Maestría en Ingeniería Geotécnica: Curso: Propiedades Físicas e Ingenieriles de los Suelos; Tarea N° 3,

18 de Septiembre de 2013, Universidad Tecnológica de Panamá, Panamá

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PROPIEDADES INGENIERILES DE SUELOS GRUESOS Y

FINOS, CONCEPTOS BASICOS DE LA FABRICA

TEXTURAL Y ESTRUCTURAL DE SUELOS Y ROCAS

FERNANDO AYAX ALVARADO SAAVEDRA

Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Tecnológica de Panamá, Vía Centenario,

Panamá.

E-mail: fernalva@cwpanama.net

1 Propiedades Ingenieriles de los suelos:

Las propiedades Ingenieriles de los suelos se basan en el sistema de clasificación unificada de

los suelos (USCS) desarrollado por Casagrande en 1942, como una herramienta para ser usada

en las construcciones diseñadas por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos

durante la Segunda Guerra Mundial. En 1952, conjuntamente con el US. Bureau Reclamation se

revisó el sistema y es aun en la actualidad el más usado por los ingenieros en la clasificación de

suelos.

La clasificación está basada en las propiedades de plasticidad y en la distribución del tamaño del

grano, que de acuerdo con esta última, el suelo se divide en dos grandes categorías:

Suelos Gruesos Granulares: que son aquellos en los cuales el porcentaje retenido en el tamiz

No. 200 (0.075 mm) es superior al 50%. Dentro de ellos están las fracciones de arena y grava.

En la grava, más del 50% de la fracción gruesa retenida en el tamiz N° 4 (4.75 mm). En las

arenas, menos del 50% de la fracción gruesa que pasa por el tamiz N° 4. Son suelos en donde la

distribución del tamaño y la forma de los granos influyen notablemente en las propiedades

ingenieriles del suelo.

Suelos Finos granulares: Son suelos en los cuales más del 50% de material pasa el tamiz N°

200. En este tipo de suelos se incluyen las fracciones de limo y arcilla con límite líquido menos

de 50 y mayor o igual a 50 y pueden se inorgánicos y orgánicos. En los suelos finos, son las

propiedades de plasticidad las usadas para su clasificación.

La composición del suelo juega un papel importante en sus propiedades ingenieriles las cuales

están basadas en los siguientes parámetros: Distribución del tamaño de las partículas, su forma y

su resistencia (suelos granulares) y sus consistencia (suelos finos).

Cuando hablamos de la distribución del tamaño debemos referirnos a Suelos Uniformemente

Graduados (suelos que no son susceptibles a la perdida de finos por erosión interna y su

conductividad hidráulica se mantiene) y Suelos Bien Graduados (suelos que contienen una

amplia gama de tamaños de partículas. Para graduarlos se utiliza el Coeficiente de Uniformidad

que es la pendiente de la curva de distribución de tamaño de la partícula y la Densidad relativa

que está en función de los espacios vacíos máximo, mínimo y del material). La forma de las

partículas se divide en su morfología (que indica el patrón de forma de la partícula: esférica,

redondeada, voluminosas, laminar, elíptica, elongada. Por ejemplo, en los suelos gruesos la

forma característica es la equidimensional en las cuales se pueden apreciar la redondeada,

subredondeada, subangulosa y la angulosa. Por su parte los suelos finos, a causa de su génesis

especial, presentan una forma aplastada, por lo que los minerales de arcilla, en su mayor parte

adoptan la forma laminar, con excepción de algunos que poseen forma acicular) y en su textura

que describe sus características de redondez en la superficie, bordes y esquinas. Por ejemplo, la

esfericidad describe la relación entre el diámetro de una esfera de igual volumen que la partícula

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al diámetro de una esfera circunscrita. La redondez por su parte describe la relación entre el

radio promedio de curvatura de las esquinas y bordes de la partícula al radio máximo de una

esfera que puede ser circunscrita.

La resistencia de las partículas en los suelos granulares, se analiza en función de la rigidez de

las partículas (que es controlada por las zonas de contacto entre partículas) y la ruptura de las

partículas que influye en el comportamiento mecánico de los suelos granulares ante la aplicación

de altos esfuerzos normales.

