600 182

Si los CBR para 0.1” y 0.2” son semejantes se recomienda usar en los

cálculos, el CB correspondiente a 0.2”.

Si el CBR correspondiente a 0.2” es muy superior al CBR

correspondiente al 0.1”, deberá repetirse el ensayo.

Fig. 5. Curvas esfuerzo – penetración para diferentes tipos de suelos

54


1A. Suelos gravosos y arenosos

Estos suelos en la clasificación unificada, corresponden a los siguientes

grupos: GW, GP, SW y SP.

- Son suelos generalmente de Ip < 2 y de compactación rápida en el

campo.

- En general el CBR casi no vería apreciablemente con los cambios de

humedad.

- El CBR se puede determinar sin saturar la muestra.

- El CBR que se adopte podrá ser el que corresponde a su máxima

densidad o si se sigue un criterio más conservador, el menor de los CBR

obtenidos.

- El CBR de estos suelos granulares es generalmente mayor de 20%.

1B. Suelos cohesivos, plásticos, poco o nada expansivos

Estos suelos son los más comunes y pertenecen a la siguiente clasificación

unificada: GM, GC, SM, SC, CL, ML, OL.

A

- Se aplica a condiciones climatéricas normales y a aquellos suelos cuyo

CBR no varíe apreciablemente con el contenido de humedad.

- No requiere estricto control de la humedad cuando se compacta en el

campo.

B

- Se aplica a condiciones climatéricas desfavorable y a aquellos suelos

que son muy sensibles a cambios de humedad.

- Se requiere un mayor control de la humedad en el campo.

Procedimiento I

A) Se determinará una curva compactación a 56 golpes.

B) Se preparan 3 muestras (56, 25, 10) a humedad óptima ± 0.5%.

C) Cada muestra se satura y se anota la expansión.

D) Después de las 96 horas se corre el ensayo.

E) El CBR de diseño será aquel correspondiente a la densidad que se

especifique.55


Fig. 6. Determinación del CBR para suelos poco “sensibles” a

cambios pequeños de humedad (Procedimiento I).

Procedimiento II

A) Se recomienda realizar 3 curvas de compactación cada una de ellas a

56, 25, 10 golpes/capa.

B) Se saturan por 96 horas, se determina el hinchamiento y se drena.

C) Se determina el CBR de cada muestra.

D) Las curvas correspondientes a los contenidos de humedad,

densidades y valores corregidos de los CBR se representan como en la

Fig 7.

E) En la Fig. 8A, se determina la zona densidad humedad, de acuerdo a

la clase de obra y a las normas a seguirse.

F) El CBR de diseño se seleccionará de las curvas CBR - Densidad, CBR

Humedad, representadas en las Fig 8B, y 8C.

G) Generalmente la densidad que se selecciona para determinar el CBR

es la correspondiente al 95% de la MDS.

56


Fig. 7. Relación entre el esfuerzo de compactación por unidad de

volumen y la densidad máxima.

Fig. 8. Familia de curvas que relacionan los CBR “corregidos”

con los contenidos de humedad y densidades.

57


1C Suelos cohesivos, plásticos y expansivos

Estos suelos pertenecen a la clasificación unificada: MH, CH y OH.

- El método que se sigue es semejante al Procedimiento II.

- Seleccionar cuidadosamente las humedades y densidades.

- No siempre la humedad óptima y la densidad máxima es la más

adecuada.

- Muchas veces el hinchamiento de estos suelos es menor cuando se

compacta a densidades y con humedades distintas a la densidad máxima

y humedad óptima.

- El CBR a usar es aquel en que el suelo presente menor hinchamiento.

- Para facilitar la selección del CBR de diseño, es recomendable es

recomendable representar gráficamente los % de hinchamiento vs. Los

contenido de humedad en los diferentes estados de compactación.

- La comparación de las curvas que relacionan los hinchamientos, CBR y

densidades con las humedades de compactación permitirá establecer los

límites de humedad y densidad apropiados, facilitando así la selección del

CBR de diseño.

6.- Valores referenciales de CBR, usos y suelos.

