Capitulo 3 Clasificacion de Suelos y Rocas de Rosita Gb

Clasificación de los suelos y rocas93 Capítulo 3 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS Y ROCAS Para los depósitos de suelo y los macizos rocosos que se utilizan como material de construcción o que son parte indispensable en el desarrollo de obras en ingeniería, la toma de decisiones en forma ágil y eficaz respecto a su uso hace necesario el uso de herramientas que permitan conocer la mejor forma para utilizarlos. Las clasificaciones geomecánicas, ya sean elaboradas en campo en el desarrollo de las mismas obras, o las detalladas o elaboradas con fundamentos teóricos de acuerdo a comportamientos observados y a la composición de los depósitos resultan de gran utilidad y son ampliamente utilizadas en el desarrollo de proyectos viales y excavaciones subterráneas. Así con los resultados de los ensayos básicos de laboratorio y apoyados en la clasificación geomecánicas se pueden determinar que características posee el tipo de suelo o de roca que se encuentra en el sitio de un proyecto y que tipo de obras se pueden prever de acuerdo a los comportamientos geomecánicos esperados de éstos materiales. En la actualidad existen diferentes clasificaciones geomecánicas para depósitos de suelo y para macizos rocosos. Estas clasificaciones están basadas en diferentes parámetros o propiedades de estos materiales, las primeras clasificaciones de suelos se basan en el tamaño de los granos; años después aparecen clasificaciones que incluyen la distribución de tamaños de los granos, la composición mineralógica, limites de consistencia y la estructura del suelo. La utilización de una clasificación de suelos o de macizos rocosos ayuda a predecir en forma rápida el comportamiento y su correcta utilización en obras como: cimentaciones, rellenos, presas, vías, excavaciones subterráneas entre otros. En el contenido de este capitulo se encuentran algunos criterios y las pruebas de laboratorio en las que se basan algunas clasificaciones que se están utilizando para suelos y rocas, de acuerdo al tipo de obra que se va a desarrollar. En la primera parte de este capitulo se hace la presentación de varios sistemas de clasificación de suelos y al final se presentan algunas clasificaciones para macizos rocosos. Geotecnia Básica Clasificación de los suelos y rocas 94 3.1 CLASIFICACIÓN DE SUELOS Los métodos más antiguos y más simples de clasificar los suelos se basaron en el tamaño de sus granos y a partir de este parámetro existen varias clasificaciones que fueron utilizadas como único elemento de selección. 3.1.1 Finalidad de una clasificación Los suelos y las rocas pueden ser clasificados o incluidos en grupos dentro de los cuales sus propiedades ingenieriles son similares y a partir de esto se puede asumir un determinado comportamiento geotécnico de un sector o de un deposito de material. Los suelos se clasifican en grupos y estos grupos de suelos se denominan con nombres descriptivos o símbolos para dar al ingeniero en principio una idea sobre las determinadas propiedades del material y su mejor uso como material de ingeniería. Así se han desarrollado diferentes métodos de clasificación, cada uno con ciertas ventajas y desventajas para cada propósito o uso que se le pueda dar a cada material en las diversas obras civiles. Los sistemas de clasificación le permiten al ingeniero aprovechar la experiencia adquirida por constructores y diseñadores en diferentes tipos de obras de acuerdo a las características o propiedades determinados por ensayos y a los comportamientos observados. Esto permite en las etapas de diseño y a veces de construcción seleccionar el mejor material a utilizar en forma bastante rápida. Además, la clasificación facilita la comunicación entre diferentes grupos de trabajo. El usar una clasificación no evita el desarrollo de estudios detallados o ensayos especializados, la utilización de estas clasificaciones debe estar acompañada de un juicio crítico para implementar una serie de ensayos y controles adicionales y poder detectar comportamientos atípicos de los materiales. 3.1.2 Propiedades índice La clasificación entre distintos tipos de suelos, en algunos casos, se basa en las propiedades índice que son características del material. De esta forma se hace necesario la realización de ensayos de laboratorio sencillos para determinar estas propiedades y con estas hacer la clasificación. Las principales propiedades del grano, componente elemental de los suelos son el tamaño y la forma, y para las partículas más finas, sus características mineralógicas. La principal propiedad del agregado o suelo grueso es la densidad relativa. Las clasificaciones basadas únicamente en el tamaño de los granos, dan una información muy útil en cuanto a la naturaleza de los suelos con algunos errores de consideración en los suelos finos granulares a los que se adjudican otras propiedades como la consistencia y la plasticidad. Para algunas clasificaciones de suelos se debe tener resultados de los ensayos de análisis granulométrico (tamices) y los Límites de Atterberg. Con estos ensayos se puede realizar la clasificación unificada, de la AASHTO (American Association Geotecnia Básica Clasificación de los suelos y rocas 95 of State Highway and Transportation Officials) y de la FAA (Federal Aviation Agency), que han sido utilizadas en nuestro país. 3.2 CLASIFICACIONES PROPUESTAS PARA SUELOS Los diversos sistemas de clasificación usan como parámetro básico la granulometría para establecer grupos. Además de la granulometría, los limites de Atterberg forman parte del proceso final de clasificación, tratando de incluir en el criterio, parámetros que se asocien al comportamiento elástico o plástico de los suelos finos. A continuación se hace una descripción de algunos sistemas de clasificación de suelos, iniciando por los más elaborados. 3.2.1 Clasificación primaria de suelos Utiliza una nomenclatura fundamental común, válida en todos los casos, que coloca cada uno de los suelos existentes dentro de alguno de estos grandes grupos: CASCAJO O GRAVAS ARENAS LIMOS ARCILLAS SUELOS ALTAMENTE ORGÁNICOS Los suelos de los dos primeros grupos, cascajos y arenas, son llamados suelos GRUESOS o GRANULARES o simplemente no cohesivos, en razón del tamaño de sus granos, pueden ser identificados a simple vista. Los otros dos grupos, limos y arcillas son llamados suelos FINOS o cohesivos, si están formados de partículas llamadas arbitrariamente finas, no apreciables a simple vista, o si la proporción de estas en el agregado es tal que su influencia en el comportamiento del suelo predomina sobre la de los granos gruesos. En la mayoría de las veces una simple observación del suelo basta para identificarlo como grueso, granular o fino; para esta primera división resulta necesario fijar un límite de tamaño arbitrario para definir la separación entre grueso y fino. En las clasificaciones más usadas en la actualidad, la Unificada y la AASHTO, se toma como base para dicha separación la malla No 200 que tiene agujeros cuadrados cuyo lado es de 0.074 mm. Se consideran partículas o granos gruesos aquellos que quedan retenidos en dicho tamiz, después de ser lavado el suelo sobre él hasta el momento en que el agua de lavado que pasa la malla lo hace completamente limpia. La distinción entre cascajos y arenas corresponde aproximadamente a la usada en el lenguaje común, para resolver indecisiones de clasificación, es necesario fijar como límite de tamaño de granos un valor arbitrario, el que utiliza la clasificación unificada de los suelos es el del agujero de la malla No 4 (cuadro de 4.76 mm de lado) o un tamaño superior del cascajo de 3 pulgadas para la AASHTO las partículas que queden retenidas en el tamiz de esta dimensión no se consideran suelo, reciben el nombre de guijarros, pedruscos, cantos o bolos. Geotecnia Básica pero en las obras de ingeniería presentan comportamientos deficientes. tales fuerzas contribuyen a la cohesión. cambian de forma con facilidad con presiones como las aplicadas por los dedos sin llegar a agrietarse. llegando a ser casi nula. por un olor característico. clasificación por su estructura. las que si pueden poseer una cohesión considerable. si tienen granos finos en pequeña cantidad.  Dentro de ciertos rangos de humedad las arcillas son plásticas. es una diferenciación técnica entre dos tipos de suelos en los que predominan las partículas finas e inciden en su comportamiento. hay más cohesión entre las partículas de una arcilla en estado natural que entre las de un limo. su alta compresibilidad y su alto contenido de humedad. por su textura. es decir. En muchos casos las partículas gruesas están mezcladas con cantidad apreciable de material fino. en el cascajo limoso y la arena limosa dicha cohesión será menor. Otras clasificaciones que se pueden mencionar y que han sido utilizadas en el desarrollo de obras son: clasificación preliminar de tipos de suelo. tanto como material de construcción o como suelo de cimentación de construcciones.Clasificación de los suelos y rocas 96 Los cascajos y las arenas limpias. situación que no ocurre con los limos por ser estos menos plásticos. Se distinguen en general por su color oscuro o negro. pues su apariencia es similar a la mantequilla. además los de arcilla son generalmente planos. baja resistencia y otras características asociadas a estos. aunque para la distinción no se tiene en cuenta el análisis cuantitativo del tamaño de los granos. por ejemplo la arcilla. (sin partículas finas) y secos no tienen fuerzas de ligación entre sus partículas. y que aún a simple vista pueda apreciarse en muchos casos si se trata de arcilla. teniendo una arena arcillosa o una grava arcillosa. y son de pequeña magnitud. clasificación por distribución de tamaño de gránulos. La distinción entre limos y arcillas no es del lenguaje común. Geotecnia Básica . que son materiales de características muy especiales que deben ser clasificados en un grupo diferente a los mencionados debido a su alta compresibilidad. Algunos de los aspectos más importantes de las propiedades que los diferencian son:  Tanto en estado seco como en estado húmedo. Esto hace que al tacto sean más suaves las arcillas que los limos por la textura superficial de un trozo.  En general las partículas de arcillas son más finas que las de limos. Este tipo de suelos que abundan en la superficie son los mejores para la agricultura. El ultimo grupo de los suelos en esta clasificación primaria es el de suelos altamente orgánicos. Por esto a los cascajos y a las arenas se les clasifica como suelos no cohesivos o también pulverulentos. en cierto modo plástico y principalmente debido a su compresibilidad. Se utilizan escalas de tamaños de gránulos para distinguirlos entre ellos y entre arenas de diferentes fisuras.002 cm. El grado de cohesión y plasticidad y el grado en que varían los resultados de las pruebas difieren de aquellos limos inorgánicos indicando el grueso de la arcilla. Las arcillas suaves son relativamente compresibles con esfuerzo al corte bajo. Principalmente su aspecto se asemeja al de la arcilla. La Arena. Su color varía de gris claro a gris oscuro o negro. materiales muy pobres para cimentaciones. Los Limos Inorgánicos y el Polvo de Roca: Contienen solo granos minerales y están libres de materia orgánica. poca cohesión cuando están secos.002 cm. relativamente impermeables.002 cm o 2 micrones. con frecuencia permeable. la Grava y los Cantos Rodados o Guijarros: Son suelos de gránulos gruesos sin cohesión. Los tamaños de las arenas se designan como compactas o densas cuando se requiere el uso de un pico para la excavación.2. extremadamente compresible y es el material más pobre para cimentaciones. Arcillas Inorgánicas: (Arcillas) compuestas principalmente por partículas planas más finas que 0. pero contienen cierta cantidad de finos materiales orgánicos descompuestos o coloides orgánicos. Los limos inorgánicos son casi todos más gruesos que 0. Son altamente compresibles.Clasificación de los suelos y rocas 97 3. Los significados ofrecidos a continuación son aceptados generalmente en el campo de ingeniería de cimentaciones. Los tamaños de las partículas se encuentran principalmente dentro de la escala de 0. Los Limos Orgánicos: Son aquellos limos o fangos que pueden ser principalmente inorgánicos. Estas poseen las peores cualidades del limo y la arcilla suave. Geotecnia Básica . Arcillas Estratificadas: Consisten en capas delgadas alternadas de limo y arcilla de origen glacial. En todos los casos tienen una sensación arenosa. naturaleza fibrosa y olor fétido. El término guijarro se limita a tamaños mayores de 20 cm (8”) y la grava a los tamaños entre 7 – 20 cm (1/4 y 8”). Arena Sucia: Se le denomina a aquella que no tiene cohesión y que tiene algún otro material más fino. Las arcillas son llamadas duras o rígidas cuando no pueden ser moldeadas con los dedos. Tepetale: Término utilizado frecuentemente para describir cualquier capa dura cementada que no se suaviza cuando se humedece. estas arcillas han sido comprimidas hasta tener un bajo contenido de agua y son buenos materiales para cimentaciones. Color oscuro. Turba: Materia vegetal parcialmente carbonizada que tiene una resistencia muy baja al esfuerzo cortante. Puede ser identificada por medio de la agitación de un pequeño tubo de ensayo o por el polvo que se desprende de ella si un puñado de material seco es tirado al aire.2 Clasificación preliminar por tipo de suelos También denominada clasificación de campo y no requiere el conocimiento de nomenclaturas especializadas.06 a 0. 1 – 0.1 Clasificación de los suelos según la oficina de E.U. Estructuras Simple (un solo gránulo): Es una acumulación de esferas iguales. Grava Fina Arena Aspera Arena  2. en el capitulo primero se hace una descripción de estos. El tamaño de granos es indefinido. podrán clasificarse así: Residuales: Formados por materiales desintegrados encontrados encima de la corteza rocosa. Transportados: Llevados a su localización actual por algún medio.05 – 0. glaciales. Tabla 3. y estos son los responsables por su estado actual. Este tipo de estructuras se observa en materiales en los cuales existe muy poca tendencia a adherirse unos con otros.U. se encuentra en limos finos y arcilla. La floculación ocurre cuando las partículas se adhieren formando una estructura floculada y por el contrario una suspensión coloidal se obtiene cuando las partículas se repelen.2.3 Clasificación por origen Se refiere ya sea a sus elementos componentes del deposito o por su constitución. 3.25 Arena Fina cm Arena muy Fina Limo 0.0 1.005 Arcilla 0.1 0. pero es necesario hacer referencia a esta clasificación de suelos. son llamados sin cohesión o no cohesivos y están presentados por las arenas y las gravas.25 – 0. en varios estados de cementación y que no han sido sujetos a procesos de transporte.Clasificación de los suelos y rocas 98 3.5 – 0.E. 3.4 Clasificación de los suelos sedimentarios por su estructura En esta clasificación se pueden considerar tres tipos fundamentales de materiales de acuerdo a la estructura que tomó el deposito durante su formación. agua.0 – 1. Estructura Paneloide (en forma de panal): Aparece en suelos suficientemente finos para tener cohesión. viento.5 0.2. o la gravedad.05 0. y pueden clasificarse en suelos inorgánicos y suelos orgánicos.2. Cuando se tiene en cuenta los efectos de su formación.1 se muestran dos de las clasificaciones de suelos usadas en los Estados Unidos y en otras partes del mundo. los cuales pueden ser de origen animal o vegetal. Estas estructuras se mencionaron en el capítulo I.0 – 0. La atracción intermolecular entre gránulos en el punto de contacto se conoce como la verdadera atracción cohesiva y la resistencia al corte resultante de la atracción es conocida como cohesión verdadera.5 Clasificación por tamaño de granulación En la Tabla 3. Estructura Floculenta: Puede ocurrir en suelos de gránulos muy finos.005  Geotecnia Básica . según la Tabla 3.1. composición mineral. Gilboy en 1930 como la más sencilla.2 0. Clasificación de los suelos según la Public Roads Administration TIPO DE SUELO Límite Líquido LL Indice de Plasticidad Geotecnia Básica . Un coeficiente de uniformidad casi unitario por lo general denota un suelo en el cual todos los gránulos son prácticamente del mismo tamaño y un gran coeficiente corresponderá a una gran variación de tamaños importantes características como la forma de los gránulos. La otra escala fue sugerida por G.3. que permite realizar fácilmente una clasificación. es llamado el tamaño efectivo. Este diámetro es designado como D10.06 0.3.T.0 0.006 0. El método más conocido que se ha usado es el de la distribución granulométrica usado por Allen Hazen.6 0.0002> Grueso Medio Fino Grueso Medio Fino Grueso Medio Fino Arena Limo Arcilla 3.I.06 cm 0. es también conocido como el “tamaño del diez por ciento”. Tabla 3.7 Clasificación de la Public Roads Administration (PRA) El diagrama de la “Public Roads Administration” Figura 3. El D60.002 cm Tabla 3. Bureau of soils).I. (cm) >2.S. limos y arcillas función de los límites de Atterberg.02 0.002 0.0006 0. el diámetro es tal que el peso del agregado de todos los gránulos menores de este diámetro es el 60% del peso total. Gravas Arenas Limos Arcillas > 2 cm 2 cm>arenas>0.002 cm <0. Las varias subdivisiones o fracciones escogidas para estas clasificaciones pueden ser designadas por los valores numéricos de sus diámetros límites.6 Clasificación del M. estructura y densidad relativa no podrán ser representados por un análisis de tamaño de gránulos.T.2 Clasificación de los suelos según el M.2.2. La relación entre D10 y D60 es el coeficiente de uniformidad de Hazen. El sistema mostrado permanentemente fue desarrollado por el departamento de suelos de los Estados Unidos (U. En este método el diámetro tal.06 cm>limos>0. sería ventajoso en muchos aspectos el usar este sistema en lugar de nombres.Clasificación de los suelos y rocas 99 3. En la primera aproximación se pueden clasificar las arenas. que el peso del agregado de todos los gránulos menores del diámetro sea el 10% del peso total de la muestra. la más lógica y la más fácil de recordar de todas las clasificaciones y es conocida como la clasificación MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts). pero hay que hacer notar que este diagrama no se adapta bien a las arenas y gravas. o también clasificación para aeropuertos. estas indican el tipo de material. Este sistema se puede también emplear en carreteras. Este sistema se conoció originalmente como la “clasificación de suelos para aeropuertos de Arturo Casagrande”. la primera tiene el carácter equivalente a sustantivo.3 CLASIFICACIÓN UNIFICADA DE LOS SUELOS Arthurt Casagrande estableció para el cuerpo de ingenieros militares de los Estados Unidos una clasificación denominada A.1 Diagrama de la Public Roads Administration Esta clasificación. 