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Manual de Cátedras de Mecánica de Suelos I : Unidad 7:Clasificación por el Sistema Unificado
UNIDAD 7
Clasificación por el Sistema Unificado
7.1 Composición del sistema unificado de clasificación
El Sistema de Clasificación Unificado de Casagrande es el de mayor aceptación mundial y se ha ido consolidando. Fue ideado por el Dr. A. Casagrande en la Universidad de Harvard, en 1942, quien originalmente lo creó como un sistema de clasificación de materiales para aeropuertos. Rápidamente, el Cuerpo de Ingenieros del Ejército Norteamericano lo adoptó y le hizo algunas modificaciones para generalizarlo y así poder utilizarlo en cualquier proyecto o programa de trabajo.
Una primera clasificación divide a los suelos en dos grandes fracciones. Esta se basa en la cantidad de material que pasa por la malla Número 200. Si se retiene más de la mitad del material en esta malla, se trata de un suelo de partículas gruesas, y si pasa más de la mitad del material, lo clasificaremos como suelo de partículas finas.
La clasificación de un suelo grueso, en arena o grava, depende de la cantidad de material que pasa por la malla número 4.
Si más de la mitad de la fracción gruesa pasa por la malla número 4, se trata de una arena; en caso contrario, será una grava.
Si el porcentaje de finos que pasa por la malla número 200 es menor del 5%, los suelos gruesos vendrán designados por su buena o mala graduación. Se considera que un suelo está bien graduado cuando los espacios dejados por los granos grandes son ocupados por los más finos.
Si el porcentaje de finos que pasa por la malla número 200 en los suelos gruesos fuera mayor de un 12%, éstos se clasificarían de acuerdo con el contenido y naturaleza del material fino que los acompaña, ya sea limo o arcilla.
Cuando la fracción que pasa por la malla número 200 esté comprendida en el intervalo de 5 a 12%, se trataría de un caso de frontera que requeriría la utilización de símbolos dobles.
La clasificación de los suelos de partículas finas se hará en base a la carta de plasticidad, tratada en el acápite 6.8 de este Manual. El descubrimiento principal que reveló la investigación de A. Casagrande fue que, en la representación de los suelos en una carta como función solamente del límite líquido y del índice plástico, los suelos de partículas finas se agrupan en determinada forma, de manera que en cada zona de la carta se sitúan suelos con características similares.
Existen materiales altamente orgánicos cuya clasificación se hace aparte de las anteriores. Tal es el caso de las turbas, ya definidas en el acápite 2.4
A continuación se presenta el sistema unificado de clasificación de suelos, en el cual la sismología utilizada es la siguiente:
G : grava (proviene del vocablo inglés gravel)
S : arena (proviene del vocablo inglés sand)
C : arcilla (proviene del vocablo inglés clay)
M : limo (proviene de los vocablos suecos mo y mjla)
O : suelos orgánicos (proviene del vocablo inglés organic)
W : bien graduado (proviene del término inglés well graded)
P : mal graduado (proviene del término inglés poorly graded)
L : baja a mediana plasticidad (proviene del vocablo inglés low)
H : alta plasticidad (proviene del vocablo ingles high)
Pt : suelos altamente orgánicos (proviene del vocablo inglés peat, turba)
7.2 Datos de laboratorio o campo requeridos en el sistema unificado
La tabla general en la que presentamos resumidamente el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, revela en conjunto que criterios de clasificación en el laboratorio dependen exclusivamente de los ensayos granulo métricos por tamices y de los inherentes a la plasticidad.
En el acápite anterior establecimos el porcentaje de suelos finos pasantes por la malla número 200 para que los suelos gruesos sean subclasificados acorde a su buena o mala graduación, la cual viene cuantificada mediante los parámetros de coeficiente de uniformidad y curvatura . Para las gravas bien graduadas, esto significa que el coeficiente de uniformidad debe ser mayor que cuatro y, para las arenas, mayor que seis. En ambos casos, el coeficiente de curvatura debe fluctuar entre 1 y 3 . Si estos requisitos de graduación no se cumplen calificaremos el material como mal graduado. Puesto que suelos gruesos también se califican conforme a la naturaleza del material fino que los acompaña, si éste por aparece en un porcentaje mayor de 12 por ciento , el criterio de identificación parte de los límites de consistencia de Atterberg, sobre todo los límites plástico y líquido , elementos de la carta de plasticidad de Casagrande, por lo que constituyen la base de clasificación de los suelos finos.
