Capitulo_3_Clasificación de Suelos_2020.pdf

Facultad de Ingeniería – Semestre I 2020
Curicó
Profesor Responsable: Mauricio Jara Ortiz
GEOTECNIA MINERA
Capítulo 3
1

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Cap. 3 - Clasificación de Suelos
2
3.1 – Criterios en Distribución Granulométrica:
El tamaño de las partículas es el primer criterio de
clasificación de los suelos.
• Las gravas, arenas, limos y arcillas se designan con los
símbolos G, S, M y C, respectivamente.
• Para el límite entre arenas y limos hay ligeras variaciones:
algunas normas lo sitúan en 0,06 mm, pero otras toman 0,08
mm, y otras 0,074 mm (tamiz # 200 de la serie ASTM)
ASTM (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales)
Letra M del limo vendría del sueco mo y mjala, averiguar

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• Las gravas son fragmentos de rocas ocasionalmente con
partículas de cuarzo, feldespato y otros minerales.
• Las partículas de arena están formadas principalmente de
cuarzo y feldespatos, aunque también están presentes, a
veces, otros granos minerales.
• Los limos son fracciones microscópicas de suelo que consisten
en granos muy finos de cuarzo y algunas partículas en forma de
escamas (hojuelas) que son fragmentos de minerales micáceos

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Tamices

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La distribución de tamices utilizada para
la caracterización, dependerá de los
requisitos o alcances del proyecto en
cuál se este trabajando.
La tabla a la derecha muestra una
distribución clásica para la realización
de una macrogranulometría (partículas
> 3”).
La gráfica de distribución
granulométrica se construye con el
porcentaje que pasa por cada tamiz
utilizado.

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El análisis por tamizado consiste en sacudir la
muestra de suelo a través de un conjunto de
mallas (tamices) que tienen aberturas
progresivamente más pequeñas.
El suelo se seca en horno, y luego todos los
grumos se disgregan en partículas pequeñas
antes de ser pasados por las mallas.
Después de que el periodo de vibración concluye,
se determina la masa del suelo retenido en cada
malla.
Los resultados del análisis se expresan
generalmente como porcentaje del peso total de
suelo que ha pasado por las diferentes mallas (%
retenido).

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Asociados a la distribución de las partículas es posible establecer
los siguientes parámetros básicos:
Diámetro efectivo: El diámetro en la curva de distribución del
tamaño de las partículas correspondiente al 10% de finos (D10)
Coeficiente de Uniformidad (Cu): D60 / D10
Donde D60 corresponde al tamaño de las partículas del 60% de finos.
Coeficiente de Curvatura (Cc ó Cz): (D30)2 / (D60* D10)
Donde D30 corresponde al tamaño de las partículas del 30% de finos.

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La curva de distribución granulométrica muestra no sólo el rango
de los tamaños de partículas presentes en un suelo, sino también
la distribución de varios tamaños de partículas.

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En función a las curvas anteriores:
• La curva 1 representa un tipo de suelo en el que la mayoría de
los granos son del mismo tamaño, y se le llama suelo mal
graduado.
• La curva 2 representa un suelo en el que los tamaños de las
partículas están distribuidos sobre un amplio rango y se le
llama bien graduado.
• La curva 3 representa un suelo con una combinación de dos o
más fracciones uniformemente graduadas y se le llama de
granulometría discontinua

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Para un suelo bien graduado:
• El coeficiente de uniformidad es mayor a 4 para gravas y 6
para arenas, y
• Poseen un coeficiente de curvatura entre 1 y 3 (para gravas y
arenas)

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Plasticidad en suelos con tamaño < 0.002 mm:
Las arcillas se definen como aquellas partículas "que desarrollan
plasticidad cuando se mezclan con una cantidad limitada de agua"
(Grim, 1953).
Se debe señalar que: La plasticidad es la propiedad tipo masilla de
las arcillas cuando contienen cierta cantidad de agua.
Mas adelante se estudiaran en detalle la estructura y composición de los
materiales arcillosos (caolinita, ilita y monmorilonita).

