CLASIFICACIN PRIMARIA DE SUELOS

Los grandes grupos de suelos:

Cascajos o gravas: Son partculas de roca resultantes bsicamente de la

desintegracin fsica de la misma. Tienen un dimetro menor que 76.2 mm y

mayor que 4.76 mm, es decir, pasan la malla de 3 y se retienen en la No. 4.Incluye tanto los materiales de grano redondeado como los angulosos, de

manera que con este mismo nombre se designan a las cotidianamente

llamadas rocas.

Arenas: Partculas de roca resultantes de la desintegracin mecnica o

fsica de las mismas. Comprende tamaos menores que 4.76 mm y

mayores que 0.074 mm, es decir, incluye suelos que pasan la malla No. 4 y

se retienen en la No. 200.

Los cascajos o gravas junto con las arenas forman el grupo de los llamados

suelos grueso granulares o gruesos, en razn del tamao de sus granos,

predominantemente gruesos.

GR

UE

SO

GR

AN

UL

AR

ES

CLASIFICACIN PRIMARIA DE SUELOS

Limos: Suelo fino que puede presentar poca plasticidad o ninguna y que

cuando se encuentra en estado seco es muy frgil. Normalmente comprende

tamaos de partculas menores que 0.074 mm y mayores que 0.002 mm,

aunque actualmente no se considera adecuado diferenciarlo por el tamao de

sus granos mientras que si por sus caractersticas de plasticidad, entre otras.

Arcillas: Suelo fino que presenta plasticidad si tiene un contenido de humedad

adecuado y que en estado seco presenta un resistencia muy alta.

Normalmente comprende tamaos de partculas menores que 0.002 mm,

aunque, igual que en el caso de los limos, actualmente no se considera

adecuado diferenciarlas por el tamao de sus granos mientras que si por sus

caractersticas de plasticidad, entre otras.

Los limos y las arcillas son llamados suelos fino granulares o finos, si estn

formados de partculas llamadas arbitrariamente finas, o si la proporcin de

estas en el agregado es tal que su influencia en el comportamiento del suelo

predomina sobre la de los granos gruesos.

FIN

O G

RA

NU

LA

RE

S

Suelos altamente orgnicos: Son suelos que por su alto contenido de materia orgnica

deben ser diferenciados de los dems grupos de suelos. Son fcilmente identificables por

su olor, color, sensacin esponjosa y por su textura fibrosa.

CLASIFICACIN PRIMARIA DE SUELOS

GRAVA ARENA

LIMO ARCILLAMATERIA

ORGNICA

En las clasificaciones ms usadas en la actualidad se toma como base la malla

No. 200, 200 agujeros por pulgada long. del Sistema Patrn Americano, que

tiene agujeros cuadrados de 0.074 mm de lado. Se consideran partculas

gruesas aquellas que quedan retenidas en dicha malla y partculas finas aquellas

que logran pasar dicha malla.

Para la distincin entre cascajos y arenas

se toma como base la malla No. 4 del

Sistema Patrn Americano, que tiene

agujeros cuadrados 4.76 mm de lado. Se

consideran gravas aquellas que quedan

retenidas en dicha malla y arenas aquellas

que logran pasar dicha malla.

CLASIFICACIN PRIMARIA DE SUELOS

Los cascajos y las arenas limpias, es decir, aquellas que no contienen partculas

finas, cuando estn secos no tienen fuerzas de ligacin entre sus partculas,

llamadas cohesin. Por esto son llamados suelos no cohesivos.

Para las partculas gruesas, es til indicar adems su angulosidad, clasificndola

en partculas redondeadas, subredondeadas, subangulares y angulares.

CLASIFICACIN PRIMARIA DE SUELOS

PRUEBAS CUALITATIVAS PARA DISTINGUIR

ENTRE LIMOS Y ARCILLAS

La distincin entre limos y arcillas es una diferencia tcnica entre dos tipos de

suelos de partculas finas. Por lo mismo, es necesario recurrir a otras pruebas

cualitativas, las cuales se resumen a continuacin. En las tres primeras pruebas

es recomendable, siempre que haya posibilidad de pasar el suelo por la malla 40

(agujero de 0.42 mm) y ejecutar el ensayo sobre el suelo que pasa dicha malla.

