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IN GEN IERIA CIVIL L ABORTORIO DE MEC. DE SUEL OS

CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS 1. GENERALIDADES. 2. OBJETIVOS. 3. FUNDAMENTO TEÓRICO. 4. I.

GENERALIDADES .Después

de

terminadas

correspondientes

se

las

procede

cinco a

prácticas

realizar

la

clasificación adecuada del suelo correspondiente que al final de este informe se dará el resultado del tipo de suelo que es o al que corresponde. II.

OBJETIVOS .♠ Uno

de

los

clasificación

objetivos de

las

más

gravas,

limos y la clasificación

importantes

es

la

arenas,

arcillas,

entre suelos

gruesas

y suelos finos. ♠ Otro objetivo importante es el de poder clasificar o designar el tipo de suelo que se obtuvo en la primera practica que es la excavación y obtención de la muestra de suelo.

Autor: C amacho samue l

I ng. anoni 1 mo

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♠ La clasificación del suelo será obtenida por los métodos de Aashto y SUCS. III.

FUNDAMENTO TERICO .SUELO.Es como una creencia la de que el suelo es un agregado de partículas orgánicas e inorgánicas, no sujetas a ninguna organización. Pero en realidad se trata de un conjunto con organización definida y propiedades

que

varían

“vectorialmente”.

En

dirección vertical generalmente sus propiedades cambian

mucho

más

rápidamente

que

en

la

horizontal. El suelo tiene perfil y este es un hecho del que se hace abundante aplicación. “SUELO”

es

un

término

del

que

hacen

uso

diferentes profesiones, la interpretación varia de acuerdo

con

sus

respectivos

intereses.

Para

la

agroteza capaz de sustentar vida vegetal. Para el geólogo es todo material intemperizado en el lugar en que ahora se encuentra y con contenido de materia

orgánica

cerca

de

la

superficie;

esta

definición peca del parcial en Ingeniería, al no tomar en cuenta los materiales transportados no intemperizados posteriormente a su transporte. Autor: C amacho samue l

I ng. anoni 2 mo

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Para los fines de esta obra, la palabra suelo representa todo tipo de material terroso, desde un relleno

de

desperdicio,

hasta

areniscas

parcialmente cementadas o lutitas suaves. Quedan excluidas

de

la

definición

metamórficas

y

los

las

rocas,

depósitos

ígneas

o

sedimentarios

altamente cementados. Que no se avancen o se integren

rápidamente

por

la

acción

de

la

intemperie. El agua contenida juega un papel tan fundamental en el comportamiento mecánico del suelo, que debe considerarse como parte integral del mismo.

AGENTES GENERALES DEL SUELO.La

corteza

terrestre

es

atacada

principalmente por el aire y las aguas, siendo los medios

de

acción

de

estas

sustancias

sumamente variados. Sin embargo, en ultimo análisis todo los mecanismos de ataque pueden incluirse en dos grupos, desintegración mecánica y descomposición mecánica. Él refiere

termino a

la

desintegración

interpretación

de

mecánica las

rocas

se por

agentes físicos, tales como cambios periódicos de temperatura, acción de la congelación del Autor: C amacho samue l

I ng. anoni 3 mo

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agua en las juntas y grietas de las rocas, efecto de

organismos,

plantas,

etc.

Por

estos

fenómenos las rocas llegan a formar arenas o cuando muchos limos y solo en casos especiales arcillas. Por descomposición química se entiende la acción

de

agentes

modificando

su

que

atacan

constitución

las

rocas

mineralógica

o

química. El principal agente es, desde luego, el agua

y

los

mecanismos

de

ataque

más

importante son la oxidación, la hidratación y la carburación. Todos

estos

efectos

anteriores

suelen

acentuarse con los cambios de temperatura, por lo

cual

es

frecuente

encontrar

formaciones

arcillosas de importancia en zonas húmedas y caídas, mientras que son típicas de zonas mas frías

formaciones

arenosas

o

limosas,

mas

gruesas. En los desiertos cálidos, la falta de agua hace que los fenómenos de descomposición no se desarrollen, por lo cual la arena predomina en esas zonas. Allí los efectos de ciclos de tensiones producidas

y

compresiones por

sobre

elevaciones

y

las

descensos

periódicos y continuado de temperatura. Autor: C amacho samue l

I ng. anoni 4 mo

rocas

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No

debe

creerse,

sin

embargo,

que

las

reglas anteriores sean inmutables, la naturaleza suele actuar con una complejidad que se desafía cualquier regulación. Por ejemplo, en países fríos o secos pueden existir formaciones arcillosas de importancia, cuando el aporte de corriente de agua

quede

en

condiciones

favorables

para

construir un deposito. Los

suelos

deben,

su

origen

a

una

tal

variedad de causas que excede todo poder de descripción

detallada.

