PROPIEDADES BASICAS DE LOS SUELOS Y CLASIFICACION Elaborado por : JAIME SUAREZ DIAZ BUCARAMANGA - COLOMBIA JAIME SUAREZ DIAZ Todo proyecto vial requiere el estudio de los suelos PROPIEDADES B ÁSICAS BÁSICAS Descripci ón visual Descripción Caracterizaci ón general Caracterización – Ensayos de clasificaci ón, clasificación, humedad y peso unitario unitario.. Perfil de suelo – Estimaci ón de ón de Estimación de la la variaci variación de las las capas capas de de suelo y el nivel nivel fre ático. freático. JAIME SUAREZ DIAZ – Tipo de suelo suelo que que predomina predomina : Ejemplo : Arena. Arcilla limosa limosa.. Grava arenosa arenosa.. DEFINICI ÓN DE DEFINICIÓN SUELO Las part ículas minerales partículas minerales se se formaron de descomposici ón descomposición de las las rocas rocas por por descomposici ón y/o erosi ón. descomposición erosión. JAIME SUAREZ DIAZ Part ículas de Partículas de minerales minerales naturales, que se encuentran relativamente separadas en masas peque ñas y que pueden pequeñas contener aire agua o materiales ánicos. materiales org orgánicos. EXAMEN VISUAL DE LA MUESTRAS ALTERADAS ¾Color del suelo ¾Consistencia ¾Uniformidad JAIME SUAREZ DIAZ ¾Partículas y minerales EXAMEN VISUAL DE MUESTRAS INALTERADAS ¾ Color ¾ Tipo de suelo ¾ Fisuras ¾ Presencia de materiales org ánicos orgánicos ¾ Resistencia relativa utilizando el penetr ómetro. penetrómetro. JAIME SUAREZ DIAZ ¾ Variaciones y ffábrica ábrica ¾ Discontinuidades ENSAYOS B ÁSICOS EN EL LABORATORIO BÁSICOS JAIME SUAREZ DIAZ ENSAYOS DE LABORATORIO ¾ ¾ Resistencia ¾ Permeabilidad ¾ Consolidación ¾ Ensayos especiales JAIME SUAREZ DIAZ Propiedades Indice PROPIEDADES INDICE Contenido de humedad ¾ Gravedad específica ¾ Peso unitario ¾ Granulometría ¾ Límites de Atterberg ¾ Relaciones humedad-densidad (compactación) ¾ pH ¾ Contenido de materia orgánica JAIME SUAREZ DIAZ ¾ OBJETIVOS DEL ENSAYO DE GRANULOMETRIA ¾ ¾ Tener una idea general de Permeabilidad fricci ón fricción JAIME SUAREZ DIAZ ¾ ¾ Determinar el porcentaje de los diversos tama ños tamaños de granos granos.. JAIME SUAREZ DIAZ ENSAYO DE GRANULOMETRIA 9LAS PROPIEDADES DE LOS SUELOS GRUESOS (ARENAS Y GRAVAS) DEPENDE DE SU TAMAÑO Y DISTRIBUCION DE GRANOS GRANULOMETRIA JAIME SUAREZ DIAZ 9 EN LOS SUELOS FINOS NO ES TAN IMPORTANTE LA ENSAYO DE GRANULOMETRIA ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Las part ículas menores del tam íz ASTM No. 200 se partículas tamíz identifican utilizando el ensayo de hidr ómetro. hidrómetro. Se dibuja una curva de Di ámetros contra % de Diámetros pasantes y se obtienen los tama ños D10, D60, etc. tamaños JAIME SUAREZ DIAZ ¾ ¾ Pasar o lavar una una muestra muestra representativa representativa de de suelo suelo aa traves de una serie de tamices o mallas mallas La cantidad retenida en cada tam íz se tamíz se seca seca y se pesa pesa.. SUELOS GRUESOS RETENIDOS TAMIZ ASTM 200 JAIME SUAREZ DIAZ SUELOS FINOS PASAN TAMIZ ASTM 200 GRAVAS RETENIDAS TAMIZ ASTM 4 JAIME SUAREZ DIAZ ARENAS PASAN TAMIZ ASTM 4 Y