04 Clasificacion de suelos

Clasificación de Suelos
Mecánica de Suelos (442)
UCA
Clasificación de suelos
Índice
• 
• 
• 
• 
• 
Origen de los suelos y sistema de clasificación
Suelos gruesos
Suelos finos
Carta de clasificación de suelos
Fundamentos físicos de la clasificación de suelos
Clasificación de suelos
Nota sobre el origen de los
suelos: residuales y transportados
Clasificación de suelos
Nota sobre el origen de los
suelos: residuales y transportados
Clasificación de suelos
Partículas del suelo
Clasificación de suelos
Clasificación de suelos
•  La clasificación le da el
“nombre” a un suelo
•  Define lo que el suelo “es”
–  Grava
–  Arena
–  Limo
–  Arcilla
Clasificación de suelos
Clasificación de suelos
•  La clasificación de suelos agrupa materiales con
propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas
similares
•  Suelos gruesos (Arenas y Gravas)
–  Las partículas se tocan entre sí (fuerzas de masa)
–  Controla: granulometría, forma y dureza
•  Suelos finos (Limos y Arcillas)
–  Las partículas no se tocan entre sí
–  Las partículas tienen cargas eléctricas (f. superficiales)
–  Controla: plasticidad, capacidad de absorber agua
Clasificación de suelos
Índice
•  Origen de los suelos y sistema de clasificación
•  Suelos gruesos
–  Granulometría
–  Esfericidad y redondez
•  Suelos finos
•  Carta de clasificación de suelos
•  Fundamentos físicos de la clasificación de suelos
Clasificación de suelos
Granulometría por vía seca
Clasificación de suelos
Curvas granulométricas típicas
Clasificación de suelos
Granulometría por vía seca
•  Coeficiente de uniformidad
D60
Cu =
D10
•  Coeficiente de curvatura
2
D30
Cc =
D60 D10
Clasificación de suelos
Clasificación de suelos gruesos
limpios
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Suelo es lo que pasa la criba de 3”
Si P#200 < 50%
Suelo grueso (G o S)
Si P#200 < 5%
Suelo grueso limpio
Si R#4 > 50% R#200
Grava (G)
Si R#4 < 50% R#200
Grava (S)
Si S y Cu >6 y 1<Cc<3
Bien graduado (SW)
Si S y no SW
Mal graduado (SP)
Si G y Cu >4 y 1<Cc<3
Bien graduado (GW)
Si G y no GW
Mal graduado (GP)
Clasificación de suelos
Ej.: Granulometría por vía seca
Granulometría por vía húmeda
D 2γ ω (Gs − Gω )
V=
18η
Clasificación de suelos
•  Hidrometría (ley de Stokes)
100%
%
95%
PASA
90%
85%
80%
75%
70%
65%
60%
55%
50%
45%
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
0.1
14
RET #200
(> 74µ)
0.01
LIMOS (74 - 2µ)
0.001
Φ PART ICULA (mm)
ARCILLAS
(<2µ)
Clasificación de suelos
Esfericidad y redondez
Clasificación de suelos
Esfericidad y redondez
16
Correlaciones
Estimación emax - emin
Clasificación de suelos
Índice
•  Origen de los suelos y sistema de clasificación
•  Suelos gruesos
•  Suelos finos
–  Límite líquido y límite plástico
–  Carta de Casagrande
•  Carta de clasificación de suelos
•  Fundamentos físicos de la clasificación de suelos
Clasificación de suelos
Límites de Atterberg
Límite líquido (LL)
•  Mas humedad que LL, se porta como un líquido
•  Menos humedad que LL, se porta como un sólido
Límite plástico (PL)
•  Mas humedad que PL, se porta como plástico
•  Menos humedad que PL, se porta como frágil
Límite de contracción (SL)
•  El suelo parece seco, cambia de color, puede