En caso de no tener esta malla disponible simplemente se hace lo posible por

retirar las partculas ms grandes del suelo:

Resistencia en estado seco: Se toma un trozo

de suelo seco al aire y se analiza su resistencia

a ser roto, con la presin de la mano o con

golpes de piedra o martillo (nula, ligera, media,

alta, muy alta).

Resistencia alta es tpica de las arcillas y se

debe a su alta cohesin. Resistencia baja es

tpica de los limos.

PRUEBAS CUALITATIVAS PARA DISTINGUIR

ENTRE LIMOS Y ARCILLAS

Dilatancia o reaccin al sacudido: Se toma una porcin

de suelo muy hmedo en la palma de la mano. Se golpea

la mano con la otra por debajo y se observa si la superficie

de la pasta se torna brillante por afloramiento del agua

(nula, muy lenta, lenta, rpida).

Dilatancia lenta o nula es tpica de las arcillas y se debe a

su baja permeabilidad. Dilatancia rpida es tpica de los

limos debido a su ms alta permeabilidad.

Tenacidad: Consiste en rodar una muestra de

suelo sobre una superficie plana y lisa hasta formar

pequeos cilindros de dimetro igual a 3 mm para

luego tomarlo por un extremo y determinar si se

rompe por su propio peso o no (nula, ligera, media,

alta).

Tenacidad alta es tpica de las arcillas y se debe a

su alta plasticidad y cohesin. Tenacidad baja es

tpica de los limos.

PRUEBAS CUALITATIVAS PARA DISTINGUIR

ENTRE LIMOS Y ARCILLAS

Sedimentacin: Se prepara una suspensin de

suelo previamente triturado y agua la cual se

agrega a una jarra de vidrio para observar la

velocidad de cada de las partculas. Las arenas

caen muy rpido, los limos demoran varios

minutos en caer y las arcillas permanecen en

suspensin durante una o varias horas. Existen

partculas que incluso despus de muchas horas

siguen en suspensin y a esas se les conoce con

el nombre de coloides.

Brillo: Se frota la superficie del suelo seco o poco

hmedo con la hoja de una navaja o la ua. Si la

superficie brilla indica que es una arcilla y se debe a

lo pequeo y aplanado de la partculas que la

conforman. Si no lo hace indica que es un limo.

M=Limo L=Plasticidad baja

C=Arcilla H=Plasticidad Alta

IDENTIFICACIN DE SUELOS INORGNICOS DE GRANO FINO MEDIANTE

ENSAYOS MANUALES

CLASIFICACIN PRIMARIO DE LOS SUELOS

SUELOS GRUESO GRANULARES SUELOS FINO GRANULARES SUELOS ORGNICOS

Partculas individuales distinguibles

a simple vista

Partculas individuales no

distinguibles a simple vistaMateria orgnica vegetal

descompuesta

Tamizado Tamizado

Cascajo o Grava

76.2mm a 4.76mm

Arena

4.76mm a 0.074mm

Limo

Menor de 0.074mm

Arcilla

Menor de 0.074mm

Limo orgnico

Arcilla orgnica

Turba

Color gris oscuro a negro

Olor caracterstico

Dilatancia

Limos: Rpida a Media

Arcilla: Lenta a nula

Resistencia en estado seco

Limos: Poca

Arcilla: Alta

Tenacidad

Limos: Poca

Arcilla: Alta

Sedimentacin

Limos: Rpida

Arcilla: Lenta

Brillo

Limos: Mate

Arcilla: BrillanteGmez, Edilma. Notas de Clase

Una masa de suelo es un sistema discontinuo de partculas minerales, razn por la cual se

considera intrnsecamente como un sistema de fases. En el caso general, se diferencian una

fase slida, una lquida y una gaseosa. La fase slida est constituida por materia mineral y

orgnica, la fase lquida por agua aunque a veces el suelo tiene aceite y la fase gaseosa es

fundamentalmente aire. Tanto el aire como el agua ocupan lo que se llama vacos, poros o

intersticios del suelo.

