4. clasificaciÓn y descripciÓn de los suelos.doc

Proy.Docencia FDDE01-05 Apunte Mecánica de Suelos I

4. CLASIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LOS SUELOS

El objetivo de la clasificación de los suelos es que posteriormente el ingeniero pueda estimar su

conveniencia para la utilización de un trabajo específico según su clasificación.

Las características de un suelo granular dependen principalmente del tamaño de sus partículas.

Por lo tanto, la fracción granular de un depósito de suelo se clasifica de acuerdo con su distribución de

tamaños de las partículas.

Las características de un suelo arcilloso dependen de la cohesión y de la plasticidad, por lo que

la fracción arcillosa se clasifica de acuerdo con sus características de plasticidad con los parámetros

conocidos como límites de Atterberg.

4.1 DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS

La distribución de tamaños de las partículas en una masa de suelo se representa con la curva

granulométrica, en la cual el porcentaje de partículas inferiores a un tamaño en particular se representa

en función de ese tamaño en escala logarítmica.

Curvas granulométricas

Ing.Civil Carmen Gloria González Depto.Ingeniería Civil - Junio de 2005.


La curva de gradación, en el rango de las gravas y arenas, se puede realizar mediante un análisis

por tamizado. En cambio para confeccionar la curva en la zona limosa, se debe realizar un análisis por

sedimentación.

4.1.1 Análisis por tamizado

Una muestra de suelo se pasa a través de una serie de tamices estándar con aberturas cada vez

más pequeñas y luego se pesa la cantidad retenida en cada tamiz. Finalmente se determina el

porcentaje en peso de la muestra que pasa a través de cada tamiz para representarlo en función de la

abertura correspondiente.

Rango de tamices (Norma ASTM)Malla ASTM Tamaño abertura

3 '' 75 mm2 '' 50 mm

1 1/2 '' 37,5 mm1 '' 25 mm

3/4 '' 19 mm3/8 '' 9,5 mmnº 4 4,75 mmnº 8 2,36 mmnº 10 2 mmnº 16 1,18 mmnº 20 0,850 mmnº 30 0,600 mmnº 40 0,425 mmnº 50 0,300 mmnº 60 0,250 mmnº 100 0,150 mmnº 140 0,106 mmnº 200 0,075 mm

4.1.2 Análisis por sedimentación

Las partículas de limo (bajo malla nº 200) tienen tamaños que hacen impracticable un análisis

por tamizado, por lo tanto la distribución de tamaños de tales partículas se determina mediante

sedimentación en un medio líquido, usando un densímetro y la Ley de Stokes.



4.1.3 Descripción de la gradación

La forma de la curva de la gradación indica si el tamaño de las partículas en el suelo varía en un

rango amplio o estrecho.

Si un suelo de granos gruesos contiene proporciones aproximadamente iguales de todos los

tamaños de partículas se describe como bien graduado, y tiene por lo general una curva suave que

cubre un amplio rango de partículas (suelo A). Se considera como mal graduado si la curva se

caracteriza por tener una parte muy vertical, en este caso el suelo se define como uniforme (suelo B).

También es un suelo mal graduado, si contiene partículas pequeñas y grandes, pero prácticamente nada

de partículas intermedias; se dice que tiene gradación discontinua.

Suelo bien graduado :

Suelo mal graduado :

La gradación se puede expresar con el coeficiente de uniformidad, CU .

C D

DU60

10

o con el coeficiente de curvatura, CC , definido como :



CD

D DC302

10 60

DN = tamaño de las partículas para el cual el N% del material es más fino que ese tamaño.

Mientras mayor sea el valor de CU más amplio será el rango de tamaños de partículas en el

suelo.

Las arenas se clasifican como bien graduados si : CU > 6 y 1 < CC < 3

Las gravas se clasifican como bien graduados si : CU > 4 y 1 < CC < 3

Ejemplo

Se tiene 1 Kg. de arena seca y se pasa por varias mallas.

Obs. Si es grava, se utilizan 2 ó más Kg. y si es arena con 1 Kg. ó 500 gr. se puede hacer el

ensayo.

