UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

PROGRAMA DE CÓMPUTO

PARA

CLASIFICACIÓN DE SUELOS

JOSÉ W. GUTIÉRREZ L.

Facultad de Ingeniería CivilAv. Túpac Amaru N° 1150 - Lima 25. Apartado Postal 31-250, Lima 31

Teléfonos (51-1) 482-0777, 482-0804 Fax 481-0170 e-mail:director@uni.edu.pe http://www.cismid-uni.org

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

PROGRAMA DE CÓMPUTO

PARA

CLASIFICACIÓN DE SUELOS

Primera edición digital

Julio, 2011

Lima - Perú

© José W. Gutiérrez L.

PROYECTO LIBRO DIGITAL

PLD 0108

Editor: Víctor López Guzmán

http://www.guzlop-editoras.com/guzlopster@gmail.com guzlopnano@gmail.com facebook.com/guzlop twitter.com/guzlopster428 4071 - 999 921 348Lima - Perú

PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)

El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación (papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados.

Un libro digital, también conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrónico, es una versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al libro impreso.

Entre las ventajas del libro digital se tienen:• su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad),• su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica),• su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de la competición por la influencia cultural),• su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento),• su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investiga-ción de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras.

Algunos objetivos que esperamos alcanzar:• Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con todas las características de un libro impreso) en formato digital.• Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta.• Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas tecnologías.• El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente.• El pe r sona l docente jugará un r o l de tu to r, f ac i l i t ador y conductor de p r oyec tos

de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electró-nicas recomendadas.• Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso.

En el aspecto legal:• Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita.• Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital.

Lima - Perú, enero del 2011

“El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica” Víctor López Guzmán Editor

PROGRAMA DE CÓMPUTO

PARA

CLASIFICACIÓN DE SUELOS

JOSÉ W. GUTIÉRREZ L.

PROGRAMA DE COMPUTO PARA CLASIFICACION DE SUELOS

José W. Gutiérrez L. Profesor Asociado Departamento Académico de Mecánica de Suelos Facultad de Ingeniería Civil Universidad Nacional de Ingeniería

INTRODUCCION Uno de los puntos más importantes para poder sustentar obras de ingeniería civil, es evaluar el tipo de suelo sobre el cual edificaremos. Para ello debemos realizar un muestreo de la zona de trabajo y remitir las muestras a un laboratorio competente, en el cual se lleve a cabo la clasificación del material. El método más común de clasificación de suelos, empleado en la ingeniería de fundación, es sin lugar a dudas el método conocido como “Sistema Unificado” o “Clasificación SUCS” y que esta descrito en la Norma ASTM D2487, “Método Estándar para Clasificación de Suelos con Propósitos de Ingeniería”. Si realizamos con detenimiento una inspección del método de clasificación mencionado, podremos observar que se presta para elaborar un programa de cómputo que nos ayude a agilizar la clasificación de un determinado suelo. Si bien es cierto que cuando en el material de estudio predomina las partículas finas, el número de datos y operaciones requeridos para clasificarlo es mucho menor que los requeridos para un suelo de partículas gruesas. Luego las grandes ventajas que ofrece el programa de cómputo de clasificación de suelos, es más apreciado cuando se aplica a un suelo de partículas gruesas. Esto es debido al requerimiento de mayor número de datos y operaciones o bien cuando se requiere clasificar un gran número de muestras. Muchos han sido los programas escritos referentes a la clasificación de suelos, pero en su totalidad consideran, entre sus líneas de programación, todas las combinaciones posibles que generan el símbolo de grupo. Esto hace al programa muy extenso y poco ingenieril, ya que deberá contener tantas sentencias PRINT como combinaciones existan. El programa está escrito en lenguaje BASIC y ha sido creado por el autor, con la finalidad de no considerar todas las alternativas de solución que requieran de alguna sentencia PRINT innecesaria. De esta manera, el programa queda reducido a tan solo una sentencia de impresión y a menos de un tercio del número de líneas de programación que cualquier otro programa necesitaría.

Tabla Nº 1.- Carta de Clasificación de Suelos

Soil Classication Criteria for Assigning Group Symbols and Group Names Using Laboratory Tests

Group Symbo

GroupB Name

Cu ≥ 4 and 1≤ Cc ≤ 3E GW Well-graded gravelF Clean Gravels Less than 5% finesC Cu < 4 and/or 1 > Cc > 3E GP Pocrly graded gravelF

Fines classify as ML or MH GM Silty gravelF.G.M.