SISTEMA DE CLASIFICACIÓN

No. CBRClasificación

generalUsos Unificado AASHTO

0 – 3 Muy pobre Sub rasante OH,CH,MH,OL A5, A6,A7

3 – 7Muy pobre a

regularSub rasante OH,CH,MH,OL A4,A5,A6,A7

7 – 20 Regular Sub base OL,CL,ML,SC,SM,SP A2,A4,A6,A7

20 - 50 Bueno Sub base y baseGM,GC,SW,SM,SP,G

PA-1b,A2-5, A-3,A2-6

> 50 Excelente Base GW, GM A1a,A2-4,A-3

58


Ante la imposibilidad en ocasiones de hacer los ensayos para

determinar el CBR de la sub-rasante, se propone hacer el cálculo mediante la

correlación entre la clasificación de los suelos propuesta por AASHTO (EE.UU)

para los suelos de la capa de coronación de la sub-rasante, de la sub base y la

base. Las magnitudes de los CBR a emplear en el diseño se determinan

correlacionando los valores del cuadro.

Como se aprecia en el cuadro, los suelos granulares: A-1, A-2 y A-3

poseen como mínimo valores de CBR del 9% hasta el máximo de 100% y los

suelos finos (limosos y arcillosos: A-4, A-5, A-6 y A-7) alcanzan valores

pequeños de ese importante indicador de resistencia (desde menos de 2% y

hasta 30%).

59


ENSAYO DE CARGA DIRECTA SOBRE PLACA

(MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE)

INTRODUCCION

Con el fin de estimar adecuadamente los esfuerzos máximos a que

estarán sometidos elementos estructurales en contacto continuo con materiales

térreos, tales como pavimentos, cimientos, traviesas de ferrocarril, etc., se

requiere conocer la deformabilidad de la estructura térrea, ante la acción de las

cargas impuestas.

CONCEPTO DEL MODULO DE REACCION DE SUBRASANTE (k)

El módulo de reacción de subrasante k, se define como:

k = σ / δ, en donde:

σ = esfuerzo normal, δ = deformación en la dirección de σ.

El objetivo de este parámetro es el de reemplazar una masa de suelo por

resortes elásticos equivalentes, con una constante k por unidad de área, lo que

realmente es una conveniencia matemática que facilita los cálculos de

esfuerzos y deformaciones en las interfaces estructura suelo, puesto que las

deformaciones se hacen directamente proporcionales a los esfuerzos

aplicados.

El concepto fue introducido por Winkler, y posteriormente desarrollado,

discutido y usado por la profesión. Dado que, este parámetro no es una

propiedad intrínseca del suelo, hay múltiples modelos para su evaluación y no

es posible determinarlo unívocamente con ensayos normalizados.

Esquema de la prueba de placa

K (psi/in) = carga unitaria por placa / deflexión de la placa

60


El módulo de reacción de la subrasante (k) de un suelo se define como

la relación entre presión aplicada mediante un plato o disco, de sección

dada, a la subrasante y la penetración o deflexión resultante (AASHTO

T-222 y ASTM D-1195)

El k mide la resistencia (o capacidad soporte del material de subrasante

a ser comprimido bajo la acción de las cargas transmitidas al suelo

Para su determinación debe aplicarse una presión con el plato de carga

similar a la que le transmitirá el pavimento en servicio:

En general se aplican 10psi (0.7kg/cm2)

El valor k depende además de diámetro del palto:

La deflexión generalmente aumenta cuando el tamaño del plato

disminuye (para presión cte.

Para pavimentos rígidos se adopta un diámetro de 30” (76cm)

Para la correspondencia de los resultados en pavimentos rígidos con la

teoría desarrollada por Westergaard el valor k determinado con el

ensayo del plato debe ser establecido para una deflexión de 0.05”

(1.25mm)

61


Valores recomendados de CBR y K

para varios tipos de suelos

Clasificación AASTHO

DescripciónClasificación

Unificada SUCS

Densidad seca kg/m3

CBR %

K pci

Suelos Granulares

A-1-a bien graduado

Grava Arena gruesa

GW 2000-2240 60-80 300-450

A-1-a bien graduado GP 1920-2080 35-60 300-400

A-1-b SW 1760-2080 20-40 200-400A-3 Arena fina SP 1680-1920 15-25 150-300

Suelos A-2 (suelos con alto contenido de finos)