Lo que queda retenido en la bandeja es limo y/o arcilla.

Malla Peso retenido [gr] % retenido % acum. ret.(en peso) % acum. Pasando1/4'' 2 0 0 100nº 4 50 5 5 95nº 10 350 35 40 60nº 40 300 30 70 30nº 200 200 20 90 10

bandeja 100 10 100 0

1000

El % retenido es el peso retenido dividido por el peso total y multiplicado por 100.

El % acumulado pasando es 100% - % acumulado retenido.



El cuadro y la curva granulométrica son los resultados del ensaye granulométrico.

Curva granulométrica

De la curva granulométrica debiera extraerse (interpolarse) los valores D10 , D 30 y D 60 .

En este ejemplo:

D10 corresponde a la malla ASTM nº 200 => abertura = 0,074 mm

D 30 corresponde a la malla ASTM nº 40 => abertura = 0,425 mm

D 60 corresponde a la malla ASTM nº 10 => abertura = 2,00 mm

C D

D=

2,0

0,074 27,027 > 6U

60

10

C

D

D D

0,425

0,074 1,22C

30

60 10

2 2

2 0,

Por lo tanto es arena bien graduada

4.2 CONSISTENCIA DE LAS ARCILLAS Y LÍMITES DE ATTERBERG



La magnitud de la plasticidad que presenta una arcilla depende de su composición mineralógica

y contenido de humedad. La consistencia de una arcilla varía de acuerdo con el contenido de humedad,

desde un estado sólido en condición seca, hasta un estado prácticamente líquido para contenidos de

humedad muy altos. Para contenidos intermedios de humedad, la arcilla puede presentarse en un

estado sin plasticidad o en un estado plástico.

El contenido de humedad para el cual la consistencia cambia de un estado a otro, varía

dependiendo del tipo de arcilla. Como estos cambios son graduales, fue necesario establecer límites

arbitrarios entre los diferentes estados (límites de Atterberg).

WS WP WL

LC LP LL

Estado

Sólido

Estado semisólido

O sin plasticidad

Estado plástico Estado líquido

Incremento de humedad

Incremento de volumen

wS ó LC : límite de contracción : se define como el cambio del estado sólido al

estado semisólido o estado no plástico.

w P ó LP : límite plástico : se define como el cambio entre el estado no

plástico y el estado plástico.

w L ó LL : límite líquido : se define como el cambio del estado plástico al

estado líquido.

Obs : Los límites de Atterberg son contenidos de humedad y por lo tanto son valores

adimensionales, además se expresan en porcentajes.

El suelo en estado plástico es moldeable, es decir, a presión constante puede deformarse

y adquirir una nueva forma.

El rango de variación de contenidos de humedad en el que la arcilla presenta plasticidad se

denomina índice de plasticidad, IP.



IP = w L - w P

El contenido de humedad, w, que presenta la arcilla en terreno puede compararse con sus límites

líquido y plástico mediante el índice de liquidez, IL.

IL = w - w

w w

w - w

IP

L P

P

P

La mayor parte de la arcillas naturales se presentan en el terreno en un estado plástico, por lo

tanto los valores de IL están normalmente en el rango de 0 a 100%. En todo caso, IL puede ser

negativo.

Las pruebas de límite líquido y plástico se realizan sobre muestras remoldeadas de suelo y por

lo tanto no puede esperarse que reflejen las características del comportamiento ingenieril, que depende

de la macroestructura natural del suelo arcilloso en el terreno. La función principal de estas pruebas es

proporcionar bases para la clasificación de los suelos arcillosos y no es la de proporcionar criterios

para hacer predicciones acerca de sus comportamiento ingenieril.

4.2.1 Determinación del límite líquido

Este ensayo se hace con todos los suelos bajo la malla nº 40, aún cuando sea ‘’arena fina’’, en

cuyo caso LL =0.

Artur Casagrande inventó una máquina que lleva su nombre y con la cual se determina el límite

líquido.

Después de tamizar el suelo por la malla nº 40 ASTM, se colocan 50 a 70 gr. de suelo en estado

plástico en un recipiente metálico (bronce).

