Plasticidad de Los Suelos

Facultad de Ingeniera y Arquitectura

PLASTICIDAD DE LOS SUELOS

Mecnica de suelos I Cajamarca, octubre del 2014


Plasticidad de los suelosExisten suelos que al serremoldados, cambiando sucontenido de agua si es necesario,adoptan una consistenciacaracterstica, que desde pocasantiguas se ha denominadoplasticidad. Estos suelos han sidollamados arcillas, originalmente,por los hombres dedicados a lacermica.



La plasticidad es, en este sentido, unapropiedad tan evidente que ha servidopara clasificar suelos en formapuramente descriptiva. Al tratar dedefinir en trminos simples la plasticidadde un suelo, no resulta suficiente decirque un suelo plstico puede deformarsey remoldearse sin agrietamiento, puesuna arena fina y hmeda tiene esascaractersticas cuando la deformacin seproduce lentamente y sin embargo, no esplstica.



La plasticidad es un fenmeno inherente a los suelos de partculas muyfinas, limos y arcillas. En la periferia de las partculas tiene efecto unfenmeno elctrico superficial, ya que sta posee carga negativa y portanto, atrae los iones positivos del agua. Debido a estas fuerzaselectrostticas, el fenmeno produce una interaccin de las partculas,por lo que tienden a permanecer y moverse unidas. La plasticidad es,pues, una consecuencia directa se estos fenmenos.



Por lo tanto la plasticidad puede definirse como la propiedad de unmaterial por la cual es capaz de soportar deformaciones rpidas, sinrebote elstico, sin variacin volumtrica apreciable y sindesmoronarse ni agrietarse. Con esta definicin se logra circunscribirla propiedad a las arcillas en ciertas circunstancias.

Los suelos arcillosos, especialmente los muy plsticos, se retraenmucho cuando se secan y se expanden cuando se humedecen, esdecir hay cambio de volumen en el suelo.



Estados de consistenciaLa consistencia de un suelo se define como su resistencia al esfuerzocortante; es la oposicin que presenta la masa de suelo a que se le deforme.

Para medir la plasticidad de las arcillas se han desarrollado varios criteriosde los cuales se menciona el desarrollado por Atterberg, quien consideraque la plasticidad no es una propiedad permanente de las arcillas, sinocircunstancial y dependiente de su contenido de agua.



Una arcilla muy seca puede tener la consistencia de un ladrillo, conplasticidad nula, y esa misma, con gran contenido de agua, puede presentarlas propiedades de un lodo semilquido o, inclusive, las de una suspensinlquida. Entre ambos extremos, existe un intervalo del contenido de agua enque la arcilla se comporta plsticamente.

El contenido de agua con que se produce el cambio de estado vara de unsuelo a otro y en mecnica de suelos interesa fundamentalmente conocer elrango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamientoplstico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad).



Segn su contenido de agua en forma decreciente, un suelo susceptiblede ser plstico puede estar en cualquiera de los siguientes estados deconsistencia, definido por Atterberg.

Estado lquido el suelo tiene las propiedades y apariencias de unasuspensin.

Estado Semilquido el suelo presenta las propiedades de un fluidoviscoso.

Estado Plstico el suelo se comporta plsticamente. Estado semi slido el suelo tiene la apariencia de un slido, pero an

disminuye de volumen al estar sujeto a secado. Estado slido el volumen del suelo no varia con el secado.



Lmites de consistencia o de AtterbergLos estados de consistencia son fases generales por las que pasa el sueloal irse secando y los lmites de consistencia son las fronterasconvencionales entre estos estados y estn definidos por un contenido dehumedad.



Los lmites de consistencia que se estudia y son de importancia paraingeniera son: lmite lquido, lmite plstico y lmite de contraccin. Elmtodo usado para medir estos lmites de humedad fue ideado porAtterberg a travs de ensayos que definen los lmites del estadoplstico.

Los lmites de Atterberg son propiedades ndices de los suelos, conque se definen la plasticidad y se utilizan en la identificacin yclasificacin de un suelo.



Lmite lquidoEs el contenido de humedad que corresponde a la frontera entre losestados de consistencia semilquido y plstico de un suelo.