fisurarse
Clasificación de suelos
Límite líquido
Es la humedad que tiene el suelo cuando se juntan
~13mm dos mitades colocadas en la copa de
Casagrande con N=25 golpes (ASTM 4318)
•  Si N > 25, ω < LL
•  Si N < 25, ω > LL
⎛N⎞
LL ≈ ω N ⋅ ⎜ ⎟
⎝ 25 ⎠
19
0.121
Clasificación de suelos
Límite líquido
Hay dos maneras de hacer el ensayo
•  Tres puntos y se interpola
⎛N⎞
•  Un punto y se aplica la ecuación LL ≈ ω N ⋅ ⎜ ⎟
⎝ 25 ⎠
20
0.121
Clasificación de suelos
Límite plástico
Es la humedad a la cual un “rollito” de suelo que se
afina con la mano se parte en fragmentos cuando
llega a 3mm de diámetro
Clasificación de suelos
Índice
• 
• 
• 
• 
• 
Origen de los suelos y sistema de clasificación
Suelos gruesos
Suelos finos
Carta de clasificación de suelos
Fundamentos físicos de la clasificación de suelos
Índice plástico = LL - PL
Clasificación de suelos
Carta de plasticidad
7
4
23
Baja plasticidad (L)
Alta plasticidad (H)
Arcilla de alta
plasticidad (CH)
Arcilla de baja
plasticidad (CL)
(CL-ML)
20
Limo de alta
plasticidad (MH)
(ML)
50
Límite líquido
Clasificación de suelos
Ejercicios de clasificación de
suelos finos
Carta de plasticidad
Clasificación de suelos
U line: IP = 0.90 (LL – 8)
25
A line: IP = 0.73 (LL – 20)
Clasificacion de suelos
P#200 < 50%
Suelo Fino (M o C)
Clasificación de suelos
Suelo Grueso (G o S)
P#4 >50%R#200
G
P#200 < 5 %
5%< P#200 < 12 %
Cu y Cc => W o P
S (Cu >6 y 1<Cc<3) = W
G (Cu >4 y 1<Cc<3) = W
GW
GP
SW
SP
S
P#200 > 12 %
CARTA PLASTICIDAD
LL, LP, IP
GW-GM, GP-GM
GW-GC, GP-GC
SW-SM, SP-SM
SW-SC, SP-SC
GM
GC
SM
SC
CARTA PLASTICIDAD
LL, LP, IP
CH
CL
MH
ML
CL-ML
Clasificación de suelos
Ejercicios de clasificación de
suelos
Ejercicio 1:
P#4=100%, P#200=95%, LL=38, LP=28
Ejercicio 2:
P#4=100%, P#200=25%, LL=27, LP=13, Cu=4.3, Cc=1.1
Ejercicio 3:
P#4=50%, P#200=8%, LL=27, LP=13, Cu=5.9, Cc=1.7
Ejercicio 4:
P#4=90%, P#200=3%, Cu=2.3, Cc=1.7
Clasificación de suelos
Índice
• 
• 
• 
• 
• 
Origen de los suelos y sistema de clasificación
Suelos gruesos
Suelos finos
Carta de clasificación de suelos
Fundamentos físicos de la clasificación de suelos
Clasificación de suelos
Fundamentos físicos de la
clasificación de suelos
Clasificación de suelos
Superficie específica
Relación entre la superficie de una partícula (m2)
y su masa (gr)
(Narcilio y Santamarina)
30
Clasificación de suelos
Medición superficie específica
Técnica empleada: Absorción de azul de metileno
Número (N)
Halo celeste
Absorción
total
A. M. en exceso
(fin ensayo)
(Narcilio y Santamarina)
Clasificación de suelos
Química de las arcillas
•  Los procesos físicos de meteorización de rocas
generan gravas, arenas y limos
•  Las arcillas provienen de procesos químicos a
partir de los minerales que conforman las rocas
•  Son cristales planos
•  Fundamentalmente silicatos de Al, Fe, Mg
•  Dos configuraciones atómicas posibles, tetraedro
y octaedro, forman los distintos minerales de
arcilla
Clasificación de suelos
Configuraciones atómicas
Los octaedros se ubican entre dos capas de
tetraedros
Clasificación de suelos
Caolinita
•  Una capa de octaedros y una de tetraedros
conforman una “hoja”
•  Partícula = “bloque” de “hojas”
•  Unión débil por puente de