Luego se alisa la superficie, de modo que la altura en el centro sea de 10 mm.



Posteriormente se pasa el acanalador para dividir la pasta con un surco de 63 mm de longitud

(para arcillas pasar una vez, para limos de dos a tres pasadas).

Se comienza a girar la manivela, de tal manera que el recipiente se golpee repetidas veces desde

una altura de caída de 1 cm aproximadamente hasta que los extremos inferiores de la ranura queden en

contacto entre si una longitud de 10 mm.

Se dice que el suelo está con humedad correspondiente al límite líquido cuando es necesario dar

25 golpes para cerrar el surco una longitud de 10 mm.



El ensayo se hace colocando suelo plástico en el recipiente, midiendo humedad y midiendo el

número de golpes para cerrar el surco.

Se aumenta la humedad y se vuelve a repetir el ensaye, hasta 4 veces más.

Se descubrió que para un número de golpes N entre 6 y 36, existe una relación lineal entre la

humedad y N.

Se grafican los 5 resultados del ensaye en escala semi-logarítmica, y del gráfico se determina LL

como la humedad correspondiente al cierre del surco con 25 golpes.

40

30

20

WL

10

0

10 25 100

4.2.2 Determinación del límite plástico

Se determina manualmente, amasando sobre un vidrio esmerilado, un bastón o cilindro de suelo

en estado plástico hasta que justo al alcanzar el bastón de 10 cm de largo y 3 mm de diámetro, se

fractura o fisura visiblemente.


Nº de golpes

5

43

2

1

Con

teni

do d

e hu

med

ad

W%


Se define w P ó LP como la humedad que tiene el bastón de suelo que se fractura justo al

alcanzar 3 mm de diámetro. Se hace, por lo general 3 ensayes y se usa un valor promedio.

4.2.3 Determinación del límite de contracción

El límite de contracción de un suelo SL se define como la humedad máxima de un suelo para la

cual una reducción de la humedad no causa una variación del volumen del suelo.

4.3 SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS

Existen numerosos sistemas de clasificación de suelos, pero no existe un sistema reconocido

internacionalmente. En Estados Unidos los sistemas más utilizados son el sistema unificado de

clasificación de suelos (SUCS o USCS) y el sistema de clasificación AASHTO, orientado a rellenos y

obras de pavimentación principalmente.

4.3.1 Sistema unificado de clasificación de suelos

El suelo se considera como granular si más del 50% es retenido por el tamiz nº 200, ó suelo

fino si el 50% ó más pasa por el tamiz nº 200. Estos grupos se dividen en subgrupos asignados por

símbolos compuestos por un prefijo y un sufijo.

Suelos granulares

Prefijo : G - grava, si el 50% o más de la fracción granular es retenida por el tamiz nº 4.

S - arena, si más del 50% de la fracción granular pasa por el tamiz nº 4.

Sufijo : W - bien graduado La selección depende de los valores de CU y CC .

P - mal graduado



M - limoso La selección depende de los valores de w L y IP.

C - arcilloso

Si menos del 5% del material pasa por el tamiz nº 200, los sufijos que se utilizan son W o P

dependiendo de los valores de CU y CC , si más del 12% pasa por el tamiz nº 200 los sufijos

que se utilizan son M o C dependiendo de los valores de w L y IP. Si el porcentaje de finos está

entre el 5% y el 12%, se utiliza un clasificación intermedia con símbolos dobles.

Suelos finos

Prefijo : M - limo

C - arcilla

O - limo o arcilla orgánica.

Sufijo : L - baja plasticidad, w L < 50%

H - alta plasticidad, w L > 50%

La clasificación se basa sólo en los límites de Atterberg de la fracción de suelo que pasa por el

tamiz nº 40 y se obtiene con la carta de plasticidad de la Tabla. Los suelos situados por encima de la

línea A son las arcillas inorgánicas, y los situados por debajo de la línea A son los limos y los suelos

orgánicos.

Usando esta carta se puede conocer a través de los ensayes LL y LP si el suelo fino es arcilla o

limo.