Gravels More than 50% of coarse fraction retained on Nº 4 sieve Gravels with Fines

More than 12% finesC Fines classify as CL or CH GC Clayey gravelF.G.H.

Cu ≥ 6 and 1≤ Cc ≤ 3ε SW Well-graded sandI Clean Sands Less than 5% finesD

Cu < 6 and/or 1 > Cc > 3ε SP Poorly graded sandI

Fines classify as CL or MH SM Silty sandG.H.I.

Coarse-Grained Soils More than 50% retained on Nº 200 sieve

Sends 50% or more of coarse fraction passes Nº 4 sieve

Sands with Fines More than 12% finesD

Fines classify as CL or CH SC Clayey sandG.H.I.

Pl > 7 and plots on or above “A” line’ CL Lean clayK.L.M. inorganic

Pl < 4 or plots below “A” line’ ML SiliK.L.M.

Silts and Clays Liquid limit less than 50

organic Liquid limit – oven dried Liquid limit – not dried OL

Organic clayA.L.M.N.

Organic siltA.F.L.M.O.

Pl plots on or above “A” line’ CH Fat clayA.L.M. inorganic

Pl plots below “A” line’ MH Elastic siltK.L.M.

Fine-Grained Soils 50% or more passes the Nº 200 sieve

Silts and Clays Liquid limit 50 o more

organic Liquid limit – oven dried Liquid limit – not dried OH

Organic clayA.L.M.P.

Organic siltA.L.M.Q.

Highly organic soils Primanly organic matter. Dark in color and organic odor PT Peat A Based on the material passing the. 3-in (75-mm) sieve B If field sample contained cobbles or boulders or both. add “with cobbles or boulders. Or both” to group name. E Gravel with 5 to 12’7% fines require dual symbols. GW-GM well-grade gravel with silt Gw-GC well-graded gravel with day GP-GM poorly graded gravel with silt GP-GC poorly graded gravel with clay D “Sands with 5 to 12% fines require dual symbols SW-SM well-graded sand with silt SW-SC well-graded sand with clay SP-SM poorly graded sand with silt SP-SC poorly graded sand with clay

6010

230

1060 DxD)(DCcD/DCu ==E

F If soil contains ≥ 15% sand. Add “with sand” to group name.

G If fines classfy as CL-NL use dual symbol GC-GM. Or SC-SM

H If fines organic add “with organic fines” to group name I If soil contains ≥ 15% gravel. Add “with gravel” to

group name I If Atterberg lines plot in hutched area soil is a CL-ML. silty clay

K If soil contains 15 to 29 plus Nº 200. add “with sand” or “with gravel” whichever is predominant L If soil contais ≥ 30% plus Nº 200 predominantly sand. add “sandy” to group name. M If soil contains ≥ 30% plus Nº 200 predominantly gravel. add “gravelly” to group name. N Pl ≥ 4 and plots on or above “A” line. O Pl < 4 or plots below “A” line. P Pl plots on or above “A” line Q Pl plots below “A” line.

DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA El programa puede obtener todas las combinaciones posibles del símbolo de grupo que son permitidas por la Norma ASTM D 2487. Podemos apreciar que el número de letras que combinadas originan el mencionado símbolo, son nueve C, S, W, P, M, C, H, L, y O. Estas letras ordenadas adecuadamente y combinándolas con otras que nos proporcione palabras nemotécnicas tales como las utilizadas GAS HELIO Y WAP MACRO, nos asegura tener todas las combinaciones posibles para clasificar un suelo. Se podrá apreciar que el programa, siguiendo un orden lógico, puede obtener símbolos dobles donde el segundo grupo de símbolos que conforma esta clasificación también esta compuesto de símbolo doble “GW – (GC - GM); esto sería originado por un material de partículas gruesas, donde el porcentaje que pasa el tamiz N° 200 está comprendido en 5 – 12% y además el IP entre 4 – 7%. La clasificación mencionada quedará reducida a GW–GC tal como especifica la Norma. El programa trabaja con el mínimo de datos necesarios. Estos datos son los resultados del análisis granulométrico y límites de consistencia obtenidos del laboratorio.