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A muy bajo contenido de agua, el suelo se comporta más como un
sólido frágil. Cuando el contenido de agua es muy alto, el suelo y el
agua fluyen como un líquido.
Por tanto, dependiendo del contenido de agua, la naturaleza del
comportamiento del suelo se clasifica arbitrariamente en cuatro
estados básicos, denominados sólido, semisólido, plástico y líquido.

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Límite plástico (LP): Es el contenido de agua (%) para la cual el
suelo pasa de ser un sólido frágil a plástico, es decir, que puede
moldearse sin agrietarse.
Límite líquido (LL): Es el contenido de agua (%) para la cual el
suelo pasa de ser un sólido plástico a un líquido viscoso.
Índice de plasticidad (IP): Es la diferencia entre los límites líquido
y plástico. (IP= LL - LP)
Lo anterior será visto en detalle en la obtención de los Límites de Atterberg (Punto 4
del Capítulo 3)

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3.2 – Sistemas de Clasificación de Suelos
Los suelos son clasificados para facilitar su estudio, esto luego de
revisados los fundamentos geológicos, de composición química y
los ensayos de granulometría y plasticidad.
Para desarrollar esta tarea, por lo general se utilizan sistemas de
clasificación internacionales, dentro de los cuales es posible
nombrar:
• USCS
• AASHTO

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3.2.1 – Sistema de Clasificación AASHTO
El Sistema de clasificación de suelos AASHTO (American
Association of State Highway and Transportation Officials)
corresponde al utilizado por el Departamento de Caminos de U.S.A.
(Highway reasearch Board´s Comitee) en el año 1945 y es de uso
especial para la construcción de vías, en especial para manejo de
subrasantes y caminos de tipo granular.
Los suelos pueden clasificarse en ocho grupos principales (A-1 al A-
8) en base a su distribución granulométrica, límite líquido e índice de
plasticidad. Para los suelos que comprenden los primeros tres
grupos (A-1 al A-3) son materiales de grano grueso; los
comprendidos entre A-4 a A-7 son de grano fino. Por otro lado el
grupo A8 está destinado para los suelos como lodos, turbas y otros
suelos de altamente orgánicos.

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Se debe tener en consideración que:
• Para el grupo A-7 se debe tener en cuenta que existen dos tipos
de suelos, A-7-5 y A-7-6 respectivamente. Para el tipo A-7-5, el
índice de plasticidad es menor o igual que el límite líquido menos
30; por otra parte para el tipo A-7-6, el índice de plasticidad es
mayor que el límite menos 30.
• Para la evaluación cualitativa de la conveniencia de un suelo
para ser utilizado como subrasante de un camino, se desarrolló
también un número denominado índice de grupo (entre mayor
sea el índice de grupo de un suelo, menor será su utilización
como subrasante en caminos). Se establece un índice.

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• Un índice de grupo igual o superior a 20 indica que es un suelo
con propiedades mecánicas muy pobres para ser utilizado como
subrasante, el índice de grupo IG es posible estimarlo de la
siguiente manera:
• Donde %200 es el porcentaje que pasa la malla N°200
expresado como número entero; LL e IP son el límite líquido y el
índice de plasticidad respectivamente.
)
10
)(
15
(%
01
.
0
)]
40
(
005
.
0
2
.
0
)[
35
(% 200
200 





 IP
LL
IG

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• Para los grupos A-2-6 o A-2-7 se debe usar sólo la expresión que
corresponde al índice de grupo parcial relativo al índice de
plasticidad:
• A la hora de presentar resultados, el índice de grupo IG debe
presentarse al lado derecho de la clasificación que corresponde
al suelo utilizado.
)
10
)(
15
(%
01
.
0 200 

 IP
IG

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Resumiendo, a través del sistema AASHTO se podría decir lo
siguiente:
• A-1: Grava y Arena
• A-3: Arena fina
• A-2: Gravas y Arenas limosas o arcillosas
• A-4 y A-5: Suelos limosos
• A-6 y A-7: Suelos arcillosos
• A-1 y A-3 son suelos con muy buenas propiedades mecánicas
• A-2: Bueno y moderado
• A-4 a A-7: son suelos de moderados a pobres

