Geotecnia_1_parte_II.pdf

GEOTECNIA I
Año Académico 2022-2023
Dr. Lorenzo Borselli
Instituto de Geología
Fac. De Ingeniería, UASLP
lborselli@gmail.com
www.lorenzo-borselli.eu

Parte II
Clasificación ingenieril
de los suelos y de los
macizos rocosos
Geotecnia I (2022/2023) – Docente: Dr. Lorenzo Borselli
Versión 2.3.1 Last update 14-10-2022

Objetivo de las clasificaciones ingenieril de los
Geomateriales:
• Desarrollar una forma sistemática de describir,
caracterizar y clasificar los geomateriales
• Agrupar geomateriales de características y
propiedades geotécnicas similares.
• Correlaciones entre categorías de clasificación
y propiedades geotécnicas relevantes.

A) Clasificaciones de los Suelos
Foto: Hoyos Patiño 2006

Clasificaciones de los Suelos
Hay dos sistemas de clasificación de suelos de uso común para
propósitos de ingeniería. 1) el Sistema Unificado de Clasificación del
suelo (SUCS o USCS) que se utiliza para casi todos los trabajos de
ingeniería geotécnica; 2) el sistema de clasificación AASHTO que se
usa por la construcción de carreteras y terraplenes.
Ambos sistemas utilizan los resultados del análisis granulométrico y
la determinación de los límites de Atterberg ( LL, LP, IP) para
determinar la clasificación del suelo.
Las fracciones texturales del suelo son: grava, arena, limo,
arcilla. A un suelo que comprende uno o más de estos
componentes se le da un nombre descriptivo y una designación que
consta de letras o números y letras. Estas letras dependen de las
proporciones relativas de los componentes y de las características
de plasticidad del suelo.

Arcilla Limo Arena Bloques
75
mm
4.75
mm
0.075
mm
Grava
0.002
mm
Mas finos Mas grueso
Fracción gruesa
Fracción fina
Clasificación USCS(separación en componente fina y gruesa.)
Diametro
de los granos
Diametro
de los granos

El sistema de clasificación USCS o SUCS
El Sistema Unificado de Clasificación del suelo (USCS o SUCS) se
basa en el sistema de clasificación desarrollado por Casagrande durante
la Segunda Guerra Mundial. Con algunas modificaciones fue aprobado
conjuntamente por varias agencias de gobierno de los EE.UU. en 1952.
Refinamientos adicionales fueron hechas y actualmente está
estandarizado como la norma ASTM D 2487-93.
Se utiliza en los EE.UU. y gran parte del mundo para trabajos
geotécnicos que no sean los caminos y carreteras.
los suelos de un sistema unificado se designan por un símbolo de dos
letras: el primero considera que el principal componente de la tierra, y
la segunda describe informaciónes de la curva granulometrica o
características de plasticidad.
Por ejemplo: la arena pobremente graduada se denomina SP y arcilla
con baja plasticidad es CL.

SUCS – UCS: se utilizan los símbolos de cinco letras:
G por grava (gravel)
S por arena (sand)
M por limo (silt)
C por arcilla (clay)
O por suelos organico (organic soil)
P for turba (peat soils)
Regla n. 1
Si menor del 50% del suelo pasa la malla No. 200 (0.075 mm), el suelo es de
grano grueso, y la primera letra será G o S;
Regla. 2
si más del 50% pasa la malla No. 200(0.075 mm), el suelo es de grano fino y
la primera letra será M o C
Regla n. 3
Arenas y gravas limpias (con menos del 5% que pasa la malla No. 200): se les da una
segunda letra P si están mal graduadas o W si bien graduadas. Arenas y gravas, con
más de 12% en peso que pasa la malla No. 200: se les da una segunda letra M si son
limosas o C, si son arcillosos.
Arenas y gravas que tienen entre 5 y 12%: se dan clasificaciones dual como SP-SM.
Limos, arcillas y suelos orgánicos se les da la segunda letra H o L para designar a la
plasticidad de alta o baja.
Las normas específicas para la clasificación se describen detalladamente en la norma
ASTM D 2487 (se vea también la sucesiva imagen..)

