Descriptores geotécnicos (6): clasificación de suelos

2: Descriptores geotécnicos

2.6: Clasificación de suelos

2.6.1.    Clasificaciones de suelos

La agrupación de suelos cuyo comportamiento ingenieril sea semejante ha sido tradicionalmente una herramienta valiosa en el ámbito de la geotecnia. De esta forma pueden establecerse previsiones sobre el diseño, la construcción o el mantenimiento de una obra partiendo de datos básicos, simples y sencillos. No obstante, debe entenderse siempre que la clasificación es una aproximación empírica al conocimiento de los materiales, y que no substituye una valoración rigurosa del comportamiento de los mismos establecida en base a ensayos (in situ o de laboratorio) y modelos de comportamiento (constitutivos), imprescindibles en el diseño final de una cimentación, de un muro de contención o de un sistema de drenaje.

La clasificación más extendida en la actualidad responde al nombre de USCS (siglas en inglés del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos), también denominada Clasificación ASTM (por ser la primera organización normalizadora en asumirla como propia) o de Casagrande modificada.

De hecho, existen o han existido tantas (o más) clasificaciones de suelos como paises donde se haya intentado una normalización en el ámbito geotécnico; algunas han tenido mayor difusión que otras según la época, el ámbito geográfico e incluso los condicionamientos políticos. En el presente artículo nos ocuparemos únicamente de la clasificación USCS por ser la más difundida en el ámbito técnico al que se dirige este blog.

En 1948 Arthur Casagrande propuso un sistema de clasificación de suelos basado en especificaciones ampliamente utilizadas durante la II Guerra Mundial para la construcción de aeródromos por el Corps of Engineers del U.S. Army. Su utilidad se puso de manifiesto durante los años siguientes al ser aplicada a diferentes obras de ingeniería civil, tales como, presas, canales y carreteras ejecutadas en el ámbito de la reconstrucción de la Europa de posguerra.

En primera instancia este sistema divide los suelos en dos grandes grupos: de grano grueso y de grano fino. Pertenecen al primero aquellos suelos que cuentan con más del 50 % en peso de partículas de tamaño mayor a 0,080 mm. Se representan por el símbolo «G» (de gravas) si más de la mitad de las partículas gruesas son retenidas en tamiz 5 mm, y por el símbolo «S» (de arenas, en inglés) sí más de la mitad de las mismas pasa por tamiz 5 mm.

A la «G» o a la «S» se les agrega una segunda letra que describe la graduación y la presencia de finos (partículas de tamaño inferior a 0.080 mm):

• «W» para suelos con buena graduación, con poco o ningún fino.
• «P» para suelos de graduación pobre, uniforme o discontinua y con poco o ningún fino
• «M» para suelos que contienen limo o limo y arena
• «C» para suelos que contienen arcilla o arena y arcilla.

Los suelos finos (aquellos que cuentan con una proporción superior al 50 % de partículas de tamaño inferior a 0.080 mm), se clasifican según la propuesta de Casagrande (véase el capítulo dedicado a la plasticidad), dividiéndose en tres grupos: las arcillas («C»), los limos («M») y los limos o arcillas orgánicos («O»). Estos símbolos están seguidos por una segunda letra que depende del valor del límite líquido: «L» si el límite líquido es menor a 50, y «H» si es mayor o igual a 50.

Para mayor comprensión se describe a continuación el procedimiento sistemático de clasificación de suelos gruesos y finos.

2.6.2.    Procedimiento de Clasificación de Suelos de granos gruesos (más de 50% retenido en 0,08 mm)

–      grava (G): el 50%, o más de la fracción gruesa (> 0,08 mm) es retenida en tamiz 5 mm

–      arena (S): más del 50% de la fracción gruesa (> 0,08 mm) pasa por tamiz 5 mm.

–      Si menos del 5% en peso de la muestra pasa por tamiz 0,08 mm, se calcula: C_u = D₆₀/D₁₀ y C_c = (D₃₀)² /(D₁₀ · D₆₀), entonces:

• grava bien graduada (GW) si C_u > 4
• arena bien graduada (SW) si C_u > 6 y 1 < C_c < 3.
• grava pobremente graduada (GP), o arena pobremente graduada (SP): no se satisfacen simultáneamente los criterios de C_u y C_c para bien graduada.