La ecuación de la línea A es :

IP = 0,73 ( LL - 20 ) ; con IP y LL en %

Sistema de clasificación unificado



Ejemplos

1) Se tiene un suelo con LL = 35% y LP = 22% que da el siguiente resultado granulométrico.

Malla ASTM % acum. pasando en peso1/4 '' 100nº 4 95



nº 10 60nº 40 30nº 200 10

CU = 27,027 (calculado)

CC = 1,2204 (calculado)

Se ve malla nº 200 y como pasa < 50% es suelo granular.

Por la malla nº 4 pasa el 95% del total y > 50% de la fracción gruesa, por lo tanto es arena.

Como por la malla nº 200 pasa el 10% (valor entre 5 a 12%) tiene simbología doble

pudiendo ser : SW - SM ; SW - SC ; SP - SM ; SP - SC.

Si es SW o SP, lo determinan los valores CU y CC .

CU =7 >6 ; 1 < CC = 1,22 < 3 => es bien graduada => SW

Si es SM o SC lo determina la carta de plasticidad ; entrando con LL = 35% e IP = 13% =>

es SC pues cae sobre la línea A.

Línea A => IP = 0,73 ( LL - 0 ) = 0,73 ( 35 - 20 ) = 10,95 < 13%

En resumen, el suelo es SW - SC

2) Se tiene un suelo con LL = 65% y LP = 45% y el siguiente resultado granulométrico.

Malla ASTM

% acum. pasando en peso

1/4 '' 100nº 4 95nº 10 96nº 40 85nº 200 76



Se observa que por la malla nº 200 pasa un 76% > 50 => es suelo fino.

Entrando a la carta de plasticidad, con LL = 65% e IP = LL - LP = 20%, se puede clasificar al suelo

como un limo de alta plasticidad : MH.

4.3.2 Sistema de la AASHTO

Este sistema divide a los suelos en ocho grupos designados por los símbolos A-1 al A-8. Como

se consideró que el mejor suelo para ser usado en la subrasante de una carretera es un material bien

graduado compuesto principalmente de arena y grava, pero que contenga una pequeña cantidad de

cementante arcilloso, a este material se le dio el nombre de A-1. Los suelos restantes se agruparon en

orden decreciente de estabilidad.

Los suelos inorgánicos se clasifican en 7 grupos que van del A-1 al A-7. Estos a su vez se

dividen en 12 subgrupos. Los suelos con elevada proporción de materia orgánica se clasifican como A-

8

Cualquier suelo que contenga material fino se identifica además por su índice de grupo IG ;

mientras mayor sea el índice de grupo peor es el suelo.

a b

F = % del suelo que pasa por la malla nº 200.

LL = límite líquido en %.

IP = índice de plasticidad en %.



El índice de grupo siempre se aproxima al número entero más cercano. En el caso de ser

negativo se considera igual a cero. Por ejemplo, un suelo arcilloso que tenga un índice de grupo de 25,

puede clasificarse como A-7-6 (25).

Para los suelos A-2-6 y A-2-7 solo se emplea la parte b de la fórmula.

La clasificación de un suelo en un grupo se hace comparando las exigencias de granulometría,

límites líquidos e índice de plasticidad, desde izquierda a derecha. El primer grupo que corresponda

con los datos es la clasificación correcta.

Sistema de clasificación ASSHTO

Ejemplos

1) Se tiene el mismo suelo del ejemplo nº 1 anterior (clasificación USCS)

De acuerdo al porcentaje acumulado pasando por la malla nº 200 (10%), es un suelo

granular (<35%).



Se ve si se encasilla en A-1-a

Malla nº 10 - 60% > 50% => NO

nº 40 - 30%

nº 200 - 10%

Para A-1-b

Malla nº 10 - 60% O.K.

nº 40 - 30% O.K.

nº 200 - 10% O.K.