Segunda letra
Primera letra
Símbolos que se usan en el sistema SUCS

Suelos finos – Carta de Casagrande – con y características de plasticidad
Limos, arcillas y suelos orgánicos se les da la segunda letra H o L para indicar la
plasticidad alta (H) o baja (L) dependiendo si el valor de LL es >=50% o <50%

Grafico de clasificación de suelos finos (en ingles)

Grafico de clasificación de suelos finos - ORGANICOS (en ingles)
Se indican como Suelos orgánicos de grano fino en
el USCS cuando el límite líquido LL del suelo
secado en horno (24h a 105°C) es inferior al 75
por ciento del límite líquido del suelo no secado
en horno
75
.
0
Horno
en
secado
No
Horno
en
secado

LL
LL

Grafo de clasificación de suelos finos y orgánicos
Se indican como Suelos orgánicos de grano fino en
el USCS cuando el límite líquido LL del suelo
secado en horno (24h a 105°C) es inferior al 75
por ciento del límite líquido del suelo no secado
en horno
75
.
0
Horno
en
secado
No
Horno
en
secado

LL
LL

Suelos gruesos : menor del 50% de suelo pasa la malla No. 200 (0.075 mm)
10
60
D
D
Cu =
El coeficiente de
uniformidad Cu
( )
10
60
2
30
D
D
D
Cc =
EL coeficiente
de curvatura
Cc
100
50
0
Distribución cumulada % en masa pasante a dato tamizado d en mm
D60
D30
D10
Log d (in mm)
60%
30%
(%)
10%

Ejemplo de distribución granulométrica de suelos gruesos
Como Ejercicio: calcular Cc y Cu de los diferentes suelos….

Grafico de clasificación de suelos gruesos (en ingles)

Grafico de clasificación de suelos gruesos

FINOS
GRUESOS

Ejemplo resuelto 1
Clasificar el suelo de la muestra D que tiene estos valores de propiedad índice :
LL=55, IP=32

Ejemplo 1
LL=55, IP=32
Arriba de linea A
Indice
plastico
(IP)
( LL )
OH
Alta
plasticidad
Baja
plasticidad
% finos <0.075 mm = 72%
28 % fracción gruesa
Fracion gruesa
28% arena
0% grava
Clasificación: CH (arcilla densa con arena, con alta plasticidad)

Ejemplo resuelto 2
Clasificar el suelo de la muestra A que tiene esto valores de propiedad
índice : LL=25, IP=10

Ejemplo 2
LL=25, IP=10
abajo de línea A
Indice
plastico
(IP)
( LL )
OH
Alta
plasticidad
Baja
plasticidad
% finos <0.075 mm = 48%
52 % fracción gruesa
Fracción gruesa
46% arena
6% grava
Clasificación: SC (arena arcillosa, con baja plasticidad)

Muestra 1
(LL= 22 ; IP=8)
Muestra 2
(LL= 28 ; IP 15)
Ejercicio propuesto 1
Clasificar e suelo de las
muestras 1 y 2

Muestra 3
(LL= 45 ; IP 20)
Ejercicio propuesto 2
Clasificar el suelo de la
muestra 3
IMPORTANTE: para ejercicios adicionales .. estudiar y ver ejercicios en el
capitulo 5 de Das & Sobhan (Principles of Geotechnical Engineering)
(2018). (exemplos 5.7, 5.8, 5.9)

B) Clasificaciones de los macizos rocosos

Propiedades que influyen en el comportamiento mecánico de
un macizo rocoso:
Da:
http://lmrwww.epfl.ch/en/.../Rock.../ENS_080312_EN_JZ_Notes_Chapter_6.pdf
Parámetros discontinuidades
• Numero de discontinuidades
• Orientación
• Espaciado
• Abertura
• Rugosidad
• Alteración (intemperismo)
Parámetros del material
• Resistencia a la
compresión
• Modulo de
elasticidad (o
deformación)
Condiciones en
alrededor
• Flujo de agua y
presión de agua
• Presión geostatica en
sitio (stress)

Distribución de tamaño de bloques en un macizo rocoso
Discontinuidades y términos técnicos…
González de Vallejo, L. I., Ferrer, M., Ortuño, L., & Oteo, C. A. R. L. O. S. (2002).
Ingeniería geológica.

Discontinuidades y escala de medición
Las frecuencia de discontinuidad tienes una grande
efecto en la características mecánica y hidráulica de un
macizo rocoso
FERRER, Mercedes; DE VALLEJO, Luis I. González (ed.). Manual de campo para la
descripción y caracterización de macizos rocosos en afloramientos. Instituto
Tecnológico Geominero de España, 1999.
Ferrer et al. 1999
Ferrer et al. 1999

Unas de las características mas importante es la medición de frecuencia de la
discontinuidad y esto está relacionados inmediatamente a la dimensión de
bloque de rocas intacta.
Generalmente hay varias familias de discontinuidades:
Ferrer et al. 1999

Familias de discontinuidad:
Afloramiento con 3
familias principales
de discontinuidad
1
2
3
Ferrer et al. 1999

