CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS

SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN

Un sistema de clasificación, cualquiera que fuere, debe proporcionar la máxima información cualitativa a partir de la cual el Ingeniero pueda decidir en qué dirección profundizar la investigación para tener un conocimiento más completo de las propiedades de un suelo.

SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS, “SUCS”

Simbolizado en idioma inglés como USCS (Unified Soil Classification System), se basa en las propiedades físicas: granulometría y plasticidad. Requiere de una descripción con el objeto de individualizar sus características particulares, entre ellas el olor y color, que pudieran alertar respecto al posible carácter orgánico del suelo.

Para definir los diferentes grupos de suelos (15 grupos básicos) se asigna a cada uno un símbolo y un nombre. Ambos se deben reportar obligatoriamente. El símbolo está compuesto por dos letras mayúsculas: un prefijo (que caracteriza al grupo) y un sufijo (que define el subgrupo). El prefijo corresponde a la letra inicial del nombre del suelo en idioma inglés.

Para realizar la clasificación inicialmente se toma una muestra representativa del suelo a clasificar, eliminando, si existen, todas las partículas mayores que 3”, cuya presencia debe reportarse mencionando el porcentaje eliminado y haciéndolo constar en el nombre del suelo.

Para separar los suelos gruesos de los finos el SUCS utiliza un criterio granulométrico y una evaluación de la cantidad. Si más del 50% de las partículas del suelo se retienen en el tamiz Nº 200, es un suelo grueso. Si el 50% o un porcentaje mayor de las partículas del suelo pasan el tamiz Nº 200, es un suelo fino.

Los suelos gruesos a su vez se dividen en dos grandes grupos: gravas (prefijo G, de gravel) y arenas (prefijo S, de sand). El criterio para separarlos es otra vez granulométrico: si más del 50% de la fracción gruesa (solo de esa fracción) se retiene en el tamiz Nº 4, es una grava y si el 50% o un porcentaje mayor de la fracción gruesa pasa el tamiz Nº 4, es una arena.

Los suelos finos, atendiendo a sus condiciones de plasticidad y a su contenido orgánico se dividen en otros tres grandes grupos. El primero está constituido por los suelos no plásticos o poco plásticos llamados limos (prefijo M, del sueco mo a mjala); el segundo incluye los suelos plásticos denominados arcillas (prefijo C, de clay), y el tercero corresponde a los suelos orgánicos, (prefijo O, de organic). Nótese que el símbolo de limo es el único que no proviene de la inicial en idioma inglés pues se hubiese confundido con la arena (limo: silt).

Establecidos así los seis grandes grupos: gravas, arenas, limos, arcillas, orgánicos y muy orgánicos, pasamos a detallar la conformación de los diferentes grupos.

1. Clasificación de las Gravas

Durante la ejecución de la investigación previa al establecimiento del SUCS se encontró que en todo suelo grueso la cantidad de finos existente influye en su comportamiento mecánico, a menos que sea menor al 5%,. Si la fracción fina es mayor que el 12% la influencia es decisiva. Nacen entonces los grupos de gravas limpias (fracción fina menor que 5%) y de gravas sucias (fracción fina mayor que el 12%).

Tampoco todas las gravas limpias tienen un comportamiento similar, sino que éste puede variar de conformidad con la buena o mala gradación de sus partículas. Se llega así a los grupos de gravas bien gradadas (CU ≥ 4, 1 cC 3) y gravas mal gradadas, si no cumplen con estos requisitos.

Si los finos son arcillo-limosos la clasificación será:

GC-GM, grava arcillo - limosa.

Para el caso en que el contenido de finos sea igual o mayor que el 5% y menor o igual al 12%, se puede tener cuatro posibles dobles símbolos:

GW-GM, grava bien gradada con limo. GW-GC, grava bien gradada con arcilla. GP-GM, grava mal gradada con limo. GP-GC, grava mal gradada con arcilla.

2. Clasificación de las Arenas

Se sigue un procedimiento análogo al de las gravas. Así, si la fracción fina es del 5% o menos, ésta ya no tiene influencia, pero si es mayor al 12%, la influencia es decisiva. Nacen los grupos de arenas limpias (fracción fina menor que el 5%) y de las arenas sucias (fracción fina mayor que el 12%).

Tampoco todas las arenas limpias tienen un comportamiento similar, sino que éste puede variar de conformidad con la buena o mala gradación de sus partículas (Ver 3.7). Se llega entonces a los grupos de arenas bien gradadas (CU ≥ 6, 1 cC 3) y arenas mal gradadas, si no cumplen con estos requisitos.

Si los finos son arcillo - limosos la clasificación será:

SC-SM, arena arcillo - limosa.