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3.2.2 – Sistema de Clasificación USCS
El Sistema de clasificación de suelos USCS (United Soil
Classification System) fue originalmente propuesto por Casagrande
(1942) para la construcción de aeropuertos. Es el método de
clasificación de suelos más utilizado en la actualidad y esta
normado en la ASTM D2487 (2011).
El USCS utiliza símbolos de dos letras para clasificar los suelos, la
primera (prefijo) corresponde al tipo de suelo. Por otro lado, la
segunda letra (sufijo) está orientada a caracterizar en más detalle al
tipo de suelo; en el caso de utilizar M o C como segunda letra,
refleja el hecho de una arena o grava limosa o arcillosa
respectivamente, en función de lo anterior se tiene lo siguiente:

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G S M C O Pt H L W P
A
lta
Plasticid
ad
B
aja
Plasticid
ad
B
ien
G
rad
u
ad
o
s
M
al
G
rad
u
ad
o
s
Grav
a
A
ren
a
L
im
o
A
rcilla
L
im
o
s
o
rg
án
ico
s
y
A
rcillas
T
u
rb
a
y
Su
elo
s
altam
en
te
o
rg
án
ico
s

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Se debe señalar que los términos: W (Bien graduado) y P (Mal
graduado) dependen de los valores de Cu y Cc respectivamente. Por
otro lado; L (Baja plasticidad) y H (Alta plasticidad) dependen del
valor de LL (wL).

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Las tablas adjuntas y la carta de plasticidad muestran el
procedimiento para determinar los símbolos de grupo para varios
tipos de suelos. Al clasificar un suelo se debe proporcionar el
nombre del grupo que describe generalmente al suelo junto con el
símbolo respectivo.
El proceso de clasificación corresponde al siguiente:
1 - Determinar el porcentaje de suelo que pasa por el tamiz T-200 (F
ó R200). (F ó R200, es el porcentaje de granos más finos que T-200).
2 - Si F < 50% se trata de un suelo de grano grueso, tipo grava o
arenoso.

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3 - Luego, para un suelo de grano grueso, la diferencia “100 – F”
vendría siendo la fracción gruesa en porcentaje. Se debe determinar
si el porcentaje que pasa (F1) por el tamiz T - 4 (#5 mm) y que es
retenido en T-200 (#0.075 mm) es menor o mayor que (100 – F).
• Si F1 < (100-F)/2, entonces el suelo tiene más grava que arena,
suelo tipo grava. Ir a la Tabla 1.
• Si F1 ≥ (100-F)/2, entonces se trata de suelo arenoso. Ir a la
Tabla 2.
• Si F ≥ 50% se trata de un suelo de grano fino. Ir a la Tabla 3 y
Carta de Plasticidad.

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3.2.2 – Sistema de Clasificación USCS – Tabla 1

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3.2.2 – Sistema de Clasificación USCS – Carta de Plasticidad

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En función de la clasificación anterior y datos recopilados, es posible
presentar un cuadro con la tendencia que presentan las
características de distintos suelos a determinados usos en la
ingeniería:

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Grupo
GW +++ ++ +++ +++
GP ++ +++ ++ +++
GM ++ - ++ +++
GC ++ -- + ++
SW +++ ++ +++ +++
SP m ++ ++ ++
SM m - ++ +
SC ++ -- + +
ML m - m m
CL + -- m m
OL m - -- m
MH -- - - ---
CH -- -- -- ---
OH -- -- -- ---
Sobresaliente +++
Muy Alto ++
Alto +
Moderado m
Deficiente -
Bajo --
Muy Bajo ---
Compresibilidad
Caracteristicas
Fundamentales
Facilidad
de
Tratamiento
en
Obra
Permeabilidad
Resistencia
al
Corte
Inaceptable en pavimentos, licuable.
Revestimiento de canales, pero es erodable*
No recomendable, máximo si hay agua.
Inaceptable en cimentaciones o bases (hinchable)
Inaceptable en cimentación (hinchable)
Inaceptable en cimentaciones o terraplenes.
Aptitudes Según Usos
Mantos de presas, terraplenes, erosión de canales.
Mantos de presas y erosión de canales
Cimentaciones con flujo de agua
Núcleos de presas, revestimientos de canales.
Terraplenes y cimentación con poco flujo.
Diques y terraplenes de talud suave.
Cimentación con flujo, presas homogéneas.
Revestimiento de canales, capas de pavimiento.
Valoración Atributos