A-2-4 gravoso Grava limosoGM 2080-2320 40-80 300-500

A-2-5 gravoso Grava areno limoso

A-2-4 arenoso Arena limosoSM 1920-2160 20-40 300-400

A-2-5 arenoso Arena gravo limoso

A-2-6 gravoso Grava arcillosaGC 1920-2240 20-40 200-450

A-2-7 gravosoGrava areno

arcillosaA-2-6 arenoso Arena arcillosa

SC 1680-2080 10-200 150-350A-2-7 arenoso

Arena gravoarcillosa

Suelos Finos

A-4Limo, Mezcla

limo/arena/grava ML, OL1440-1680 1600-2000

4-800 5-150

25-165* 40-200*

A-5 Limo mezclado MH 1280-1600 4-800 25-190*A-6 Arcilla plástica CL 1600-2000 5-150 25-255*

A-7-5Arcilla elástica

moderada CL, OL 1440-2000 4-150 25-215*

A-7-6Arcilla elástica

elevada CH,OH 1280-1760 3-500 40-220*

Estos rangos de K aplican para estratos homogéneos de suelo de por lo menos 3 metros de espesor. Si un estrato de suelo de menos de 3 metros existe sobre un suelo más blando, el valor de K deberá corresponder al del suelo blando inferior y se podrá considerar el incremento de K debido al estrato superior. Si por el contrario existiera un estrato de roca el valor de K deberá ser ajustado.* El valor de K de los suelos finos depende en gran medida del grado de saturación,

por lo que se recomienda realizar una corrección de por este efecto.

62


Correlación de k con lasPropiedades del Suelo

Tipo de suelo Densidad(g/cc)

CBR (%) k ( kg/cc)

A-1-a, bien gradada 2.10 − 2.35 60 − 80 8.3 − 12.5

A-1-a, pob. gradada 2.02 − 2.18 35 − 60 8.3 − 11.1

A-2-4 ó 5, gravosa 2.18 − 2.44 40 − 80 8.3 − 13.8

A-2-4 ó 5, arenosa 2.02 − 2.27 20 − 40 8.3 − 11.1

A-3 1.76 − 2.02 15 − 25 4.2 − 8.3

A-4, limo 1.51 − 1.76 4 − 8 0.7 − 4.6

A-5, limo 1.34 − 1.68 5 − 15 1.1 − 6.1

A-5-6, arcilla plástica 1.68 − 2.10 5 − 15 0.7 − 7.1

A-7-5, arcilla mod. plást. 1.51 − 2.10 4 − 15 0.7 − 6.0

A-7-6, arcilla alta plást. 1.34 − 1.85 3 − 5 1.1 − 6.1

63


PERMEABILIDAD: es la facilidad o dificultad que ofrece un suelo al paso del

agua; se mide a través del coeficiente de permeabilidad, como una constante

que tiene dimensiones de velocidad, y expresa la capacidad hidráulica de un

suelo respecto al agua en su travesía por la masa del suelo; el grado de

permeabilidad varía según el tipo de suelo.

Un suelo o roca es permeable cuando contiene vacíos o fracturas

continuas; los vacíos existen en todos los suelos incluyendo las arcillas más

compactas.

La forma de los granos es importante especialmente en los suelos más

gruesos. El grado de saturación y el aire atrapado en los poros reduce el área

en la sección transversal y puede llegar hasta obstruir el paso del agua.

La permeabilidad de los suelos depende de varios factores: la

viscosidad del fluido, distribución del tamaño de los poros, distribución

granulométrica, relación de vacíos, rugosidad de las partículas minerales y

grado de saturación del suelo. En los suelos arcillosos la estructura juega un

papel importante en la permeabilidad. Otros factores mayores que afectan la

permeabilidad de las arcillas son: la concentración iónica y el espesor de las

capas del agua adheridas a las partículas de arcilla.

El valor del coeficiente de permeabilidad “k”, varía ampliamente para

diferentes suelos; como se muestra en la tabla 1.2; se dan algunos valores

típicos para suelos saturados. La permeabilidad del suelo no saturado es

menor y crece rápidamente con el grado de saturación.

COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD “K”

TIPO DE SUELO k (cm/seg)

Grava limpia 100 − 1

Arena gruesa 1.0 − 0.01

Arena fina 0.01 − 0.001

Arcilla limosa 0.001 − 0.00001

Arcilla 0.000001

Braja M. Das, 2001.

64


Valores de permeabilidad típicos para diferentes tipos de suelos

VALORES DE PERMEABILIDAD MAS EMPLEADOS PARA LOS DIFERNETES TIPO DE SUELOS

VALORES REPRESENTATIVOS DE APROXIMACION DE LOS DIFERENTES TIPOS DE SUELOS CON RESPECTO A SU PERMEABILIDAD

m/s

cm/s

ft/s

Grupos típicosde suelo:

GC GM SM SW GW

CH SC SM-SC SP GP MH

MC-CL

Tipos

de suelos:

Arcillas

homogéneas

debajo de

Limos , arenas finas,

arenas limosas,

arcillas estratificadas

Arenas limpias, arena y

grava mezcladas

Gravas

limpias

zonas de

desgaste o

Arcillas fisuradas e

intemperizadas y arcillas 65

10−11 10−1010−9

10−8 10−7 10−6 10−5 10−410−3 10−2 10−1 1

10−9 10−810−7

10−6 10−5 10−4 10−3 10−210−1 1 10 100

10−10 10−9 10−8 10−710−6 10−5

10−4 10−310−2

10−1 1

Permeabilidad: Impermeabilidad Muy baja permeabilidad

baja permeabilidad

Mediana permeabilidad

Alta permeabilidad

Condiciones de drenaje:

Impermeabilidad Pobre Buena


intemperizadas modificadas por la vegetación

NOTA: La Flecha adyacente a las clases de grupo indica que la permeabilidad puede alcanzar valores

mayores a los típicamente presentados

La permeabilidad por su parte también se relaciona con el tipo de suelo. El

rango de valores característicos encontrados se da en la tabla de arriba, la

cual se elaboró a partir de una información originalmente por Casagrande y

Fadum (1940). Superpuestos a la tabla se muestran los valores típicos de

suelos compactados (prueba AASTHO, martillo de 4.5 kg), clasificados según

el Sistema Unificado.

Rango de valores de k (cm/seg)

Ensayos de permeabilidad en materiales de baja de permeabilidad compactada

(Jorge E. Alva Hurtado)

66


3.4.- RELACION ENTRE LOS DOS DIFERENTES SISTEMAS DE CLASIFICACION

La tabla siguiente muestra una correlación entre los sistemas Unificado (asumido también por la ASTM). Debido a que los dos sistemas comparten un origen común, es posible hallar correspondencias entre los grupos de suelos con un razonable grado de confianza. Sin embargo, diferencias de orden mínimo entre los sistemas pueden significar la posibilidad de que se presenten ambigüedades, tal como se explica en las notas adjuntas

Las bases totalmente del sistema AASTHO dan por resultado que no exista una equivalencia directa entre él y los grupos del Sistema Unificado. Estos se muestra en las tablas las cuales presentan correspondencias entre los sistemas AASTHO y Unificado.

Determinadas las características de los suelos, según los acápites anteriores, se podrá estimar con suficiente aproximación el comportamiento de los suelos, especialmente con el conocimiento de la granulometría, plasticidad e índice de grupo y luego clasificar los suelos.

La clasificación de los suelos se efectuará bajo el sistema mostrado en el cuadro. Esta clasificación permite predecir el comportamiento aproximado de los suelos, que contribuirá a delimitar los sectores homogéneos desde el punto de vista geotécnico.

A continuación se presenta una correlación de los dos sistemas de clasificación más difundido, AASHTO y ASTM (SUCS):

Clasificación de suelos AASHTO

Clasificación de suelos ASTM (SUCS)

