MECANICA DE SUELOS I

CAPITULO V

Consistencia de los suelos (plasticidad)

5.0. .- CONSISTENCIA DE LOS SUELOS (PLASTICIDAD)

5.1.- GENERALIDADES.- En los suelos cohesivos (arcillas, limos, margas, arcillas arenosas, limos arenosos) debe averiguarse el comportamiento por la plasticidad.

La plasticidad de los suelos cohesivos no es una propiedad permanente, sino circunstancial y dependiente de su contenido de humedad (agua). Por ejemplo una arcilla bastante seca, puede tener la consistencia de un ladrillo, con plasticidad nula, y esa misma, con gran contenido de agua puede presentar las propiedades de un lodo semilíquido. Entre ambos extremos, existe un intervalo del contenido de agua en que la arcilla se comporta plásticamente

5.2.- DEFINICION.- Es la propiedad de un material por el cual es capaz de soportar deformaciones rápidas sin rebote elástico, sin variación volumétrica apreciable y sin deformarse y agrietarse.

5.3.- ESTADOS DE CONSISTENCIA.- Según su contenido de agua en orden decreciente, un suelo es susceptible de ser plástico y puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definidos por atterberg.

CONSISTENCIA DE LOS SUELOS (PLASTICIDAD)

5.3.1.- Estado Líquido.- Cuando el suelo tiene las propiedades y apariencia de una suspensión.

5.3.2.- Estado semi Líquido.- Cuando el suelo se comporta como un fluido viscoso.

5.3.3.- Estado Plástico.- Cuando el suelo está sujeto a deformaciones.

5.3.4.- Estado semi Sólido.- Cuando el suelo se encuentra en proceso de endurecimiento difícil de trabajarse, disminuye su V al esta sujeto al secado.

5.4.- LIMITES DE CONSISTENCIA.- La frontera entre el estado semi líquido y plástico es el L.L.

- La frontera convencional entre los estados plástico y semi sólido es el L.P.

La diferencia entre los valores de los límites de plasticidad se denomina IP.

IP = L.L. – L.P. 5.3.1.

ESTADOS DE CONSISTENCIA

Volumen de la mezcla suelo - agua

Además de estos límites, Atterberg definió otros límites de consistencia.

a).- Límite de adhesión: Es el contenido de agua con que la arcilla pierde sus propiedades de adherencia.

b).- Límite de Cohesión: Es el contenido de agua con que los grumos de arcilla ya no se adhieren entre sí.

c).- Límite de Contracción.- Frontera entre los estados de consistencia semí sólido y sólido definido con el contenido de humedad (agua) con el que el suelo ya no disminuye su volumen al seguirse secando.

SÓLIDO SEMI SÓLIDO PLASTICO SEMI LIQUIDO LIQUIDO

Contenido de agua creciente

LC LP LL

5.4.1.- DETERMINACION DEL (LL) LIMITE LIQUIDOSe emplea la copa de casagrande en el cuál se coloca el material (suelo) que pasa la malla N° 40 se presenta en el dibujo el aparato.

Aparato para la determinación del Límite Líquido

A

150 m

m

125 mm

AB

CAUCHO DURO

50

mm

CAUCHO DURO

A

D

11 mm

8 m

m

B

CAUCHO DURO

1 cm

5.4.1.1.- DETERMINACION DEL LIMITE LIQUIDO- Hacer pasar el suelo seco al aire por la malla N° 40 (0.42 Mm.), alrededor de 250 gramos en caso

sea necesario habrá que triturar al suelo previamente.

- Verificar la altura de la copa de casagrande, y debe ser de 1 cm. (0, mm.).

- Mezclar los 250 gramos de suelo (< N° 40) con una espátula en un recipiente añadiendo agua destilada, hasta adoptar una consistencia suave, color uniforme: remover alrededor de 20 gramos de esta muestra adecuadamente mezclada del plato en el que se esta trabajando para la determinación del límite plástico. La consistencia resultante debe permitir un Número de golpes para la falla en el rango de 30 a 40 golpes.

- Remover la cazuela del aparato del Limite Liquido y colocar una pequeña cantidad de suelo hasta la profundidad adecuada para el trabajo de la herramienta ranuradora. Se deberá emparejar la superficie de la pasta de suelo cuidadosamente con una espátula: mediante el uso de la herramienta ranunadora, cortar una ranura clara, recta

- Golpear la copa de casagrande, contando el N° de golpes necesario para que la parte inferior de la ranura se cierre en 1.27 cm.(0.5”).

- Repetir el proceso 2 veces con la misma consistencia; siempre contarse el mismo N° de golpes

- Determinar el contenido de humedad de esta muestra (bajo la condición de que haya un número de golpes entre 6 y 50)

- Reiterar todo el ensayo 2 veces con otras consistencias (añadiendo más agua o añadiendo suelo seco si haya salido un número de golpes muy bajo)

- Entrar al gráfico con los contenidos de humedad y los números de golpes y encontrar el Límite líquido en la ordenada de 25 golpes.

