5. propiedades de los suelos

Propiedades Índice de los Suelos
PARTE 2: TEXTURA, FORMA Y DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA DEL SUELO
MECÁNICA DE SUELOS
100000C13V
25/01/2020 MSc. Ing. CHRISTIAN ELESCANO MUÑOZ 1

TEXTURA DEL SUELO
La textura de un suelo esta relacionada con su apariencia, es decir, depende del tamaño
y la forma de la partícula, así como del rango y distribución de los tamaños.
Así, un suelo de textura gruesa, como una arena y grava, está conformada por grano
grueso. Por otro lado, un suelo de textura fina estará compuesto predominantemente por
granos muy pequeños de minerales que no pueden ser visibles a simple vista, por ejemplo
los limos y las arcillas.

Tamaño de las partículas de suelo

Distribución y tamaño de los granos
El tamaño de los granos que constituye un suelo, se determina mediante la distribución
granulométrica. En general el suelo de acuerdo a su granulometría se divide en:
➢ GRAVA: tamaño < 76.2 mm (3”) hasta 2mm (tamiz N°10).
➢ ARENA GRUESA: tamaño < 2mm (tamiz N°10) hasta 0.425mm
(tamiz N°40).
➢ ARENA FINA: tamaño < 0.425 (tamiz N°40) hasta 0.075mm
(tamiz N°200).
➢ LIMOS y ARCILLAS: tamaño < 0.075mm (pasa tamiz N°200)
Según AASHTO, un suelo fino es cuando mas del 35% pasa el tamiz N°200 y se denomina
comúnmente: A4, A5, A6 o A7.
Análisis granulométrico
por TAMIZADO
Análisis granulométrico
por SEDIMENTACIÓN

(Fuente: Lambe & Whitman, 1974)

De acuerdo con la distribución granulométrica
se puede determinar si el suelo esta bien
gradado o mal gradado:
▪ Suelos bien gradados: Contiene partículas
de todos los tamaños y en las mismas
proporciones. Por ejemplo la curva 1.
▪ Suelos mal gradados: Presentan ausencia de
tamaño o son uniformes. Por ejemplo la
curva 2 presenta ausencia de tamaño de
partícula, y la curva 3 presenta uniformidad
en la curva.

▪ Coeficiente de uniformidad (Cu): Representa
la amplitud de la curva, es decir, la posible
existencia o ausencia de material granular
grueso y fino.
▪ Coeficiente de curvatura (Cc): Estima si existe
presencia de distintos tamaños de partículas,
o ausencia de distintos rangos de partículas.
Dos coeficientes se han definido para proporcionar orientación sobre suelos distintivos basados en la
distribución de partículas:
Si 1 < Cc < 3: Bien gradado
Si Cu >4: Grava bien gradada
Si Cu >6: Arena bien gradada
Donde:
D10, D30 y D60, son diámetros que indican que el 10%, 30% y 60%
del tamaño de las partículas tienen diámetros menores o
iguales al D10, D30 y D60, respectivamente.

Propiedades de los Suelos
Granulares
PARTE 2: TAMAÑO EFECTIVO Y DENSIDAD RELATIVA
MECÁNICA DE SUELOS
100000C13V

Forma de las partículas de suelo
La forma de las partículas influye en el
comportamiento y capacidad portante del
suelo.
Se originan por la acción de los agentes
mecánicos, y en casos excepcionales, por los
agentes químicos. Estos agentes condicionan
su forma, que son las siguientes:
• Redondeadas
• Subredondeadas
• Subangulares
• Angulares

Bien redondeado - Redondeado Subredondeado - Subangular Angular – Muy angular
• Son frecuentes de arenas y
gravas de ríos, sedimentos de
playas y arenas eólicas.
• Entre mas redondeado sea un
grano mineral, mas resistencia
ofrecen a ser desmenuzados y
son capaces de resistir grandes
cargas con pequeña
deformaciones.
Depende del grado de abrasión
• Son típicos de suelos residuales
(arenosos y gravosos), arenas
marinas y arenas volcánicas.
• Los vértices y aristas se
redondean por el rodado y la
abrasión mecánica → implica
un recorrido corto o nulo del
material.
• Las partículas angulosas
tienden a quebrarse con
facilidad por concentración de
esfuerzos en los puntos de
contacto.