SON RETENIDAS TAMIZ ASTM 200 GRAVAS RETENIDAS TAMIZ ASTM 4 PASAN TAMIZ ASTM 4 Y SON RETENIDAS TAMIZ ASTM 200 JAIME SUAREZ DIAZ ARENAS CURVA CURVA GRANULOMETRICA GRANULOMETRICA JAIME SUAREZ DIAZ COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD Cu = D60 D10 Cc = D (30 )2 D60 x D10 JAIME SUAREZ DIAZ COEFICIENTE DE CURVATURA ARENAS BIEN GRADADAS Cu > 6 1 < Cc < 3 JAIME SUAREZ DIAZ GRAVAS BIEN GRADADAS Cu > 4 1 < Cc < 3 JAIME SUAREZ DIAZ JAIME SUAREZ DIAZ OBJETIVOS DEL ENSAYO DE HIDR ÓMETRO HIDRÓMETRO ¾ ¾ ¾ ¾ Identificar los porcentajes de arcilla limo y coloides coloides.. Identificar tipos de arcilla presentes JAIME SUAREZ DIAZ ¾ ¾ Determinar la distribuci ón de las distribución part ículas menores partículas del tamiz ASTM No. 200 JAIME SUAREZ DIAZ ENSAYO DE HIDR ÓMETRO HIDRÓMETRO ¾ ¾ Los resultados pueden ser err óneos cuando no se tiene en erróneos cuenta la composici ón del suelo composición suelo.. JAIME SUAREZ DIAZ ¾ ¾ Utilizado para determinar el % de arcilla ón menor arcilla.. Fracci Fracción menor de de (0.002 mm) LIMITES DE ATTERBERG ¾ ¾ ¾ ¾ Objetivo Objetivo:: Describir la consistencia consistencia yy plasticidad plasticidad de de los los suelos suelos finos finos aa los los varios varios grados grados de de humedad humedad.. ¾ LLímite ímite llíquido íquido (LL) (LL) ¾ LLímite ímite pl ástico (LP) plástico (LP) ¾ LLímite ímite de contracci ón contracción y determinar determinar el el ¾ Indice ástico IP Indice Pl Plástico IP = = LL LL -- LP LP JAIME SUAREZ DIAZ Procedimiento ón de Procedimiento:: Para Para la porci porción de suelo suelo pasante pasante del del tamiz tamiz No. 40 se var ía el contenido varía contenido de de agua agua para identificar identificar tres tres etapas de comportamiento comportamiento del del suelo suelo.. LIMITE LIMITE LIQUIDO LIQUIDO JAIME SUAREZ DIAZ HUMEDAD A LA CUAL UNA RANURA EN LA CAZUELA DE CASAGRANDE SE CIERRA A LOS 25 GOLPES JAIME SUAREZ DIAZ L ímite llíquido íquido Límite obtenido mediante ensayo de cono JAIME SUAREZ DIAZ LOS SUELOS A HUMEDADES SUPERIORES AL L.L L.L.. SE COMPORTAN COMO UN LIQUIDO Y A MENORES COMO UN PLASTICO JAIME SUAREZ DIAZ LIMITE PLASTICO HUMEDAD A LA CUAL UN ROLLO DE SUELO SE EMPIEZA A DESMORONAR CUANDO ALCANZA UN DIAMETRO DE 3.2 MM LIMITE DE CONTRACCION SOLIDO SOLIDO LIMITE PLASTICO SEMISOLIDO SEMISOLIDO PLASTICO PLASTICO LIMITE LIQUIDO LIQUIDO LIQUIDO HUMEDAD JAIME SUAREZ DIAZ GRUPOS PRINCIPALES DE SUELO Suelos granulares – Arenas y gravas Suelos de grano fino – Limos y arcillas Suelos org ánicos orgánicos – Limos y arcillas org ánicas y turbas orgánicas JAIME SUAREZ DIAZ SUELOS GRANULARES Gravas y arenas JAIME SUAREZ DIAZ Se identifican por el tamaño de los granos JAIME SUAREZ DIAZ Ensayos de granulometría JAIME SUAREZ DIAZ Boulder Cobbles s Gravel Coarse Sand Fine Coarse Mediu m US Standard Sieves 3” 2” 1” 3/4” 3/8” 4 6 10 20 Fines Fine Silt Sizes Clay Sizes 40 60 100 200 100 90 70 60 50 40 30 Unifor m 20 10 Well Graded 0 1000 100 10 1 0.1 Grain Grain Diameter Diameter in in (mm) (mm) 0.01 