Como los criterios de clasificación de suelos dependen de la características de granulometría y plasticidad, el sistema unificado ofrece la bondad d establecer bases simples para la identificación de suelos en el campo, a los cuales podemos recurrir en los casos de que no se dispone de equipo de laboratorio. A continuación se detallarán una serie de criterios para lograr esta identificación sin necesidad de los artificios del laboratorio.
Procedimientos de identificación para suelos gruesos en el campo
Los suelos que se compone de partículas gruesas, se identifican visualmente. Se extiende la muestra seca de suelos sobre una superficie lisa y se juzga en forma aproximada su graduación, composición mineralógica, el tamaño de sus partículas y su forma. Para realizar esta identificación se requiere de una gran experiencia, obtenida solamente de la comparación de los resultados estimados con los obtenidos posteriormente en el laboratorio.
Procedimientos de identificación para suelos finos o fracciones finas de suelos en el campo
Estos procedimientos se ejecutan con la fracción que pasa la malla número 40 (aproximadamente 0.5 mm.).
Para fines de clasificación en el campo si no se usa la malla, simplemente se quitan a mano las partículas gruesas que interfieren con las pruebas.
Dilatancia (reacción al agitado)
Después de quitar las partículas mayores que la malla número 40, prepárese una pastilla de suelo húmedo aproximadamente igual a 10 centímetros cúbicos; si es necesario añádase suficiente agua para dejar el suelo suave pero no pegajoso.
Colóquese la pastilla en la palma de la mano y agítese horizontalmente, golpeando vigorosamente contra la otra mano varias veces. Una reacción positiva consiste en la aparición de agua en la superficie de la pastilla, la cual cambia adquiriendo una consistencia de hígado y se vuelve lustrosa. Cuando la pastilla se aprieta entre los dedos el agua y el lustre desaparecen de la superficie, la pastilla se vuelve tiesa y finalmente se agrieta o se desmorona. La rapidez de la aparición del agua durante el agitado y de su desaparición durante el apretado sirve para identificar el carácter de los finos en un suelo.
Las arenas limpias muy finas dan la reacción más rápida y distinta, mientras que las arcillas plásticas no tienen reacción. Los limos inorgánicos, tales como el típico polvo de roca, dan una reacción rápida moderada.
Resistencia en estado seco (características al rompimiento)
Después de eliminar las partículas mayores que la malla número 40, moldéese una pastilla de suelo hasta alcanzar una consistencia masilla, añadiendo agua si es necesario. Déjese secar la pastilla completamente en un horno, al sol o al aire y pruébese su resistencia rompiéndola y desmoronándola entre los dedos. Esta resistencia es una medida del carácter y cantidad de la fracción coloidal que contiene el suelo. La resistencia en estado seco aumenta con la plasticidad.
Una alta resistencia en seco es característica de las arcillas del grupo CH. Un limo inorgánico típico posee solamente una ligera resistencia. Las arenas finas limosas y los limos tiene aproximadamente la misma ligera resistencia, pero pueden distinguirse por el tacto al pulverizar el espécimen seco.
La arena fina se siente granular, mientras que el limo típico da la sensación suave de la harina.
Tenacidad (consistencia cerca del límite plástico)
Después de eliminar las partículas mayores que la malla número 40, moldéese un espécimen de aproximadamente diez centímetros cúbicos hasta alcanzar la consistencia de masilla. Si el suelo está muy seco debe agregarse agua, pero si está pegajoso debe extenderse el espécimen formando una capa delgada que permita algo de pérdida de humedad por evaporación. Posteriormente el espécimen se amasa a mano sobre una superficie lisa o entre las palmas hasta hacer un cilindro de 3 mm de diámetro aproximadamente, se amasa y se vuelve a rolar varias veces. Durante estas operaciones el contenido de humedad se reduce gradualmente y el espécimen llega a ponerse tieso, pierde finalmente su plasticidad y se desmorona cuando se alcanza el límite plástico. Después de que el rollo se ha desmoronado, los pedazos deben juntarse continuando el amasado ligeramente entre los dedos hasta que la masa se desmorone nuevamente.