Modelo de clasificaciones que vamos a tratar:
• RMR (rock mass rating, Beniawski (1989)
• GSI (Geological Strenght Index , Hoek 1994, 2002, 2006)
Modelo RMR
RMR= suma de puntuación de 5 factores que son
los parámetros base la clasificación :
Nota bien: La suma de estos factores es entre 0 y 100
• Resistencia a compresión simple de la roca intacta
• RQD
• Espaciado de las discontinuidades
• Condición de las discontinuidades (continuidad , rugosidad y
alteración)
• Condiciones de agua subterránea
• Orientación de las discontinuidades

Clasificacion final RMR y propriedades mecanicas promedia

Da:
http://lmrwww.epfl.ch/en/.../Rock.../ENS_08031
2_EN_JZ_Notes_Chapter_6.pdf
Tablas de clasificación
RMR (en ingles)

Dos ejemplos de aplicación

RMR Ejemplo 1
Ferrer et al. 1999 Ferrer et al. 1999

RMR Ejemplo 2

RMR Ejemplo 3

Em = 10(RMR − 10) / 40
Correlación …. simplificada
El RMR está correlacionado empíricamente con el
módulo de deformación del macizo rocoso - Em:

Correlación
estadística mas
precisa
El RMR está
correlacionado
empíricamente
con el módulo de
deformación del
macizo rocoso
Em (roca intacta
y discontinuidad )
Por RMR>55 (de
media a alta
calidad
En este caso se
considera el
modulo de
elasticidad de la
roca intacta
http://en.wikipedia.org/wiki/Rock_mass_rating

Ejercicio propuesto 3: calcular el índice RMR
usando las tablas RMR de clasificación:
• Resistencia a compresión simple = 65 MPa
• RQD=41%
• Espaciado promedio discontinuidad =0.05 m
• Discontinuidad continuas y abertura 1-5 mm
• Discontinuidad Muy rugosa
• Relleno blando
• Discontinuidad. Muy alterada
• Flujo de agua 50 l/min
Sugerencia: para ejercicios adicionales
.. estudiar y ver ejemplos en el capitulo
12 (Hudson & Harrison 1997) (en las
secciones 12.1 y 12.4)
Y Hunt (2007), capitulo 1 (secciones
1.2.6 y 1.2.7)

Clasificación GSI (Hoek, 1994; Hoek et al. 1995;Hoek et al. 2002)
El GSI es un sistema para la estimación de las propiedades
geomecánicas del macizo rocoso a partir de observaciones
geológicas de campo.
Las observaciones de campo miran a la apariencia del macizo a nivel
de estructura y a nivel de condición de la superficies de
discontinuidad.
A nivel de estructura se tiene en cuenta el nivel de alteración que
sufren las rocas, la discontinuidades, la alteración y así la resistencia
a la compresión uniaxial (UCS) . Para las condiciones de la superficie,
se tiene en cuenta si esta ésta alterada. Si considera también si he
sufrido disturbo mecánico (excavación mecánica , acción de
explosivos etc.)
Pagina web con software para la clasificación GSI:
ORMAS 1.0 - http://www.roozbehgm.com/codes/ormas/ormas.html

Parametro
GSI
Ferrer et al. 1999
Ferrer et al. 1999

Parametro GSI por formaciones geologicas en facies de flysh
( Facies turbiditica con estratos alternos ad es. de arenisca y lutite..)
Pagina web con software para la clasificación GSI:
ORMAS 1.0 http://www.roozbehgm.com/codes/ormas/ormas.html

da Russo. (2009)
GSI da volume
promedio Vb
de los bloques
Y index Jc

da Russo. (2009)
GSI da volume
promedio Vb
de los bloques
Y index Jc
*
JL
Jc JR
JA
=

da Cai & Kaiser (2006)

Modulo de deformación a nivel de macizo rocoso según las varias clasificaciones

Granodoriorite
muy alterada
Motozintla – CHIAPAS
Mexico, 2003
GSI 35
1 m

da Russo. (2009)
GSI da volume
promedio Vb
de los bloques
Y index Jc
Vol promedio
Vb= 10000 cm3
Jc = 0.7-0.6

Contacto tectonico graniti /micascisti
Breccia di falla
GSI = 15
1 m

Tonalite roca ignea
muy resistente
Pero muy fracturada
GSI= 45

da Russo. (2009)
GSI da volume
promedio Vb
de los bloques
Y index Jc
Vol promedio
Vb= 50000-15000 cm3
Jc = 1.0-0.4