0.001 JAIME SUAREZ DIAZ % Finer Finer by by Weight Weight % 80 Propiedades de ingeniería de los suelos granulares Materiales buenos de cimentaci ón. cimentación. Materiales mejores para rellenos ((terraplenes) terraplenes) Mejores materiales para rellenar detr ás de muros detrás y estructura Susceptibles a fuerzas vibratorias Son dif íciles de drenar difíciles JAIME SUAREZ DIAZ Suelos de grano fino El comportamiento de los limos y arcillas es controlado m ás por el tipo de mineral que por el tama ño de las más tamaño part ículas. partículas. JAIME SUAREZ DIAZ Suelos cohesivos (Arcillas) La resistencia de las arcillas depende principalmente de la cohesi ón cohesión JAIME SUAREZ DIAZ Cohesi ón Cohesión Las Las excavaciones excavaciones en en arena arena seca seca no no se se sostienen sostienen Sin Cohesión H Arcilla Con Cohesión JAIME SUAREZ DIAZ Arena Las excavaciones en arcilla dura se sostienen si H<HC Suelos cohesivos ((Arcillas) Arcillas) Se identifican por su plasticidad JAIME SUAREZ DIAZ Propiedades de ingeniería de los suelos cohesivos Com únmente poseen baja Comúnmente resistencia al cortante cortante.. Son pl ásticos y compresibles plásticos La resistencia al cortante se reduce por aumento de humedad o por alteraci ón alteración Los suelos arcillosos ((cohesivos) cohesivos) Se expanden y se contraen con los cambios de humedad Materiales malos para rellenos Practicamente impermeables Susceptibles a deslizamientos JAIME SUAREZ DIAZ Debe tenerse en cuenta que es muy dif ícil difícil secar las arcillas JAIME SUAREZ DIAZ JAIME SUAREZ DIAZ Los Limos Similares a las arcillas pero no poseen cohesi ón cohesión Son susceptibles al colapso y a la licuaci ón licuación Alta capilaridad Baja permeabilidad JAIME SUAREZ DIAZ Baja resistencia al cortante Suelos orgánicos Contienen materia org ánica orgánica JAIME SUAREZ DIAZ Suelos org ánicos orgánicos JAIME SUAREZ DIAZ Problemas : ánica reduce la resistencia y la La materia org orgánica capacidad de soporte Incrementa la compresibilidad óxicos durante la Se pueden emitir gases ttóxicos excavaci ón excavación CLASIFICACION DE LOS SUELOS Sistemas de clasificaci ón m ás utilizados para clasificación más vias – AASHTO – Unificado (SUCS) – ASTM JAIME SUAREZ DIAZ Clasificaci ón de los suelos en grupos Clasificación grupos,, los cuales poseen propiedades similares de ingenier ía. ingeniería. JAIME SUAREZ DIAZ SISTEMA AASHTO DESARROLLADO EN 1928 EN ESTE SISTEMA LOS SUELOS CAPACIDAD GENERAL DE CARGA Y EN 7 GRUPOS QUE POSEEN LA MISMA SERVICIO SON AGRUPADOS DEL A -1 AL A -7 DE MEJOR A -3 QUE ES A-1 A-7 A PEOR CON EXCEPCION DE DE A A-3 MEJOR QUE A -2. A-2. LOS SUELOS ORGANICOS SE CLASIFICAN COMO A -8 A-8 CLASIFICACION CLASIFICACION AASHTO AASHTO CLASIFICACIO N GENERAL GRUPO %DE PASANTES 2.00 MM (NO. 10) 0.425 MM (NO.40) 0.075 MM (NO. 200) PLASTICIDAD PASANTES DEL#40 LL LP TIPO USUAL DE MATERIAL SIGNIFICATIVO CALIDAD COMO SUBRASANTE MATERIALES GRANULARES (35% O MENOS DE PASANTES 0.0075 MM) A1 A-1-A A-1-B 50 max 30 max 15 max 50max 