Compacidad del suelo
Grado o acomodo alcanzado por las partículas del suelo, dejando más o menos vacíos entre ellas.
Puede variar la relación del volumen de los vacíos al de las partículas, dada la posición relativa.

Densidad relativa (𝐷𝑟)
El estado de la densidad de los suelos arenosos, puede ser expresado por la fórmula empírica de
Terzaghi, que se puede determinar en laboratorio:
Donde:
Dr: Densidad relativa (en %)
emáx: Relación de vacíos en su estado mas suelto
emín: Relación de vacíos en su estado mas compacto
eo: Relación de vacíos del suelo in-situ
𝜸𝒅 𝒎á𝒙: Peso específico seco en su estado mas compacto
𝜸𝒅 𝒎í𝒏: Peso específico seco en su estado mas suelto
𝜸𝒅: Peso específico seco in-situ
Características:
- Si eo = emáx → Dr = 0% → suelo suelto
- Si eo = emín → Dr = 100% → suelo compacto
Denominación de los suelos granulares según su
compacidad (densidad relativa):

Densidad relativa (𝐷𝑟)

Propiedades de los Suelos Finos
PARTE 3: ESTRUCTURACIÓN – LÍMITES DE CONSISTENCIA
MECÁNICA DE SUELOS
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Forma laminar:
El largo y ancho son mucho mayores que
el espesor.
Es la forma mas frecuente en los minerales
de arcilla.
Forma acicular:
El largo resulta mucho mayor que el
ancho y espesor.
Es una forma muy rara de encontrar.

Estructuración de suelos finos
ESTRUCTURA FLOCULADA – ESTRUCTURA DISPERSA
Las partículas finas realizan atracción, repulsión y
enlaces iónicos en suelos coloidales (menores a
0.0002mm).
Cuando dominan las fuerzas de atracción eléctrica
se produce la floculación; y cuando dominan las
fuerzas de repulsión, las partículas se separan
produciendo la dispersión.
Conforme aumenta el peso debido a la
sedimentación continua, las capas inferiores
expulsan agua y se consolidan más.

CONSISTENCIA DEL SUELO FINO
La consistencia de un suelo es la relativa facilidad con la que un suelo puede ser deformado y
depende de un contenido de humedad determinado.
La propiedad de un suelo de ser moldeado se llama Plasticidad.
La plasticidad implica que el suelo puede admitir mayor contenido de agua y experimentar
deformaciones plásticas mayores.
Para los suelos finos (o cohesivos) se definen cuatro estados de consistencia:
➢ Sólido
➢ Semisólido
➢ Plástico
➢ Líquido
La frontera entre estos estados son los denominados LÍMITES DE ATTERBERG.

LÍMITES DE ATTERBERG
• Los límites de Consistencia o Límites de Atterberg, se debe al
trabajo del científico sueco Albert Atterberg (1846-1916).
• Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de
grano fino solamente pueden existir cuatro estados de
consistencia según su humedad.
• El suelo se encuentra en estado sólido cuando esta seco,
pasando al añadir agua a los estados semisólido, plástico y
finalmente líquido.
• Los contenidos de humedad y los puntos de transición de unos
estados a otros se denominan límite de retracción o
contracción, límite plástico y límite líquido.

Límite Líquido (LL o 𝝎𝒍): Punto de paso del estado
líquido al plástico. Se mide por la cantidad de agua
(humedad) que contiene el suelo en el momento que
pierde fluidez y capacidad de escurrir como un líquido
denso.
Límite plástico (LP o 𝝎𝒑): Punto de paso del estado
plástico al semisólido. Se mide por la cantidad de agua
que contiene el suelo en el momento que pierde la
plasticidad y no puede ser moldeado.
Límite de retracción (LR o 𝝎𝒔): Punto de paso del
estado semisólido a sólido. Se mide por la cantidad de
agua que contiene el suelo en el momento que cesa la
disminución de volumen que acompaña al secado.