< 0.75

< 0.75

Realizando un seguimiento, de la “Carta de Clasificación de Suelos” mostrada en la Tabla N° 1, observamos que el primer valor requerido es el “% que pasa el tamiz N° 200” . Valor que nos define al suelo según el tamaño de partículas finas, requerirá de dos datos adicionales para definir la clasificación en “La Carta de Plasticidad” . Nótese que la carta mostrada en la Figura N° 2, define los casos frontera; por ejemplo si el LL = 50% estaríamos en la zona de la derecha, mientras que si algún valor es ploteado sobre la Línea “A”, la zona correspondiente será la parte superior, así mismo esta definida para el IP entre 4 – 7%. Si el material es de partículas gruesas y el % que pasa el tamiz N° 200 es mayor de 12%, el proceso será similar al mencionado. Por el contrario, si el % que pasa el tamiz N° 200 es menor o igual a 12%, requeriremos del cálculo de los coeficientes de uniformidad y curvatura tal como muestra la Figura N° 3. Las líneas de programación comprendidas entre la número 220 y 340, realiza el calculo de los correspondientes D10, D30 y D60 que posteriormente servirán para calcular Cu y Cc. En caso de conocer alguno de los diámetros requeridos el valor será proporcionado al programa. De no ser así, se realizará una interpolación lineal auxiliado de dos valores de diámetros y dos de porcentajes acumulados que pasan. Estos serán los inmediatos superior e inferior al valor requerido. De esta manera evitamos graficar la curva granulometrica y por el contrario suponer que los puntos ploteados son unidos mediante segmentos de rectas, tal como muestra la Figura N° 3. Luego del análisis observamos que la línea 430 nos almacena las letras que darán lugar al símbolo de grupo, valor que posteriormente será impreso en la línea 540.

A continuación se presenta algunos ejemplos de la ejecución del programa. SUCS. RUN INGRESO DE RESULTADOS DE LABORATORIO: ======================================= % que pasa # 200 : 85 Límite Líquido : 25.3 Índice Plástico : 12.1 * CLASIFICACION SUCS* CL -------------------------------------------- 0 RUN INGRESO DE RESULTADOS DE LABORATORIO: ======================================= % que pasa # 200 : 67 Límite Líquido : 22.7 Índice Plástico : 0 * CLASIFICACION SUCS* ML -------------------------------------------- 0 RUN INGRESO DE RESULTADOS DE LABORATORIO: ======================================= % que pasa # 200 : 72 Límite Líquido : 55.3 Índice Plástico : 29.1 * CLASIFICACION SUCS* CH --------------------------------------------

0 RUN INGRESO DE RESULTADOS DE LABORATORIO: ======================================= % que pasa # 200 : 56 Límite Líquido : 52.8 Índice Plástico : 13.2 * CLASIFICACION SUCS* MH -------------------------------------------- 0 RUN INGRESO DE RESULTADOS DE LABORATORIO: ======================================= % que pasa # 200 : 65 Límite Líquido : 13.58 Índice Plástico : 5.7 * CLASIFICACION SUCS* CL-ML ----------------------------------------------- 0 RUN INGRESO DE RESULTADOS DE LABORATORIO: ======================================= % que pasa # 200 : 20 Límite Líquido : 23.8 Índice Plástico : 7.7 % que pasa # 4 : 69 * CLASIFICACION SUCS* SC -------------------------------------------- 0 RUN INGRESO DE RESULTADOS DE LABORATORIO: ======================================= % que pasa # 200 : 31 Límite Líquido : 18 Índice Plástico : 4.6 % que pasa # 4 : 66 * CLASIFICACION SUCS* SM-SC ------------------------------------------------ 0 RUN INGRESO DE RESULTADOS DE LABORATORIO: ======================================= % que pasa # 200 : 8 Límite Líquido : 22.8 Índice Plástico : 4.9 % que pasa #4 : 51 Conoce D10 (S/N) : N

Diámetro Superior : 0.149 % Superior : 15 Diámetro Inferior : 0.074 % Inferior : 8 Conoce D30 (S/N) : N Diámetro Superior : 2 % Superior : 34 Diámetro Inferior : 1.19 % Inferior : 28 Conoce D60 (S/N) : N Diámetro Superior : 9.525 % Superior : 63 Diámetro Inferior : 6.35 % Inferior : 51 * CLASIFICACION SUCS* GW-GC -------------------------------------------------

Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de DesastresAv. Túpac Amaru N° 1150 - Lima 25. Apartado Postal 31-250, Lima 31Teléfonos (51-1) 482-0777, 482-0804 Fax 481-0170e-mail:director@uni.edu.pe http://www.cismid-uni.org