25max 6 max Fragme ntos de roca, grava y arena A2 A3 Arena fina A4 A5 A6 A7 A7A7-5 A7A7-6 A2A2-4 A2A2-5 A2A2-6 A2A2-7 51ma x 10ma x 35 max 35 max 35 max 35ma x 36min 36 min 36 min 36 min NP 40 max 10 max 41 min 10 max 40 max 11 min 41 min 11 min 40 min 10ma x 41 min 10ma x 40ma x 11 min 41 min 11 min Grava y arena limosa o arcillosa EXCELENTE A BUENA @ EL IP DEL SUBGRUPO A-7-5 ES IGUAL O MENOR QUE EL LL-30 EL IP DEL SUBGRUPO A7-6 ES MAYOR QUE EL LL - 30 A-8 SUELOS ORGÁNICOS LIMOS Y ARCILLAS MAS DE 35% PASA 0.0075 MM Suelos limosos Suelos arcillosos REGULAR A MALA FAVOR ANALIZAR LA TABLA DE CLASIFICACION AASHTO MATERIALES GRANULARES (MENOS DE 35% DE PASANTES TAMIZ ASTM 200) MATERIALES LIMO ARCILLOSOS (MAS DE 35% DE PASANTES TAMIZ ASTM 200) 200 CANTOS O BLOQUES MAS DE 33” ” (75 MM) JAIME SUAREZ DIAZ SE EXCLUYEN DE LA MUESTRA PERO DEBE APUNTAR EL % DE CANTOS GRAVA RETENIDO EN TAMIZ No. 10 (2 MM) JAIME SUAREZ DIAZ PASA TAMIZ 33” ” (75 MM) ARENA GRUESA RETENIDO TAMIZ No. 40 (0.425 MM) JAIME SUAREZ DIAZ PASA TAMIZ No.10 (2 MM) ARENA ARENA FINA FINA RETENIDO TAMIZ No. 200 (0.075 MM) JAIME SUAREZ DIAZ PASA TAMIZ No.40 (0.425 MM) LIMOS Y ARCILLAS LIMOS: IP ≤ 10 ARCILLAS: IP ≥ 11 JAIME SUAREZ DIAZ PASA TAMIZ No. 200 (0.075 MM) PROCEDIMIENTO DE CLASIFICACION LOS ENSAYOS (CALCULAR PROPIEDADES EN NUMEROS REDONDOS) ¾INDICAR EN LA TABLA DE IZQUIERDA A DERECHA ¾EL PRIMER GRUPO QUE CORRESPONDA A LAS PROPIEDADES DEL SUELO ES EL CORRECTO JAIME SUAREZ DIAZ ¾ REALIZAR INDICE INDICE DE DE GRUPO GRUPO IG = (F – 35) [ 0.2 + 0.005 (LL – 40) 15) (IP - 10) 40)]] + 0.01 (F ––15) DONDE: F= % PASANTES No. 200 (Numero redondo) OJO SOLO MATERIAL QUE PASA 3” ¾ SI IG ES NEGATIVO REPORTAR = 0 PARTE DE LA FORMULA CON IP ÉS DE LA ¾ COLOCAR EL INDICE DE GRUPO DESPU DESPUÉS CLASIFICACION, EN PAR ÉNTESIS PARÉNTESIS EJEMPLO A – 7 – 5 (17) JAIME SUAREZ DIAZ ¾ IG SIEMPRE ES NUMERO REDONDO ¾ PARA GRUPOS A A –– 22 –– 66 Y A – 2 – 7 SOLO SE UTILIZA LA A -7-5 (17) A-7-5 JAIME SUAREZ DIAZ COLOCAR EL INDICE DE GRUPO DESPUES DE LA CLASIFICACION (ENTRE PARENTESIS) EL INDICE DE GRUPO ES UTIL PARA DETERMINAR LA CALIDAD RELATIVA DEL SUELO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCION JAIME SUAREZ DIAZ GRUPO A -1 A-1 TAMBIEN INCLUYE LOS MATERIALES SIN LIGANTE. JAIME SUAREZ DIAZ MEZCLAS BIEN GRADADAS DE FRAGMENTOS DE ROCA O GRAVA DE GRUESA A FINA CON UN LIGANTE NO PLASTICO O LIGERAMENTE PLASTICO. -1 -a SUBGRUPO A A-1-a JAIME SUAREZ DIAZ CONSISTEN PREDOMINANTEMENTE DE FRAGMENTOS DE ROCA O GRAVA CON O SIN UN LIGANTE BIEN GRADADO SUBGRUPO A -1-b A-1-b JAIME SUAREZ DIAZ CONSISTEN PREDOMINANTEMENTE EN ARENAS GRUESAS CON O SIN UN LIGANTE BIEN GRADADO -3 GRUPO A A-3 EJEMPLO: ARENA PLASTICOS FINA DE PLAYA SIN FINOS JAIME SUAREZ DIAZ ARENAS CON MUY POCA GRAVA Y MUY POCO LIGANTE GRUPO A -2 A-2 JAIME SUAREZ DIAZ INCLUYE UNA GRAN VARIEDAD DE MATERIALES GRANULARES SUBGRUPOS A -2-4 Y A -2 -5 A-2-4 A-2-5 JAIME SUAREZ DIAZ GRAVAS Y ARENAS CON CANTIDADES IMPORTANTES DE LIMOS Y SUELOS PLASTICOS SUBGRUPOS A -2-6 Y A -2 -7 A-2-6 