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4 – Determinación de los Límites de Atterberg
4.1 – Plasticidad
En un suelo granular seco, si se añade agua progresivamente, ésta
va rellenando los poros hasta saturar el suelo; a partir de este
momento, el suelo no admite más agua, y si se sigue añadiendo, el
suelo queda en el fondo del recipiente y por encima de él, agua
limpia.
En cambio, en arcillas, y en cierta medida en los limos, las
partículas, asociado a su actividad eléctrica, admiten agua de forma
progresiva, separándose unas de otras hasta llegar a formar una
suspensión cada vez más diluida. Presentan así todos los estados
de consistencia, desde un sólido frágil, pasando por un sólido
plástico amasable, hasta un líquido (como muestra la siguiente
figura).

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4.1 – Plasticidad

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4.1 – Plasticidad
A esta propiedad se le denomina plasticidad, y se emplea para
la identificación de suelos arcillosos y limosos. Se cuantifica
mediante los llamados límites de Atterberg, que se definen como la
humedad (cociente en tanto por ciento entre peso de agua y
de suelo seco) para la cual la arcilla presenta una
determinada consistencia.

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4.1.2 – Límite Plástico (LP)
Es la humedad para la cual el suelo pasa de ser un sólido frágil a
plástico, es decir, que puede moldearse sin agrietarse y se
determina mediante ensayo normalizado.
Se amasa la arcilla entre la palma de la mano y una superficie lisa,
formando un pequeño cilindro hasta la aparición de grietas.
Cuando el agrietamiento comienza a producirse para un diámetro
del cilindro de arcilla de unos 3 mm, se dice quela arcilla tiene la
humedad correspondiente al límite plástico.

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4.1.2 – Límite Plástico (LP)

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4.1.3 – Límite Líquido (LL)
Es la humedad para la cual el suelo pasa de ser un sólido plástico a
un líquido viscoso.
Se determina mediante ensayo normalizado con la cuchara de
Casagrande. En él se amasan unos 100 g de suelo con la humedad
aproximada del límite líquido, y se rellena con él la parte inferior del
cuenco metálico (cuchara). Luego se hace un surco con un
acanalador normalizado y se dan golpes a la cuchara dejándola
caer sobre la base desde una altura determinada (para esto el
aparato lleva un mecanismo regulador).
Se dice que la arcilla tiene la humedad del límite líquido cuando, tras
dar 25 golpes, el surco se cierra en una longitud aproximada de 12
mm (media pulgada).

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Las definiciones anteriores de los límites son un tanto arbitrarias, y
no responden a un cambio brusco en la consistencia del suelo.
Tienen sin embargo la virtud de ser utilizadas de forma universal, lo
que permite validar descripciones de suelo hechas por personas
diferentes en lugares distintos del mundo.
Se han hecho numerosas determinaciones de la resistencia de los
suelos amasados y se ha obtenido que en general, la resistencia al
corte para la humedad del límite líquido es del orden de 0,5 – 5,0
kPa y para el límite plástico unas 100 veces superior, es decir, de
50-500 kPa (para comentar).

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4.1.4 – Índice de plasticidad (IP)
Es la diferencia entre las humedades de los límites líquido y
plástico:
IP = LL - LP
Indica el tamaño del rango de humedades en el que el suelo se
comporta como un sólido plástico.

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4.2 – Carta de plasticidad de Casagrande
Los parámetros anteriores se emplean para identificar los
suelos arcillosos y limosos, mediante el gráfico denominado
Carta de Plasticidad de Casagrande. Consiste en un diagrama LL -
IP. El área del gráfico queda dividida en cuatro zonas, separadas
por dos líneas:
• La línea LL=50%, que separa los suelos de alta plasticidad
(H) de los de baja plasticidad (L).
• La línea A, de ecuación: IP = 0.73 (LL-20). Esta línea separa las
arcillas (símbolo C), que caen por encima de ella, de los limos
(símbolo M) y los suelos orgánicos (símbolo O), que caen por
debajo.