IP =13% > 6% => NO

Resumen

- No cumplió con A-1-a por % malla nº 10 = 60% > 50%

- No cumplió con A-1-b por IP =13% > 6% -> límite tolerable

- No cumplió con A-3 porque por la malla nº 40 pasa 30% < 51%

- No cumplió con A-2-4 pues IP =13% > 10%

- No cumplió con A-2-5 pues LL =35% < 41%

Pero si se encasilla en el grupo A-2-6 pues cumple con la granulometría, el LL=35% < 40%

y el IP =13% > 11%

IG = 0,01 F - 15 IP - 10 = 0,01 (10 - 15) (13 - 10) = -0,15 => IG = 0

es A-2-6 (0)

2) Se tiene un suelo de aspecto cohesivo o fino ‘’tipo arcilla’’ con 80% pasando por la malla nº

200, LL= 60%, LP= 25%

Pasa por la malla nº 200 = 80% > 35% => es suelo cohesivo, por lo tanto, puede ser A-4, A-

5, A-6, A-7.



No es A-4 porque LL= 60% > 40%

No es A-5 porque IP= 60 - 25 = 35% > 10%

No es A-6 porque LL= 60% > 40%

Es A-7 pues LL = 60% > 41%

IP = 35% > 11%

Para clasificar un suelo A-7 en uno de los grupos A-7-5 ó A-7-6 se observan los siguientes

requisitos

Es A-7-5 si IP (LL - 30)

Es A-7-6 si IP > (LL - 30)

En nuestro caso IP= 35% > LL - 30 = 60 - 30 =30%

Es A-7-6

IG = F - 35 0,2 + 0,005 w - 40 0,01 F - 15 IP - 10L

= (80 - 35) [ 0,2 + 0,005 (60 - 20)] + 0,01 (80 - 15) (35 - 10)

= 29,75 30

Es A-7-6 (30)



Ejercicios

1. El análisis granulométrico de un suelo ha dado los siguientes resultados:

Malla Nº % acum. pasando en peso3 '' 1002 '' 95

1/2 '' 841 '' 74nº 4 62nº 10 55nº 20 44nº 40 32nº 60 24nº 100 16nº 200 9

a) Representar el suelo mediante la curva granulométrica y clasificarlo según el sistema USCS.

b) Comentar la idoneidad de este suelo como material de drenaje en el trasdós o respaldo de un

muro de contención.

2. En una prueba granulométrica se han tenido los siguientes resultados

Peso bruto del material: 32.81 Kg

Malla Nº Retenido en Kg.1 1/2 '' 0.997

1'' 2.5803/4 '' 1.4451/2 '' 1.7593/8 '' 1.5201/4 '' 1.645nº 4 Pasaron 22.680 Kg



De la fracción que pasó la malla 4 se tomaron 200 g. y se sometieron a análisis mecánico, con los

siguientes resultados:

Malla Nº Retenido en Kg.10 33.120 25.3 40 23.960 20.1100 18.5200 15.6

Pasa malla 200

58.5

Graficar la curva granulométrica del suelo y clasificarla según método USCS.

3. En una prueba de LL se tuvieron los siguientes resultados:

Nº de golpes 28 22 13 7W (%) 51.6 52.2 53.8 55.2

Se determino un Lp = 24.5 %

Calcular LL e Ip

4. Clasifique el siguiente suelo:

Retenido en la malla Nº 4: 10%

Pasa Nº 4 y es retenido en la 200: 60%

Pasa 200: 30%

Cu= 4; Cc= 2

Fracción fina:

LL= 40%; LP= 25%

5. Clasifique el siguiente suelo según el sistema USCS:

2% del material se retiene en la malla Nº 4

90% del material pasa la malla Nº 4 y se retiene en la malla Nº 200



8% del material pasa la malla Nº 200

De la curva granulométrica:

Cu = 8; Cc = 2

En la fracción fina:

LL = 45 %; Ip = 14 %

6. Clasifique los dos suelos que se indican a continuación, según los métodos USCS y AASHTO,

entregando todos los pasos necesarios para su determinación y mencione cual de los dos es el más

apto para ser utilizado en un relleno masivo en una ciudad al sur de nuestro país.

Malla Nº Suelo A Suelo B% en peso que pasa

3/4 '' 100 1003/8 '' 92 82Nº 4 90 6810 86 5340 75 42200 68 13LL 52 20IP 26 N.P.


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