Masa de suelos con diferentes cantidades de agua

Para la mecnica de suelos es de suma importancia establecer relaciones

numricas entre las distintas fases del suelo, ya que esto permite entrar a definir

propiedades tales como la porosidad, las densidades, el contenido de agua o

humedad y el grado de saturacin.

Para establecer dichas relaciones, se suele simplificar el esquema por el

llamado diagrama de fases y en l se ha asignado un smbolo a cada volumen y

otro a cada peso.

Las proporciones numricas que se

pueden establecer se llaman relaciones

volumtricas cuando son de volumen a

volumen y relaciones gravimtricas

cuando son de peso a peso o de peso a

volumen.

A continuacin se presentan las expresiones empleadas para cada una de las

relaciones volumtricas y gravimtricas que normalmente se miden.

Porosidad

Relacin de vacos

Humedad gravimtrica

Humedad volumtrica

Grado de saturacin

Peso unitario de los slidos

Gravedad especfica de los slidos

Peso unitario hmedo

Peso unitario seco

100)/()(100)/( awsawtv VVVVVVVn

sawsv VVVVVe /)(/

100)/( sw WWw

tw VVw /

100)/(100)/( awwvw VVVVVS

sV

sW

s/

)4(/ CossG

)/()()/()(/ vswsawswst VVWWVVVWWtVW

h

)/()/(/ vssawss VVWVVVWtVWs

d

Varia de 0 a mas de 100%

Varia de 0 a 100%

En el caso particular en el que todos los vacos del suelo se encuentran llenos de agua,

el suelo se denomina suelo completamente saturado o simplemente suelo saturado. En

este caso el suelo se encuentra compuesto de dos fases slida y liquida.

PARTICULARIDADES DE LOS SUELOS

COMPLETAMENTE SATURADOS

Las expresiones presentadas anteriormente, las cuales se refieren a suelos

parcialmente saturados, son tambin vlidas para suelos saturados. El grado de

saturacin, como se anticip, en este caso es del 100%. En cuanto a los pesos

unitarios, es necesario considerar adicionalmente lo siguiente:

Peso unitario del medio

Peso unitario sumergido

CORRELACIONES TILES EN ALGUNOS CLCULOS

)/()()/()(/ vswswswstsat VVWWVVWWtVW

wsat

e

en

e

e

V

V

V

V

V

V

VV

V

V

Vn

s

v

s

s

s

v

vs

v

t

v

11 n

ne

n

n

V

V

V

V

V

V

VV

V

V

Ve

t

v

t

t

t

v

vt

v

s

v

11

S

wGe

G

Se

Ge

S

GVV

VV

GV

V

GV

V

W

Ww

vs

vw

s

w

os

ww

s

w )/1()/(

/

wGe

Saturado

La gravedad especfica (por algunos autores llamada peso especfico de los slidos).

El valor de la gravedad especfica es necesario para calcular la relacin de vacos de un

suelo, se utiliza tambin en el anlisis de granulometra por hidrmetro y es til para

predecir el peso unitario del suelo. En realidad no es muy til para anticipar algo sobre el

comportamiento de un suelo ya que suele variar en un rango muy estrecho.

Ocasionalmente, el valor de la gravedad especfica puede utilizarse para la clasificacin

de los minerales del suelo, ya que la presencia de minerales muy pesados o muy livianos

puede hacer que sea mucho ms alta o mucho ms baja que los valores tpicos.

El agua destilada, cuando tiene una temperatura de 4C, tiene la mayor densidad posible,tal como se indica en la Figura, la cual es de 9.8066 kN/m (1 g/cm o 1 t/m).