El

resultado

de

ese

concurso de causas, es una inmensa diversidad de tipos de suelos resultantes, también debe notarse que su formación a ocurrido a través de las eras geológicas, tal como sigue ocurriendo hoy,

en

consecuencia

el

hombre

es

completamente ajeno a la génesis de suelo: Solo le toca mejorarlo, tal completamente ajeno a la génesis del suelo: solo le toca manejarlo, tal como la naturaleza se lo presenta.

SUELOS RESIDUALES Y TRANSPORTADOS .Los productos del ataque de los agentes de interperizmo Autor: C amacho samue l

pueden I ng. anoni 5 mo

quedar

en

el

lugar,

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directamente sobre la roca de la cual se derivan, dando

así

origen

residuales.

Pero

removidos

del

a

esos lugar

los

suelos

productos de

llamados

pueden

formación,

por

ser los

mismos agentes geológico y redepositados en otra zona. Así se generan suelos que sobrepasen sobre otros estratos sin relación directa con ellos; a estos suelos se les llama transportados.

FASES DE SUELO .Se distinguen 3 fases: la sólida, la liquida y la gaseosa. La

fase

partículas

SOLIDA

minerales

esta del

formada

suelo

por

(incluyendo

las la

capa sólida absorbida). La fase LIQUIDA comprende sobre todo el aire, si bien pueden estar presentes otros gases como ser vapores, sulfuros, anhídrido carbónico, ect. Algunos

suelos

contienen

además

materia

orgánica en diversas formas y cantidades, en las turbas estas materias predominan y consisten en residuos vegetales. Autor: C amacho samue l

I ng. anoni 6 mo

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PRINCIPALES TIPOS DE SUELO.Para su identificación todos los suelos pueden agruparse en 5 tipos básicos: grava, arena, limo, arcilla y

materia

orgánica,

además

de

varias

de

sus

combinaciones. En la naturaleza los suelos no se representan separados como tipo base, sino que se encuentran como compuestos.

GRAVA .Está formada por grandes granos minerales que según la serie americana Standard, tendrá diámetros entre dos pulgadas (5,08cm.) y el tamiz #4 (4,76 mm.). Las piezas grandes se denominan piedras y cuando son mayores de 10 pulgadas se denominan morrillos.

ARENAS .Se compone de partículas minerales que varían del tamiz # 4 al tamiz # 200 (0,076 mm.).

LIMOS .-

Autor: C amacho samue l

I ng. anoni 7 mo

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Consiste

en

partículas

de

los

minerales

naturales, más pequeñas y varían del tamiz

#

200 a un diámetro mayor a 0,002 mm.

ARCILLAS .Contiene partículas de tamaño coloidal que producen elasticidad y resistencia en seco, están afectadas por la forma y la composición mineral de las partículas. Tienen un diámetro menor a 0,002 mm.

MATERIA ORGÁNICA .Consiste

en

vegetales

parcialmente

descompuestos como sucede en la Turba o en la materia vegetal finamente dividida como son los limos orgánicos y las arcillas orgánicas.

CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS .Importancia

práctica

de

la

suelos .-

Autor: C amacho samue l

I ng. anoni 8 mo

clasificación

de

los

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Desde el instante mismo en que las propiedades físicas de los suelos se tornaron en un interés, se ha querido, con frecuencia, correlacionar los resultados de simples ensayos de clasificación con las constantes del suelo

necesarias

para

resolver

los

problemas

de

la

práctica. La mayoría de estas correlaciones se remiten a estas características granulométricas. No obstante, los intentos

para

fundamentar

sistemas

de

clasificación

exclusivamente en la granulometría jamás han conducido ha

resultados

satisfactorios.

Así,

por

ejemplo,

las

tentativas efectuadas para determinar el coeficiente de permeabilidad de los suelos partiendo de los resultados de

los

análisis

mecánico

han

fracasado

porque

la

permeabilidad depende, en gran parte, de la forma de los gramos, la cual puede ser muy diferente aún para suelos que

tengan

granulometrías

idénticas.

Además,

es

generalmente más económico y más exacto realizar un ensayo

de

permeabilidad

que

efectuar

un

análisis

mecánico. Asimismo, se ha sostenido que la fricción interna de las arenas bien graduadas compactadas es mayor que la que

corresponde

condición.