3. en tanto que la segunda tiene el de adjetivo. permitió a Casagrande a partir de los mismos criterios enunciar otra clasificación más precisa que divide los suelos coherentes en ocho grandes grupos. 3. GM es una grava limosa. En la clasificación de los suelos en cuanto a su adecuación para material de cimientos o subbase de aeropuertos. así por ejemplo. Es importante anotar que Geotecnia Básica .Clasificación de los suelos y rocas ARENA LIMO ARCILLA 100 LL < 35 20 < LL < 60 LL > 30 IP < 15 5 < IP < 25 IP > 15 Figura 3.C.3. y CH es una arcilla altamente plática. se emplean ciertos símbolos referentes a los tipos de suelo y algunas propiedades específicas.1 Simbología utilizada En esta clasificación para la identificación de cada suelo se utilizan dos o cuatro letras. Límites de Atterberg o de Consistencia.Clasificación de los suelos y rocas 101 no existen combinaciones de letras diferentes de las señaladas para los quince grupos. pero es necesario determinar el porcentaje de finos para definir el adjetivo del suelo. Los suelos altamente orgánicos usualmente fibrosos. La comprensibilidad se refiere sólo a suelos M. Nº40 y Nº200 se obtienen los porcentajes en peso de cascajo. Alto potencial de compresibilidad.2 Procedimiento de clasificación El primer caso es la ejecución de ensayos de laboratorio como límite líquido. el suelo es un grano grueso  Si el porcentaje que pasa > 50%. tales como turbas y suelos pantanosos extremadamente compresibles forman un grupo de símbolo Pt. Bajo potencial de compresibilidad. por otra parte se determinan ciertos valores numéricos relacionados con la expresión y la forma de la curva. 200  Si el porcentaje que pasa < 50%. se trata de un suelo de grano fino. La granulometría se aplica solamente a los G y S. Análisis granulométrico De la curva de distribución de tamaños elaborada del tamizado donde obligatoriamente se deben incluir los tamices de 3”. Nº10. 3. De esta curva se hallan D10. arena y partículas finas. Para suelo grueso: El suelo grueso puede ser una grava (G) o una arena (S). 3/4”. D30 y D60 para hallar el Coeficiente de Uniformidad (Cu) y curvatura (Cc) necesarios en la clasificación del suelo. O y Pt. límite plástico y luego el análisis granulométrico. líquido y plástico de los cuales se deriva el índice de plasticidad.3. Para establecer si se trata de una arena o de una grava:  Si más de la mitad de la muestra queda retenida en el tamiz No. También es necesaria la consideración sobre el contenido de materia orgánica del suelo por observación. La equivalencia de la simbología utilizada es: G: S: M: C: O: Pt: W: P: F: H: L: Grava Arena Arenas muy finas y limos Arcillas sin contenido. 4 se trata de una grava. Geotecnia Básica . ligante arcilloso G y S bien gradado Suelos con contenido orgánico Turbas y suelos cenagosos de gran comprensibilidad Material limpio bien gradado Material limpio pobremente gradado Presencia de finos no incluidos en el tipo arcilla. C. Hechos los ensayos de granulometría y limites de consistencia se debe verificar que porcentaje pasa el tamiz No. GP-GC ó SW-SM. Carta de plasticidad de Casagrande En la carta aparece una línea vertical con límite liquido de 50%. el nombre típico y algunas características para su denominación. SC. SP-SM.73·(L L-20). esta línea divide la carta en dos sectores. se sabe si es una grava o una arena y para definir el adjetivo se establece el porcentaje de finos teniendo en cuenta los siguientes rangos:  Si el 5% o menos pasa el tamiz Nº 200 el suelo puede ser: GW.OH ML-OL 0 0 10 20 30 40 50 60 70 LIMITE LIQUIDO LL (%) 80 90 100 Figura 3. 90 80 Linea U 70 60 50 IP CH Linea A 40 30 20 CL-ML CL INDICE DE PLASTICIDAD 10 MH. la cual marca la frontera de valores reales para suelos.4 y 3.2. 200 se trata de una arena. GP-GM. GW-GC. 4 y además la mayoría de la muestra se encuentra entre el tamiz No. que es una línea inclinada con ecuación IP= 0. con estos valores se entra en la carta de plasticidad de Casagrande (Figura 3. En la figura se observa la influencia de la composición mineralógica en el comportamiento de la aveilla. Para suelo fino: El suelo fino se puede clasificar como limo o arcilla o material orgánico. SP. Determinados estos porcentajes. En las Tablas 3.  Si pasa mas del 12% el tamiz Nº 200 el suelo puede ser: GM. Además de la línea vertical aparece la línea A. el sector superior corresponde a suelos cuyo comportamiento es arcilloso y el sector inferior corresponde a limos.  Si pasa entre el 5% y el 12% por el tamiz Nº 200 el suelo puede ser: GW-GM. esta establece dos rangos de plasticidad. GC ó SM.2).Clasificación de los suelos y rocas 102  Si más de la mitad de la muestra pasa el tamiz No. el sector de la carta de plasticidad que queda por debajo de esta línea corresponde a todos los suelos ensayados. bajo “L” y alto “H”. teniendo en cuneta los valores determinados en el laboratorio para el Límite Liquido LL y el Límite Plástico LP. SW-SC. SP-SC. 4 y el No. GP o SW. Otra línea inclinada es la línea U.5 se presentan los diferentes tipos de suelos. Geotecnia Básica . MH Limos inorgánicos. GC Gravas arcillosas. arenas gravosas.4 Clasificación unificada de los suelos NOMBRE DESCRIPTIVOS TÍPICOS LIMPIOS GW Gravas bien gradadas. arena y limo. mezclas de arena y arcilla. arenas muy finas.GRANULARES DIVISIONES PRIMARIAS Suelos altamente orgánicos Geotecnia Básica . con poco o nada de finos. finos micáceos o diatomáceos. OH Arcillas orgánicas de plasticidad media o alta. arenas finas limosas o arcillosas con ligera plasticidad CL Arcillas inorgánicas de plasticidad baja o media. con poco o nada de finos. ML Limos orgánicos. CON FINOS SM Arenas limosas. arcillas arenosas. LIMPIAS SW Arenas mal gradadas. Pt Turba y otros suelos altamente orgánicos. arena y arcilla. mezclas de grava. arcillas con grava. mezclas de grava y arena con poco o nada de finos CON FINOS GM Gravas limosas.Clasificación de los suelos y rocas 103 Tabla 3. SP Arenas mal gradadas. arcillas grasas.GRANULARES SUELOS GRUESO . polvo de roca. suelos limosos o arenosos. limos elásticos CH Arcillas inorgánicas de alta plasticidad. mezclas de arena y limo. arenas gravosas. CON LL < 50% SÍMBOLO CON LL > 50% GRAVAS ARENAS ARCILLAS Y LIMAS SUELO FINO . mezclas de grava y arena con poco o nada de finos GP Gravas mal gradadas. arcillas limosas orgánicas de baja plasticidad. SC Arenas arcillosas. mezclas de grava. arcillas limosas OL Limos orgánicos. mezcla de arena y grava con pocos finos o sin ellos Fracción fina no plástica (para identificación ver grupo ML más abajo) GM Gravas limosas. mezclas de grava y arena con pocos finos o sin ellos Predominio de un tamaño o un tipo de tamaños. tamaño máximo. Arena gruesa a fina. mezclas de arna y limo mal graduadas finos) Gravas con finos finos)Arenas con finos (cantidad apreciable deellos)Arenas limpias (con pocos finos o sin (cantidad apreciable de ellos)Gravas limpias(con pocos finos o sin #4Gravas-más de la mitad de la fracción gruesa es retenida por el tamiz los de grano grueso-más de la mitad del material es retenido por el tamiz #200 Arenas-más de la mitad de la fracción gruesa pasa por el tamiz #4 Finos plásticos(para identificación ver grupo CL más abajo) SC Arenas arcillosas. con partículas redondeadas o subangulosas. SW Arenas bien graduadas. Para los suelos inalterados agréguese información sobre estratificación. con IP entre 4 y 7 casos límites que requieren el uso de símbolos dobles . mezclas mal graduadas de arenas y arcillas Amplia gama de tamaños y cantidades apreciables de todos los tamaños intermedios. Ejem: arena limosa. indíquese los porcentajes aproximados de grava y de arena. con grava aproximadamente un 20% de partículas de grava angulosa de 1.6 cm(3”) y basando las fracciones en pesos estimados) No satisfacen todos los requisitos granulométricos de las GW Límites de Atterberg por debajo de la línea A con Ip < de 4 Límites de Atterberg por encima de la línea A con Ip mayor de 7 Por encima de la línea de A. compacidad. y limo Finos plásticos (para identificación ver grupo CL más abajo) GC Gravas arcillosas. Clasificación unificada Amplia gama de tamaños y cantidades apreciables de todos los tamaños intermedios GW Gravas bien graduadas. arenas con grava con pocos finos o sin ellos Finos no plásticos (para identificación ver grupo ML más abajo) SM Arenas limosas. con IP entre 4 y 7 casos límites que requieren el uso de símbolos dobles No satisfacen todos los requisitos granulométricos de las SW Límites de Atterberg por debajo de la línea A con Ip < de 4 Límites de Atterberg por encima de la línea A con Ip mayor de 7 Por encima de la línea A. nombre local o geológico y cualquier otra información o descripción pertinente y el símbolo entre paréntesis. mezclas mal graduadas de arenas y arcillas Información necesaria para la descripción de los suelos Dese el nombre típico. arena aluvial(SM) Criterios de clasificación en el laboratorio Determínese los porcentajes de grava y arena a partir de la curva granulométrica según el porcentaje de finos fracción que pasa por el tamiz #200 los suelos finos se clasifican como sigue: NOMBRES TIPICOS Utilícese la curva granulométrica para identificar las fracciones de suelo indicadas en la columna de identificación en el campo Símbolo del grupo Identificación en el campo (excluyendo las partículas mayores de 7. con ausencia de algunos tamaños intermedios SP Arenas mal graduadas. arenas con gravas con pocos finos o sin ellos Predominio de un tamaño o un tipo de tamaños.5 Tipos de suelo . angulosidad. estado superficial y dureza de los granos gruesos. GP Gravas mal graduadas. mezcla mal graduadas de grava. arena. con ausencia de algunos tamaños intermedios. cementación condiciones de humedad y características de drenaje.Tabla 3.5 cm de tamaño max. SP Clasificación de los suelos y rocas 105 Geotecnia I .SC GP. el empleode símbolos MAS DEL Casos Menos 12%límite del que 5% requieren GM. SM. GW. SW. GC.5% AL 12% dobles. arcillas limosas.OH Lenta a nula Alta a muy alta 40 30 Nula Media a alta Nula a muy lenta 50 60 70 LIMITE LIQUIDO LL (%) 80 90 100 Dése el nombre típico. condiciones de humedad y drenaje. arcillas arenosas. limos elásticos Arcillas inorgánicas de plasticidad media a alta MH. color del suelo húmedo. estratificación consistencia. cualquier otra información descriptiva pertinente y el símbolo entre paréntesis Para los suelos inalterados agréguese información sobre la estructura. olor. tanto en estado inalterado como remoldeado. suelos limosos o arenosos finos micáceos o con diatomeas. arcillas con grava. nombre local y geológico. sensación esponjosa y frecuentemente por su textura fibrosa Pt Turba y otros suelos altamente orgánicos CL Ligera a media ML-OL 0 0 Media a alta 10 20 Limos orgánicos y arenas muy finas. arcillas magras Limos orgánicos y arcillas orgánicas de baja plasticidad Limos inorgánicos. la cantidad y el tamaño de las partículas gruesas. indíquese el grado y carácter de la plasticidad. polvo de roca.Métodos de identificación para la fracción que pasa por el tamiz #40 Limos Y arcillas con límite líquido menor de 50 Resistencia en estado seco (a la disgregación) 90 Gráfico de plasticidad para la clasificación en el laboratorio de suelos de grano fino Tenacidad (consistencia cerca del límite plástico) Dilatancia (reacción a la disgregación) 80 Nula a ligera 70 Rápida a Linea U lenta Nula ML 60 IP #200Suelos de grano fino-más de la mitad del material pasa por el tamiz Clasificación de los suelos y rocas 106 50 40 30 20 INDICE DE PLASTICIDAD Limos Y arcillas con límite líquido menor de 50 CL-ML 10 Suelos altamente orgánicos Nula aCH muy lenta Ligera a media Lenta Linea AMedia CL Ligera OL Ligera a media MH Alta CH Ligera a media OH Arcillas orgánicas de plasticidad media a lata Fácilmente identificables por su color. arenas finas limosas o arcillosas con ligera plasticidad Arcillas inorgánicas de plasticidad baja a media. Geotecnia I . olor si lo tuviere. por ejemplo. a pesar que el nombre de arcillas está muy difundido para estos suelos. El grupo MH corresponde a la zona abajo de la línea A definida por LL>50%. Un tipo interesante de suelos finos que caen en esta zona son las arcillas de tipo caolín. definida por L L>50%. En estos grupos quedan comprendidos los limos típicos inorgánicos y limos arcillosos. tales como la bentonita o las arcillas expansivas. comparable con el de otras arcillas típicas. con límites líquidos de hasta 800% se encasillan en el grupo CH. LL<30% se localizan en el grupo ML.  GRUPOS CL Y CH En estos grupos se encasillan las arcillas inorgánicas.3 Clases de la clasificación Los subgrupos de los suelos FINOS son: Para esta clasificación se tiene en cuenta la carta de plasticidad de casa grande.3) 70 Arcillas inorgánicas de alta plasticidad 60 50 IP 40 Linea A Arcillas inorgánicas de mediana plasticidad Arcillas inorgánicas de baja plasticidad 30 Limos inorgánicos de alta compresibilidad y arcillas inorgánicas 20 10 Suelos no cohesivos Limos inorgánicos de mediana compresibilidad y limos orgánicos INDICE DE PLASTICIDAD 0 0 10 20 30 40 Limos inorgánicos de baja compresibilidadLIMITE 50 60 70 LIQUIDO LL (%) 80 90 100 Figura 3. Los depósitos eólicos. para un L L<50% y la porción sobre la línea A con IP< 4. dada su proximidad con dicha línea. Los tipos comunes de limos inorgánicos y polvo de roca.Clasificación de los suelos y rocas 104 3. B y U (Figura 3. Geotecnia Básica . En algunas ocasiones estas arcillas caen en caos de frontera ML-CL y MH-CH.  GRUPOS ML Y MH El grupo ML comprende la zona bajo la línea A. localizadas arriba de la línea A. sin embargo son suelos finos y suaves con un alto porcentaje de partículas tamaño de arcilla. donde aparecen las líneas A. algunas de sus características corresponden a limos inorgánicos.3 Carta de plasticidad con indicadores de contenidos minerales. su resistencia en estado seco es relativamente baja y en estado húmedo muestran cierta reacción a la prueba de dilatancia. derivados de los feldespato de rocas graníticas. El grupo CL comprende a la zona sobre la línea A y con límite liquido en el intervalo L L< 50% e IP > 7%. El grupo CH corresponde a la zona arriba de la línea A. del tipo del Loess límite líquido en el intervalo con 25%<L L<35% usualmente caen también en este grupo.3. y corresponde las arcillas formadas por descomposición química de cenizas volcánicas. o sea. CL Para suelos por encima de la línea A y a la izquierda de la línea B.74mm) Arena Fina Menor que la malla # 200 Finos(limos arcillas) Es de notar que no se hace distinción alguna por tamaños de granos entre fracciones limo arcilla. Los límites en tamaños de granos adoptados para la clasificación son los presentados en la Tabla 3. Tabla 3. pero si tales suelos contienen una cantidad considerable de materia orgánica pueden recibir el signo OL. Corresponde a suelos orgánicos. pasando a ocupar una posición más alejada de la línea A.  