La consistencia los suelos finos como limos y arcillas es la habilidad de los suelos de

permanecer unido o deformarse cuando los mismos son hidratados. Su comportamiento físico y

mecánico está unido a cuatro estados: Estado Sólido, Estado Semi-Sólido, Estado Plástico y

Estado Líquido. En base a lo anterior se han definido los Límites de Consistencia que son:

a. Limite Líquido (wLL) que define el contenido de agua (%) en el que se da la transición del

estado plástico al estado líquido.

b. Límite Plástico (wPL) que está definido por el contenido de agua (%) en el que se da la

transición del estado semi-sólido al estado plástico.

c. Límite de Contracción (wSL) que define el contenido de agua (%) en el que se da la

transición del estado sólido al estado semi-sólido. Su utilidad es la de determinar la

capacidad de expansión y contracción del suelo.

La diferencia del Límite Líquido y el Límite Plástico define el Índice de Plasticidad (IP) que es

el rango de contenido de agua sobre el cual el suelo se deforma plásticamente. Estos límites se

conocen como los Límites de Atterberg en honor a su descubridor Albert M. Atterberg quien en

1910 los estableció para uso de clasificación de suelos finos.

2 Conceptos Básicos de la Fábrica Textural y Estructural de Suelos y Rocas:

Fabrica del Suelo: El termino fabrica se refiere al arreglo de partículas, grupos de partículas,

y espacios en los poros en suelo. Es un arreglo geométrico que no tiene mucha importancia

para materiales no cohesivos o granulares pero es fundamental para la comprensión del

comportamiento de suelos finos cohesivos.

Estructura del Suelo: Este término es usado a veces intercambiable con la fábrica. Se

refiere a los efectos combinados de la fábrica, composición y fuerzas entre partículas. Es un

término más amplio que incluye la fábrica textural del suelo. También incluye las fuerzas

entre partículas y su composición. No tiene mucha importancia para materiales no cohesivos

o granulares pero es fundamental para entender el comportamiento de suelos finos cohesivos.

A continuación se presentan los diferentes tipos de fábrica del suelo:

Dispersa y No floculada:

Agregada pero No floculada (Asociadas cara a cara):

Floculadas borde a cara pero dispersa

Floculadas borde a borde pero dispersa

Borde a borde pero floculada y agregada

Borde a cara y borde a borde floculada y agregada

Por ejemplo en el tipo de fábrica dispersa, no hay asociación cara a cara de las partículas de

arcilla. El tipo de fábrica denominada agregada, presenta asociación de varias partículas de

arcilla cara a cara. En la floculada, existe asociación de agregados borde a borde o borde a cara.

Y por último la No floculada presenta disociación entre los agregados. Los términos floculados

y agregados son usados frecuentemente en un sentido genérico para referirse a ensamblajes de

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multiparticulas. Y los términos No floculados y dispersas son usados en un sentido genérico

para referirse a partículas simples o grupos de partículas actuando independientemente.

La siguiente figura muestra los tipos de fábricas de suelos:

Tipos de Fábricas de Suelo: a. Dispersa y No floculada, b. Agregada pero No floculada, c. Floculada Borde a Cara

pero dispersa, d. Floculada Borde a Borde pero dispersa, e. Borde a Cara Floculada y Agregada, f. Borde a

Borde Floculada y Agregada, g. Borde a Cara y Borde a Borde Floculada y Agregada. Referencia: Soil Fabric

and Its Measurement de Mitchell Soga, pag 110.

Referencias:

Juárez Badillo, Eulalio y Rico Rodríguez, Alfonso (1963). Mecánica de Suelos Tomo I:

Fundamentos de la Mecánica de Suelos. Editorial Limusa, Tercera Edición, 1980. Págs: 75-77 y

78-87.

Sáez B., Deeyvid, Apuntes del Curso de Maestría en Ingeniería Geotécnica, Propiedades Físicas e

Ingenieriles de los Suelos, Módulo I: Origen y Formación de los Suelos, Unidad III:

Composición del Suelo y sus Propiedades Ingenieriles. Págs.: 4-19.

Terzaghi, Karl, Peck, Ralph B. y Mesri, Gholamreza. Soil Mechanics in Engineering Practice,

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Third Edition, John Wiley & Sons, Inc., 1996. Págs: 7-10.