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5 – Ensayos de sedimentación
5.1 – Ley de Stokes
Para los tamaños inferiores a la malla 200, es decir, para la
fracción limosa, se hace el ensayo de sedimentación. En él, se
utiliza la propiedad de que, cuando una partícula cae en el seno de
un fluido viscoso, su velocidad de caída alcanza enseguida un valor
límite constante, para el cual la fuerza másica (peso menos empuje
de Arquímedes) resulta equilibrada por la resistencia viscosa del
agua a su alrededor. Si la partícula es esférica de diámetro D, dicha
velocidad es (ley de Stokes):
siendo η la viscosidad dinámica del fluido.

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La forma operativa del ensayo consiste en preparar una
suspensión del suelo en agua, con una concentración
determinada, en un recipiente graduado. Se agita y se deja reposar.
Las partículas van cayendo y depositándose en el fondo.
Con ello, la concentración de la suspensión va decreciendo al ir
desapareciendo de ella las partículas más gruesas. Se mide la
variación con el tiempo de esta concentración en un punto
determinado del recipiente (método de la pipeta), o de la densidad
aparente (método del densímetro), y de ello se puede deducir la
proporción de partículas de cada tamaño.

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Para la parte de arcilla, y en parte también para los limos, la
granulometría no es significativa, por lo que los ensayos de
sedimentación no se hacen sistemáticamente, como los de
tamizado. Para estos suelos, su identificación se basa
preferentemente en la plasticidad.

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5 – Ensayos químicos de identificación
Los suelos y las rocas pueden contener elementos y compuestos
químicos que impidan o restrinjan el uso de un suelo,
generalmente para rellenos (terraplenes de carretera), o bien
que ataquen a los materiales que constituyen partes de una obra
que se encuentren en contacto con el terreno (el hormigón en
cimentaciones o muros, tuberías de fundición, etc.).
Los ensayos químicos buscan obtener el contenido en estos
compuestos químicos, y de esta forma caracterizar el terreno.
Son ensayos relativamente sencillos, entre los que están:

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5.1 - Determinación del contenido de materia orgánica
La materia orgánica se degrada con el tiempo, aparte de tener
elevada compresibilidad, lo que hace problemático el uso de un
suelo con fuerte contenido en materia orgánica en la ejecución
de un relleno.
Existen dos tipos de ensayos normalizados para este fin: el método
del permanganato potásico y el método del peróxido de hidrógeno.

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5.1 - Determinación del contenido de materia orgánica
Además, el humus del suelo es agresivo frente al hormigón. El
ensayo para detectar si esto sucede es el de determinación de la
acidez Baumann-Gully, que obtiene el contenido de iones hidrógeno
que el humus de un suelo es capaz de liberar.

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5.2 - Determinación del contenido en sulfatos y otras sales solubles.
Al igual que en el caso anterior la tendencia a la solubilidad o
hidratación que tienen determinadas sales contenidas en los suelos
puede producir cambios volumétricos en el terreno.
Por otra parte, la disolución de sulfatos procedentes en gran parte
de los yesos, en el agua existente en el terreno, hace a ésta
agresiva frente al hormigón y materiales férricos.

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5.2 - Determinación del contenido en sulfatos y otras sales solubles.
Los ensayos normalizados existentes son:
• Determinación del contenido de yesos en suelos.
• Contenido de sulfatos solubles. Existen dos posibles ensayos.
Uno de ellos es cualitativo e indica la presencia de estos
iones solubles. El segundo es cuantitativo y proporciona el
porcentaje de sulfatos solubles en el suelo.
• Determinación del contenido de sales solubles en los suelos.

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5.3 - Determinación del contenido en carbonatos.
Las sales carbonatadas pueden ser solubles en agua, sobre todo en
presencia de dióxido de carbono, lo que pueda dar lugar a
disgregación de los suelos cementados por carbonatación y la
consiguiente pérdida de parte de sus propiedades resistentes y
deformacionales. Este fenómeno sucede en terrenos con contenidos
en carbonato cálcico inferiores al 40%.
Por otra parte, conocer dicho contenido en rocas permite diferenciar
las rocas arcillosas (lutitas, limolitas, arcillas margosas) de las
carbonatadas (margas, margo-calizas y calizas) .

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