GRUPOS OL Y OH Denominación de distintas fracciones granulométricas. Por otra parte. Una pequeña adición de materia orgánica coloidal hace que el límite líquido de una arcilla inorgánica crezca. En términos generales. de alto límite líquido (mayor de 50%).Clasificación de los suelos y rocas 105 Las tierras diatomáceas prácticamente puras suelen no ser plásticas.6. la letra H corresponde a suelos que quedan situados al lado derecho de la línea B. Los suelos finos que caen sobre la línea A y con 4< IP <7 se consideran como casos de frontera. asignándoles el símbolo doble CL-ML.76 mm) Grava fina De la malla # 10 a la malla # 40 (0. si bien los orgánicos están siempre en lugares próximos a la línea A. pues no es su tamaño el que determina las características de compresibilidad y resistencia.6. sino que se utiliza el nombre general de finos. la letra L pertenece a los que quedan a la izquierda de ella. Para los suelos fino-granulares. MH Para suelos por debajo de la línea A y a la derecha de la línea B. Las zonas correspondientes a los grupos OL y OH son las mismas que las de los grupos ML y MH. Tamaños de los granos para diferentes tipos de suelos De 3” a ¾” Grava Gruesa De ¾” a la malla # 4 (4. ML Para suelos por debajo de la línea A y a la izquierda de la línea B. por más que su límite líquido pueda ser mayor que 100% (MH). con la división básica quedan asignadas a las diferentes zonas los siguientes símbolos: CH Para suelos por encima de la línea A y a la derecha de la línea B.42mm) Arena Media De la malla # 40 a la malla # 200 (0. pero si tales suelos contienen una cantidad de materia orgánica pueden recibir el signo OH. sin apreciable cambio de su índice plástico. los suelos cuyo punto representativo cae por encima de la línea A son arcillas (letra C) y aquellas cuyo punto queda por debajo de la línea son limos (letra M). esto hace que el suelo se desplace hacia la derecha en la carta de plasticidad. Sus mezclas con otros suelos de partículas finas son también de los grupos ML o MH. la discriminación entre limos y arcillas se basa en el límite líquido y el índice plástico y utiliza la carta de plasticidad.  GRUPOS Pt Geotecnia Básica . De esta manera. respectivamente. el índice plástico normalmente varía entre 100% y 200%. en el laboratorio. El límite líquido de estos suelos suele estar entre 300 y 500%. GC y SC.Clasificación de los suelos y rocas 106 Las pruebas de límites pueden ejecutarse en la mayoría de los suelos turbosos. en el caso contrario es una arena. Los anteriores requisitos se garantizan en la práctica. 30 a 50 mm se tiene una arena bien gradada. En combinación con los símbolos se obtienen los grupos GW y SW. Las gravas y las arenas se subdividen en cuatro tipos: Material prácticamente limpio de finos bien gradado W. no plásticos (M) o plásticos (C) con combinación con los símbolos genéricos da lugar a GM. faltando algunos Geotecnia Básica . especificando que en estos grupos el contenido de partículas finas no sea mayor de un 5% en peso. que son las iniciales de los nombres ingleses de los suelos más típicos de ese grupo. considerando las partículas de tamaño superior a 80 micras. La presencia de los finos que puedan contener estos grupos no debe producir cambios apreciables en las características de la fracción gruesa. Si más de la mitad de estos elementos tienen un diámetro superior a 2 mm el suelo es una grava. ni interferir con su capacidad de drenaje. Material con contenido entre el 5 y 12% de finos con combinación de símbolos genéricos da lugar a una doble simbología. quedando su posición en la carta de plasticidad netamente abajo de la línea A. el símbolo de cada grupo está formado por dos letras mayúsculas. Los subgrupos de los suelos GRUESOS son: Se dividen en gravas y arenas. Gravas y suelos en que predominen estos (G) (gravel) y Arenas y suelos arenosos (S) (sand).  GRUPOS GW Y SW Estos suelos son bien gradados y con pocos finos o limpios por completo. es decir son de apariencia uniforme o presentan predominio de un tamaño o de un margen de tamaños. Las gravas y las arenas se separan con la malla # 4 de manera que un suelo pertenece al grupo genérico G. Cuando un material fino no cae claramente en uno de los grupos. Por ejemplo MH-CH representará un suelo fino con LL>50% e índice plástico tal que el material quede situado prácticamente sobre la línea A. Material con cantidad apreciable de finos mayor del 12%.  GRUPOS GP Y SP Estos son los mal gradados. La gradación se juzga. Desde el momento en que la arena contiene algunos elementos escalonados de 2 a 20. se usaran para él símbolos dobles de frontera. mientras el coeficiente de curvatura (C c) este entre 1 y 3. SM. por ejemplo: GP-CH. después de un completo remoldeo. por medio de los coeficientes de tal forma que el de uniformidad (C u) sea mayor que 4 para gravas y mayor que 6 para arenas. si más del 50% de su fracción gruesa (retenida en la malla 200) no pasa la malla # 4 y es el grupo genérico S. Material prácticamente limpio de finos y mal gradado P en combinación con los símbolos y genéricos da lugar a los grupos GP y SP. 7. es decir no cumplen la condición de C u y Cc simultáneamente. el símbolo GW-SW se usará para un material bien graduado. con menos de 5% de finos y formada su fracción gruesa por iguales proporciones de grava y arena. con un contenido entre 5% y 12% de finos plásticos (arcillosos). El sistema Unificado los considera como casos de frontera adjudicándoles un símbolo doble. 3. en la práctica se ha visto que esto ocurre para porcentajes de finos superiores a 12% en peso. es decir. en lo referente a su contenido de partículas finas.  GRUPOS DOBLES Dentro de este grupo se encuentran diversas combinaciones como GP-GC.Clasificación de los suelos y rocas 107 intermedios.8. Sin embargo en estos casos los finos son de media a alta plasticidad. SP-CH. 3. en laboratorio. el contenido de finos de estos grupos de suelos debe ser mayor que 12% en peso. y se presentan en los suelos gruesos con contenido de finos comprendido entre el 5 y 12%. Dentro de estos grupos están comprendidas las gravas uniformes. es requisito que los límites de plasticidad localicen a la fracción que pase la malla # 40 abajo de la línea A o bien que su índice de plasticidad sea menor que 4. las arenas uniformes. de medanos de playa y las mezclas de gravas y arenas finas. Por ejemplo. deberán usarse también símbolos dobles. GWML.  GRUPOS GC Y SC Como antes.9 y 3. provenientes de estratos diferentes obtenidas durante un proceso de excavaciones. La plasticidad de los finos en estos grupos varía entre “nula” y “media”.3. Cuando un material no cae claramente dentro de un grupo. en peso. etc. La gradación se juzga en el laboratorio por medio de los coeficientes de uniformidad menor a 6 para arenas y 4 para gravas y el de curvatura 1<Cc<3. y por las mismas razones expuestas para los grupos GM y SM. tales como las que se depositan en los lechos de los ríos. por lo que esa cantidad se toma como frontera inferior de dicho contenido de partículas finas.4 Uso para los subgrupos En las Tablas 3. Por ejemplo un símbolo GP-GC indica una grava mal graduada. deben satisfacer los requisitos señalados para los dos grupos anteriores.  GRUPOS GM Y SM En estos grupos el contenido de finos afecta las características de resistencia y esfuerzo deformación y la capacidad de drenaje libre de fracción gruesa. es ahora requisito que los límites de plasticidad sitúen a la fracción que pase la malla # 40 sobre la línea A y el índice plástico mayor de 7.10 se presentan recomendaciones semiempíricas para la utilización de cada subgrupo de esta clasificación en diferentes obras de Geotecnia Básica . pero no cumplen los requisitos de gradación indicados para su consideración como bien gradados. correspondientes a casos de frontera. 3. en ningún caso es aconsejable el desarrollo de diseños con las descripciones cualitativas. los valores esperados de peso unitario. En la tercera columna incluye el comportamiento esperado ante una helada y la quinta describe la deformación que se puede presentar en estos depósitos cuando se les somete a mayores esfuerzos. obtenidos con esta clasificación.7 y 3. La segunda columna presenta los comportamientos observados como material de cobertura o capa más superficial en la estructura de una vía. En la tabla 3. relación de vacios y CBR. cuando se puede garantizar que el deposito no esta sometido a heladas. La tabla 3. La primera columna habla de su comportamiento como suelo de cimentación. su capacidad para soportar cargas cuando se utilizan como suelo de fundación o como base dentro de las capas que conforman la estructura de la vía. Las tres columnas siguientes hacen referencia el uso de estos materiales en la instrucción de una vía indicando las condiciones y tipo de equipo para compactarlo. La condición de drenaje que presentan los depósitos esta calificada como excelente.8 se presentan las recomendaciones de uso y los comportamientos esperados para los grupos de suelo. Resulta necesaria que el uso de estas clasificaciones como elementos de decisión estén acompañados de ensayos de campo y de laboratorio.Clasificación de los suelos y rocas 108 ingeniería. específicos de acuerdo al uso y que permiten cuantificar las propiedades y determinar en mejor forma su resistencia. Es recomendable que la utilización de estos resultados este acompañada de ensayos de laboratorio específicos para los depósitos de acuerdo a las características del proyecto. capa de rodadura. Geotecnia Básica .9 presenta una información más general sobre el uso de estos materiales en la construcciones de terraplenes. cuando es capaz de evaluar los fluidos que lleguen al deposito sin modificar estas características y se define como impermeable cuando el flujo a través del depósito es muy lento y además modifica sustancialmente otras características. 94 e < 0.40 20-60 A-3 Muy ligera Prácticamente impermeable Excelente: cilindro apisonador. rodillo neumático > 1.70 . rodillo neumático > 2.8 Sistema Unificado de la Clasificación de Suelos ( SUCS ) > 1.7 Características de los suelos en la clasificación para el empleo en aeropuertos (ArthurCasagrande) Símbolo del Grupo Calificación como cimiento no sujeto a heladas GW GC GP Calificación como Superficie de rodadura Posible actuación de la helada Compresibilidad y entumecimiento Condiciones de drenaje Condiciones de compactación y equipo Densidad a compactación óptima e índice de huecos Indice C. de la muestra compactada y embebidas Grupo comparable de la clasificación PRA Con paliativo para el polvo Con tratamiento superficial bituminoso Excelente Regular a malo Excelente Ninguna a muy ligera Casi ninguna Excelente Excelente. Tractor de oruga. rodillo neumático > 2.10 e < 0.B. rodillo neumático.30 > 40 A-1 Malo o regular Ninguna a muy ligera Excelente Bueno a Excelente.02 e < 0. Tractor de oruga. SW Excelente Malo Bueno Ninguna a muy ligera Casi ninguna Excelente Excelente. tractor de oruga.35 > 50 A-3 Excelente Excelente Excelente Media Muy ligera Prácticamente impermeable Excelente. rodillo neumático 10-30 A-3 SC SP Excelente Bueno Excelente Malo Excelente Media Malo Ninguna a muy ligera Casi ninguna Tabla 3.40 >1. Tractor de oruga.86 e < 0.94 e < 0. cilindro apisonador.45 25-60 A-3 > 20 A-2 Excelente Malo Casi ninguna GF Bueno a excelente Malo a bueno Regular a bueno Ligera a media Casi Ninguna a ligera Regular a prácticamente impermeable Bueno a Excelente. cilindro apisonador.62 e < 0. rodillo neumático > 2.Tabla 3. rodillo neumático > 1.R.35 20-60 A-1 Excelente Bueno a Excelente.02 e < 0. tractor de oruga. Escencial gran vigilancia.R.B. Densidad a compactación óptima e índice de huecos Indice C.9 Clasificación Unificada – Características de los suelos 4-15 A-4 A-6 A-7 A-6 .Símbol o del Grupo SF Calificación como cimiento no sujeto a heladas Regular a bueno Calificación como Superficie de Rodadura Con paliativo para el polvo Con tratamiento superficial Bituminoso Malo a bueno Malo a bueno Posible actuación de la helada Ligera a Grande Compresibilidad y entumecimiento Casi ninguna a media Condiciones de drenaje Condiciones de compactación y equipo Regular a prácticamente impermeable Bueno a Excelen. Tractor de oruga neumático cilindro apisonador. de muestra compactada y embebidas Grupo comparable de la clasificación PRA 10-30 A-2 6-25 A-4 > 1.62 e < 0.70 e < 0.62 e < 0.90 <6 A-6 A-7 OH Muy malo Inútil Media Grande Prácticamente impermeable Malo a muy malo > 1. Cilindro apisonador OL Malo Muy malo Media a grande Media a grande Malo Regular a malo. Cilindro apisonador > 1.70 <7 A-5 CH Malo a muy malo Muy malo Media Grande Prácticamente impermeable Regular a malo.90 3-8 A-4 A-7 MH Malo a muy malo Muy malo Media a muy grande Grande Regular a malo Malo a muy malo > 1.70 No se puede compactar Tabla 3. CL Regular a malo Malo Media a muy grande Media Prácticamente impermeable Regular a bueno.45 e < 0. rodillo neumático. Cilindro apisonador > 1.62 e < 0.45 e < 0.70 <4 A-7 A-8 Pt Extremada mente malo Inútil Ligera Muy grande Regular a malo > 1.70 e < 0.60 ML Regular a malo Malo Media a muy grande Ligera a media Regular a malo Bueno a malo. Secciones permeables. SM Regularmente estable. Se usa en núcleos y mantos impermeables. Razonablemente estable. Se usa en núcleos delgados y en mantos. puede usarse para núcleos y mantos impermeables. Buena a deficiente OL No recomendable para terraplenes. SP Razonablemente estable. Puede usarse para diques o núcleos impermeables. Puede usarse en terraplenes con control apropiado. Estabilidad deficiente. Muy estable. Inaceptable Malo muy malo Malo muy malo Inaceptable Inaceptable Inaceptable Inaceptable Inaceptable Inaceptable Inaceptable Inaceptable Inaceptable . Se necesita protección para los taludes. RELATIVAS A CARRETERAS Y AEROPISTAS COMO BASE FUNDACIÓN DIRECTAMENTE Excelente Bueno Buena Buena a excelente Malo a aceptable Buena Buena a excelente Bueno a malo Buena Bueno Malo Buena Bueno Malo Aceptable a bueno Malo a inaceptable Aceptable a bueno Malo a inaceptable Buena a deficiente dependiendo de la densidad Buena a deficiente dependiendo de la densidad Regularmente estable.RELATIVAS A TERRAPLENES Y FUNDACIONES GRUPO USO PARA TERRAPLENES CAPACIDAD DE SOPORTE GW GP GM GC SW Muy estable. Estabilidad deficiente. Regular a mala Aceptable a bueno Aceptable a bueno Aceptable a bueno Malo Deficiente Malo SC ML MH CH Buena a deficiente Regular a deficiente OH No indicado para terraplenes Muy deficiente Pt No se usa en construcciones. Respaldos permeables depermeables diques y presas. Respaldos de diques y presas Razonablemente estable. No recomendable para respaldos. Usado para núcleos impermeables en estructuras para control de inundaciones. Puede usarse para diques o núcleos impermeables. susceptible a licuefacción CL Estable. Regularmente estable. No recomendable para respaldos. Muy deficiente. Puede usarse en secciones de diques con taludes poco inclinados. Estabilidad regular con taludes poco inclinados. No deseable en construcción de llenos compactados. Procedimiento de identificación en el campo LIMITE LIQUIDO < 50% SUELOS FINOS: ARCILLAS Y LIMOS Determinación de la plasticidad en la obra. en el cual se puede hacer la identificación de los suelos con base en el laboratorio los ensayos de laboratorio los resultados del ensayo granulométrico.10 Clasificación de los suelos finos. .5 Utilización de diagrama de flujo En la Figura 3.Tabla 3. MUY PLASTICOS T (Pt) TURBAS Y OTROS SUELOS MUY ORGANICOS Reconocidas por el olor. color oscuro. textura fibrosa. límite plástico y la descripción visual. densidad húmeda 3. MUY PLASTICOS NULA A LENTA PEQUEÑA MEDIA MEDIA A GRANDE Ot (OH) LIMOSA ARCILLAS ORGÁNICAS.3. tomado del texto Mecánica de Suelos de Juárez Badillo y Rico del Castillo. límite líquido.4 se presenta el diagrama de flujo. MUY PLASTICOS NULA GRANDE GRANDE Y MUY GRANDE At (OH) LIMOS Y ARCILLAS ORGÁNICAS. Agitación Consistencia Resistencia Las materias orgánicas predominanates SIMBOLOS DENOMINACIÓN GEOTECNICA RAPIDA A LENTA NULA NULA Lp (ML) LIMOS POCO PLASTICOS NULA A LENTA MEDIA MEDIA A GRANDE Ap (CL) ARCILLAS POCO PLASTICOS LENTA PEQUEÑA PEQUEÑA A MEDIA Op (OL) LIMOS MUY PLASTICOS LENTA A NULA PEQUEÑA MEDIA PEQUEÑA A MEDIA Lt (MH) LIMOS Y ARCILLAS ORGÁNICAS. posible mente LL.4 Procedimiento auxiliar para la identificación de suelos. GW-GM Determínese LL y LP en la fracción menor que la malla Nº40 Abajo de la línea A ö IP<4 en la carta de plasticidad Bien gradado Mal gradado GW GP Menos del 5% pasa la malla Nº200 Mas del 12 % pasa la malla Nº200 EXAMINESE LA CURVA GRANULOMÉTRICA Mas del 12 % pasa la malla Nº200 Casos de frontera que deben tener símbolo doble de acuerdo con las características de plasticidad y granulometría ej. EN CASO DE FRONTERA DETERMINESE LA CANTIDAD QUE PASA POR EL TAMIZ 200 SUELOS ALTAMENTE ORGANICOS(PT) Textura fibrosa. Sistema Unificado Orgánicos CH OH Inorgánicos MH . LP en el suelo secado al horno Arriba de la línea A con IP>7 en la carta de plasticidad Arriba de la línea A con Ip ente 4 y 7 en la carta de plasticidad Mal gradado SP Arriba de la línea A con IP>7 en la carta de plasticidad Color. posible mente LL. LP en la fracción menor que la malla Nº40 GM . olor. por ej. LP en el suelo secado al horno Abajo de la línea A ö IP<4 en la carta de plasticidad Arriba de la línea A con IP>7 en la carta de plasticidad Arriba de la línea A con IP ente 4 y 7 en la carta de plasticidad GM Entre el 5 y el 12% pasa la malla Nº 200 H Límite Líquido mayor de 50 SC ML ML-CL Orgánicos Inorgánicos OL ML Figura 3.HAGASE UN EXAMEN VISUAL DEL SUELO PARA DETERNINAR SI ES ALTAMENTE ORGANICO. olor. alto contenido de agua SUELOS DE PARTICULAS FINAS Mas del 50% pasa el tamiz 200 SUELOS DE PARTICULAS GRUESAS Mas del 50% se retiene en el tamiz 200 HAGASE GRANULOMETRIA Determínese LL Y lp en el material que pasa el tamiz Nº 40 ARENAS (S) Mas del 50% de la fracción gruesa pasa el tamiz Nº4 GRAVAS (G) Mas del 50% de la fracción gruesa se retiene en el tamiz Nº4 L Límite Líquido menor de 50 Menos del 5% pasa la malla Nº200 Entre el 5 y el 12% pasa la malla Nº 200 EXAMINESE LA CURVA GRANULOMÉTRICA Casos de frontera que tienen símbolo doble de acuerdo a las características de plasticidad y granulometría. SW-SM Determínese LL.GC Bien gradado GC SW Arriba de la línea A con IP entre 4 y 7 en la carta de plasticidad SM Abajo de la línea A y/o IP<4 en la carta de plasticidad Arriba de la línea A en la carta de plasticidad SM-SC Abajo de la línea A en la carta de plasticidad Color. olor. DE PARTICULA GRUESAS O DE PARTÍCULAS FINAS . se hallan indicados en la Tabla 3. Clasificación por el método de la FAA.12 se presentan los tipos de suelos considerados y su comportamiento como subrasante. se presenta la variación de límites de consistencia que tienen los suelos de granulometría fina dentro de esta clasificación. la FAA clasifica los suelos en 13 tipos de E1 al E13.11. aquellos que tienen un contenido de arena mayor del 55%. Los restantes son suelos “finos”.12 se dan a conocer las características de cada uno de los suelos clasificados por la FAA. Tabla 3. en la Tabla 3. así como los límites de consistencia del suelo. Nombres sugeridos CLASE DE MATERIAL Arena Loess Arenoso Loess Loess Limoso Limo Loes Arcilloso-Arenoso Loes Arcilloso Loess Arcilloso –Limoso Arcillo-arenoso Arcillo-limoso Arcilla ARENA % 80-100 50-80 30-50 0-50 0-20 50-80 20-50 0-30 50-70 0-20 0-50 LIMO % 0-20 0-50 30-50 50-80 80-100 0-30 20-50 50-80 0-20 50-70 0-50 ARCILLA % 0-20 0-20 0-20 0-20 0-20 20-30 20-30 20-30 30-50 30-50 30-100 Considerando el material que pasa el tamiz # 10. En la Tabla 3. Geotecnia Básica . Estos suelos son predominantemente limosos o arcillosos. sugeridos por FAA (Federal Aviation Agency). Así mismo. Son suelos “granulares”. con un porcentaje de arena menor del 55%.Clasificación de los suelos y 114 rocas 3.11.4 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS POR EL METODO DE LA FAA Los nombres así como las características de los diferentes suelos. 12 Clasificación de los suelos según la FAA TOTAL MATERIAL QUE PASA AL TAMIZ # 10 MATERIAL QUE PASA AL TAMIZ # 40 CLASE DE TERRENO DE FUNDACIÓN (SUBRASANTE) BUEN DRENAJE MAL DRENAJE Retenido en el tamiz # 10 (grava) Arena gruesa pasa tamiz # 10 y queda retenido en el # 60 Arena fina pasa el tamiz # 60 y queda retenido en el # 270 Limo y arcilla combinados (pasa el tamiz # 270) Límite Líquido Indice Plástico Sin heladas Con heladas fuertes Sin heladas Con heladas fuertes E-1 0 .55 45+ 40- 30- F5R2b F7R2c F7R2c F9R2d E .55 45+ 80- F8R2d F9R2e F10R2E F10R2e E . e tienen el mismo significado para capa rígida. no se establece un valor pero se indica que para R1 es necesario menor espesor que para R9.10 0 . los números 1..40 F4R1b F6R1c F7R2c F8R1d E-9 0 ..13 Tierra turbosa basada con un elevado contenido de materia orgánica.45 25- 25- 6- F1R1a F1R1a F1R1a F2R1a E-4 0 .12 0 . NOTA: En la tabla aparecen las letras F para pavimento flexible y R para capa rígida.45 40+ 60- 15- 25- 6- FaR1a FaR1a FaR1a FaR1a E-2 0 .11 0 .45 15+ 85- 25- 25- 6- FaR1a FaR1a FaR1a F2R1a E-3 0 .3.55 45+ 80- 30+ F6R2c F8R2d F9R2d F9102d E .55 45+ 60- 15 . . b.30 F3R1b F4R1b F6R2b F7R2c E-8 0 .45 45- 40- 15- F1R1a F2R1b F3R1b F4R12 E-6 0 .50 F5R2b F7R2c F8R2c F9R2d E .55 45+ 70- 20 . a 9 indican el espesor de la estructura.2..55 45+ 50- 10 .55 45+ 40- 10- F2R1a F3R1b F4R2b F5E2b E-7 0 .. las letras a. Muy malo como terreno de fundación.45 *35 25- 6- F1R1a F1R1a F2R1a F3R2c E-5 0 .Clase de suelo Tabla 3. el suelo se clasifica como granular sí menos del 35% es inferior a 0. o suelo fino. Geotecnia Básica . si mas del 35% es inferior a 0. M – limo. La Tabla 3. S – arena. Simbología utilizada en la clasificación británica G – grava.13.06 mm. A partir de estas divisiones. finos.5 SISTEMA BRITÁNICO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS La clasificación se basa en la distribución de tamaños de las partículas de material que pasa por el tamiz BS de 63 mm. en tanto que en los suelos finos para escoger el nombre apropiado del suelo y el símbolo del grupo se utiliza la carta de plasticidad.06 mm. como se presenta en la Tabla 3. la gradación o las características de plasticidad y la presencia de materia orgánica. F – suelo fino.14 presenta la clasificación de los suelos por el Sistema británico de clasificación. seguida luego por las otras letras que indican las características de la fracción secundaria.Clasificación de los suelos y 116 rocas 3. Tabla 3. Pt – turba W – bien gradado L – baja plasticidad (LL< 35) P – mal gradado I – Plasticidad intermedia (LL = 35-50) Pu – gradación uniforme H – alta plasticidad (LL = 50-70) Pg – gradación discontinua V – muy alta plasticidad (70>LL< 90) O – orgánico E – extremadamente alta plasticidad (LL > 90) W – bien gradado U – en el rango de plasticidad alta (LL > 35) La letra que describe el tamaño de la fracción predominante se coloca primero en el grupo de símbolos. Cada grupo tiene un nombre descriptivo y un grupo de símbolos formados por letras que indican el tipo de suelo predominante y la gradación o las características de plasticidad. Por ejemplo: GWM – Grava Limosa bien gradada MLG – Limo Gravoso de baja plasticidad CHSO – Arcilla Orgánica arenosa de alta plasticidad. el suelo se clasifica en alguno de los numerosos grupos dependiendo de la gradación de la fracción granular y de las características de plasticidad de la fracción que pasa por el tamiz BS de 425  m. En los suelos granulares la curva de distribución de las partículas permite designar las características de gradación. C – arcilla.13. . se subdivide como C Arcilla de baja plasticidad de plasticidad intermedia de alta plasticidad de muy alta plasticidad de extremadamente alta plasticidad La letra descriptiva “O” es el sufijo para cualquier símbolo de grupo o subgrupo Pt suelos turbosos formados principal mente por plantas. alta. Limo arenoso.06 mm La Grava y la Arena pueden clasificarse como Grava arenosa y Arena gravosa. limo-arcillosos. “gravosa”. GPC GML. basándose en la composición granulométrica.06 mm) Límite líquido % Nombre Grava bien gradada 0a5 Grava mal gradada / uniforme / gradación discontinua 5 a 15 Grava limosa bien gradada / mal gradada Grava arcillosa bien gradada / mal gradada 15 a 35 Grava muy limosa. muy alta. GPg GWM. etc. en el límite y en el índice de plasticidad de un suelo. SPC 5 a 15 Arena limosa bien gradada / mal gradada Arena arcillosa bien gradada / mal gradada Arena muy arcillosa SM SF SC SML. etc. GPM GWC. SPg 0a5 Arena bien gradada Arena mal gradada / uniforme / gradación discontinua. ML. etc. SPM SWC. la Grava se clasifica como “muy arenosa” si esta por encima del 20%. NOTA 2. Los suelos se clasifican en siete grupos. o “ligera mente gravosa”. extremadamente alta plasticidad SW SPu. alta. “arenosa” si esta entre el 5 y el 20 %. etc.14 Sistema británico de clasificación de suelos Grupos de suelos Gravosas o arenosas 35 mas del 50% del material Mas del 50% del material (véase LIMOSnota Y ARCILLAS 2) ( inferiorarena a ARENAS 2mm) (mas gruesoGRAVAS que 2 mm) a 65 % de finos grueso ES del tamaño de la grueso tiene tamaño de grava 65 a LIMOS 100 % de Y ARCILLAS finos SUELOS FINOS Menos del 35%SUELOS del material GRUESOS es inferior a 0. SCL SCI SCH SCV SCE 15 a 35 Arena muy limosa. etc. pueden ser fibrosos o amorfos NOTA 1. Todas estas clasificaciones han sido agrupadas en una sola.Clasificación de los suelos y rocas 117 Tabla 3. La evaluación de cada grupo. intermedia. etc. cuándo sea apropiado (véase nota 1) SUELOS ORGÁNICOS TURBA Subgrupos e identificación de laboratorio Símbolo del grupo Grava ligeramente limosa o arcillosa GW G GP Grava limosa Grava arcillosa G-M G-F G-C Grava limosa Grava muy arcillosa GM GF GC Arena ligeramente limosa o arcillosa SW S SP S-M S-F S-C Símbolo del subgrupo GW Finos (% de inferiores a 0. “arenosa” si más del 50% del material grueso tiene tamaño de arena. SWM. extremadamente alta plasticidad) Limo gravoso Arcilla gravosa MG FG CG MLG. La AASHTO. Se designa esta clasificación como “clasificación de suelos AASHTO”. De esta manera similar la Arena puede clasificarse como “muy gravosa”. Geotecnia Básica . 3. intermedia. se hace por medio de su “Índice de Grupo”. muy alta. por el Highway Research Board. se subdivide como el CG Arcilla gravosa de baja plasticidad de plasticidad intermedia de alta plasticidad de muy alta plasticidad de extremadamente alta plasticidad <35 35 a 50 50 a 70 70 a 90 >90 Limo. el cual es calculado mediante una fórmula empírica. CLG CIG CHG CVG CEG Limo arenoso Arcilla arenosa SM FS CS Limo (suelo M) Arcilla M F C Arena limosa Arena arcillosa Arena muy limosa GPu. ha adoptado esta clasificación. se subdivide como el GC Grava muy arcillosa ( arcilla de baja. GCL GCI GCH GCV GCE <35 35 a 50 50 a 70 70 a 90 >90 MLS. de acuerdo con la proporción del material grueso de tamaño de arena. se subdivide como el SC Arena muy arcillosa ( arcilla de baja . que se basa en la que originalmente propuso el Bureau of Public Roads en 1929 y es prácticamente la misma que la recomendada en 1944 por el Highway Research Board. se subdivide como el CG Arcilla arenosa. CL CI CH CV CE Limo gravoso. se subdivide como el CG CLS. “Gravosa si más del 50% del material grueso tiene tamaño de grava. que representa a todos los departamentos de carreteras de los Estados Unidos de Norte América. y “ligeramente arenosa” si esta por debajo del 5%. etc. Esta clasificación divide los suelos en dos clases: una formada por suelos granulares y otra por suelos de granulometría final.6 CLASIFICACIÓN DE SUELOS METODO DE LA AASHTO Hace varios años se conocía la clasificación propuesta por Public Roads Administration. grava. equivalente de humedad del terreno. material ligante. que tengan un contenido de limo. Comprende aquellos materiales formados predominantemente por arena o grava bien gradados. o índices de grupo en exceso a los indicados para el grupo A-1 Así mismo incluyen aquellas arenas finas con un contenido de limo no plástico en exceso al indicado para el grupo A-3. Estos grupos incluyen aquellos suelos gravosos y arenosos (arena gruesa). y equivalente de humedad centrífuga.1 Bases de clasificación Para realizar la clasificación es necesario desarrollar los siguientes ensayos de laboratorio: análisis granulométrico.6.Clasificación de los suelos y rocas 118 3. utilizando los ensayos de granulometría. Inicialmente para utilizar esta clasificación era necesario conocer el limite de contracción. pero la fracción que pasa el tamiz # 40 tiene la mismas características de los suelos A-6 Y A-7. respectivamente. Los materiales de estos grupos son semejantes a los anteriores. respectivamente. Comprende esencialmente arena gruesa y el material ligante puede tener baja plasticidad. Pertenecen a estos subgrupos aquellos materiales cuyo contenido de material es igual o menor del 35% y cuya fracción que pasa por el tamiz # 40 tiene las mismas características de los suelos A-4 y A-5. límite líquido y límite plástico. SUBGRUPOS A-2-6 y A-2-7.2 Suelos granulares Son aquellos que tienen 35% o menos. Se incluye aquellas mezclas bien gradadas que no tienen material ligante. además las arenas de río que contengan poca grava y arena gruesa. SUBGRUPO A–1b. con o sin. GRUPO A-3. SUBGRUPOS A-2-4 y A-2-5. A – 2. GRUPO A–2. 3. Geotecnia Básica . SUBGRUPO A–1a. Este grupo incluye. limite líquido y límite plástico para hallar el índice de plasticidad. Estos suelos forman los grupos A – 1. arena y material ligante poco plástico. En la actualidad se ha simplificado. Incluye una gran variedad de material granular que contiene menos del 35% de material fino. compuestas de fragmentos de piedra. de playa y aquellas con poca cantidad de limo que no tengan plasticidad. En este grupo se halla incluidas las arenas finas. A – 3.072 mm).6. GRUPO A–1. del material fino que pasa por el matiz # 200 (0. Comprende las mezclas bien gradadas. Estos materiales presentan. se halla indicada gráficamente en la Figura 3. Además. Comprende aquellos suelos cuyos índices de plasticidad son muy elevados con respecto a sus límites líquidos y que. Sus límites líquidos son elevados. GRUPO A-7.6. Comprende aquellos suelos cuyo índice de plasticidad baja.Clasificación de los suelos y rocas 119 3.3 Suelos finos Son aquellos que tienen mas del 35% de granos que pasan el tamiz # 200. Por lo menos el 75% de estos suelos debe pasar el tamiz # 200. pero contienen material micáceo o diatomáceo. se incluyen en este grupo las mezclas de limo con grava y arena hasta en un 64%. experimentan cambios de volumen muy grandes entre sus estados “seco” y “húmedo”. Pertenecen a este grupo los suelos limosos poco o nada plásticos. pero si incluyen también las mezclas arenosas cuyo porcentaje de arena y grava sea inferior al 64%. Los suelos de este grupo son semejantes a los del A-6. Corresponde a una turba muy orgánica o material con considerable materia orgánica. que tienen un 75% o más del material que pasa por el tamiz # 200. además. La variación de los límites e índice de plasticidad para los suelos finos. GRUPO A-4.5. SUBGRUPO A-7-5. pero son elásticos. SUBGRUPO A-7-6. 100 90 Línea A 80 Subgrupo A 7-5 70 60 50 A-5 A-7 IP=LL-30 Subgrupo A 7-6 Límite líquido LL 40 30 A-4 A-6 20 10 0 10 20 30 40 50 60 Indice de plasticidad IP 70 Geotecnia Básica . GRUPO A-6. Estos índices llamados “índices de grupo” dan a conocer el tipo de material se debe observar que la línea A de la carta de plasticidad de Arthur Casagrande ha sido superpuesta en esta figura y se observan algunas diferencias. GRUPO A-8. GRUPO A-5. El material típico de este grupo es la arcilla. Son elásticos y tienen un límite líquido alto. grandes cambios de volumen entre los estados y húmedo. La modificación más importante introducida en esta nueva clasificación es la “evaluación” de los suelos por medio de índices. Los suelos comprendidos en este grupo son semejantes a los del anterior. generalmente. Geotecnia Básica .16 se indican los tipos de suelo para esta nueva clasificación incluyendo los respectivos subgrupos y las características en granulometría y límites de consistencia para que pueda ser identificado en un determinado grupo.Clasificación de los suelos y rocas 120 Figura 3.15 y 3. Intervalos de límite líquido y del índice de plasticidad para suelos limo arcillosos ( A-4 a A-7 ) En las Tablas 3.5. perjudicial a veces A-2 Media Alta Mediana a baja.074 mm) Características de la Fracción que pasaLIQUIDO malla 40 LIMITE INDICE PLÁSTICO TIPOS USUALES DE MATERIALES COSTITUYENTES SIGNIFICATIVOS A–3 A-1-a A-1-b 50 máx. 50 máx. 40 max. 0 Cascajos y arenas limosos y arcillosos EXCELENTES A BUENOS Suelos limosos Suelos arcillosos MODERADOS A POBRES Tabla 3. 36 min. 25 máx. 20 máx. 40 máx. Características principales de los grupos de suelos en la clasificación de la AASHTO GRUPO PERMEABILIDAD CAPILARIDAD ELASTICIDAD CAMBIOS DE VOLUMEN COMPORTAMIENTO DEL SUELO COMPACTADO A-1 Alta Baja Muy Baja Muy pequeños Excelente. 11 min. 11 min. Malo cuando húmedo COMO TERRENO DE Bueno a excelente PARA SUB BASE PARA BASE PARA TERRAPLENES Bueno a excelente Bueno a excelente Bueno a excelente Bueno a excelente Regular Malo a regular Regular a excelente Bueno a excelente Regular a excelente Regular a excelente Regular a bueno Malo a regular Malo a regular Malo a bueno Malo Pésimo Malo a pésimo Regular a pésimo Regular a pésimo Malo a pésimo Malo a pésimo Malo a regular Malo a pésimo Regular a bueno Regular a bueno Malo a regular Malo a pésimo .7-6 35 máx. Húmedo se reblandece Bueno a excelente. 36 min. 15 máx. 0 Np 0 Fragmentos de roca – cascajo y arena Arenas finas COMPORTAMIENTO COMO SUBRASANTE MATERIALES LIMO-ARCILLOSOS (MÁS DEL 35% PASA MALLA 200) A–2 A-4 A-5 A-6 A-7 A-7-5 y A.42 mm) No 200 (0. 30 máx. 36 min. 11 min. Más estable bajo ciertas condiciones de humedad Regular cuando seco. 11 min.16 . 10 máx. 10 máx. perjudicial a veces Regular a elevada. Inestable cuando húmedo. 35 máx. 41 min. perjudicial a veces A-3 Mediana a Alta Baja A-4 Baja a media A -5- Baja a media A-6 Baja a prácticamente impermeable Prácticamente Impermeable A-7 Elevada. 