Si

a

bien

arenas hay

uniformes evidencias

en

la

misma

prácticas,

por

determinaciones efectuadas in situ, que indican que esta aseveración quizá sea correcta, hay que recordar que el ángulo de fricción de una arena depende no solo de las características granulométricas sino también de la forma de los granos y de la rugosidad de sus superficies. Así, por ejemplo, los ángulos de fricción interna de dos arenas Autor: C amacho samue l

I ng. anoni 9 mo

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de granulometrías idénticas pueden ser muy diferentes. La verdad es que hasta el presente no se ha obtenido ninguna

relación

bien

definida

entre granulometría

y

ángulo de fricción interna. Los ensayos ejecutados para correlacionar las características granulométricas de los suelos finos, como los limos y las arcillas, con la fricción interna, han sido aún menos felices. La causa de estos fracasos viene ilustrada en la figura 8.1. La curva gruesa superior de la figura 8.1 representa lo

que

se

conoce

granulométrica dibujada

como

la

curva

de

frecuencia

de las arcillas de l sudeste de Canadá,

sobre

las

abscisas

que

representan

los

logaritmos del tamaño de los granos. El área de la faja rayada situada entre dos tamaños cuales quiera, por ejemplo

dos

micrones

y

un

micrón

representa

el

porcentaje de partículas del suelo comprendida entre esos dos tamaños que existe en el peso total de la arcilla seca. El diagrama indica que la fracción macroscópica (mayor de 0.06 milímetros) se compone esencialmente de cuarzo como ocurre en la mayoría de las arcillas. La fracción microscópica (0.06 a 0.002 milímetros) consta en parte de cuarzo y calcita y en parte de escamas de mica. El contenido de mica de esta fracción es muy diferente para las distintas arcillas que tiene influencia decisiva sobre la compresibilidad y otras propiedades de material. En el caso en consideración, la fracción coloidal (menor de 0.002 milímetros) se compone casi exclusivamente montmorilonita

pero

en

otras

arcillas

puede

estar

formada de caolinitas o ilitas o mezclas de estas. Como Autor: C amacho samue l

I ng. anoni 10 mo

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las propiedades físicas de una arcilla depende en gran parte del tipo de mineral arcilloso que predomina en la fracción coloidal y de las sustancias presentes en sus capas

de

adsorción

se

ve

que

dos

arcillas

granulometricamente puede ser muy distintas en otros aspectos. A causa de estas circunstancias, solo en el caso de los suelos de una misma categoría

geonológico –por

ejemplo todas las arcillas y todas las arenas ubicadas en zonas limitadas -, se ha podido establecer relaciones estadísticas bien definidas entre la granulometría y las propiedades

físicas

de

los

suelos,

como

su

fricción

interna. En tales regiones la granulometría puede ser utilizada

como

propiedades extensión

elemento

de

significativas fuera

de

los

juicio

de

los

limites

para

apreciar

suelos, indicados

las

pero

su

no

es

aconsejable pues se corre el riesgo de cometer errores importantes. Como las propiedades de los suelos de granos finos se

puede

relacionar

de

una

manera

general

con

su

plasticidad, es preferible fundamentar su clasificación en los

límites

Atterberg

que

hacerlo

en

función

de

granulometría. La clasificación de los suelos mixtos que contienen

tanto

fracciones

gruesas

como

finas

debe

basarse no solo en las características granulométricas de la fracción gruesa sino también en la plasticidad de las fracciones finas y muy finas.

Autor: C amacho samue l

I ng. anoni 11 mo

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Clasificación basada en la granulometría.A pesar de sus limitaciones las clasificaciones de suelos basadas en las características granulométricas tiene un amplio uso, especialmente para descripciones generales o preliminares. En estos tipos de clasificación se acostumbra a asignarles nombres de suelos, tales como

“Limo”

o

“Arcilla”

granulométricas.

Las

a

las

diferentes

convenciones

más

fracciones

ampliamente

aceptadas se muestran en forma gráfica en la siguiente figura

8.2.

Desde

un

punto

de

vista

ingenieril,

la

clasificación del M.I.T. es preferible a las otras (Glossop y Skempton, 1945). En muchos casos, los informes con respecto a la calidad de suelo y a su comportamiento no incluye más que análisis granulométrico de la fracción gruesa

y el porcentaje del total que pasa el tamiz 200,

que abarca todas las partículas menores de 0.074 mm la partícula del tamaño 0.074 mm es un poco mayor de 0.06 mm en la clasificación del M.I.T., separa la arena fina del limo. Todo sistema de clasificación basado solamente en la

granulometría

puede

conducir

a

errores,

pues

las

propiedades físicas de la fracción más fina de los suelos depende

de

otros

factores

ajenos

al

tamaño

de

los

granos. Por ejemplo en función de cualquiera de las convenciones comúnmente aceptadas que indiquen la figura

8.2,

un

suelo

formado

por

cuarzo

de

tamaño

coloidal debería ser clasificado como arcilla cuando en realidad no tiene el más remoto parecido con dicho Autor: C amacho samue l