A-1-a GW,GP,GM,SW,SP,SM

A-1-b GM,GP,SM,SP

A− 2 GM,GC,SM,SC

A− 3 SP

A− 4 CL,ML

A− 5 ML,MH,CH

A− 6 CL,CH

67


A− 7 OH,MH,CH

Grupos de suelos comparables en el Sistema AASTHO

Grupo de suelos en el Sistema

UnificadoMás probable Posible

Posible pero improbable

GW A-a-1A-2-4, A-2-5, A-2-6, A-2-7

GP A-a-2 A-1-bA-3, A-2-4, A-2-5,

A-2-6, A-2-7

GMA-1-b, A-2-4, A-2-5, A-2-7

A-2-6A-4, A-5, A-6

A-7-5, A-7-6, A-1-a

GC A-2-6, A-2-7 A-2-4, A-6A-4, A-7-5,

A-7-6

SW A-1-b A-1-aA-3, A-2-4,A-2-5,

A-2-6,A-2-7

SP A-3, A-1-b A-1-aA-2-4,A-2-5, A-2-6,A-2-8

SMA-1-b, A-2-4, A-2-5, A-2-7

SC A-2-6, A-2-7A-2-4, A-6, A-4, A-7-6

A-7-5

ML A-4, A-5 A-6, A-7-5

CL A-6, A-7-6 A-4

OL A-4, A-5A-6, A-7-5,

A-7-6

MH A-7-5, A-5 A-7-6

CH A-7-6 A-7-5

OH A-7-5, A-5 A-7-6

Pt

Comparación de grupos de suelos dados por los sistemas Unificado y AASHTO

68


Comparación de grupos de suelos entre el SUCS

Grupo de suelos en el Sistema

AASHTOMás probable Posible Posible pero improbable

A-a-1 GW, GP SW,SP GM,SM

A-1-b SW,SP,GM,SM GP

A-3 SP SW,GP

A-2-4 GM,SM GC,SC GW,GP,SW,SP

A-2-5 GM,SM GW,GP,SW,SP

A-2-6 GC,SC GM,SC GW,GP,SW,SP

A-2-7 GM,GC,SM,SC GW,GP,SW,SP

A-4 ML,OL CL,SM,SC GM,GC

A-5 OH,MH,ML,OL SM,GM

A-6 CL ML,OL,SC GC,GM,SM

A-7-5 OH,MH,ML ML,OL,CH GM,SM,GC,SC

A-7-6 CH,CL ML,OL,SC OH,MH,GC,GM,SM

Comparación de grupos de suelos dados por los sistemas AASHTO y Unificado

69


Debido a que el Valor Relativo de Soporte de un suelo (VRS) mide el desempeño de este como subrasante, la lógica sugiere una correlación entre los valores de VRS y las clases de suelo. Al respecto, la oficina de Investigación en Carreteras de los Estados Unidos (USHRB, por sus siglas en inglés) presenta este tipo de correspondencia en la figura para los dos sistemas de clasificación estudiados en este trabajo.

Relaciones aproximadas entre los valores de VRS y las diferentes clases de suelos

70


SUCS AASTHO

PROCEDIMIENTO DE IDENTIFICACIÓN EN LA FRACCIÓN QUE PASA LA MALLA N° 40

SÍMBOLOS DEL

GRUPO

SÍMBOLOS DEL

GRUPONOMBRES TÍPICOS

GRAVAS LIMPIAS

Amplia gama en los tamaños de las partículas y cantidades apreciables de todos

los tamaños intermediosGW A-1-a

Gravas bien graduadas, mezclas de grava y arena con poco o nada de fino

Predominio de un tamaño o un tipo de tamaños, con ausencia de algunos tamaños

intermediosGP A-1-a

Gravas mal graduadas, mezclas de grava y arena con poco o nada de fino

GRAVAS CON FINOS

Fracción fina poco o nada plástica (para identificación véase grupo ML abajo) GM A-1-b

Gravas limosas, mezclas de grava, arena y limo

Fracción fina plástica (para identificación véase grupo CL abajo) GC A-1-b

Gravas arcillosas, mezclas de grava, arena y arcilla

ARENAS LIMPIAS

Amplia gama en los tamaños de las particular y cantidades apreciables de todos

los tamaños intermediosSW A-1-b

Arenas bien graduadas, arenas con grava, con poco o nada de finos

Predominio de un tamaño o un tipo de tamaños, con ausencia de algunos tamaños

intermediosSP A-1-b/A-3

Arenas mal graduadas, arenas con grava, con poco o nada de finos

ARENAS CON FINOS

Fracción fina poco o nada plástica (para identificación véase grupo ML abajo) SM A-2-4/A-2-5 Arenas limosas, mezclas de arena y limo