16 máx. 41 min. 35 máx. 10 máx. 36 min. Np 50 min. 40 máx. Estable en tiempo seco.15 Clasificación de la AASHTO y mezclas de agregados MATERIALES GRANULARES ( MENOS DEL 35% PASA MALLA 200) CLASIFICACIÓN GENERAL A–1 CLASIFICACIÓN POR GRUPOS Tamizado % que pasa malla No 10 (2 mm) No 40 (0. perjudicial a veces Regular a elevada Regular a elevada Medianos a elevados Muy pequeños Baja a mediana Mediana a elevada Mediana a elevada Mediana a elevada Pequeños a elevados Regulares a elevados Medianos a elevados Medianos a elevados Bueno a excelente. 8 máx. Malo a Pésimo Regular a Bueno cuando seco. 10 máx.Tabla 3. 4 máx. 10 máx. Malo cuando lluvioso Regular a Bueno cuando seco. 41 min. 41 min. 12 máx. A-2-4 A-2-3 A-2-6 A-2-7 35 máx. estable en tiempo seco y húmedo Elevada. 40 máx. 005ac+0. Los índices de grupo de los suelos granulares están generalmente comprendidos entre 0 y 4.1) donde: a: parte del porcentaje que pasa el tamiz 200 mayor de 35 sin exceder 75 expresado en número entero entre 0 y 40. expresado como número entero de 0 a 20. IG=0.01bd (3. y se da siempre como un numero entero.6. O también se pueden utilizar ábacos. querrá decir un suelo A-2-4 cuyo índice de grupo es 1. conocido el porcentaje que pasa malla 200. o más. Así por ejemplo.Clasificación de los suelos y rocas 122 3. entre 11 y 20.1. A-2-4 (1). Figura 3. el límite líquido e índice de plasticidad. En la Figura 3. b: parte del porcentaje que pasa malla 200 mayor de 15 y sin exceder 55 expresado en número entero entre 0 y 40.2a+0. La clasificación de un suelo en un determinado grupo se basa en su límite líquido. Cuando se indica un índice de grupo hay que colocarlo entre paréntesis.7 se presenta el diagrama de flujo para esta clasificación. grado de plasticidad y porcentaje de material fino que pasa el tamiz # 200.6 Ábaco para la obtención del índice de grupo (IG). y están representados por un determinado índice. c: parte del limite líquido mayor de 40 y sin exceder 60 expresado en número entero entre 0 y 20.4 Metodología de clasificación Indice de Grupo: Aquellos suelos que tienen un comportamiento similar se hallan dentro de un mismo grupo. El IG es igual a la suma de las lecturas en el eje vertical de (a) y (b). como la Figura 3. Geotecnia Básica .6. d: parte del índice de plasticidad mayor de 10 y sin exceder 30. El índice de grupo puede determinarse mediante la fórmula 3. los correspondientes a los suelos limosos entre 8 y 12 y los de suelos arcillosos. para su cuantificación. -No plástico A–1–b A– 3 LL < 40 LL > 41 LL < 40 LL > 40 A–2–4 A– 2 –5 A– 2 -6 A– 2 –7 A– 4 A–5 A– 6 A–7–5 A–7–6 Figura 3. -Mas del 50% pasa malla 10 -Menos del 50% pasa malla 40. -IP <6 -IP < 6 A–1 – a IP > LL – 40 -Menos del 25% Pasa malla 200. ó LP < 30 -Menos del 10% pasa malla 200.7 Diagrama de flujo auxiliar para el procedimiento de clasificación según la AASHTO Geotecnia Básica . -Menos del 30% pasa malla 40.EXAMINAR EL SUELO PARA DETERMINAR SI ES O LIMO-ARCILLOSO DETERMINAR LA CANTIDAD QUE PASA LA MALLA 200 SUELOS GRANULARES 35% O MENOS PASA LA MALLA 200 SUELOS LIMO-ARCILLOSOS 35% O MAS PASA LA MALLA 200 MENOS DEL 25% PASA LA MALLA 200 A– 2 MENOS DEL 35% PASA LA MALLA 200 Efectuar análisis por tamizado y LL y LP sobre el material que pasa la mall a 40 Efectuar LL y LP sobre el material que pasa la malla 40 A– 1 Menos del 50% Pasa la malla 40 51% o más pasa la malla 40 Limoso IP < 10 Efectuar LL y LP sobre el material que pasa la malla 40 Limo IP < 10 Arcilloso IP > 11 LL < 40 Arcilla IP > 11 LL > 40 LL < 40 A .7 LL > 40 -Menos del 15% Pasa malla 200. (3) Con LL= 35% e IP=13. chequeando cada tipo de suelo partiendo del A-1 hasta encontrar un suelo que cumpla todos los requisitos de porcentajes máximos o mínimos. (4) El índice de grupo se puede calcular como: IG = 0. con grava redondeada 69 54 46 41 36 39 27 95 90 83 71 55 55 24 75 50 35 15 3 Café grisáceo con algo de olor y presencia de raices Azul – gris con algo de grava.1 para la evaluación del índice de grupo. Además en la Tabla 3.1: (Utilizando los ábacos para hallar el IG) Dado las caracteristicas consignadas en la Tabla E3.0 El Índice de grupo se obtiene en forma mas conveniente como la suma de los valores hallados de la Figura 3.Clasificación de los suelos y rocas 124 Una vez se halla el índice de grupo se va a la Tabla 3. Ejemplo 3. la cual puede utilizarse para complementar la información de cada suelo. la unificada y la propuesta del MIT y hacer comentarios respecto a su utilización de acuerdo a lo recomendado en las Tablas 3. En esta misma tabla se tiene un comentario respecto a su utilización como subrasante.6 (a) y (b). porque solo un 15% pasa el tamiz 200.15 (1) Procedimiento de izquierda a derecha en la Tabla 3. en la parte (b) se intercepta la línea Geotecnia Básica .2(0) + 0. NP Amarilla Limpia ***** Solución Se inicia con la clasificación de la AASHTO.01(0)(3) = 0.16 de Clasificación.0005(0)(0) + 0. En estas figuras se entra con el porcentaje que pasa la malla 200.1 para los tres suelos clasificar utilizando los sistemas de la AASHTO.1Características de los suelos ejemplo 3. el suelo será un A-1. se elimina A-1 y A-3. en la parte (a) se intercepta la línea correspondiente con el índice plástico del suelo y se rebota hacia la derecha para hallar el valor respectivo sobre el eje vertical. límites e índice de grupo. el suelo se ajusta a la clasificación A-2-6.15 y 3. utilizando la formula 3. A-3 o A-2.1 Porcentaje que Pasa Tamiz N° 4 10 40 100 200 WL % Wp % Observación visual SUELO A B C D 40 30 22 20 15 35 22 Café amarillento oscuro. (2) Con base en el IP= LL-LP= 35-22 =13.16 se presentan las principales características de los suelos correspondientes a los distintos grupos.15 . Tabla E3. Clasificación del suelo A: Tabla 3. (Confronte el resultado utilizando el ábaco de la Figura 3.15 y se utiliza el siguiente razonamiento: Se procede de izquierda a derecha.5). café grisáceo.5 (b) = 0.7 y se tiene: (a) Para el suelo A. % pasa tamiz 200=36% se trata de suelo grueso 2) Se debe escoger si es grava o arena. A-6 (1). luego se trata de una grava. Recomendación: según la Tabla 3.5 (a) = 0. el suelo solo puede ser un A-6 o A-7. arena. (4) Él índice de Grupo es: Figura 3.4 IG = 0. (b) Suelo B: utilizando el mismo procedimiento para el suelo A clasificación AASHTO se tiene: (1) Procedimiento de izquierda a derecha en la Tabla 3.0 (5) Del estudio de los datos del análisis del cernido ( 31% grava. se trata de una grava arcillosa (GC). con porcentaje que pasa la malla Nº 200 (15%). el 40% pasa la malla Nº 4 incluyendo los finos. se trata de una arena .5 (b) = 0 IG = 0.7 se comporta bien como suelo de cimentación. A-5. tiene baja compresibilidad.15.15 el comportamiento esperado como subrasante es bueno.5 (a) = 0 Figura 3. el suelo solo puede ser un A-4. limos y arcillas. (3) Con LL = 39%. el suelo es un A-6. grava areno-limosa o arcillosa. Para el suelo B : clasificación unificada 1) Se debe escoger si es un suelo grueso o fino. el suelo B es arcilla o limo arenoso con bastante grava. y al no ser un material uniforme se hace inaplicable. En este caso se utiliza el ábaco de la Tabla 3. Ahora clasificación según el sistema unificado de suelos. El único parámetro que tiene en cuenta es el tamaño y la distribución de los mismos. La suma de los dos valores hallados con el proceso anterior es igual al IG así: Figura 3.5 Figura 3. se trata de un suelo grueso. Clasificación del MIT.Clasificación de los suelos y rocas 125 correspondiente con el límite líquido y se rebota hacia la izquierda para determinar el valor en eje vertical. en in material impermeable.9 = 1. Cubre tamaños de grava. (2) Ahora del porcentaje o fracción gruesa el 85%. A-2-6 (0). en la Tabla 3. el suelo A es café amarillento oscuro. (3) Mas del 12% pasa el tamiz 200. con algo de material orgánico.15 o el diagrama de flujo de la Figura 3. A-6 o A-7 ya que 36% pasa la malla 200. % de la fracción gruesa retenido Nº 4 = 31% Y % entre tamiz Nº 4 y tamiz Nº 200= 33% . o como superficie de rodadura en vías. Clasificación unificada: (1) Se debe escoger si es un suelo grueso o un suelo fino. También puede asimilarse con el tamaño de proporción en la distribución presentada. 33% arena) y con los datos recién obtenidos. el resultado obtenido se ajusta a un suelo A-2-6 (5) Del estudio de los datos del análisis del cernido y de los datos de clasificación. Geotecnia Básica . (2) Con base en el IP = 12. queda arriba de la línea A en la carta de plasticidad y el índice de plasticidad mayor que 7. 2) Menos del 25 % pasa malla 200. el suelo es un A-4. suel9o grueso .76 75 50 Nº 10 2. 3) Curva granulométrica TAMIZ (mm) Abertura % peso 75 Nº 4 4.8 IG = 13. CLASIFICACION DE AASHTO 1) Porcentaje que pasa malla 200 3%. en este caso 55% > 50% entonces el sufijo es H 3) Índice de plasticidad 31. se trata de una arcilla C .5 el Índice de grupo es: Figura 3.150 15 Nº 200 0. cascajo y arena . 2) Limite liquido > 50 % . (2) Con LL = 55% e IP = 31. CLASIFICACION UNIFICADA . azul-gris A-7-6 (14). S.(6. fragmentos de roca . A-5. A-6 o A-7. d)Para el suelo D.425 35 Nº 100 0. % pasa tamiz Nº 200= 55% .5(a) = 8 Figura 3. LL – LP . menos del 50% pasa malla 40 ( 35 % ) 3) Menos 25% pasa malla 200.Clasificación de los suelos y rocas 126 3) % que pasa tamiz Nº 200 > 12 %.00 50 Nº 40 0.1 1 Abertura (Log) 2 10 . 3% luego es un suelo grueso .5) 2) Menos del 5% pasa malla 200 .Suelo C 1) Se debe escoger si es grueso o fino. con LL e IP se va a la carta de Casagrande y el punto queda sobre la línea A .074 Geotecnia 3 Básica 25 0. IP>7 . CLASIFICACION UNIFICADA 1) Porcentaje que pasa malla 200. menos del 50% pasa malla 40% (35%) . y mas del 50% de gruesos para malla Nº 4. El suelo es un CH. El suelo es una arena arcillosa (b) Suelo C: CLASIFICACION DE AASHTO (1) Con 55% que pasa el tamiz 200. el suelo es un A-7-6 ya que IP> LL -30 (3) Según la gráfica 3.01 0. IP<6 es un suelo A-I-B.luego es un suelo fino .5(b) = 5.8 = 14 (4) El suelo C es una arcilla arenosa con algo de grava. Clave Cobertura (ZH 9) (ZH 3) Pared izquierda Pared derecha Solera (ZH 6) a) Sección de una excavación ZH: zona horaria Formación II Portal entrad a Dirección del flujo Formación I Formación IV TUNEL Portal salida Formación III Geotecnia Básica b) Corte transversal de un túnel a flujo libre .75 D 2 0. Solera: zona recta o curva que forma la base de la excavación y que es recta para una sección tipo baúl. hasta clasificaciones en las que se necesitan exploraciones y ensayos de laboratorio sobre muestreos representativos para la clasificación de un macizo. madera y otros menos convencionales que se utilizan para proteger y estabilizar la excavación en forma definitiva. Clave: Arco semicircular.5   0. en cada sitio del túnel se tiene una cobertura deferente.5  Cu = D10 0.09  2. 3 30 D30 =0. arcos de acero. Soporte: Consiste en los elementos temporales instalados en la excavación para impedir la deformación y mantener abierto el túnel. Antes de presentar las clasificaciones geomecánicas de rocas se ilustran algunas expresiones utilizadas en excavaciones subterráneas.09 D10 =0.30 mm D2.7 CLASIFICACION GEOMECÁNICA DE LAS ROCAS En mecánica de rocas se ha venido desarrollando una serie de clasificaciones geomecánicas.09 mm Cg = D10* D60 0. que utilizan como parámetros de identificación de un macizo rocoso desde la descripción visual.5=2.8 se presenta la sección de un túnel tipo baúl y un corte transversal. ver figura 38 a Cobertura: distancias perpendicular más corta desde la clave de la excavación hasta la superficie del terreno.5 mm De los valores de c u y cg se dice que es una arena bien grabada 3. para la sección tipo baúl. localizada en la parte superior de la excavación y que va desde la zona horaria 3 hasta la zona horaria 6. El revestimiento pueden ser los mismos elementos en concreto con pernos. Estas clasificaciones han tenido una gran utilización en el diseño y construcción de excavaciones subterráneas. En la clasificación se pretende determinar la calidad del macizo para establecer si necesita o no algún tipo de soporte o revestimiento.Clasificación de los suelos y rocas 127 D60 2 . En la Figura 3. Clasificación de los suelos y rocas 128 Figura 3.8 Sección y corte transversal de una excavación En la Figura 3.9 se presenta el diagrama propuesto en el texto de excavaciones subterráneas de Hoeck y Brown, para establecer la factibilidad de ejecución de un proyecto de excavación subterránea en roca. Con las características geológicas y geotécnicas del material del macizo, se hace el recorrido por el diagrama, con el objetivo de verificar la factibilidad de la excavación. Recopilación preliminar e interpretación de datos geológicos de documentos históricos, cartas geológicas, fotografías aéreas, topografía de superficie y registros de núcleos de exploración de diamante. Consideraciones sobre la relación entre las características del macizo rocoso y la geometría y orientación de las futuras excavaciones. En macizos rocosos duros con características estructurales muy inclinadas, la estabilidad de la excavación se puede ver afectada por caídas y deslizamientos gravitacionales sobre discontinuidades inclinadas. Los sistemas de clasificación de rocas no son adecuadas. Cuando no es probable que la estabilidad se vea afectada por deslizamientos, otros factores como los esfuerzos altos y la meteorización se hacen importantes y se pueden evaluar mediante una clasificación de la calidad de la roca. Uso del índice de calidad de roca para comparar la estabilidad de excavación y la necesidad de refuerzo con pruebas documentadas de otros sitios con condiciones geológicas parecidas. ¿Se advierten problemas de estabilidad para excavaciones del tamaño y la forma que se pretenden? SI Diseño de las excavaciones basado en consideraciones operativas con previsión de un ademe mínimo. NO . Inestabilidad debido a geología estructural adversa. Levantamiento geológico detallado de sondeos, afloramientos, galerías y pozos a cielo abierto de exploración. ¿Podrá mejorarse la estabilidad al reubicarse o reorientarse las excavaciones? SI NO Diseño de excavaciones donde sea necesario hacer observación geológica directa y ademe local. Inestabilidad debida a esfuerzos exageradamente grandes. Inestabilidad debida a la meteorización y/o roca expansiva. Mediciones in situ de los esfuerzos de la roca cerca de la excavación propuesta. Prueba de durabilidad de slake y de expansión en las muestras de roca. Pruebas de resistencia de la roca para determinar el criterio de ruptura. Consideraciones sobre posibles remedios, como la aplicación neumática del revestimiento de concreto. Análisis de los esfuerzos en la excavación propuesta para determinar la fractura potencial de la roca. Excavación de prueba triaxial para comprobar los correctivos propuestos. ¿Podrá aminorarse o eliminarse la fractura de la roca con un cambio del trazo de la excavación? NO SI Diseño de la secuencia de excavación para garantizar un mínimo de tiempo entre exposición y protección de las superficies. Diseño de ademe para Diseño de excavaciones Inestabilidad debida a presiones o flujo exagerados del agua subterránea. Instalación de piezómetros para determinar presiones y distribución de aguas subterráneas. Diseño de drenes o sistema de recubrimiento para controlara las presiones excesivas de aguas subterráneas y su penetración en las excavaciones. Prever control permanente del agua subterránea para verificar la efectividad continua de las soluciones para realizar el drenaje. Geotecnia Básica Clasificación de los suelos y rocas 129 prevenir caídas y reforzar las zonas potenciales de fracturas. ¿Será posible proporcionar un ademe que garantice una estabilidad de larga duración? Rechazo del sitio NO condicionado a excavaciones de prueba, voladuras controladas, instalación rápida del ademe y control del comportamiento de la excavación durante y después de la construcción. SI Figura 3.9 Proyecto de excavaciones subterráneas en roca A continuación se exponen las clasificaciones propuestas por Terzaghi, Stini y Laufer, Deer, Merrit, CSIR y NGI. 3.7.1 Clasificación de Rocas K. Terzaghi En 1946 el ingeniero Terzaghi propuso un sistema de clasificación para macizos rocosos, ésta propone que de acuerdo a la identificación del macizo, se pueden determinar las cargas que una excavación subterránea genera estableciendo la necesidad o no del soporte, y en el caso de ser necesario el soporte deben ser soportadas por marcos de acero. Para esta clasificación utilizó como parte básica la descripción geológica del tipo de roca, y, con base en la descripción y en la experiencia de la excavación de túneles ferrocarrileros determina el soporte o refuerzo de acero que se debe instalar en cada sitio. En la propuesta se fijan escalas de acuerdo a las diferentes condiciones de la roca. Este artículo tan importante, en el cual Terzaghi intentó cuantificar su experiencia de modo que pudiera servir a otros, ha tenido desde el día de su publicación un uso extenso en la construcción de túneles en América del Norte. Esta clasificación se puede utilizar para túneles viales y a flujo libre cuando el soporte debe absorber los esfuerzos generados en el interior del macizo (continuo) por la excavación. La propuesta viene acompañada de algunas definiciones que son importantes en la utilización de la clasificación. Definiciones  Roca Inalterada: No tiene fisuras, ni estratificación o juntas. Por lo tanto, cuando se produce un desplazamiento relativo entre puntos, lo hace a través de la roca sana durante la excavación y debido al fracturamiento que se causa en la roca por el uso de explosivos durante el proceso de construcción, la falla que se puede presentar es la caída de bloques del techo o de la clave, varias horas o varios días después de la voladura, esta condición se llama desprendimiento. La roca dura, inalterada, también puede verse afectada por chasquidos, lo que implica la separación espontánea y violenta de láminas de roca de las paredes o del techo de la excavación producto del alto nivel de esfuerzos al que queda sometida la periferia de excavación, que en ese momento esta haciendo de soporte.  