Para el caso de que el contenido de finos sea igual o mayor al 5% y menor o igual al 12%, se puede tener cuatro posibles dobles símbolos:

SW-SM, arena bien gradada con limo. SW-SC, arena bien gradada con arcilla. SP-SM, arena mal gradada con limo. SP-SC, arena mal gradada con arcilla.

3. Proceso de Descripción del Suelo

El SUCS siempre requiere una descripción del suelo. Se puede decir que una clasificación no es valedera si como paso inicial no se ha realizado una correcta descripción. Ella proporcionará valiosa información en los casos de suelo de frontera, y será la única vía para establecer, inicialmente, el contenido orgánico del suelo mediante su olor; además permitirá establecer los casos en que el alto contenido orgánico conduzca a clasificarlo como turba.

En los suelos gruesos deben proveerse los siguientes datos: nombre común y geológico (nombre local si lo hubiere), porcentajes aproximados de grava, arena y finos, color, olor, tamaño máximo de las partículas, forma y dureza de las mismas, características de gradación, condiciones de humedad y cualquier otra información pertinente. En estado inalterado se añadirán datos respecto a su compacidad, estratificación y cementación.

En los suelos finos se proporcionarán datos sobre: nombre común y geológico (nombre local si lo hubiere), porcentajes aproximados de grava, arena y finos, color, olor, condiciones de humedad y

plasticidad, tamaño máximo de las partículas gruesas (si las hay) y cualquier otra información pertinente. En estado inalterado se incluirá además información relativa a consistencia, estructura, y estratificación.

SISTEMA DE CLASIFICACIÓN “AASTHO”

A finales de la década de 1920 el U. S. Bureau of Public Roads publicó el primer Sistema de Clasificación de Suelos para Carreteras, que ha sido revisado varias veces hasta llegar en el presente al Sistema de Clasificación denominado AASHTO.

Inicialmente se clasificaba el suelo en ocho grandes grupos, desde A-1 hasta A-8, para lo cual requería de los mismos ensayos que el SUCS: granulometría, Límites Líquido y Plástico, más el Límite de Contracción, el Equivalente de Humedad del suelo y el Equivalente de Humedad Centrífuga.

En 1945 el sistema fue revisado conservando los ocho grupos básicos, pero se agregaron dos subgrupos en A-1, cuatro subgrupos en A-2 y dos subgrupos en A-7. Los ensayos complementarios fueron eliminados, de modo que los únicos ensayos requeridos actualmente son: granulometría, Límite Líquido y Límite Plástico. Fue adoptado por la AASHO con la norma M-145.

En 1972 el nombre de la Institución y de la clasificación cambió de AASHO a AASHTO.

En la tabla se observan los requisitos que debe cumplir un suelo para encasillarse dentro de una cierta clasificación. El procedimiento, al igual que el SUCS, consiste en eliminar los símbolos incorrectos hasta llegar al correcto, o sea que se cumplan con todas las condiciones, comenzando el análisis de izquierda a derecha. La Tabla contiene desde el suelo A-1 hasta el A-7, con sus correspondientes subgrupos. No incluye el suelo A-8, pues este corresponde a la turba, que al igual que en el SUCS, solo se clasifica con base en la descripción del suelo.

Clasificacióngeneral

Materiales granulares( 35 % o menos pasa el tamiz Nº 200 )

Materiales limo - arcillosos( Más de 35 % pasa el tamiz Nº 200 )

Clasificación de grupos

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

A - 1a A - 1b A - 2 - 4 A - 2 - 5 A - 2 - 6 A - 2 - 7

A - 7 - 5; A - 7 - 6

Porcentaje que pasa el tamiz:Nº 10Nº 40Nº 200

50 máx.30 máx.15 máx.

50 máx.25 máx.

51 mín.10 máx. 35 máx. 35 máx. 35 máx. 35 máx. 36 mín. 36 mín. 36 mín. 36 mín.

Características de la fracción que pasa el tamiz Nº 40:Límite Líquido:Índice de Plasticidad 6 máx. N.P.

40 máx.10 máx.

41 min.10 máx.

40 máx.11 mín.

41 min.11 mín.

40 máx.10 máx.

41 min.10 máx.

40 máx.11 mín.

41 min.11 mín.