Fracción fina plástica (para identificación véase grupo CL abajo) SC A-2-6/A-2-7 Arenas limosas, mezclas de arena y arcilla

71


PROCEDIMIENTO DE IDENTIFICACIÓN EN LA FRACCIÓN QUE PASA LA MALLA N° 40

SÍMBOLOS DEL

GRUPO

SÍMBOLOS DEL

GRUPONOMBRES TÍPICOS

LIMOS Y ARCILLAS

(limite liquido mayor a 50)

RESISTENCIA EN

ESTADO SECO

DILATANCIA

TENACIDAD

ML A-4Limos inorgánicos, polvo de roca, limos

arenosos o arcillosos ligeramente plásticos

Nula o ligeraRápida o

lentaNula CL A-6

Arcillas inorgánicas de baja a media plasticidad, arcillas con grava, arcillas

arenosas, arcillas limosas.

Media a altaNula a muy

lentaMedia OL A-4

Limos inorgánicos y arcillas limosas orgánicas de baja plasticidad

LIMOS Y ARCILLAS

(limite liquido menor a 50)

Ligera a media Lenta Ligera MH A-5Limos inorgánicos, limos micáceos o

diatomáceos, limos elásticos

Ligera a media Lenta a nulaLigera a media

CH A-7-6Arcillas inorgánicas de alta plasticidad,

arcillas francas

Alta a muy alta Nula Alta OH A-7-5Arcillas inorgánicas de media a alta

plasticidad, limos orgánicos de media plasticidad

SUELOS Media a alta Nula a muy Ligera a PT A-8 Turba y otros suelos altamente orgánicos

72


ORGANICOS

lenta media

73


RECOMENDACIONES

Se recomienda utilizar el Sistema SUCS para cimentaciones porque da un mejor aporte para las propiedades mecánicas de los suelos

Se recomienda utilizar el Sistema AASTHO para vías terrestres

Para determina el CBR de cada muestra, se recomienda realizar 3 curvas de compactación cada una de ellas a 56, 25, 10 golpes/capa. Que luego se saturan por 96 horas, se determina el hinchamiento y se drena.

74


CONCLUSIONES

En el cuerpo de este trabajo se presentan y discuten los dos sistemas

de clasificación de suelos SUCS y ASSHTO, haciendo énfasis en el provecho

que se puede obtener de ellos al correlacionarlos con diferentes aplicaciones

constructivas.

Los métodos que emplean las ideas de Casagrande no solo se basa

únicamente en granulometrías, sino que considera límites de consistencia

como las propiedades de plasticidad y comprensibilidad; Además de que es el

único que ha estandarizado los procedimientos e implementado instrumentos

para clasificar suelos y esto se demuestra, ya que son los más empleados en el

mundo.

Los dos sistemas ampliamente utilizadas en la práctica de la ingeniería

de cimentaciones; Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS o

Unificado), y el empleo para la construcción de carreteras (AASTHO, American

Asociation of State Highway and Transportation Officials;) el primero está

basado en los procedimientos propuestos por Casagrande y el segundo fue el

resultado de una amplia modificación efectuada en 1945 al sistema de

Caminos Públicos, llevada a cabo por un comité de ingenieros pertenecientes

al Buró de Investigaciones de Carreteras estadounidenses; en 1966, la

metodología fue adoptada por la AASTHO, conocida en aquel entonces

simplemente como AASHO.

Se dan correspondencia entre los dos sistemas; aunque, debido a las

bases totalmente diferentes en las que se apoyó el sistema AASTHO, las

relaciones encontradas son más inciertas que dada con el sistema Unificado.

El propósito de una clasificación es relacionar los suelos con diferentes

situaciones constructivas, con el fin de avaluar su efectividad ante diversas

solicitaciones externas; sin embargo, los sistemas de clasificación basados en

las ideas de Casagrande no se extienden más allá de una separación de

tamaños y consistencias sin especificar el grado de utilidad del suelo como

75


terreno de cimentación, bordo de retención de aguas, revestimientos de

canales; rasantes de caminos, etc.