Roca Estratificada: Está constituida por capas unitarias de roca con poca o ninguna resistencia a la separación a lo largo del plano de contacto entre estratos. La capa puede haberse debilitado debido a fracturas transversales existentes o generadas por el proceso de construcción de la excavación subterránea. Los Geotecnia Básica Clasificación de los suelos y rocas 130 desprendimientos son más comunes en este tipo de rocas debido a los planos de debilidad existentes.  Roca Medianamente Fisurada: Tiene fisuras y discontinuidades pero los bloques entre las juntas están soldados o tan íntimamente encajonados, que las paredes verticales no necesitan refuerzo. En rocas de este tipo, se puede presentar a la vez desprendimiento y chasquido.  Roca Agrietada en Bloques: Es una roca químicamente inalterada o casi inalterada cuyos fragmentos se encuentran totalmente separados unos de otros y no encajonados. Esta clase de roca puede necesitar soportes laterales en las paredes de la excavación.  Roca Triturada: Pero químicamente sana tiene la apariencia de ser un producto de trituradora. Si los fragmentos, en su mayoría o todos, son del tamaño de arena y no ha habido recementación, la roca triturada que está abajo del nivel de las aguas freáticas tiene las propiedades de una arena saturada.  Roca Comprimida: Avanza lentamente hacia el interior del túnel sin aumento perceptible de volumen. Un prerrequisito de comprensión es un porcentaje elevado de partículas microscópicas de micas o de minerales arcillosos de poca expansibidad.  Roca Expansiva: Avanza básicamente en el túnel debido a su propia expansión. La capacidad de esponjamiento parece estar limitada a las rocas que contienen minerales arcillosos como la montmorillonita, con una alta capacidad de expandirse, y generar deformaciones a altas presiones sobre el refuerzo. 3.7.2 Determinación de carga Para la determinación de la carga en cada sector la clasificación propuesta utiliza la descripción del tipo de material presente con sus características geológicas. En la Tabla 3.17 se presentan los intervalos considerados, en esta B es el ancho de la excavación, Ht es la altura de la excavación, H la cobertura de la excavación y Hp la altura del material a sostener por efecto de la excavación. Tabla 3.17 Clasificación de Terzaghi para carga de roca en túneles con soporte de marcos de acero. ESTADO DE LA ROCA 1. Dura y Masiva 2. Dura pero Estratificada 3. Masiva ligeramente fisurada 4. Medianamente fracturada en bloques algo abiertos. 5. Muy fracturada en bloques y las fracturas abiertas. 6. Totalmente triturada pero CARGA DE LA ROCA Hp EN PIES 0 0 a 0.5 B 0 a 0.25 B OBSERVACIONES Solo se necesitan refuerzo escaso si hay desprendido o chasquido. Refuerzo escaso más que nada como protección contra desprendimiento. La carga puede cambiar en forma errática de un punto a otro. 0.25 B a 0.35 (B + Ht) No hay presión lateral. 035 a 1.10 ( B + Ht) Poca o ninguna presión lateral 1.10 a (B + Ht) Presiones laterales considerables, Geotecnia Básica El ancho B1 de la zona de la roca donde existe el movimiento. Si se localiza permanentemente arriba del NF los valores que se indican de 4 a 6 podrán disminuirse en un 50% 3.2.5(B+Ht)** ** Se supone que el techo del túnel se encuentra abajo del nivel freático. Superficie del terreno Discontinuidades del macizo c d Figura 3.50) (B + Ht) 9. Roca comprimida a gran profundidad. Considerable presión lateral. Hasta 250 pies * Carga de roca Hp en pies de roca sobre el techo del túnel con ancho B(ft) y altura Ht(ft) a una profundidad de más de 1.Clasificación de los suelos y rocas 131 químicamente inalterada.3 Mecanismo de falla El concepto usado por Terzaghi para estimar la carga de roca transmitida a los marcos de acero para el soporte de un túnel se ilustra en la Figura 3. 8. 1. La roca suelta dentro del área acdb tenderá a caer en el interior del túnel.20 (B + Ht) marcos circulares. 7. Roca comprimida profundidad moderada. (2. el peso Geotecnia Básica .10. K terzagui asume que esta genera una sobre carga en la clave y en los lados de las paredes del túnel.10 a 2.7. El túnel a excavar en sección tipo baúl tiene un ancho de 6 m y una altura de 7 m. por efectos del desconfinamiento de la formación rocosa. Se requiere plantilla. es preferible usar marcos circulares.10. A este movimiento se opondrán las fuerzas de fricción a lo largo de los límites laterales ac y bd y estas fuerza de fricción transfieren la parte más importante del peso de la carga de roca W1 al material de los lados del túnel. Ejemplo 3. dependerá de las características de la roca y de las dimensiones Ht y B del túnel.10 a 4. Representación del movimiento de roca suelta hacia un túnel y la transferencia de la carga a la roca circundante (Terzaghi) Durante la construcción del túnel por efecto de la excavación se produce un relajamiento de esfuerzos. Roca expansiva Marcos circulares indispensables en casos extremos úsese refuerzo elástico. Durante la excavación de un túnel se encontró una roca caliza con separación entre fisuras muy juntas y sin señales de alteración química. El techo o clave y los lados del túnel no tienen que soportar más que el resto de la carga equivalente a una altura Hp. por cada soporte. Terzaghi se puede utilizar el siguiente procedimiento: (1) Se determina en cuál de los puntos de la clasificación de Terzaghi. mientras que el claro activo es el espacio o longitud de la excavación sin soporte.Clasificación de los suelos y rocas 132 unitario del material es de 2. La información se puede considerar dentro del numeral 6 de la clasificación.8 m2 ·L W = 85. la Geotecnia Básica .2 T/m3.3 x L = 85.10 (6m. V = B1· Hp·L = 6 x 14. + 7m. W = V · : Peso de material a sostener por el arco. que tiene una capacidad para soportar 380 toneladas.17) Hp = 1. De acuerdo a condiciones geológicas y observaciones de comportamientos de excavaciones en diferentes materiales.10 ( B + Ht ) = 1. = 46.76 T/m ·L Separación entrearcos Cargaquesoportacadaarco 380   2m Pesopor unidadde longitud 188. las cuales corresponden a una descripción detallada del tipo de material y las características geotécnicas.4 Propuesta de Stini y Lauffer Stini en su manual de geología de túneles propuso una clasificación para los macizos rocosos y comentó muchas de las condiciones adversas que pueden encontrarse en la construcción de túneles.30m. ¿Cada cuánto colocaría el soporte mencionada?.2 T/m3 ·L = 188. longitud y altura de material fracturado o carga). al ancho o a una parte del ancho de la excavación. A corresponde una roca muy buena. E. encasilla la información disponible. de roca muy fracturada o de baja resistencia. F y G. V = B1 · L·Hp : Volumen a estabilizar ( ancho de la excavación. que se denomina tiempo de autosoporte o de sostén y es el lapso durante el cual una excavación será capaz de mantenerse abierta.8 m2 x 2.76 3. Insistió sobre la importancia de los defectos estructurales de la roca y recomendó que la orientación de excavación no fuera paralela al rumbo de discontinuidad. Se toma B1 como 6 m.12. volumen a sostener por el peso unitario del material.(Tabla 3. poco fracturada y de gran resistencia es decir a la roca inalterada y dura de la clasificación propuesta por Terzaghi y G la roca muy fracturada y de baja resistencia o la roca comprimida o expansiva de Terzaghi. o fuera muy inclinada. sin desprendimientos y ningún tipo de soporte.7. y corresponde al espacio del túnel que puede corresponder a la distancia entre el frente de la excavación y la instalación del soporte o en casos críticos. B. instalado con las dimensiones de la excavación. D.) = 14. Donde. Una vez identificado el tipo de material se puede determinar el espacio y el tiempo de auto soporte según la Figura 3. Si en obra se dispone de un perfil H de acero. Con la clasificación propuesta por K.11 se muestra la posible ubicación del claro activo. Lauffer hizo énfasis sobre la importancia del tiempo de sostén del claro activo en un túnel. En al figura 3. se establecen rocas tipo A.92 ft. Solución. C. con la cual se puede hallar el RQD y con este se puede utilizar la Figura 3. d 0 0 Grava y arena 25 50 75 100 Índice de calidad de roca (RQD%) 03 30 Completamente triturada Muchos bloques cocidos 75 Moderadamente en bloques cocidos 85 95 Masiva y moderadamente Geotecnia Básica .12 Relación claro activo y tiempo de T R Hendron y Deere modificaron el de roca de Terzaghi y este valor modificado con el muestra la Figura 3.11 es el rango recomendado. 0. por los autores de la teoría.11 Definición del claro activo según Lauffer 3.1 Muy mala 2.7.4 B C Deere (1969) D Deere (1969) TBM Cording y Deere (1972) Rose (1982) Ademe TIEMPO DE SOTÉN c 1. Es necesario tener la información de una perforación.8 0. G 0.2 b: c: d: R: 1 día 1 hora sostén Cording.13 para la refuerzo para los túneles. 1 mes 1 año 10 años 100 H años t Figura 3.6 A P=nB 1 sem.Clasificación de los suelos y rocas 133 franja achurada en la Figura 3.8 Mala Recomendaciones de diseño para cargas de roca T: Terzaghi (1946) 2. Frente de excavación a) sección de excavación soporte b) corte longitudinal soporte S: Claro activo Figura 3. factor de carga relacionaron RQD como lo selección del Regular Buena Exc.4 E F 2 1 min. b 1. 10 min.13 donde se determina si la excavación necesita soporte.5 Índice de calidad de roca de Deere 10 1 Factor de carga de roca n =P/B CLARO ACTIVO S (m) De acuerdo a lo expuesto en el capítulo anterior el RQD también se utiliza como una clasificación geomecánica de un macizo rocoso. 7.Clasificación de los suelos y rocas 134 Figura 3. lo que reduce la resistencia a la fricción a lo largo de los planos de fractura. Este caso puede presentarse cerca de la superficie donde la meteorización o las infiltraciones hayan producido arcilla. encontró una serie de inconvenientes a su propósito. Aunque estaba convencido que el RQD era parámetro importante en la determinación de los sistemas de soporte. Hendron y Deere. 3.14. esta restringida a condiciones geotecnias particulares Geotecnia Básica . El criterio de determinar el refuerzo a partir del RQD tiene limitaciones en el caso que haya fracturas con rellenos delgados de arcilla o de material meteorizado.13 Relación aproximada entre el factor de carga de roca de Terzaghi (modificado) según Cording. Esto generará una roca inestable aun si las fisuras están muy separadas una de otra y el valor de la RQD es alto. luego el uso de esta propuesta. Esta clasificación sugiere que puede haber una correlación razonable entre el RQD y el factor de carga de roca de Terzaghi para excavaciones con revestimientos en arcos de acero.6 Clasificación de Merrit Merrit hizo un intento de llevar la aplicabilidad del RQD para determinar el tipo de soporte necesario en un túnel y su propósito quedo plasmado como aparece en la Figura 3. pero que esta correlación desaparece en el caso de que una excavación sea reforzada con pernos o anclas de acero. 7. RQD para seleccionar el tipo de soporte según Merrit 3. Por lo tanto. coautor de esta clasificación CSIR propone que una clasificación geomecánica de un macizo rocoso fisurado incluye las siguientes ventajas: Divide el macizo en grupos de comportamiento similar. Este propósito se logra si la clasificación geomecánica a utilizar tiene las siguientes características: Es sencilla y significativa en sus términos. Proporciona una base común de comunicación efectiva para todas las personas interesadas en un problema de geomecánica. el CSIR. propuso una clasificación de este tipo. Se apoyo en parámetros que se dejan medir y pueden establecerse en el campo de manera rápida y económica. Geotecnia Básica .7 Clasificación CSIR de los macizos rocosos fisurados No existe clasificación sencilla alguna que pueda dar una idea del comportamiento complejo del macizo rocoso o de la roca que rodea la excavación. Proporciona una buena base para la comprensión de las características del macizo.14. Facilitar la planeación y el diseño de estructuras en la roca al proporcionar datos cuantitativos que se necesitan para la solución de problemas de ingeniería. Consejo de Africa del Sur para la Investigación Científica e Industrial. Bieniawski. en esta clasificación se considero necesario incluir alguna combinación de los factores RQD y la influencia de rellenos arcillosos y de la meteorización.Clasificación de los suelos y rocas 100 135 Ancho de Túnel (metros) 5 10 0 15 Sin refuerzo o anclaje local 75 Anclaje estándar (separación 4-6 pies) 50 Ademe con marcos de acero 25 Indice de calidad de roca RQD% 0 0 10 20 30 40 Ancho de Túnel (pies) 50 60 Figura 3. 6 –2 m 15 7 50% 75% 13 4 25% . Fisuras continuas 0 > 125 litros/min Geotecnia Básica . orientaciones del rumbo y el buzamiento. 10-25 litros/min 25-125 litros/min 1-25 <1 MPa MPa 1 0 <25% 3 < 60 mm 5 Relleno blando > 5 mm o fisuras abiertas > 5 mm. Después de ajustes a la clasificación propuesta los cinco parámetros básicos utilizados para la cuantificación de las propiedades del macizo son: Resistencia de la roca inalterada.200 mm 8 2 Valuación RQD Valuación Espaciamiento de Juntas Valuación Condición de discontinuidades 4 Agu Valuación 5 Para esta escala tan baja prefiere la prueba de la resistencia a la compresión uniaxial. Condiciones del agua subterránea. Bieniawski emplea la clasificación de la resistencia a la compresión de la roca que proponen Deere y Miller. grado de la meteorización. meteorizadas. Este parámetro toma en cuenta la separación o abertura de las fisuras. separación <1mm paredes de roca altamente meteorizadas. sin <1mm paredes de roca separación. Tabla 3. la rugosidad de su superficie.50 MPa 5-25 MPa 15 90% . separación continuidad. 30 Ninguna 10 Superficies algo rugosas.4 MPa 1 . RQD. Espaciamiento de fisuras. Corresponde al índice de calidad de la roca propuesto por Deere. planos de estratificación y otros planos de debilidad. El término fisura se utiliza para toda clase de discontinuidades como las fisuras.19 donde aparecen los rangos de valores para cada parámetro de acuerdo a las condiciones descritas para cada sector. CLASIFICACIÓN DE LOS PARÁMETRO Y SU EVALUACION PARÁMETRO ESCALAS DE VALORES > 10 MPa 4 – 10 MPa 2 . continuidad de las fisuras e infiltraciones de aguas subterráneas. Separación de las fisuras. resistencia a la comprensión uniaxial de la roca inalterada. el estado de las paredes (duras o blandas) y la presencia de relleno de las fisuras.50% 8 60 .100% 20 > 2m 20 12 75% . Paredes de ligeramente roca sana. 25 20 10 < 10 litros/min. Superficies pulidas o relleno< 5mm. Se hace un intento de medir la influencia del flujo de aguas subterráneas sobre la estabilidad de excavaciones en términos de caudal observado que penetra en la excavación.90% 17 0. Índice de la carga de punta Cantidad de Infiltración por 10 m Superficies muy Superficies algo rugosas.250 MPa 50 . sin rugosas.2 MPa Resistencia a compresión uniaxial > 250 MPa 100 . su continuidad.19 Clasificación geomecánica CSIR de macizos de roca fisurada 1 2 3 inalteradaResistencia de la roca A.100 MPa 25 .Clasificación de los suelos y rocas 136 Parámetros base de la clasificación Para cumplir con los dos requisitos anteriores Bieniawski propuso originalmente que su “clasificación geomecánica” comprendiera los siguientes parámetros: RQD (Índice de calidad de la roca). Espesor o fisuras abiertas 1 -5mm fisuras continuas. El estado de las fisuras. fallas. Valuación de Parámetros La forma en la que estos parámetros han sido incorporados en la clasificación de Geomecánica CSIR para macizos fisurados se muestra en la Tabla 3. distancia entre sí de fisuras y estratificación. 21 IV Roca mala V Roca muy mala 0 -2 -5 Cimentaciones 0 -2 -7 Taludes 0 -5 -25 C. fallas. V 200-300 kPa 100-200 kPa < 100 kPa 35º .1– 1 mm 4 Ligeramente Rugosa 3 Relleno No Hay Relleno duro < 5 mm Relleno duro >5mm Valuación 6 Muy Rugosa 30 minutos para claro de 1 m 300-400 kPa E. (2) De acuerdo a las condiciones geológicas y parámetros geotécnicos se deben escoger sectores donde el comportamiento geotécnico sea similar. la cobertura composición geológica.5 m >400 kPa Serios problemas de agua.2 . GUIA PARA LA CLASIFICACION DE DISCONTINUIDADES Longitud Discontinuidad <1m 1–3m sistente Valuación 6 4 Separación (Apertura) No hay < 0.41 Clasificación No I II III Descripción Muy buena roca Buena roca Roca regular D. CLASIFICACIÓN DE ROCAS SEGÚN EL TOTAL DE VALUACIÓN Valuación 100 –81 80 -61 60 .35º 15º . 