I ng. anoni 12 mo

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material. Por eso los términos “Limo” o “Arcilla” son utilizados para indicar tamaños de partículas deben ir acompañados por la palabra “tamaño” en expresiones tales como “partículas de tamaño de arcilla”. Además, como las clasificaciones granulométricas no han sido aún normalizadas, dichas expresiones deben ir acompañadas de valores numéricos que indiquen los límites del tamaño de partículas que abarcan. Salvo consisten

pocas en

expresiones,

una

granulométricas,

mezcla

de

de

modo

los dos

que,

o en

suelos

naturales

más

fracciones

función

de

su

granulometría, un suelo natural puede identificarse con los nombres de sus componentes principales, tales como la “arcilla limosa” o “limo arcilloso”, o bien se le puede asignar un símbolo que lo identifique con una de varias mezclas

normales

de

las

distantes

fracciones

granulométricas. La identificación de los suelos por medio de los nombres de sus elementos principales se simplifica con el uso de diagramas, como el adoptado por el Bureau of Public Roads, figura 8.3 (Rose, 1924), en la cual cada uno de los tres ejes de coordenadas sirve para representar una de las tres fracciones granulométricas: arenas, limo y arcilla. El diagrama está dividido en zonas y ha cada zona se le asigna un nombre. Las tres coordenadas de un punto representan los porcentajes de las tres fracciones presentes en un suelo cualquiera y determinan a la zona a

la

cual

pertenece.

Autor: C amacho samue l

Por

ejemplo,

I ng. anoni 13 mo

un

suelo

mixto,

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compuesto por 20 % de arena, 30 % de limo y 50 % de arcilla, viene representado por el punto S y es clasificado como arcilla. La

identificación

comparación

de

de

mezclas

un

suelo

normales,

dado,

puede

con

la

efectuarse

rápidamente por medio de curvas granulométricas tipo dibujadas en papel transparente en un gráfico tipo. En dicho gráfico cada curva granulométrica lleva un símbolo de identificación. Para clasificar un suelo real, se coloca el gráfico tipo sobre el papel que ha sido dibujada la curva granulométrica y se le da al suelo el símbolo de la curva tipo que más se parece al mismo. Sistema unificado de clasificación de suelos. La naturaleza poco satisfactoria de los sistemas de clasificación condujo a una revisión crítica del problema (A. Casagrande, 1948) y a la proposición del Sistema Unificado de Clasificación

de los Suelos, el que sue

adoptado por el cuerpo de ingenieros del ejercito de los Estados Unidos, por el U.S. Bureau of reclamation y subsecuente por muchas otras organizaciones del resto del mundo (U.S.B.R., 1963). Según este sistema, los suelos se dividen en tre grupos principales: de Grano grueso, de grano fino y altamente orgánico (suelos-turbas) .

Autor: C amacho samue l

I ng. anoni 14 mo

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Los suelos.turbas se reconoce fácilmente por las características anotadas en el articulo 2. Para separar los suelos de granos gruesos de los de granos finos se adopta el tamiz N° 200 (0.074 mm). En el terreno, la separación

se

realiza

observando

si

las

partículas

individuales pueden o no ser distinguidas a simple vista. Si se juzga que más del 50 % en peso del suelo consiste en granos que pueden distinguirse separadamente, aquél se considera de grano grueso. Los suelos de granos gruesos se dividen en gravas (G) y arenas (S) según tengan más o menos del 50 % de granos visibles retenidos en el tamiz N° 4 (mayores de 1mm). A su vez, cada uno de estos tipos de suelos se divide en cuatro grupos: W:

bien graduados (coeficiente de uniformidad Cu > 4); limpios (< 5 % que pasa el tamiz N° 200 partículas menores de 0.074).

P:

pobremente

graduados

(con

granulometría

discontinua, o Cu < 4 para gravas ó 6 para arenas); limpios (< 5 % que pasa el tamiz N° 200 partículas menores de 0.074). C:

bien

graduados,

sucios

(>

12

%

de

partículas

menores de 0.074 mm); finos arcillosos o plásticos (I ω >7, ubicado por encima de la línea A en el gráfico de plasticidades). Autor: C amacho samue l

I ng. anoni 15 mo

IN GEN IERIA CIVIL L ABORTORIO DE MEC. DE SUEL OS

F:

pobremente graduados; sucios (> 12 % de partículas menores

de

0.074

mm);

finos

o

limpios

o

no

plásticos (I ω >4, ubicado por encima de la línea A en el gráfico de plasticidades). Según su composición, estos tipos de suelos se representan materiales

con límites

símbolos se

como

utiliza

GW-GP.

Autor: C amacho samue l

I ng. anoni 16 mo

GW

y

símbolos

SP.

Para

dobles,

los

como