Software QuickRMR (Freeware) : https://jkundu.com/quickrmr
Links con mas detalles acerca el sistema de clasificación GSI:
Geological Strength Index - an overview | ScienceDirect Topics
Geotechnical classification of weak and complex rock masses
The-GSI-Applications-and-Limitations.pdf - Rocscience

GSI= 45
Matriz fina cementada
bloques
GSI=??
Block and ash flow deposit
Volcan Tacanà Chiapas :
Depositos volcanoclastico

C) Identificación de suelos en campo

Método determinación rápida del contenido de arena, arcilla y limo del suelo
Material necesario:
Un puñado de tierra seca.
Un poco de agua.
Forma de hacerlo:
a) Toma la cantidad de tierra que cabe en el puño y desmenúzala con un cuchillo o espátula
b) Añade muy poco a poco agua, amasándola simultáneamente con la espátula o cuchillo, hasta llegar al punto
de adherencia o pegasidad, (no debe tener exceso de agua)
c) Con las manos intenta hacer un churro de 3 milímetros de diámetro.
Si esto no es posible la muestra contiene mas de del 80% de arena, no es plástica ni se pega cuando está
húmeda.
d) Si se han conseguido hacer el cilindro de 3 mm, intenta reducir su diámetro a un 1 mm de diámetro.
Si es imposible crear el de 1 mm la muestra tiene entre un 65 y un 80% de arena.
e) Si se puede crear el cilindro de 1 mm, intenta formar un circulo con el cilindro de 3 mmm y 10 centímetros de
longitud.
Si el aparecen grietas en la superficie del circulo, la muestra tiene entre un 40 y un 65% de arena.
f) Si se puede crear un anillo de 3 mm es posible, intenta formar un anillo con el de 1 mm. Si el anillo se agrieta,
la muestra tiene un mas limo que arcilla en caso contrario mas arcilla que limo
g) Si dejamos secar el anillo, en los de arcilla el circulo es mas duro y consistente, y al romperlo no se tiende a
disgregarse, cosa que si ocurre con los que tienen predominancia de limo Si predomina el limo, es untuosa. Al
humedecerla no es plástica y cuando se seca no se endurece tanto como la arcilla. La arcilla en seco forma
agregados muy duros que no se rompen entre el pulgar y el índice. Cuando está húmeda es muy plástica,
adherente entre los dedos.

Método para evaluar la textura de un suelo de una manera
aproximada: Material didáctico audiovisual:
[1] http://www.youtube.com/watch?v=GWZwbVJCNec&NR=1
[2] https://www.youtube.com/watch?v=fufeaLBLGlk

SUCS clasificación sistema de identificación de campo de fracción dominante
gruesa

SUCS clasificación sistema de identificación de campo de fracción dominante
fina

Ejercicios adicionales

A: LL=45 , IP =20
D: LL=38,IP =7
D: LL=30,IP =9
Clasificar
los suelos
A,D y E
Usando
los
gráficos en
las
dispositiva
siguientes
http://www.yourarticlelibrary.com/soil/soil-classification-and-identification-with-diagram/45407

Suelos finos

Suelos gruesos

• UCS=40 Mpa
• RQD=65%
• Espaciado discontinuidad = 0.2 m
• Long discontinuidad : 2 m
• Abertura: 2mm
• Rugosidad: mediamente rugosa
• Relleno: sin relleno
• Alteracion: moderadamente
alterada
• Agua: completamente seco
RMR= ??
https://www.researchgate.net/profile/Quan_Jiang3/publication/303392918/figure/fig11/
AS:668525127540738@1536400219070/Rock-mass-with-discontinuities.png
0.5 m

GSI=?
https://www.researchgate.net/profile/Quan_Jiang3/publication/303392918/figure/fig11/
AS:668525127540738@1536400219070/Rock-mass-with-discontinuities.png
0.5 m

http://blogs.agu.org/mountainbeltway/2012/05/
18/friday-fold-bedford-canyon-fm-california/
• UCS=10 Mpa
• RQD=45%
• Espaciado
discontinuidad = 0.05
m
• Long discontinuidad :
<1m
• Abertura: >5mm
• Rugosidad: lisa
• Relleno: blando >5mm
• Alteracion:
mediamente alterada
• Agua: completamente
seco
RMR= ??
10 cm

http://blogs.agu.org/mountainbeltway/2012/05/
18/friday-fold-bedford-canyon-fm-california/
GSI=??
10 cm

http://www.rci.rutgers.edu/~schlisch/structureslides/rubblizedbasalt.html
Breccia de falla RMR = Seguramente
en este caso muy
difícil da evaluar..
Porque??
GSI=?

Geotecnia_1_parte_II.pdf

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