7 Valuación Tiempo Medio de Sostén > 0.5 Rugosa 4 2 2 Ligeramente Altamente Moderadamente Alteración No Alterada Alterada Alterada Alterada Valuación 6 5 3 1 F.1 mm Valuación 6 5 Rugosidad IV 20 años para claro 1 año para claro de 1 semana para claro 10 horas para claro de 15 m 10 m de 5 m de 2.5 Sólo húmedo (agua de Ligera presión de agua.25º < 15º 10 – 20 m 1 1– 5 mm 1 20 m 0 5 mm 0 Pulida Resbalosa 1 0 Relleno Blando<5mm Blando > 5mm Valuación 6 5 3 – 10 m 2 0. Geotecnia Básica .2 MUY FAVORABLE FAVORABLE 4 0 REGULAR DESFAVORABLE MUY DESFAVORABLE -10 -15 -50 -12 -25 -60 40 . Relación entre la presión de agua y el esfuerzo 0 Totalmente seco < 0.45º 25º . discontinuidades.1 -0. AJUSTE EN LA VALUACIÓN POR ORIENTACIÓN DE FISURAS ORIENTACIÓN DE RUMBO Y ECHADO DE LAS FISURAS 0. y parámetros conocidos.1 Húmedo 0. intersticios) Situación general Valuación 15 10 B.0. EFECTO DE RUMBO Y EL BUZAMIENTO DE LAS FISURAS EN LOS TUNELES Rumbo perpendicular al eje del túnel Rumbo paralelo al eje del túnel Penetración en el sentido del Penetración en contrasentido del azimut azimut Buzamiento Buzamiento Buzamiento Buzamiento Buzamiento Buzamiento 45º-90º 20º-45º 45º-90º 20º-45º 45º-90º 20º-45º Muy favorable Favorable Regular Desfavorable Muy desfavorable Regular 0 Descompuesta 0 Buzamiento 0º-20º independiente del rumbo Desfavorable Metodología propuesta para usar la clasificación CSIR Para la determinación del tipo de soporte temporal a instalar en cada uno de los sectores de una excavación subterránea.as subterráneas Clasificación de los suelos y rocas 137 de túnel. SIGINIFICADO DE LA CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO Clasificación No I II III Cohesión de la roca. en la etapa de diseño se propone el siguiente procedimiento: (1) Dibujar un corte transversal donde aparezca el eje del túnel. (3) Seleccionar los parámetros representativos para cada uno de los sectores. 5 cm en la clave o en pared si se requiere. tipo de material. CLASE DE ROCA ROCA MUY BUENA No requiere soporte.Clasificación de los suelos y rocas 138 (4) De acuerdo a los parámetros de cada sector cuantificar y establecer las condiciones del macizo en cada sector. 5 cm a 10 cm en la clave o donde se requiera. cada 1. 15 cm en las paredes y 5 cm en el frente. ROCA MUY POBRE MENOR DE 40 Claro sin ademe (m) De acuerdo al tipo de roca determinado por esta clasificación. 61 A 80 ROCA MEDIA 41 A 60 ROCA POBRE 21 A 40 No son necesarios.5 m 1 10 102 103 Tiempo de sostén (Horas) 104 105 En la determinación de sectores se debe tener en cuenta la cobertura. Minutos 10 20 Horas 10 1 Días 1 2 3 5 10 20 1 Meses 2 3 4 5 10 Años 2 3 45 10 20 80 15 15 m 60 10 8 Roca muy buena 10 m 8m 1 Roca buena 6 5 40 4 6m 5m 2 4m Roca regular 3 3m 3 20 2 Roca mala 4 2m 80 60 40 Roca muy mala 5 1 20 m 1m 20 0. es posible establecer el claro activo o longitud de la excavación que se puede dejar sin soporte durante un determinado tiempo. Pernos de 4 a 5 m de longitud cada 1.5 a 2 m en la clave y paredes.5 m en la clave y paredes con malla. Marcos livianos y espaciados 1. No se requiere. Excepto en No requiere soporte. Excepto en sitios aislados. Pernos de 5 m a 6 m.20 y hacer un esquema con las condiciones típicas de cada sector.5 0 Figura 3. (5) Determinar el tipo de soporte a instalar en cada sitio de acuerdo a la Tabla 3. Excepto en sitios aislados. utilizando la Tabla 3. ROCA BUENA Pernos en la clave de 3 m de longitud cada 2. como se muestra en la Figura 3.5 m en la clave y paredes con malla. Grupo de marcos medio pesados.5 m. Pernos de 4 m de longitud cada 1.5 m donde se requieran. Con malla en la clave. el rumbo y buzamiento de los estratos Geotecnia Básica . el estado del material a excavar.20 Soporte a instalar según el tipo de roca CSIR PERNOS   20 mm CONCRETO NEUMÁTICO SOPORTES DE ACERO No requiere soporte. De 15 a 20 cm en la clave. De 10 a 15 cm en la clave y 10 cm en las paredes. Tabla 3.15 Relación entre el tiempo de sostén y la clasificación CSIR 0.15. Ocasionalmente con malla.19. Valuación = -2 El total de las valuaciones es de 84.19 . Valuación = 25 Estado de las fisuras: separación de 1 a 5 mm rellenas con polvo de roca. En la parte F de la tabla se tiene .Relleno blando Valuación = 2 . un radio de la clave de 2. presencia de Fallas o discontinuidades y posición del nivel freático. con un RQD de 90% y los estratos presentan unos espesores entre 2 y 3 metros. Ejemplo 3.16 Sección típica para el túnel del Ejemplo 3.15 para estimar el tiempo de sostén para un claro determinado de acuerdo al puntaje de la clasificación CSIR.0 m 6.Rugosidad rugosa Valuación = 5 .20 se puede determinar el tipo de soporte a colocar.Resistencia de la roca = 15 MPa Valuación = 12 .Abertura de 1 a5 mm Valuación = 1 . en este caso la sección típica requiere de algún refuerzo solo en sitios aislados y esta se esquematiza en la Figura 3. Solución. también representan otros sectores.Longitud de las fisuras > 20 Valuación = 0 .Espaciamiento juntas = 2m .0 m 3.16.Orientación = Perpendicular. Utilizar la clasificación de la CSIR. la orientación es favorable. En la excavación de un túnel en un sector se encontraron rocas de tipo areniscas.Clasificación de los suelos y rocas 139 respecto al túnel. clasificación I. Según la Tabla 3. de igual manera se puede utilizar la Figura 3. si la resistencia a la compresión inconfinada de ese material es de 150 MPa.Meteorización no presenta Valuación = 6 Valuación total para el estado de las fisuras = 14 . Tiempo promedio de sostén 20 años sin sostén para claro de 15 m.5 m y un ancho de la solera de 4.Condiciones de agua subterránea = seco Valuación = 15 .0 m Figura 3.D. Clasificar la condición del macizo rocoso en el sector mencionado para la determinación del soporte. Lo que nos indica que es una roca muy buena. En los planos de estratificación con separación de 1 a 5 mm se espera encontrar polvo de roca no meteorizado y en el sector no hay influencia alguna del agua. si la excavación tiene una sección tipo herradura con 5 m de altura.R.3 Geotecnia Básica . En la Tabla 3.5 m. Las fallas son sectores especiales y los portales de la excavación. = 90 Valuación = 20 .3. su excavación se hizo perpendicular al rumbo y el buzamiento de la roca en el sector donde se proyecta la excavación es de 47 º.3m. Sección real de excavación Pernos donde se requiera Sección teórica de excavación 3. inclinación de 47º .Q. 5 y 10/20) con un factor de diferencia de 400. El tercer cociente (Jw/SRF) consiste en la relación de esfuerzos producidos por el agua sobre la clave del túnel Jw y SRF es un valor de esfuerzos alrededor de la excavación de acuerdo a las condiciones geotécnicas. Diámetro o altura (m) De = (3.3 Ancho de excavación. que es una especie del inverso del factor de seguridad y tiene un Geotecnia Básica . La clasificación utiliza otro parámetro para la cuantificación del índice de calidad de roca que es el diámetro equivalente. esta valoración representa los esfuerzos activos que pueden ser: (1) La carga que se disipa en el caso de una excavación dentro de una zona de fallas y de roca empacada en arcilla.2. El valor numérico de este índice. Q RQD Jr Jw   Jn Ja SRF (3. que esta dado por la ecuación 3. Lien y Lunde del Instituto de Geotecnia de Noruega (NGI) proponen un índice para determinar la calidad del macizo para la construcción de túneles.8 Índice de calidad de túneles (NGI) Basados en una gran cantidad de excavaciones ejecutadas y soportadas con buen margen de estabilidad en excavaciones subterráneas Barton.Clasificación de los suelos y rocas 140 3. le da una interpretación de acuerdo a los máximos y mínimos valores asignados a cada uno de los parámetros involucrados en la cuantificación del índice de calidad de la roca. El segundo cociente (Jr/Ja) representa la rugosidad y las características de la fricción de las paredes de las fisuras o de los materiales de relleno. representa la resistencia al corte entre bloques. designado con De.7. (2) La redistribución de esfuerzos por efecto de la excavación se produce en una roca competente. (3) Las cargas o esfuerzos de compresión se relajan en rocas plásticas incompetentes.2) Donde RQD: Índice de calidad de la roca Jn: Número de sistemas de fisuras Jr: Número de rugosidad de las fisuras Ja: Número de la alteración de las fisuras Jw: Factor de reducción por agua en las fisuras SRF: Factor de reducción por esfuerzos Donde a cada una de las relaciones el ingeniero Hoeck. El primer coeficiente (RQD/Jn) que representa la estructura del macizo es una medida rudimentaria del tamaño de los bloques o de las partículas con los dos valores extremos de cada parámetro (100/0. denominado Q se define por la ecuación 3.3) Relación soporte excavación ESR Para determinar el diámetro equivalente es necesario definir la relación soporte excavación ESR. Para portales utilizar (2 · Jn). c) Sin contacto de roca después de un cizalleo de 10 cm. sin o con pocas fisuras. Tres sistemas de fisuras. Jr = 0. 90 etc. D. para valorar el parámetro de acuerdo a las condiciones del sector. Dos sistemas de fisuras. A.1.0 0. 3. G.22. Intervalos de 5 para RQD. F.0 Geotecnia Básica . fisuración intensa. 2.21 Tabla 3.5 se puede usar para fisuras de fricción planas y que tengan alineaciones con la condición de que éstas estén orientadas para resistencia mínima. Rugosas o irregulares pero planas. Zona arenosa de grava o roca triturada de espesor suficiente para impedir el contacto de paredes. Suaves. Pozos. Son suficientemente precisos. Cuatro o más sistemas de fisuras. Índice de calidad de roca Muy mala Mala Regular Buena Excelente Número de Sistemas de Fisuras Masivo. Plantas de Tratamiento. H. Reliz de falla o superficie de fricción. Añade 1. E. 2. Vías férreas. Fabricas. Un sistema de fisuras. Reliz de falla o superficie de fricción ondulación.3 1. Portales e Intersecciones Excavaciones para plantas nucleares. 1. Barton en 1974 propone los valores de la Tabla 3.8 En la cuantificación de cada uno de los parámetros la NGI presenta la Tabla 3. Un sistema de fisuras + una aislada.0 si el espaciamiento medio del sistema de juntas es mayor de 3 m. 15 20 Jr a) Contacto en las paredes b) Contacto en las paredes antes de un cizalleo de 10 cm. Túnel para Agua. 2. Vías Principales. G. 4 3 2 1. o de Vías. 95.5 1. etc. Número de rugosidad de las Fisuras VALOR RQD 0 – 25 25 – 50 50 – 75 75 –90 90 –100 NOTAS 1. E. Roca triturada terregal. Estaciones de Trenes. D.Clasificación de los suelos y rocas 141 valor de acuerdo al tipo de excavación. Tres sistemas de fisuras + una aislada. Para cruces en túneles utilizar (3 * Jn). I. F. I. corrugación suave. Lisas y planas.0 2 3 4 6 9 12 Donde RQD se reporta o es medido como siendo <10 (inclusivo 0) se le otorga un valor nominal de 10 aplicable a Q.0 0. E.5 . 1. C. Tabla 3. Excavaciones Largas Cuartos de Almacenamiento. Lugares Públicos 1. Fisuras sin continuidad Rugosas o irregulares corrugadas.5 1. D. C. Defensas Civiles. 2. Calificación de parámetros de la NGI DESCRIPCIÓN 1.5 1. A. B. A. B. B. Jn 0. o sea 100.0 1.6 1.22. Dos sistemas de fisuras + una aislada. Almenaras. Acceso a Túneles Estaciones de Potencia. Zona que contiene minerales arcillosos de espesor suficiente para impedir el contacto de paredes.21 Categoría de la excavación TIPO B C D E Mina de Operación Permanente. C. H. plano. Aumenta Jw si se instalan drenes.0 (25º-35º) a) Contacto en las paredes de roca. D. 1.1 >10 0..1-0.0 8. H e I) 5..66 1. disminuyendo con el tiempo. talco. impermeable. Número de alteración de las juntas VALOR NOTAS Ja  4. H e I) para Condiciones de arcilla Zonas o capas de arcilla limosa o arenosa.0 Los valores de r (ángulo de fricción residual) se indican como guía aproximada de las propiedades mineralógicas de los productos de alteración si es que están presentes. Sin contacto de las paredes después del cizalleo.0 –13.. c) J.0 (25º-30º) 6. C.Clasificación de los suelos y rocas 142 4. Geotecnia Básica . Rellenos de minerales arcillosos muy consolidados e inablandables (continuos < 5 mm de espesor). localmente. partículas arenosas. E. O triturada (véase G. Partículas arenosas. F. K.50 2. También clorita.5-10. Rellenos de arcilla expansivas o sea montmorillonita (continuos < 5 mm de espesor) El valor Ja depende del porcentaje de partículas expansivas y del acceso al agua.0-12. . Rellenos de minerales arcillosos de consolidación media o baja (continuos < 5 mm de espesor). C.0 5. Relleno soldado duro. 0.0 (16º-24º) 8. Número de alteración de las juntas Ja  0. A.05 >10 1.0 (6º-24º) b) Contacto en las paredes antes de un cizalleo de 10 cm. E. Jw A. Presión aprox. Los problemas especiales causados por la presencia de hielo no se toman en consideración. Infiltración o presión excepcionalmente altas en todo momento. D. O. I.75 1. pequeñas fracciones de arcilla (inablandable). Paredes ligeramente alteradas. G. Infiltración o presión medianas con lavado ocasional de los rellenos Gran infiltración o presión alta en roca competente con juntas sin relleno. Infiltración o presión excepcionalmente altas con voladuras. Excavación seca o poca infiltración o sea < 5 T/min.0 – 24. inablandable. yeso.0 (12º-16º) 8.0 (6º-12º) 6.5 0. del agua Kg/cm2 1.0 10. N.0 B. (25º-30º) 2.. etc.0 (20º-25º) 3. lavado importante de los rellenos.. L.0 Continua.22.8-12. Paredes inalteradas solo con manchas de superficie. B. Factor de reducción por agua en las fisuras.33 0. Recubrimientos ablandables o con arcilla de baja fricción o sea mica. F.0-2. (8º-16º) 4. Y pequeñas cantidades de arcillas expansivas (recubrimientos sin continuidad de 1 –2 mm de espesor o menos). Zonas o capas gruesas De arcilla (véase G. roca triturada sin arcilla. grafito. Recubrimientos limosos o areno – arcillosos pequeñas partículas de arcilla (inablandable). roca desintegrada sin arcilla etc. M.. Zonas o capas de roca y arcilla desintegrada. 2. Los factores C a F son estimaciones aproximadas.0 <1.2-0. Continuación Tabla 3.0 6.0 0. DESCRIPCIÓN 4.0 0. H. con recubrimientos de minerales inablandables. Gran infiltración a presión alta. El parámetro Jn que representa la cantidad de sistemas de fisuras estará afectado muchas veces por foliación. Se sugiere que el SRF sea aumentado de 2. La relación recomendada por Hoek para convertir el numero de juntas en el RQD para una roca sin arcilla es: RQD = 115 – 3. De hecho. fisuración intensa (cualquier profundidad) b) H. D. Continuación Tabla 3.. roca circundante suelta (cualquier profundidad). Factor de Reducción de Esfuerzos a) A.5-2 5-10 10-20 3. 5. y su valor (Jr/Ja) así resulte mayor se usará al evaluar Q. Redúzcanse estos valores SRF de 2550% si las zonas de fracturas sólo intersecan pero no cruzan la excavación.3 Jv (aprox. Q. el valor de Jr/Ja relaciona a las superficies en contacto que pueden generar la inestabilidad en la excavación. el factor de reducción de esfuerzos SRF para roca. puede ser desfavorable para la estabilidad de las paredes).66-0.5 1. Fisuras abiertas sueltas.. 5-10 10-20 Roca expansiva. 4. Múltiples zonas de debilidad que contengan arcilla o roca químicamente desintegrada.5 a 5 para estos casos (ver H).5 0. K. Cuando están muy evidentes estas “fisuras” paralelas deberán evidentemente considerarse como sistemas completos de fisuras sin embargo. estructura muy cerrada (generalmente favorable para la estabilidad. DESCRIPCIÓN 6.. crucero pizarroso o estratificación. G. Cuando un macizo contiene arcilla. esquistocidad.5 7. de cada sistema se suma el número de juntas incluidos en la unidad de volumen. 5-10 10-15 Recomendaciones para el uso de esta Tabla Al estimar la calidad de roca (Q) se seguirán las siguientes instrucciones complementarias a las notas indicadas en la Tabla: 1.16 < 0.16 0. I. O. Zonas de debilidad aisladas que contengan arcilla o roca químicamente desintegrada (profundidad de excavación < 50 m). en estos casos la resistencia de la roca inalterada es de poco interés. la resistencia de la roca inalterada puede ser el eslabón más débil. L. Zonas de debilidad aisladas que contengan arcilla o roca químicamente desintegrada (profundidad de excavación > 50 m).0 10-5 5-25 < 2. problemas de esfuerzos Esfuerzo bajo. acción química expansiva dependiendo de la presencia de agua.0 5. hay pocas fisuras visibles.5 2. Los parámetros Jr y Ja (que representa la resistencia al esfuerzo cortante) deben referirse al sistema de fisuras o a la discontinuidad con relleno de arcilla más débiles de la zona que se examina.5) 2.) donde Jv =cantidad total de fisuras por m 3 (RQD = 100 para Jv < 4..0 2. La estabilidad dependerá de la relación esfuerzo en la roca y resistencia de la roca. en la que la cantidad de juntas por metro cúbico. B.. C. J. Se debe tener en cuenta que se hará una estimación muy conservadora a la resistencia para que se alteran cuando se exponen a la humedad o a un ambiente saturado. Presiones compresivas moderadas. Roca Competente. N. . Presiones compresivas altas. el RQD se podrá estimar por la cantidad de fisuras por unidad de volumen. Desprendido moderado de la roca (roca masiva). otro sistema o discontinuidad con una orientación menos favorable puede ser más sobresaliente. Presiones expansivas moderadas Presiones expansivas altas. Factor de Reducción de Esfuerzos VALOR NOTAS SRF c)Roca comprensiva. d) P. Sin embargo. Esfuerzo mediano Esfuerzo grande.66 2. 