En este trabajo complementamos la información básica dada por los

sistemas de clasificación tipo Casagrande mediante la clasificación del suelo,

obtenida está de acuerdo con su conveniencia a ser empleado en alguna

aplicación como las mencionadas en párrafo anterior.

Una vez clasificado el suelo, es posible también correlacionarlo con

propiedades importantes cuya obtención en laboratorio sea tardada o costosa.

Específicamente, proporcionamos aquí las correspondencias existentes entre

valores recomendados de CBR y K para varios tipos de suelos y valores

relativos de soporte para diferentes tipos de suelos, también damos los rangos

de permeabilidad.

En relación con lo anterior creemos que la utilidad está seriamente

limitada en situaciones definitivas y delicadas, ya que las correlaciones solo

representan valores aproximados cuyo verdadero provecho debe restringirse

solo a la etapa del anteproyecto o bien, los datos obtenidos deben verse como

ordenes de magnitud esperada, que necesariamente tendrán que verificarse

con pruebas reales.

Las relaciones entre los dos diferentes sistemas de clasificación

pueden servirnos también para interpretar y aprovechar las conclusiones

obtenidas por otros investigadores, quienes en el desarrollo de sus trabajos

hayan definido el suelo de acuerdo con un sistema que no sea el que

comúnmente empleamos.

Si se emplean las ideas y procedimientos de clasificación de los dos

sistemas diferentes estaremos en la posibilidad de dar una información más

completa sobre el mismo suelo.

Ocasionalmente desearemos investigar las propiedades de un suelo

bajo un sistema, el cual lo clasificara de acuerdo con los criterios que le son

propios.

76


GLOSARIO Y ABREVIATURAS

Análisis Granulométrico.- Es una prueba para determinar cuantitativamente la distribución de los diferentes tamaños de partículas del suelo.

AASHTO.- Asociación Americana de Vías Estatales y Oficiales de Transporte

CBR (California Bearing Ratio).- Norma AASHTO T193 – 63, es una medida de la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo, bajo condiciones de densidad y humedad cuidadosamente controladas. Se usa en el diseño de pavimentos flexibles. El CBR, expresa en porcentaje como, la razón de la carga unitaria que se requiere para introducir un pistón dentro del suelo, a la carga unitaria requerida para introducir el mismo pistón a la misma profundidad en una muestra tipo de piedra partida.

Correlación.- en probabilidad y estadística, la correlación indica la fuerza y la dirección lineal entre dos variables aleatorias. Se considera que dos variables cuantitativas están correlacionadas cuando los valores de una de ellas varían sistemáticamente con respecto a los valores homónimos de la otra.

Coeficiente de permeabilidad, k (LT-1).-velocidad de descarga de agua en condiciones de flujo laminar a través de un área transversal unitaria de un medio poroso bajo un gradiente hidráulico unitario y en condiciones estándar de temperatura (normalmente 20° C°). El coeficiente de permeabilidad depende de las condiciones de saturación del terreno y estrictamente es una función de la succión que, a su vez, es función de la saturación del material. El coeficiente de permeabilidad, k, es diferente a la permeabilidad del medio, K, y en su determinación debe tomarse en cuenta la viscosidad, η, el peso unitario del fluido, γ, a más de la permeabilidad del medio, K, de acuerdo con la ecuación:

k = γ K/η

Curva granulométrica.- Representación gráfica de la distribución

granulométrica de un suelo.

Índice de plasticidad.- Es la diferencia numérica entre el límite líquido y el límite plástico e indica el grado de contenido de humedad en el cual un suelo permanece en estado plástico antes de cambiar al estado líquido.

Límite líquido.- El límite líquido es el mayor contenido de humedad que puede tener un suelo sin pasar del estado plástico al líquido. El estado líquido se define como la condición en la que la resistencia al corte del suelo es tan baja que un ligero esfuerzo lo hace fluir.

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Límite plástico.- Límite plástico se define como la mínima cantidad de humedad con la cual el suelo se vuelve a la condición de plasticidad. En este estado, el suelo puede ser deformado rápidamente o moldeado sin recuperación elástica, cambio de volumen, agrietamiento o desmoronamiento.

SUCS.- Sistema Unificado de Clasificación de Suelos

Suelos granulares.- Son aquellos que tienen el 35% o menos del material fino que pasa por el tamiz Nº 200.

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