MECANICA DE SUELOS

MODULO II: TEXTURA, PLASTICIDAD Y CLASIFICACION DE SUELOS

2.1 Microestructura o TexturaLas partculas minerales, el agua y el aire se agrupan de muy diferentes maneras para formar los materiales que llamamos suelos y rocas. En mecnica de suelos el trmino estructura (mas propiamente microestructura) se usa para describir la geometra de la agrupacin partcula-poro. En mecnica de rocas el trmino petrogrfico textura se emplea para denotar el agrupamiento de los granos minerales, y el trmino estructura se reserva para los ms grandes rasgos caractersticos de la totalidad de la formacin. Se colocan en 4 grandes grupos: NO COHESIVOS, COHESIVOS, COMPUESTAS Y CRISTALINAS. Los 3 primeros se aplican a suelos y rocas sedimentarias, la ltima se aplican a ciertos sedimentos y a las rocas gneas y metamrficas.

a) Estructura no cohesiva (No Coherentes)

Se llama de contacto o monogranular y es tpica de las arenas y gravas. La relacin de vacos puede variar grandemente segn sea la posicin de los granos (de 0.90 a 0.35)

Compacidad Relativa (CR).- es la relacin entre la relacin de vacos que realmente tiene el suelo y sus valores lmites, e mx y e mn.

e mx - e

CR(%) = ------------------- * 100

e mx e mn

Descripcin cualitativa de depsitos de suelo granular

Compacidad Relativa (%)Descripcin de depsitos de suelo

0 15Muy suelto

15 50Suelto

50 70Medio

70 - 85 Denso

85 - 100 Muy denso

Estructura de Panal:

Tiene CR negativa (se produce cuando arenas extremadamente finas partculas de limo no coherente se sedimentan en aguas tranquilas).

El ingeniero debe mirar con desconfianza todas las arenas muy finas y los limos depositados en agua (hasta comprobar e).

b) Estructura de suelos cohesivosEstructura Dispersa

Es tpica en suelos que son mezclados o reamasados. La repulsin entre las partculas, hace que se coloquen a distancia mxima una de otras, los granos redondeados producen alteraciones locales que se aparten de la estructura tpica.

Son densos impermeables. El valor de e < 0.50, pero pueden ser 1 2 dependiendo del tipo de arcilla y la humedad.

Estructura Floculada

Se forman a partir de una estructura dispersa. La introduccin del agua salada (electrolito) provoca la floculacin, gran cantidad de agua libre queda atrapada en los poros, al caer las partculas en un nuevo ordenamiento.

Los depsitos formados en el mar, son muy floculados, con 2 < e < 4. Los depsitos en agua dulce, donde actan dbiles electrlitos, suelen ser parcialmente floculados.

Son muy compresibles, pero fuertes insensibles a las vibraciones. Son susceptibles al reamasado.

c) Estructura compuesta

Estructura Matriz: las propiedades fsicas dependen del material ms dbil.

V granos < 2 V agente cementante

Agente Cementante:

* Arcillas firmes duras

* Carbonato de calcio

* xidos de hierro y slice coloidal producto de la meteorizacin de la roca.

Estructura de Unin de puntos Unin total

V granos > 2 V agente cementante

El ligante compacto se forma cuando se sedimenta junto con los granos compactos fuera del agua, formndose un slido por el peso creciente de los sedimentos.

La estructura de unin de puntos es relativamente rgida, incompresible y resistente al choque y la vibracin, siempre que el material cementante permanezca fuerte.

La relacin de vacos de la estructura esqueltica de unin total puede ser tan baja como 0.20, pero los valores tpicos son 0.30 a 0.50. El suelo es rgido incompresible y no puede ablandarse por el agua.

d) Estructura cristalina

El estudio de las rocas, incluyendo su clasificacin se llama Petrografa. Debido a la complejidad de la formacin de la formacin de las rocas y a los muchos y diferentes minerales que las constituyen, esta ciencia es compleja. Sin embargo, desde el punto de vista del comportamiento de las mismas en las obra de ingeniera, rara vez es necesaria una clasificacin detallada. El siguiente cuadro muestra algunas caractersticas generales: DESCRIPCION DEL ENDURECIMIENTO DE LA ROCA

Descripcin Resistencia a compresin sin confinarEnsayo de campo

Muy dura1,400 kg/cm o msSe dificulta romperla con el pico en trozos de 10 cm.

Dura560 - 1,400 kg/cmSe rompe en trozos de 10 cm con un golpe de martillo.

Blanda175 - 560 kg/cmSe puede raspar o dentellar ligeramente con la punta del pico

Muy blanda70 - 175 kg/cmSe desmenuza con el pico, se raspa fcilmente con la cuchilla.

2.2 Plasticidad y Lmites de AtterbergFenmeno de Absorcin. Causas

* Las ligaduras moleculares no satisfechas de las aristas de los minerales arcillosos y de las aristas rotas de otras partculas.

* El desequilibrio causado por la sustitucin isomorfa en las lminas de los minerales arcillosos.

* Distribucin no uniforme de los tomos y falta de uniformidad en la carga de la superficie.