3. Cuando no se dispone de perforaciones.Clasificación de los suelos y rocas 143 6. cerca de la superficie. Zonas de fracturas aisladas en roca competente (sin arcilla) (profundidad de la excavación < 50 m). SRF Zonas de debilidad que intersecan la excavación y que pueden ser la causa de que el macizo se desestabilice cuando se construya el túnel. Las resistencias a la comprensión y a la tensión (sc y st) de la roca inalterada deberán evaluarse en un ambiente que corresponda a las condiciones del sitio presentes o futuras. resulta conveniente contarlos como “fisuras aisladas” cuando se evalúan. 5.0 c/1 t 1 SRF >200 200-10 >13 13-0. 10.5 5. E. Múltiples zonas de fracturas en roca competente (sin arcilla). puede generar la falla por este material.33-0. Geotecnia Básica . Para un campo virgen de esfuerzos fuertemente anisotrópico (si se mide): cuando 5 <= a1/a3 <= 10 fuerza comprensiva no confinada (carga de punta). roca circundante muy suelta (cualquier profundidad). 1. F. Hay pocos casos reportados desde el techo debajo de la superficie sea menor que el ancho del claro.0 2. flujo plástico de roca competente bajo la influencia de presiones altas de la roca. Zonas de fracturas aisladas en roca competente (sin arcilla) (profundidad de la excavación < 50 m). Continua. Cuando las fisuras son pocas y no hay arcilla.22. cuando un sistema de fisuras o una discontinuidad con la valuación mínima (Jr/Ja) tiene una orientación favorable para la estabilidad de la excavación.33 0. Desprendido intenso de la roca (roca masiva). o si no hay más que interrupciones ocasionales en el debido a estas características.. Un campo de esfuerzos fuertemente anisotrópico es desfavorable para la estabilidad. 225 0. la cobertura composición geológica.5.5.3.2 3. <10 <10 >0.22 cuantificar y determinar el índice de calidad de la roca Q con la ecuación 3.5 <0.225 0. discontinuidades.5-4.2 1.5 >0.12 2.4 1-0.13 Notas de Hoek y Brown Notas de Barton.17.225 0.3.23 Soporte recomendado por la NGI C D C C C C C E C C.2 1.15 0.4 1-0. - Con el De y con Q se establece la categoría de la excavación y el tipo de soporte utilizando tablas semejantes a la presentada en la Tabla 3.5 3. Hoeck y Bray Metodología propuesta para el uso de la clasificación NGI Como la clasificación se puede utilizar para determinar el tipo de soporte de la excavación un procedimiento para el uso de las tablas de esta clasificación puede ser el siguiente.5-4.4 1-0.21.4 1-0.10 2. espesor indicado. Lien y Lunde Arcos de concreto con refuerzo.10.Clasificación de los suelos y rocas 144 Tabla tomada del libro excavaciones subterráneas.10. espesor indicado Concreto neumático aplicado directamente a la roca Malla elaborada anclada con pernos en puntos intermedios indicado. tomada de la Tabla 3. espaciamiento Barras de anclaje en cuadricula.11. y parámetros conocidos.4 1-0.10.5m 100-150mm 1m 1m 1m 50mm 50mm 1m 50-75mm 1m 1m 1m 25-50m 75-100mm 50-75mm 1m 1m 1m 1m 1m 200-400mm 100-200mm 300-400mm 200-300mm 150-200mm 2. De acuerdo a las condiciones geotécnicas se deben escoger sectores donde el comportamiento geotécnico sea similar.225 0.3 que tiene en cuenta la relación entre la máxima dimensión de la excavación y la relación soporte excavación de acuerdo al tipo de excavación. Determinar el diámetro equivalente con la ecuación 3.2.13 1.225 0. fallas.6.5 12-.4 1-0. espesor indicado Concreto neumático reforzado con malla soldada.4 1-0.13 2.23 o utilizando la Figura 3. Arcos de concreto sin refuerzo.10 2.2-7.5 2 2 2 14.225 0.3.225 0.12 2.4 1-0.4 1-0.5-4.2-7. De acuerdo al valor de los parámetros de cada sector y utilizando la Tabla 3.4 1-0. Seleccionar los parámetros representativos y los valores para cada sector. espaciamiento indicado Barras de anclaje localmente Presión aprox. En el soporte MPa 18-30 1.4 1-0.12 14.225 1-1.10 14. los tres primeros deben ser los contemplados para la clasificación de CSIR: Dibujar un corte transversal donde aparezca el eje del túnel.11.225 0.11.4 Textura del bloque RQD / Jn Calidad de la masa rocosa Q Tabla 3. G.5 0.18 6-12 12-18 6-12 30-38 20-30 15-20 Resistencia friccionante entre bloques Jr / Jn SPCE / ESRDimensión equivalente 4-1 1-0.F C C Geotecnia Básica .225 0.225 0.Pernos tensionados en cuadricula.225 0. 1 0.17.4-0.4-0.2-6 2.4-0.1 0. Aunque este autor es la primera referencia del uso del concreto. espaciamiento.4-0. Barton propone expresiones adicionales para determinar la longitud máxima de los pernos con la expresión: L 2  0.4 (3. Geotecnia Básica .6) 3 Jr 3.5) Con base en los análisis de registros propone una expresión para determinar la 1 2 Jn Q 3 presión aportada por los pernos: P  (3.4-0.3 0.11.3 1m 1m 1m 300mm-1m 5.3 0.12 10 25-50mm 50-75mm 1m 1m 50-75mm 50-125mm C C C C C C Dimensión Equivalente = Espacio.3 0.9 Clasificación RSR (Rock Structure Rating) En 1972 Wickham propone un método cuantitativo para describir la calidad de un macizo rocoso y seleccionar el soporte más apropiado.225 0.4 0.9.Clasificación de los suelos y rocas 15-38 1-3.13 20-30m 50mm 1m 1m 50mm 10 10 9.5 >5 <5 >5 <5 >4 >0.10. basado en un rango de estructura de roca.7.2-6 2.3 0.4-0.1 0.1 2.12.1 145 Indice de calidad de la Roca Q Figura 3.1 0. Relación entre la dimensión equivalente e índice de roca Este sistema también propone expresiones para la determinación de la longitud y espaciamiento de los pernos.3 0.25 <0. fueron pequeñas excavaciones soportadas por arcos de acero.1 0.1 1-3.1 1-3.2-6 4-14.4-0.3 0.25 0.1 0. Diametro o Altura ERS 1-0.25 >0.15B (3. muchos de los túneles en los cuales se basó el desarrollo de esta clasificación.4) ESR La máxima longitud no soportada también puede ser evaluada con la expresión: Longitud máxima no soportada = 2·ESR·Q 0. 24 Clasificación RSR 1. 2-6 in 13 12 10 8 7 6 Rumbo paralelo al eje Dirección de perforación Cualquier dirección Buzamiento de las juntas principales plana inclinada vertical Inclinada vertical plana 9 13 11 16 13 19 10 15 12 17 9 14 Inclinada vertical 9 7 14 11 Geotecnia Básica . intensamente fallada o plegada. Espaciamiento de las juntas. c. Efecto del agua subterránea o parámetro C: Infiltraciones y condición de las juntas.Clasificación de los suelos y rocas 146 Este sistema de clasificación RSR. c. a. por 100 pies de túnel. Parámetro B. moderada mente fallada o plegada. juntas próximas . combinación de los parámetros A y B. b. Calidad del macizo rocoso. Origen del tipo de Roca: Ígnea. b. regular y pobre. Tabla 3. Parámetros Geología o parámetro A: corresponde a la apreciación general del sector. Orientación de las juntas. Parámetro A. Geometría o parámetro B: Efecto del patrón de discontinuidades con respecto a la dirección del túnel sobre la base de: a. metamórfica y sedimentaria. blanda y descompuesta. Distribución de juntas Espaciamiento promedio de las juntas ESTRUCTURA GEOLÓGICA Ligeramente Moderadamente Intensamente plegada o Plegada o Masiva fallada fallada Plegada o fallada 30 22 15 9 27 24 19 20 18 15 Rumbo perpendicular al eje Dirección de perforación Con el Contra el Ambos buzamiento buzamiento Buzamiento de las juntas principalesa 2. Estructura geológica: Masiva. Cantidad de agua infiltrada en galones/minuto. Condición de las juntas: buena. Geología general del área Ígnea Metamórfica Sedimentaria dura media blanda descompuesta 1 2 3 4 1 2 3 4 2 3 4 4 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4 2. para determinar la condición general. b. asigna a cada componente un valor numérico teniendo en cuenta las tablas adjuntas. estructura geológica sobre las siguientes bases: a. ligeramente fallada o plegada. media. RSR = A + B +C. Dirección de la perforación del túnel. Dureza de la roca: Dura.24 puede ser utilizada para evaluar el rango de variación de cada parámetro. La Tabla 3. c. masiva . Moderada a espaciada. parámetros A+B. 200-100 gpm 15 22 7 21 18 12 Alto. 3 o 4 con el tipo de roca y la descripción de la estructura en la parte inferior de la tabla se obtiene el valor del parámetro A.Clasificación de los suelos y rocas 147 23 24 28 19 30 32 36 25 36 38 40 33 40 43 45 37 3.18 Sentido de la excavación El sentido de la excavación puede ser perpendicular o paralelo al rumbo de la estratificación y a favor o en contra del buzamiento. Agua subterránea. b Condición de juntas: buena = cerrada o cementada. a) perforación en contra del buzamiento b) Perforación en el sentido del buzamiento Figura 3. 50º-90º vertical. teniendo en cuenta la separación de las juntas se establece el valor de B.Se halla el parámetro B del patrón de juntas y dirección de la perforación. .1-2 ft 5. Parámetro C. espaciada a masiva 2-4ft 6. regular = ligeramente meteorizada o alterada.24 se determina el tipo de roca que puede que puede ser 1. 6-12in 4.24 .Con el origen de la roca en la parte superior de la Tabla 3. 2. pobre = meteorización severa. con esta suma se establece un rango Geotecnia Básica . >1000gpm 10 8 6 18 14 10 a Buzamiento: 0-20º plano.Moderadamente juntas. .Los tres primeros pasos propuestos para la clasificación de CSIR se repiten en este caso. condición de las juntas 3. 20º-50º inclinado. alterada o abierta. Metodología para el uso de la Tabla 3. .18. >4 ft 22 28 35 40 23 30 36 40 23 28 24 38 19 24 28 34 Suma de los parámetros A+B Exfiltración de agua dentro del Túnel en Gpm/1000pies de Túnel 13 –44 44 – 75 Condición de las juntasb Buena Regular Pobre Buena Regular Pobre Nulo 22 18 12 25 22 18 Escaso. el primer concepto a tener en cuenta es el estado general del macizo. Para este parámetro se debe tener en cuanta el sentido de la excavación de acuerdo a la Figura 3.Se determina el parámetro C. < 200gpm 19 15 9 23 19 14 Moderado. En el caso concreto es colocarlo dentro de uno de estos grupos mencionados anteriormente dentro de los sistemas vistos como el unificado u otro. . en rigor. se requiere bastante experiencia para diferenciar. identificar un suelos es.1 Identificación de suelos gruesos Los materiales constituidos por partículas gruesas se identifican en el campo sobre una base prácticamente visual. 80 Inyecciones de concreto 70 Pernos de1 plg de diámetro 6 H 20 60 8 WF 31 50 8 WF 48 40 30 20 Límite práctico para el espaciamiento de varillas y pernos Clase de estructura de roca (RSR) 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Espaciamiento varilla de acero (pies) Espaciamiento pernos en la roca (pies) Espesor de inyecciones de concreto (pulgadas) 9 Figura 3. Extendiendo una muestra seca del suelo sobre una superficie plana puede juzgarse. espaciamiento entre pernos y espesor del concreto neumático. forma y composición mineralógica.Clasificación de los suelos y rocas 148 menor o mayor a 44 y con la descripción delas juntas y el caudal esperado en 1000 pies de túnel se determina el parámetro C. 3. Esta experiencia se obtiene comparando gradaciones estimadas. los suelos bien gradados de los mal gradados. Para distinguir las gravas de las arenas puede usarse el tamaño ½ cm como equivalente a la malla #4 y para la estimación del contenido de finos basta considerar que las partículas de tamaño correspondiente a la malla #200 son aproximadamente las más pequeñas que pueden distinguirse a simple vista.3 m) de diámetro 3. atribuyéndole las del grupo en el que se identifique. obviamente en el grupo que le corresponda según sus características.19 donde se establece el espaciamiento entre arcos de acero.8. encasillarlo dentro de un sistema previo de clasificación.Se halla el valor RSR y con este valor se va a la Figura 3. La identificación permite conocer. de su gradación tamaño de partículas.8 IDENTIFICACIÓN DE SUELOS El problema de identificación de suelos es de importancia fundamental en la ingeniería. en forma aproximada. las propiedades mecánicas e hidráulicas del suelo.19 RSR Soportes estimados para un túnel circular de 24pies (7. En lo referente a la graduación del material. en forma cualitativa. con las obtenidas en Geotecnia Básica . en examen visual. por su apariencia y características como tamaño de los cristales .3. basta con un simple apreciación visual. El mejor modo de adquirir esa experiencia sigue siendo el aprendizaje al lado de quien lo posea.8. 3. como se dijo. con los del laboratorio. 3. Una resistencia alta indica mucha cohesión entre los granos particularmente arcilla de lo contrario limo.8. contando con algo de experiencia. previamente sometido a un proceso manual equivalente.sedimentaria o metamórfica. 3. El color y el olor del suelo pueden ayudar. deberán ejecutarse la pruebas de identificación de campo de suelos finos. especialmente en suelos orgánicos. la afloración del agua da una indicación Geotecnia Básica . tamaño del grano o tipo de mineral que la conforma. 3. Las pruebas. Luego se aprieta la muestra entre la mano para ver si la humedad desaparece (pasando de brillante a mate).9.los cristales o la foliación y que permiten encasillar un tipo de roca dentro de un grupo según su origen. en ausencia de ella. propuesta en el texto de mecánica de suelos de Juavez Badillo y que sirven diferenciar entre limos y arcillas son: 3.Clasificación de los suelos y rocas 149 el laboratorio. El conjunto de pruebas citadas se efectúa en una muestra de suelo previamente cribado por la malla #40 o.1 Resistencia en Estado Seco Tomando un trozo de suelo seco al aire se analiza su resistencia a ser roto (mano o martillo). de tenacidad y de resistencia en estado seco. Después de haber elegido entre una roca ígnea . es aconsejable el comparar sistemáticamente los resultados de la identificación de campo realizada.2 Identificación en campo de suelos finos Una de las grandes ventajas del sistema unificado es.9. en todos los casos en que se tenga oportunidad. en falta de tal apoyo. Las principales bases de criterio para identificar suelos finos en el campo son la investigación de las características de Dilatancia. en cada caso en que exista la oportunidad.9 PRUEBAS CUALITATIVAS PARA DISTINGUIR LIMOS DE ARCILLAS Para hacer una distinción preliminar.2 Dilatancia o Prueba de Sacudimiento Tomando una porción de suelo húmedo en la mano golpeándola por debajo con la otra mano y se observa si la superficie de la pasta de suelo toma una apariencia brillante. Identificación de tipo de roca Este proceso resulta mas fácil que el de identificar un suelo. cualitativa entre suelos fino-granulares y grueso-granulares y entre arenas y cascajos. pues el proceso de formación de los macizos rocosos deja huellas como la estratificación . el criterio para identificar en el campo los suelos finos. Para examinar la fracción fina contenida en el suelo. es posible llegar al tipo de roca. 3 Tenacidad Haciendo rodar con presión de la palma de la mano sobre una superficie plana lisa hasta formar pequeños cilindros de un diámetro de 3 mm se pliegan los cilindros formando una bola y se hacen rodar de nuevo. 3.Clasificación de los suelos y rocas 150 cualitativa de la permeabilidad del suelo.9. 3.9. una superficie brillante indica arcilla. Así Tenacidad baja indica limo. Dilatancia Lenta indica arcilla. La mayor facilidad con que la pasta del suelo pueda moldearse y remoldearse sin que se agriete ni desintegre da una indicación cualitativa de la plasticidad del suelo y de su cohesión en estado húmedo.9.5 Ensayo al Brillo Frotando la superficie del suelo poco húmedo con la uña o con una navaja. La permeabilidad de las arcillas es menor que la de los limos por poseer partículas más pequeñas. tomando este cilindro de la punta para observar sise rompe por su propio peso con una determinada longitud. una superficie mate indica limo. sí se tiene Dilatancia Rápida (reacción rápida al sacudimiento) es característica de limos.4 Sedimentación o Dispersión Observando la velocidad de caída de las partículas de suelo trituradas que están dentro de una probeta de vidrio las de arena caen con suma rapidez y las de limo permanecen en suspensión uno o varios minutos. discontinuidades. fisuras y fallas. El que se presente la superficie brillante en las arcillas depende del fino tamaño y de la forma aplanada de las partículas. con lo cual el suelo va perdiendo humedad. A) Esta premisa de continuidad en algunos casos resulta muy alejada de la realidad por tal razón en los análisis resulta indispensable tener en cuenta el efecto de las juntas. tenacidad alta arcilla. en tanto que granos tamaño arcilla permanecen durante una o varias horas presentándose otros casos (las que no caen coloides). 3. Geotecnia Básica .