Problema N° 1: Determinar el Ll.y LP, con los sgts. Resultados de laboratorio

N° de tarro (gr) 05 06 07

Tarro + Ws.h. (gr) 41.00 37.08 40.45

Tarro + Ws.s. (gr) 36.65 33.07 35.59

Wagua (gr) 4.35 4.01 4.86

Wtarro 15.17 15.47 15.58

Ws.s. 21.48 17.60 20.01

W % 20.25 22.78 24.29

N° de golpes 36 20 15

N° de tarro 09 10 11

Tarro + Ws.h. 26.82 26.12 26.54

Tarro + Ws.s. 25.21 24.73 25.08

Wagua 1.61 1.39 1.46

Wtarro 15.23 15.23 15.22

Ws.s. 9.98 9.50 9.86

W % 16.13 14.63 14.81

Problema N° 2Determinar el L.L. De un suelo mediante los siguientes datos

OBRA : Ejemplo de practica L - 2533TRAMO I : Km. 0+000 Shilcayo R. NAVARRO

LUGAR : Tarapoto SAN MARTIN PERU

PROCEDENCIA : BASE GRANULARUBICACIÓN : Km. 8+750 - 9+100 @ -0.60 m. De S.R.

Nº de golpes 36 30 21 17

Nº de recipiente 11 12 13 14 Peso recip. + suelo humedo 42.16 41.51 40.76 40.76 Límite Líquido : < 25 Peso recip. + suelo seco 36.35 36.21 35.62 34.50 Peso del recipiente 13.48 15.59 16.15 10.79 Indice Plástico : < 3 Peso del Agua 5.81 5.30 5.14 6.26 Peso del suelo seco 22.87 20.62 19.47 23.71 Lím.Contracción : Contenido de humedad (%) 25.40 25.70 26.40 26.40

Nº del recipiente 2 3 4 7 8 9 10

Peso de recip. + suelo humedo 21.46 22.80 21.80 1353.70 1353.70 1353.70 1353.70 Peso del recip.+ suelo seco 21.03 22.21 22.20 1283.32 1282.10 1281.25 1284.31 Peso del recipiente 17.95 17.95 13.20 365.23 365.51 365.56 365.21 Peso del agua 0.43 0.59 1.08 70.38 71.60 72.45 69.39 Peso del suelo seco 3.08 4.26 9.00 918.09 916.59 915.69 919.10 Contenido de humedad (%) 13.96 13.85 12.00 7.67 7.81 7.91 7.55

Ensayo Nº 1 2

Muestra inalterada Peso del suelo seco Peso molde + mercurio Peso del molde Peso mercurio Volumen de la pastilla Límite contracción (%)

HUMEDAD INDICE

NATURAL CONTRACC. LIQUIDO PLASTICO PLASTICO

MUESTRA :

LIMITE LIQUIDO ( Método A )

LIMITES

LIMITE DE CONTRACCION

ESPECIFICACIONES

HUMEDAD NATURAL

LIMITE LIQUIDO,PLASTICO E INDICE PLASTICO DE SUELOSASTM D 4318-93

12-Dic-2000

CERTIFICADO :HECHO POR :FECHA :

RESULTADOS

LIMITE PLASTICO

7.67 26.06 12.7913.27

23.0

24.0

25.0

26.0

27.0

28.0

NUMERO DE GOLPES

CO

NT

EN

IDO

DE

HU

ME

DA

D

10 15 20 25 35 4030

SEGÚN LA FORMULA DE LAMBE ES LL = w N 0.121 Para 21 golpes LL = 26.40 21 0.121 =25.85%. 25 25

. Para 30 golpes LL = 25.70 30 0.121 =26.27%

. 25LL promedio = 25.85 + 26.27 = 26.06%

2

5.5.- DETERMINACION DEL LIMITE PLASTICO

- Dividir en varios pedazos o porciones pequeñas de muestra de 20 gramos de suelo que se habría separado.

- Arrollar la muestra con la mano sobre una placa de vidrio hasta alcanzar un cilindro de 3 Mm. (velocidad de 80 a 90 movimientos por minuto )

- Repetir este proceso tantas veces con variación en la consistencia hasta presentar el rollito señales de agrietamiento.

- determinar el contenido de humedad en ese estado (LP).