A-2-7 JAIME SUAREZ DIAZ SIMILAR AL A -2-4 Y A -2-5 CON EXCEPCION QUE A-2-4 A-2-5 CONTIENEN ARCILLA CON CARACTERISTICAS SIMILARES A LOS GRUPOS A -6 Y A -7 A-6 A-7 GRUPO A -4 A-4 PUEDEN CONTENER ALGO DE ARENA O GRAVA JAIME SUAREZ DIAZ SUELO LIMOSO NO PLASTICO A MODERADAMENTE PLASTICO GRUPO A -5 A-5 JAIME SUAREZ DIAZ SIMILAR AL GRUPO A -4 PERO ES MAS MICACEO Y A-4 PUEDE SER MUY PLASTICO GRUPO A -6 A-6 PUEDE CONTENER ALGO DE ARENA O GRAVA SON GENERALMENTE EXPANSIVOS JAIME SUAREZ DIAZ ARCILLA PLASTICA GRUPO A -7 A-7 PLASTICAS Y GENERALMENTE JAIME SUAREZ DIAZ ARCILLAS MUY EXPANSIVAS SUBGRUPO A -7-5 A-7-5 A MUY PLASTICAS Y MUY JAIME SUAREZ DIAZ MODERADAMENTE EXPANSIVAS SUBGRUPO A -7-6 A-7-6 EXTREMADAMENTE EXPANSIVAS JAIME SUAREZ DIAZ MUY PLASTICAS GRUPO A -8 A-8 JAIME SUAREZ DIAZ TURBAS Y SUELOS MUY ORGANICOS SISTEMA SISTEMA UNIFICADO UNIFICADO DE DE CLASIFICACION CLASIFICACION DE DE SUELOS SUELOS S.U.C.S S.U.C.S.. PROPUESTO POR ARTHUR CASAGRANDE EN 1942 ADAPTADO POR EL U.S U.S.. BUREAU OF RECLAMATION Y EL U.S U.S.. CORPS OF ENGINEERS JAIME SUAREZ DIAZ G – GRAVA S – ARENA M – LIMO C – ARCILLA O – SUELOS ORGANICOS Pt – TURBA H – ALTA PLASTICIDAD L – BAJA PLASTICIDAD W – BIEN GRADADAS P – MAL GRADADAS JAIME SUAREZ DIAZ SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACION DE SUELOS (SUCS) Suelos de textura gruesa (más de Suelos de textura fina (más de 50% retenido en la malla #200 50% pasa la malla #200) Gravas: más de 50% de gruesos retenidos en la malla #4 (menos de 5% finos) Arenas: más de 50% de gruesos pasa la malla #4 (menos de 5% finos) GW Grava limpia, bien graduada LL < 50% ML Limo de baja plasticidad GP Grava limpia, mal graduada CL Arcilla de baja plasticidad SW Arena limpia, bien graduada Arcilla: IP arriba de la línea A Suelo orgánico y limo: IP bajo la línea A OL Orgánico de baja plasticidad SP Arena limpia, mal graduada LL > 50% MH Limo de alta plasticidad Gravas y arenas con más de 12% de finos GM Grava limosa CH Arcilla de alta plasticidad GC Grava arcillosa Arcilla: IP arriba de la línea A Suelo orgánico y limo: IP bajo la línea A OH Orgánico de alta plasticidad SM Arena limosa SC Arena arcillosa Limosa= finos de baja plasticidad Arcillosa= finos de alta plasticidad TURBA y suelos orgánicos con más de 50% de materia orgánica CARTA CARTA DE DE PLASTICIDAD PLASTICIDAD PROPIEDADES PROPIEDADES DE DE LOS LOS SUELOS SUELOS S.U.C.S S.U.C.S.. Nombre Simbolo Compresibili dad Capacidad de carga Permeabilidad Material de cimentación Gravas y arenas limpias F<5% GW SW GP SP Muy baja a Baja Muy alta a Alta Muy permeable a Permeable Excelente a Bueno Gravas y arenas con finos 12<F<50% GM SM GC SC Baja a Media Alta a Media Permeable a Semi Permeable Bueno a Regular Limos y arcillas de baja plasticidad LL<50% ML CL OL Media a Alta Media a Baja Semipermeable a Impermeable Regular a Malo Limos y arcillas de alta plasticidad LL>50% MH CH OH Alta a Muy alta Baja a Muy baja Impermeable a Muy impermeable Malo a Muy malo Turbas PT Muy alta Muy baja impermeable Muy malo