* Disociacin de iones (O, OH) y cationes de la superficie de la arcilla en agua.

Causa de la Plasticidad en las Arcillas

* Las fuerzas acercan las partculas, expulsando parte de la doble capa de difusin.

* Si la arcilla tuviera menos humedad, tambin tendra las partculas ms prximas, habr ms atraccin entre ellas y forman una masa mas rgida.

* Un suelo de arcilla se puede deformar plsticamente sin romperse, con distintas humedades, cuanto mayor sea la humedad (siempre y cuando la arcilla tenga esa capacidad), mayor es la separacin y movilidad entre ellas.

Lmites de Atterberg

Atterberg, hizo ver que la plasticidad no era una propiedad permanente en las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su contenido de humedad

LC LP LL

w = 0 (%) w (%)

ESTADOS SLIDO SEMI LIQUIDO PLASTICO LQUIDOLmite Lquido (LL): Humedad que tiene el suelo amasado cuando con 25 golpes ligeros contra una placa de goma dura, se cierra el surco de seccin trapecial que se haba abierto en la masa.

Lmite plstico (LP): Humedad del suelo cuando empieza a separarse y desmoronarse al enrollarse a mano para formar bastoncillos de 3 mm de dimetro.

Lmite de contraccin (LC): Se define por la humedad que contiene el suelo amasado cuando alcanza su volumen mnimo terico al secarse, viniendo del estado de saturacin.

Significan poco por si mismos, pero son tiles como indicadores de las caractersticas del suelo.

Por ejemplo: A mayor LL mayor compresibilidad.

ndice Plstico (IP): Representa la variacin en humedad que puede tener un suelo que se conserva en estado plstico. El ndice plstico es:

IP = LL LP

Variaciones:

0 < IP < 4 No plstico

4 < IP < 15 Ligeramente plstico

15 < IP < 30 Medianamente plstico

IP > 31 Muy plstico.

Sirven para clasificar los suelos de grano fino.

ndice de Contraccin (IC): Representa la variacin en humedad por el cul el suelo no es capaz de tener variaciones volumtricas. El ndice de contraccin se calcula:

IC = LP LC

Cuando el IC < 5%, representa un material apto para ser usado en ingeniera.

Nmero de Actividad (A): es la relacin entre el ndice de plasticidad y el porcentaje del tamao de los granos de arcilla (ms finos que 0.002 mm).

IP

A = --------------------

(% - 0.002 mm)

A < 1:

Caolinita (baja actividad)

1< A < 4: Ilita (actividad intermedia)

A > 4: Montmorilonita (alta actividad)

Consistencia Relativa (CR)

LL Wnat CR = -------------------

IP

Si CR = (-) El amasado del suelo lo transforma en un barro viscoso.

0 < CR < 0.25: Suelo muy suave

0.25 < CR < 0.50: Suelo muy suave

0.50 < CR < 0.75: Consistencia media

0.75 < CR < 1.00: Consistencia rgida.

ndice de Liquidez (IL)

Wnat - LP

IL = ------------------

IP

Si Wnat = LL IL = 1 (Suelo Normalmente Consolidado)

Si Wnat = LP IL = 0 (Suelo Pre Consolidado)

ndice de Compresibilidad (Cc)

Cc = 0.009 (LL 10)

Si 0 < Cc < 0.19 Poco nada Compresible

Si 0.19 < Cc < 0.29 Ligeramente Compresible

Si 0.29 < Cc < 0.39 Medianamente Compresible

Si Cc > 0.39 Altamente Compresible

Contraccin Lineal (CL).- se define como el por ciento de contraccin con respecto a la dimensin original que sufre una barra de 2*2*10 cm al secarse en un horno de 100 a 110 C, desde un contenido de humedad equivalente al LL hasta el LC. Se define como:

L1 L2 CL (%) = * 100

L1Donde:

L1 = Longitud antes del secado.

L2 = Longitud de la barra despus del secado.

Si la CL > 9% existe problema de Contraccin / Expansin.

El ndice plstico se puede estimar en funcin de la CL,

IP = 2.13 CLCambio Volumtrico (CV):CV (%) = (Wnat LC)Gd,Donde, Gd = d/o (Razn de contraccin).

Existe una relacin entre la CL y el CV:

CL (%) = [1 - 100/(CV +100)]*100Tenacidad.- propiedad de la materia, por lo cual los cuerpos presentan mayor resistencia a la fractura o deformacin.

IP

It =

If

A medida que el suelo presenta menos pendiente en la curva de fluidez, ms tenaz ser.

2.3 Clasificacin de los suelos2.3.1 Principios de Clasificacin de los suelos

Todo sistema de clasificacin debe satisfacer las siguientes condiciones:

* Debe incorporar en forma descriptiva trminos breves pero ilustrativos para el usuario.

* Las clases y subclases debe quedar definidas por parmetros razonables cuya medicin cuantitativa sea relativamente fcil.

* Las clases y subclases deben permitir agrupar los suelos con caractersticas que impliquen propiedades de ingeniera similares.