Mineral Gravedad especfica

Mineral Gravedad especfica

Cuarzo 2,65 Talco 2,7-2,8

Feldespato (K) 2,54-2,57 Biotita 2,7-3,1

Feldespato (Na-Ca) 2,62-2,76 Limonita 3,6-4,5

Calcita 2,8-2,9 Hematita 4,9-5,3

Caolinita 2,62-2,66 Moscovita 2,76-3,1

Ilita 2,6-2,86 Plagioclasas 2,62-2,76

Montmorillonita 2,75-2,78 Ortoclasas 2,56-2,58

Clorita 2,6-2,9 Bauxita 2,0-2,55

1.0000

0.9999

0.9998

0.9997

0.9996

Temperatura ( C)

Den

sid

ad

g/c

m3)

Densidad del Agua en funcin de la temperatura

0 2 4 6 8 10 12

GRAVEDAD ESPECFICA

El problema de hallar la gravedad especfica en laboratorio es que es un mtodo indirecto, se

soluciona haciendo uso del principio de Arqumedes, segn el cual un cuerpo sumergido dentro

de una masa de suelo desplaza un volumen de agua igual al del cuerpo sumergido. Para medir

el volumen del suelo se mide el volumen del agua que se desplaza.

MEDIDA DE LA GRAVEDAD ESPECFICA EN LABORATORIO

Primero se mide el peso del frasco ms agua destilada a una temperatura dada hasta la marca

de calibracin. Luego se tiene que tomar el peso del frasco ms agua ms suelo hasta la

marca de calibracin, aunque para hacerlo primero se debe extraer el aire que atrapa el suelo

cuando este es depositado en el frasco, mediante un bao mara.

La expresin empleada para el clculo de la gravedad (Gs) se deduce a continuacin:

Peso del baln vacio Peso del baln + agua Peso del baln + agua + suelo

Wbaln Wbaln + Wagua Wbaln + Wagua + Wsuelo

MEDIDA DE LA GRAVEDAD ESPECFICA

EN LABORATORIO

Se puede re-escribir as:

Por definicin: Y como los volmenes son iguales:

Finalmente:

Si los slidos del suelo no desplazaran un volumen de agua igual al volumen que ellos

ocupan tendramos que el peso total en el esquema 3 sera:

Wtotal = Wbaln+agua + Wsuelo

Pero como parte del agua es reemplazada por partculas de suelo, el peso total en la

figura 3 es:

Wbaln+agua+suelo = Wbaln+agua + Wsuelo Wagua desplazada

De esta expresin se puede despejar el peso del agua desplazada ya que las otras

componentes se obtienen en laboratorio

Wbaln+agua+ Wsuelo Wbaln+agua+suelo

Faltara correccin correspondiente a la temperatura a la que se realiz el ensayo

(el baln mide un volumen patrn de agua destilada a 20C):

MEDIDA DE LA GRAVEDAD ESPECFICA

EN LABORATORIO

w

WWwWwWWWWW tsssswst

1)1(

Wbaln+agua+ Wsuelo Wbaln+agua+suelo

De acuerdo a la temperatura con la que se

realiza el ensayo para obtener G se obtiene la

curva del valor de Wbaln+agua

Geologa y geotecnia. Gravedad especfica de los slidos. Ing. Mara Teresa Garigay. 2003

Cuando se trata de suelos grueso granulares, suele hablarse de las compacidades

mxima y mnima, las cuales hacen referencia a la forma en que estn dispuestos los

granos que conforman dicho suelo y las relaciones de vacos a que dan lugar dichas

disposiciones. La forma en que estn dispuestos los granos tiene una influencia directa

en la deformacin que experimenta el suelo bajo carga.

COMPACIDAD MXIMA Y MNIMA

DE SUELOS GRANULARES

nmx. = 48% y emx. = 0.91 nmn. = 26.0% y e mn. = 0.35

Estado ms suelto Estado ms compacto

Para medir la compacidad de un suelo granular, Terzaghi introdujo la siguiente relacin

emprica, llamada compacidad relativa Cr.