Índice de grupo 0 0 0 4 máx. 8 máx. 12 máx. 16 máx. 20 máx.Tipos usuales de materiales constituyentes significativos

Fragmentos de piedras, grava y arena

Arena fina Grava y arena limosa o arcillosa Suelos limosos Suelos arcillosos

Calificación general como subbase

Excelente a buena Regular a pobre

1. Índice de Grupo

En la Tabla 5.8 además de los requisitos referentes a granulometría, Límite Líquido e Índice de Plasticidad se requiere también el valor del Índice de Grupo. Éste es una función del porcentaje de suelo que pasa el tamiz Nº 200 y de los límites de Atterberg, o sea de los mismos ensayos utilizados anteriormente. Se expresa por la ecuación:

En donde, según la norma M-145:

a = porcentaje que pasa el tamiz Nº 200, mayor que 35% pero sin exceder a 75%, expresado como número entero. Su intervalo va de 0 a 40. (a = F – 35; 0 a 40).

b = porcentaje que pasa el tamiz Nº 200, mayor que 15% pero sin exceder a 55%, expresado como número entero. Su intervalo también va de 0 a 40. (b = F – 15; 0 b 40).

c = Límite Líquido mayor que 40% pero sin exceder a 60%, expresado como número entero. Su intervalo va de 0 a 20. (c = wL – 40; 0 c 20).

d = Índice de Plasticidad mayor que 10% pero sin exceder a 30%, expresado como número entero. Su intervalo va de 0 a 20. (d = IP – 30; 0 d 20).

Nótese que el valor obtenido para cada parámetro, en ningún caso podrá estar fuera del rango establecido.

El valor del Índice de Grupo debe ser redondeado al número entero más cercano y se lo coloca entre paréntesis junto al símbolo del suelo. Por ejemplo, A-6 (18). Esta forma de reportar indica que se están siguiendo la norma establecida en la revisión de 1945.

En general, mientras mayor sea el valor del Índice de Grupo, el suelo tendrá características más desfavorables para su uso en la construcción de carreteras.

2. Descripción General de los Subgrupos

Para realizar la clasificación se toma una muestra en la que se desechan los cantos y bloques (partículas de tamaño mayor a 3”), pero se registra el porcentaje del material desechado.

A continuación el método AASHTO también divide a los suelos en tres grandes grupos: gruesos, finos y muy orgánicos. A diferencia del SUCS, el porcentaje que separa gruesos de finos no es 50%, sino 35%. De esta manera todo suelo que tenga un porcentaje de finos igual o menor que 35% es grueso y si el contenido de finos es 36% o más, es fino. Los suelos que se clasifiquen como A-1, A-2 y A-3 son gruesos, mientras que los clasificados como A-4 hasta A-7 son finos.

El suelo típico del grupo A-1 es una mezcla de grava bien gradada, arena gruesa y fina, y finos poco o nada plásticos (el Índice de Plasticidad de la fracción fina no debe ser mayor que 6). El subgrupo A-1-a está constituido por una apreciable cantidad de grava, es decir un material más grueso que el del subgrupo A-1-b, que es predominantemente arena gruesa. Nótese que en este sistema la separación entre grava y arena está dada por el tamiz Nº 10, en vez del tamiz Nº 4 que especifica el SUCS.

El suelo clasificado como A-3 corresponde a una arena fina relativamente uniforme (mal gradada). También puede incluir mezcla de arenas finas mal gradadas con algún porcentaje de arena gruesa y grava. Su fracción fina, si existe, no es plástica.

IG=0 .2a+0 .005ac+0 .01bd

El grupo A-2 también pertenece a los suelos gruesos pero tiene mayor cantidad de finos. Ocupa por lo tanto, una posición intermedia entre los suelos gruesos A-1 y A-3, y los finos A-4 hasta A-7. Los subgrupos A-2-4 y A-2-5 incluyen varios materiales cuyo contenido de finos no excede el 35% y tienen características de plasticidad iguales a las de los grupos A-4 y A-5 (finos limosos). Los subgrupos A-2-6 y A-2-7 son semejantes a los dos subgrupos anteriores pero las características de plasticidad de la fracción fina son iguales a las de los grupos A-6 y A-7 (finos arcillosos).

Los grupos A-4 y A-5 son suelos finos limosos, es decir que tienen más del 35% de finos y son poco o nada plásticos. Su Índice de Plasticidad no puede ser mayor que 10%. Los demás requisitos constan en la Tabla 5.8.

Los grupos A-6 y A-7 son suelos finos arcillosos ya que tienen más del 35% de finos plásticos y su Índice de Plasticidad es mayor que 10%. Los otros requisitos se indican en la Tabla 5.8.

El grupo A-7 se divide en dos subgrupos. El subgrupo A-7-5 debe cumplir con la condición adicional de que su Índice de Plasticidad sea menor o igual que la diferencia entre el Límite Líquido menos 30% (IP wL - 30). El subgrupo A-7-6 cumplirá con la condición contraria (IP> wL - 30).

Como ya se dijo, el grupo A-8 corresponde a la turba, solamente identificada a través de la descripción del suelo.