La mayor parte de las clasificaciones divide a los suelos en tres grupos principales: GRUESOS, FINOS Y ORGANICOS.

CLASES PRINCIPALES DE SUELOS PARA INGENIERIA

Tipos de suelos inclusivosGRUESOSFINOSORGANICOS

PiedraLimo ArcillaTurbas

Grava

Arena

Forma de la partculaRedonda a AngulosaLaminadoFibroso

Tamao de la partcula o granoGruesoFino-

Relacin de vacosBajaAltaAlta

PermeabilidadAltaBaja a impermeableVariable

Cohesin interparticular Carente a muy bajaAltaBaja

Friccin interparticularAltaBaja Carente a baja

PlasticidadCarenteBaja a altaBaja a moderada

CompresibilidadMuy bajaModerada a muy altaEn general muy alta

Velocidad de compresinInmediataModerada a bajaModerada a rpida

a) Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS)

CLASIFICACION UNIFICADA DE SUELOS

Divisin principalSmbolo del grupoCriterios para la clasificacin de laboratorioDescripcin del suelo

Mas fino que el tamiz N 200 (%)Requisitos Suplementarios

Grano grueso (ms del 50%, en peso, ms grueso que el tamiz N 200)Suelo gravoso (ms de la mitad de la fraccin gruesa mayor que el tamiz N 4)GW0 - 5*Cu mayor que 4, Cc entre 1 y 3Gravas de buena graduacin, gravas arenosas

GP0 - 5*Cuando no se cumplen las condiciones para GWGravas uniformes o con graduacin discontinua, gravas arenosas

GM12 o msIP menor que 4 o por debajo de lnea AGravas limosas, gravas limo-arenosas

GC12 o msIP mayor que 7 y arriba de lnea AGravas arcillosas, gravas arcillo-arenosas

Suelo arenoso (ms de la mitad de la fraccin gruesa ms fina que el tamiz N 4)SW0 - 5*Cu mayor que 6, Cc entre 1 y 3Arenas de buena graduacin, arenas gravosas

SP0 - 5*Cuando no se cumplen las condiciones para SWArenas uniformes o con graduacin discontinua, arenas gravosas

SM12 o msIP menor que 4 o por debajo de lnea AArenas limosas, arenas limosas gravosas

SC12 o msIP mayor que 7 y arriba de lnea AArenas arcillosas, arenas arcillosas gravosas.

Grano fino (ms del 50%, en peso, ms fino que el tamiz N 200)Baja compresibilidad (LL menor que 50)MLGrfico de plasticidadLimos, arenas muy finas, arenas finas limosas o arcillosas, limos micceos

CLGrfico de plasticidadArcillas de baja plasticidad, arcillas arenosas o limosas

OLGrfico de plasticidad, olor o color orgnicosLimos orgnicos y arcillas de baja plasticidad.

Alta compresibilidad (LL mayor que 50)MHGrfico de plasticidadLimos micceos, limos de diatomeas, cenizas volcnicas

CHGrfico de plasticidadArcillas muy plsticas y arcillas arenosas

OHGrfico de plasticidad, olor o color orgnicosLimos orgnicos y arcillas de alta plasticidad

Suelos con materia orgnica fibrosaPtMateria orgnica fibrosa, se carboniza, quema o se pone incandescente.Turba, turbas arenosas y turbas arcillosas

* Para los suelos en los que pasa el tamiz N 200 del 5 al 12 por ciento, use un smbolo doble, como GW-GC

b) Sistema AASHTO

ClasificacinMateriales Granulares (35% o menos del total Materiales Limo Arcillosos (ms del

General pasa el tamiz N 200) 35% del total pasa el tamiz N 200)

Clasificacin A-1A-3A-2A-4A-5A-6A-7

De GrupoA-1-aA-1-bA-2-4A-2-5A-2-6A-2-7A-7-5 A-7-6

Porcentaje

de material

que pasa tamiz

N 1050 mx

N 4030 mx50 mx51 mn

N 20015 mx25 mx10 mx35 mx35 mx35 mx35 mx36 mn36 mn36 mn36 mn

Porcentaje

de la fraccin

que pasa tamiz

N 40

LL40 mx41 mn40 mx41 mn40 mx41 mn40 mx41 mn

IP6 mx6 mxNP10 mx10 mx11 mn11 mn10 mx10 mx11 mn11 mn

ndice de Grupo000004 mx4 mx8 mx12 mx16 mx20 mx

Tipos de Fragmentos deArena Gravas, arenas limosas y Suelos Suelos

materialpiedra, grava y Fina arcillosas Limosos Arcillosos

Arena

Terreno de Excelente a bueno Regular a deficiente

fundacin

INDICE DE GRUPO (IG) = 0,2 a + 0,005 ac + 0,01 bd

a = N 200 - 3535 < N 200 < 750 < a < 40

b = N 200 - 1515 < N 200 < 550 < b < 40

c = LL - 4040 < LL < 600 < c < 20

d = IP - 1010 < IP < 300 < d < 20

Para que se clasifique como suelo A-7-5, IP LL-30, si no cumple ser A-7-6