hidrógeno entre dos “hojas”
•  La sustitución de Si o Al
es muy escasa, la fórmula
es Si4O10Al4(OH)8
Clasificación de suelos
Caolinita
•  No tiene carga neta (negativa o positiva)
•  Díametro partícula hasta 10µm
•  Espesor entre 1/2 y 1/10 del diámetro y puede
llegar a los 2 µm
Clasificación de suelos
Illita
•  Similar a la montmorilonita pero los cationes son
Potasio y no son intercambiables
•  No admite la entrada de agua entre las “hojas”
•  Espesor entre 1/10 y 1/50 del diámetro
•  Es el mineral de arcilla más abundante
•  En las rocas hay más K que Na. En el agua de
mar hay mucho más Na que K
•  Las montmorilonitas antiguas se fueron
convirtiendo en illitas fijando K y puede ser ésta la
explicación
Clasificación de suelos
Haloysita
•  Similar a la caolinita pero se interponen
moléculas de agua en la unión entre dos “hojas”
•  En una de las caras, las distancias se acortan y la
hoja se enrolla
•  [Si4O10Al4(OH)8]4H2O
Clasificación de suelos
Montmorilonita
•  Dos capas de tetraedros
encierran una de octaedros
•  Algunos Si(4+) son
sustituidos por Al(3+)
y otros Al(3+) de los
octaedros son sustituidos
por Mg o Fe (2+)
•  Por lo tanto, las “hojas”
tienen carga negativa
10Å=1nm=0.001µm
Clasificación de suelos
Montmorilonita
•  La unión débil entre tetraedros
es mucho más débil que en la
caolinita por lo que puede
ingresar agua
•  Las caras negativas atraen
cationes que son fácilmente
sustituibles: cationes de cambio
•  Espesor entre 1/100 y 1/1000
del diámetro, puede llegar
a 20 capas de “hojas”
10Å=1nm=0.001µm
Clasificación de suelos
Fuerzas superficiales
•  Las caras de las partículas de arcilla tienen carga
negativa debido a:
–  Enlaces rotos de los bordes
–  Sustitución dentro de la red cristalina de átomos por
otros de menor valencia (Si por Al, Al por Mg o Fe).
•  Cuanto más chicas son las partículas (mayor
superficie específica), las fuerzas eléctricas
aumentan en relación al peso
Clasificación de suelos
Cationes de cambio
•  Carga negativa atrae cationes
–  La concentración es mayor a menor distancia de la
partícula
–  Se opone a la tendencia de los cationes a repartirse
por igual en la fase líquida
•  “Doble capa difusa” = capa negativa de arcilla y
capa positiva de cationes densidad decreciente
Clasificación de suelos
Agua adsorbida
•  Moléculas de agua se
adhieren a la superficie
negativa de la arcilla,
por puente de
Hidrógeno.
•  Espesor de capa
adsorbida de 10Å a
100Å
10Å=1nm=0.001µm
Clasificación de suelos
Agua adsorbida
•  Densidad del agua
14 g/cm3 contra la
partícula de arcilla
•  Moléculas de agua
adsorbida no están en
estado sólido, se mueven
fácilmente paralelo a la
arcilla pero no
se alejan o acercan
Clasificación de suelos
Consecuencia: Las partículas de los
suelos finos no se tocan entre sí
100 – 50 – 20 µm
10 – 2 – 1 µm
Clasificación de suelos
Bibliografía
•  Básica
–  Juárez Badillo y otros. Mecánica de Suelos. Ed.
Limusa
•  Complementaria
–  Fredlund y Rahardjo (1993). Unsaturated soil
mechanics in engineering practice. Wiley.
–  Mitchell (2005). Fundamentals of soil behavior. Wiley.
–  Narcilio y Santamarina. Clasificación de suelos.
Fundamento físico, prácticas actuales y
recomendaciones