- Procedimiento Opcional:

Se prepara rollitos, sobre una hoja de papel totalmente seca, para acelerar la perdida de agua (humedad) del material, también es frecuente efectuar el rolado sobre una placa de vidrio. Cuando los rollitos llegan a los 3 mm, se doblan y presionan, formando una pastilla que vuelva a rolarse, hasta que en los 3 mm justos ocurra el desmoronamiento y agrietamiento en tal momento se determinará rápidamente su contenido de agua (humedad), que es el límite plástico

Vm - Ws

LC %= Ss o o x 100

Ws

LC% = Vm o - 1 x 100

Ws Ss

LC% = 1 - 1 x 100

d Ss

LC% = w% Vm - Vs x 100

Vs

LC% = W1 – W 1 (V 1 – V 2 ) W x 100

Ws

V 1 = Volumen de la muestra húmeda

V 2 = Volumen de la muestra seca

W 1 = Peso de la muestra húmeda

Ws = Peso de la muestra seca

A

SVm

WsSs o Ws

Wm

W% = Vv x o x 100

Ws

W% = Vm x Vs o

Ws

W% = Vm x o – Vs o

Ws Ws

W% = 1 - 1 w%= o - 1

Ws Ws d Ss

Vmo Vso

d Ss

o

5.6.- DETERMINACION DEL LIMITE DE CONTRACCION

Límite de Contracción es medido siguiendo la variación del volumen de una muestra de suelo en función de su humedad, cuando la humedad disminuye el volumen de la muestra permanece constante, luego el límite de contracción, es la humedad a partir de la cual V de la muestra deja de disminuir, cuando el contenido de humedad decrece.

DETERMINACION DEL LIMITE DE CONTRACCION- Usar la muestra secada del ensayo para la determinación del límite liquido y

pesarla (40 gramos aproximadamente)

- Y mezclarla con agua destilada hasta lograr una pasta cremosa, utilizando un contenido de humedad (W%) cercano o algo superior al límite líquido.

- Llenar un recipiente de vidrio que esta colocado en otro recipiente mayor, de mercurio.

- colocar la muestra seca al recipiente lleno de mercurio y taparla con una placa de vidrio equipada con patas de metal.

- Pesar la cantidad de mercurio desplazado por la muestra se suelo y recogido en el recipiente mayor.

- Calcular el volumen = peso del mercurio desplazado /peso especifico del mercurio = V , y la densidad (aparente) del suelo Ds = Ps/ V ; mercurio = 13.5 gr/cm3.

- Averiguar el límite de contracción :

- LC (%) = 100 (1/Ds – 1/ s) = (Vm/Ps – Vs/Ps) x 100

Donde: Ps: peso del suelo; Vm: Volumen de la muestra; Vs: Volumen del suelo

5.7.- ECUACION DE LA CURVA DE FLUIDEZ

27.0

28.0

29.0

30.0

31.0

32.0

NUMERO DE GOLPES

CONTENIDO DE HUMEDAD

10 15 20 2530 35 40 NG. Escala logaritmica

W%

LL

LL = w = If lg N + CC: Constante que representa la ordenada de la abcisa de 1 golpe

W: Contenido de humedad, como porcentaje del peso seco

If: índice de fluidez pendiente de la curva de fluidez, igual a la variación del contenido de agua correspondiente a un ciclo de la escala logarítmica.

N: número de golpes en la copa de casagrande

If = w%1 - w%2 ; Es la pendiente de la curva de fluidez

Log N1 - Log N2

If = w% N

ECUACION DE LA CURVA DE FLUIDEZ

5.8.- INDICE DE TENACIDAD

La tenacidad queda definida por el valor del esfuerzo cortante capas de resistir el suelo en el límite plástico

I.T. = IP : IP = LL - LP

If If = Índice de influencia5.9.- GRADO DE CONSISTENCIA.- (Kw).- A partir de los valores del límite líquido y plástico se puede determinar el grado de consistencia.Kw = LL - w %n : LL : Límite líquido LL - LP w %n: Contenido de humedad natural LP : Límite plástico

Kw < 0 Consistencia líquida0 < Kw<0.50 Consistencia viscosa0.5<Kw<0.75 Consistencia suave0.75<Kw< 1 Consistencia plástica (semirígida)Kw > 1 Consistencia media dura, dura sólida.

5.10.- RELACION ENTRE EL LIMITE LIQUIDO (LL) Y EL INDICE DE PLASTICIDAD (IP)Como base para la clasificación de suelos cohesivos se utiliza un diagrama que muestra la relación en el LL de un suelo en la abscisa y su IP en la ordenada.

5.11.- RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE ( )

EN EL LIMITE PLASTICO

= Antilog IP + Lg 25 gr/cm2

If

PARA CUALQUIER CONTENIDO DE HUMEDAD

Antilog LL - w% n + log 25 gr/cm2

If

EN EL LIMITE LIQUIDO

Antilog LL - LL + log 25

If

25 gr/cm2

=

=

=

IP

OL : Limo orgánico de poca plasticidad

ML : Limo inorgánico de poca plasticidad

CLASIFICACION UNIFICADA DE SUELOS

OH : Limo orgánico de alta plasticidad

MH : Limo inorgánico de alta plasticidad

CH : Arcilla de alta plasticidad

GRAFICA DE PLASTICIDAD

( CLASIFICACION UNIFICADA DE SUELOS)

CARTA DE PLATICIDADLIMITE LIQUIDO %

CL : Arcilla de poca plasticidad

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10

20

30

40

50

60

7

4

CL - ML

ML

CL

CL

CH

OL OML

OH OMH

IND

ICE P

LA

ST

ICO

%

LIN

EA

"B

"22