La potencialidad de la fracción coloidal arcillosa de un suelo se identifica por la mayor o menor tenacidad del rollito al acercarse al límite plástico y por la rigidez de la muestra al romperse finalmente entre los dedos. La debilidad del rollito en el límite plástico y la pérdida rápida de la coherencia de la muestra al rebasar este límite indican la presencia de arcilla inorgánica de baja plasticidad o de materiales tales como arcilla del tipo caolín y arcilla orgánicas que caen debajo de la "Línea A". Las arcillas altamente orgánicas se sienten muy débiles y esponjosas al tacto en el límite plástico.
7.3 Bondad del sistema y alcance internacional de aplicación
Partiendo de la infinita variedad con que los suelos se presentan en la naturaleza, el sistema unificado representa un intento sistemático de clasificación completa desarrollado para satisfacer la necesidad de un lenguaje universal en la mecánica de suelos. Este sistema se caracteriza por la uniformidad de términos y símbolos, permitiendo así el intercambio regional e internacional de información entre ingenieros de suelos y el consiguiente enriquecimiento de sus conocimientos al poder compartir sus experiencias.
Desde un principio, la mecánica de suelos desarrolló sistema de clasificación, los cuales asentaron sus bases en características puramente granulométricas. Sin embargo, el Sistema Unificado se basa en las propiedades mecánicas de los suelos, que son los fundamentos de la base de la ingeniería, ofreciendo la ventaja de que los tamices seleccionados coinciden con los normalmente empleados en cualquier ensayo granulométrico. Otra de las razones que justifican su gran utilización es que ofrece criterios simples que pueden ser manejados con información exclusiva de campo.
Cuestionario
1.-Defina o explique brevemente:
a) Turba. b) Suelos GP. c) Grupo CH en el sistema unificado. d) Diferencia entre CL y CH.
II.- Explique los datos necesarios para clasificar un suelo por el sistema unificado.
III.- Refiera los casos en los que se utilizan dobles en el sistema unificado de Casagrande.
Ejercicio resuelto :
Ejercicio número 1 : Utilizando la carta de plasticidad de Casagrande, mostrada en el acápite anterior 6.8 de este Manual, clasifique los siguientes especímenes :
Muestra número LL IP naturaleza clasificación
1 85 50 inorgánica CH
2 33 22 inorgánica CL
3 40 10 orgánica LO
4 20 5 inorgánica CL - ML
5 70 25 orgánica OH
Ejercicio propuesto
1.- Dibuje una carta de plasticidad de Casagrande y utilizándola, clasifique las muestras cuyas características de laboratorio se ofrecen a continuación :
espécimen LL% LP% color 1 63 22 Castaño 2 84 67 Negro 3 37 32 Castaño 4 28 19 Castaño 5 25 21 Castaño
Respuesta : CH, OH, ML, CL - ML
Ejercicio resuelto:
Clasifique por el Sistema Unificado de Casagrande, las siguientes muestras, cuyos datos de laboratorio se ofrecen a continuación :
Número porcentaje pasante por malla número 200 porcentaje pasante por malla número 4 naturaleza de los finos Cu Cc límite líquido límite plástico resitencia en estado seco Clasificación SUC
1 94 100 inorgánica - - 36 21 alta CL
2 14 16 inorgánica - 1 31 6 ligera GM
3 8 57 inorgánica 81.4 2.2 66 42 muy alta SW - SC
4 3 31 - 20.7 2.9 - - - GW
5 90 100 orgánica - - 65 18 alta OH
Ejercicio propuesto :
Clasifique por el Sistema Unificado de Casagrande, las siguientes muestras :
Número porcentaje pasante por malla número 200 porcentaje pasante por malla número 4 naturaleza de los finos Cu Cc límite líquido límite plástico resitencia en estado seco Clasificación SUC
1 88 97 inorgánica - - 71 46 muy alta
2 4 85 - 9.3 4.7 - - -
3 4 34 inorgánica13.1 2.2 - - -
4 90 100 inorgánica- - 56 33 muy alta
5 36 62 inorgánica41.1 4.1 - - -
6 99 100 orgánica- - 72 21 media
7 16 61 inorgánica4.1 5.2 46 28 alta
8 84 95 inorgánica- - 35 18 media
© Octubre 1981 y © Junio de 1984 Universidad Nacional Pedro Henríquez Ureña, Santo Domingo, República Dominicana
© Mayo 1994, Universidad Nacional Pedro Henríquez Ureña, Santo Domingo, República Dominicana