100minmax

max

ee

eeC natr

emax Relacin de vacos mxima, correspondiente al estado ms

suelto del suelo.

emin Relacin de vacos mnima, correspondiente al estado ms

compacto del suelo.

enat Relacin de vacos del suelo en la naturaleza.

En laboratorio, para medir la relacin de vacos mxima, emax, se deposita el suelo

secado al horno a volteo en un recipiente de volumen conocido. La relacin de vacos

mnima, emin, se determina introduciendo el suelo seco al horno en el mismo recipiente

pero por capas, varillando y vibrando enrgicamente cada capa, hasta observar que no

adquiere mayor compacidad. En cada caso se toman los volmenes y pesos

necesarios para determinar las relaciones de vacos, para lo cual es necesario conocer

tambin la gravedad especfica de los slidos.

COMPACIDAD MXIMA Y MNIMA

DE SUELOS GRANULARES

Denominacin segn la compacidad

Compacidad

relativa Cr(%)

Denominacin

0-15 Muy suelta

15-35 Suelta

35-65 Media

65-85 Compacta

85-100 Muy compacta

Una muestra de arcilla saturada pesa 14.96 N. Despus de secada al horno su

peso pasa a ser de 10.33 N. Si su gravedad especfica es de 2.7, calcule la

relacin de vacos, la porosidad, la humedad y los pesos unitarios que apliquen.

PROBLEMAS

Una muestra de arena con una gravedad especfica de 2.70 y un peso unitario

seco de 16.80 kN/m se expone a la lluvia. Durante la lluvia el volumen

permanece constante pero su grado de saturacin aumenta inicialmente al 40%

y despus al 100%. Calcular para los dos estados de saturacin la relacin de

vacos, la porosidad, el contenido natural de agua y los pesos unitarios que

apliquen en cada caso.

En un suelo parcialmente saturado se conocen: ndice de vacios de 0.60,

gravedad especfico de los slidos de 2.75 y saturacin del 70%. Encuentre la

humedad, la densidad seca (kg/m3) y la densidad hmeda (kg/m3).

PROBLEMAS

En una arena se han determinado los siguientes parmetros: gravedad

especfica relativa de los slidos de 2.65, contenido de humedad 10%,

compacidad relativa del 70% y peso especfico de 18 kN/m3. Determinar:

a) ndice de vacios mximo de la arena, si sabemos que el ndice de vacios

mnimo es 0.45

b) El peso especfico de la arena suelta, admitiendo que se mantiene constante

la humedad

Para construir un terrapln se dispone de una cantidad de tierra cuyo volumen

fue estimado de 3000m3. Ensayos muestran que el peso especfico natural es de

17,8kN/m3 y que la humedad es de 15,8%. El proyecto prev que en el terrapln

el suelo sea compactado con una humedad del 18%, dejando el peso seco de

16kN/m3. Que volumen de terrapln es posible construir con el material

disponible y que volumen de agua debe ser aumentado?

1. En un suelo saturado se conocen el peso especfico hmedo de

2050kg/m3 y su contenido de humedad del 23%. Encontrar el Gs del

suelo. Respuesta: 2.7

2. En un suelo saturado el Gs es de 2.65 y el Gh de 1.8, calcular e y w.

Respuesta: e=1.06 y w=40%

3. Una muestra de suelo con un contenido de humedad de 14.5% y un

peso por unidad de volumen igual a 128.2 lb/ft3 fue secada al aire

quedando con un peso por unidad de volumen de 118.8 lb/ft3 sin

cambiar su relacin de vacos. Cul es el nuevo contenido de humedad?

Respuesta: w=6.1%

4. En una muestra parcialmente saturada se conocen VT=50cm3, WT=95g,

Ws=75g, Gs=2.68. Encuentre w, e, n, S, d y h. . Respuesta: w=26.7%,

e=0.79, n=44%, S=91%, d =1500kg/m3 y h1900kg/m

3.

PROBLEMAS PROPUESTOS

*Mecnica de suelos. Tomo 1. Fundamentos de la Mecnica de suelos.

Jurez Badillo-Rico Rodrguez