A partir de los límites de Atterberg se pueden calcular los índices de plasticidad (IP) el índice de
liquidez (IL).
Índice de plasticidad (IP): Indica la magnitud del intervalo de humedades en el cual el suelo posee
una consistencia plástica.
Índice de liquidez (IL): Indica la proximidad de la humedad natural del suelo al límite líquido.
𝐼𝑃 = 𝐿𝐿 − 𝐿𝑃 Donde:
IP: Índice del plasticidad
LL, LP: Límite líquido y plástico, respectivamente
𝐼𝐿 =
𝜔𝑛 − 𝐿𝑃
𝐿𝐿 − 𝐿𝑃
Donde:
IL: Índice de liquidez
𝝎𝒏: humedad natural

Índice de Consistencia (IC): Indica la consistencia de las arcillas, de la misma manera que la
consistencia de las arenas esta determinada por el índice de vacíos. Para el IC, Terzaghi propuso la
siguiente expresión:
𝐼𝐶 =
𝐿𝐿 − 𝜔𝑛
𝐿𝐿 − 𝐿𝑃
Donde:
IC: Índice de consistencia
𝝎𝒏: humedad natural
Consistencia Índice de consistencia (IC)
arcilla blanda < 0.5
arcilla media 0.5 a 0.75
arcilla compacta 0.75 a 1
arcilla dura > 1
(Fuente: Souza Pinto, 2006)

LÍMITES DE ATTERBERG: Significado físico
El suelo puede presentarse en varios estados según su humedad. Cuanto mayor sea la
cantidad de agua que contiene un suelo → menor será la interacción entre las partículas
adyacentes y más se aproximará el suelo a un comportamiento líquido.
Comparamos dos suelos A y B. Si el suelo A tiene una mayor tendencia a absorber agua
sobre la superficie de sus partículas → la humedad necesaria para comportarse como un
líquido será mayor para el suelo A que para el suelo B.
Por lo tanto, el suelo A tendrá un límite líquido mayor que el suelo B.

Determinación de los Límites de Atterberg
Determinación del Límite líquido en laboratorio:
Cazuela de Casagrande, recipientes de mezclado,
taras, espátulas, etc.
Determinación del Límite plástico en laboratorio:
Placa de vidrio esmerilado, vasija de evaporación,
taras, espátulas etc.

Utilización práctica de los Límites de Atterberg
• Identificación y clasificación de suelos.
• Uso en especificaciones técnicas para controlar los suelos a utilizar en terraplenes y en
métodos semiempíricos del proyecto.
• Correlación de Terzaghi para el cálculo de índice de compresión (Cc), usado en suelos
muy compresibles, que es: Cc=0.009(LL-10).
• El índice de plasticidad nos indica el intervalo de humedades en el cual el suelo posee
una consistencia plástica; mientras, el índice de liquidez indica la proximidad del suelo
natural al límite líquido (LL).

CARTA DE PLASTICIDAD DE CASAGRANDE
Con la finalidad de proporcionar una representación adecuada de la plasticidad de una muestra de suelo, se
emplea la denominada Carta de Plasticidad de Casagrande
Suelos con LL> 50 son de “alta plasticidad”; mientras que
los suelos con LL< 50 son de “baja plasticidad”.
Debajo de la línea A: limos con alto contenido orgánico →
tienen un intervalo de humedad menor para pasar de un
estado semisólido a líquido (menor índice de plasticidad).
Encima de la línea A: arcillas → intervalo de humedad
mayor para pasar de un estado semisólido a líquido
(mayor índice de plasticidad).

EJERCICIOS
1. Los resultados de una prueba de laboratorio de una muestra de arena son los siguientes: emáx= 0.91,
emín= 0.48 y Gs=2.67. ¿Cuál sería el peso específico seco y húmedo de la muestra de arena (en
gr/cm3) cuando se compacte hasta un contenido de humedad del 10% en una densidad relativa
de 65%?
2. Los ensayos de laboratorio en dos suelos indicaron que el suelo A tenia un LL= 70 e IP= 30, mientras
el suelo B tenia un LL= 55 e IP= 25. Ambas muestras fueron ensayadas y les fue adicionada agua de
manera que los dos tuvieran un contenido de humedad de 45%. ¿Es posible prever cual de los dos
suelos tendrá mas consistencia con ese con ese contenido de humedad?

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