–      Si más del 12% de la muestra pasa por el tamiz 0,08 mm, analice los valores del límite líquido (w_L) e índice de plasticidad (I_P). Clasifique la muestra según la carta de plasticidad como grava limosa (GM), o arena limosa (SM), si los resultados de los límites de consistencia muestran que los finos son limosos, es decir, si el punto en la gráfica de Casagrande se sitúa bajo la línea «A» o el I_P es menor que 4.

–      Clasifique la muestra como grava arcillosa (GC), o arena arcillosa (SC), si los finos son arcillosos, es decir, si el punto representativo de la muestra se sitúa sobre la línea «A» y el I_P es mayor que 7.

–      Si el punto se sitúa en la línea «A» o está sobre esta línea, pero el índice de plasticidad está comprendido entre 4 y 7, se indica una clasificación doble (tal como GM-GC o SM-SC).

–      Si pasa por tamiz 0,08 mm del 5 % al 12% de la muestra, el suelo se indicará como clasificación doble, basada en los criterios de graduación y límites de consistencia, tales como GW-GC o SP-SM.

–      En casos dudosos, la regla es favorecer a la clasificación de menos plasticidad. Por ejemplo una grava con 10% de finos, un C_u = 20, C_c = 2 e I_P =6, será clasificada como GW-GM en lugar de GW-GC.

2.6.3.    Procedimiento de clasificación de suelos de grano fino (50% o más pasa por 0,08 mm)

Aplíquense los criterios de clasificación de la carta de plasticidad de Casagrande:

–      Clasificar el suelo como una arcilla inorgánica (C), si al dibujar el punto del límite líquido versus índice de plasticidad, éste cae sobre la línea «A» y el índice de plasticidad es mayor que 7.

• Clasificar como arcilla inorgánica de baja a media plasticidad (CL) si el w_L < 50.
• Clasificar como arcilla inorgánica de alta plasticidad (CH) si w_L ≥  50.
• En caso que w_L > 100 o I_P > 60, expandir la carta de plasticidad manteniendo las mismas escalas y pendiente de la línea «A».

–      Clasificar el suelo como limo inorgánico (M), si el punto w_L versus I_P se sitúa bajo la línea «A» o I_P < 4, a menos que se sospeche que hay materia orgánica presente en cantidades suficientes como para influir en las propiedades del suelo (suelo de color oscuro y olor orgánico cuando está húmedo y tibio), en cuyo caso se debe efectuar un segundo límite líquido con la muestra que ensaye secada al horno a una temperatura de 110 ± 5°C durante 24 horas. Se clasifica como limo o arcilla orgánicos (O), si el límite líquido después del secado al horno, es menor que 75% del límite líquido de la muestra original determinado antes del secado.

• Clasificar el suelo como limo inorgánico de baja plasticidad (ML), o como limo o arcilla orgánicos de baja plasticidad (OL), si w_L < 50 y el punto w_L versus I_P se sitúa bajo la línea «A» o bien I_P < 4.
• Clasificar el suelo como limo inorgánico de alta plasticidad (MH), o bien como arcilla o limo orgánicos de alta plasticidad (OH), si w_L es mayor que 50 y el punto w_L versus I_P se encuentra bajo la línea «A» o bien I_P < 4.

–      Con el fin de indicar sus características de borde, algunos suelos de grano fino deben clasificarse mediante simbología doble. Si el punto w_L-I_P se sitúa prácticamente en la línea «A» o sobre la línea «A» donde el índice de plasticidad tiene un rango de 4 a 7, el suelo debe tener clasificación doble tales como CL-ML o CH-OH. Algunas normas indican como suelos de alta plasticidad todos aquellos con un valor del límite líquido w_L ≥  50, mientras que otras indican que si el punto w_L = 50 el suelo deberá tener clasificación doble tales como CL-CH o ML-MH.

–      En casos dudosos la regla de clasificación favorece al más plástico. Por ejemplo, un suelo fino con un w_L = 50 e I_P = 22 deberá clasificarse como CH-MH en lugar de CL-ML.

PS. si te ha sido útil este post, no olvides visitar a alguno de nuestros anunciantes… este sitio se edita y mantiene de forma altruista, así nos puedes ayudar a costear el alojamiento.

-> ir al índice