El lmite lquido se determina cerrando unaranura practicada en una muestra de suelo enun dispositivo llamado copa de casagrandegolpendola mediante una manivela, un golperepresenta la resistencia al esfuerzo cortantede 1 gr/cm2.



por consiguiente como el lmite lquido corresponde al cierre de la ranura en 25 golpes, entonces el lmite lquido indica el contenido de agua para el cual el suelo tiene una resistencia al corte de 25 gr/cm2.

La ranura se realiza con un dispositivo dedimensiones estndar, sometido a 25 golpespor cada de 8 mm a 10 mm de la copa a raznde 2 golpes/s, la ranura deber cerrarse en elfondo de la copa a lo largo de 13 mm.



Un suelo cuyo contenido de humedad sea aproximadamente igual o mayor asu lmite lquido tendr una resistencia al corte prcticamente nula.

Las arcillas tienen LL > 40 % y las arenas y limos tienen LL entre 25% a 35%

La resistencia al corte en el lmite lquido de los suelos cohesivos esconstante e igual a 25 gr/cm2, en cambio en el lmite plstico no es constantesino que puede variar ampliamente.

Los suelos cohesivos cuya curva de fluidez es ms tendida, tienen menorndice de fluidez y mayor resistencia en el lmite plstico.



El lmite lquido se determina con el ensayo de lmite lquido mediantevarios puntos o con un solo punto.

En el ensayo de lmite lquido se determina 3 o ms puntos, los cualesse dibujan en papel semilogartmico, al unir estos puntos se obtieneuna recta llamada curva de fluidez cuya ecuacin es la siguiente:

W = - Fw * log N + C



W = - Fw * log N + C

W : contenido de humedad

Fw: ndice de fluidez, es la pendiente de la curva igual a la variacin delcontenido de humedad a un ciclo de la escala logartmica

N: nmero de golpes correspondiente al contenido de humedad

C : constante que representala ordenadacorrespondiente a 1golpe, se calculaprolongando la recta



Ensayo: lmite lquidoMaterialSuelo seco al aire y que pasa la malla N 40

Equipo Malla N 40 Copa de Casagrande y ranurador o acanalador Balanza con aproximacin de 0.01 gr. Estufa con control de temperatura Esptula Probeta de 100 ml. Cpsula de porcelana Taras



Procedimiento En una cpsula de

porcelana mezclar el suelocon agua mediante unaesptula hasta obtener unapasta uniforme.

Colocar una porcin de lapasta en la copa deCasagrande, nivelarmediante la esptula hastaobtener un espesor de 1 cm.



En el centro hacer una ranura con

el acanalador de tal manera que lamuestra queda dividida en dospartes.

Elevar y caer la copa mediante lamanivela a razn de 2 cadas porsegundo hasta que las dos mitadesde suelo se pongan en contactoen la parte inferior de la ranura y alo largo de 1 /2 ( 1.27 cm),registrar el nmero de golpes.



Mediante la esptula retirar la porcin de suelo que se ha puesto encontacto en la parte inferior de la ranura y colocarlo en una tara paradeterminar su contenido de humedad.

Retirar el suelo remanente de la copa de Casagrande y colocar en lacpsula de porcelana, agregar agua si el nmero de golpes del ensayoanterior ha sido alto, o agregar suelo si el nmero de golpes ha sidobajo. (el nmero de golpes debe estar comprendido entre 6 y 35).

Repetir el ensayo mnimo 2 veces ms, de esta manera se tendrcomo mnimo 3 valores del nmero de golpes correspondientes a 3diferentes contenidos de humedad.



Dibujar la curva de fluidez ( es una recta) en escala semilogartmica, en eleje de abscisas se registrar el nmero de golpes en escala logartmica,en el eje de ordenadas los contenidos de humedad en escala natural.

Determinar la ordenada correspondiente a los 25 golpes en la curva defluidez, este valor ser el lmite lquido del suelo.



Ejemplo: Determinar el lmite lquido del siguiente suelo

Tara LL1 LL2 LL3W t (gr) 28.27 18.10 30.40W mh + t (gr.) 38.60 29.70 41.40W ms + t gr.) 34.70 25.40 37.40W w (gr.)W ms (gr.)N golpes 12 19 30W %LL



Lmite lquido con un solo puntoEn lugar de determinar puntos comprendidos entre 6 y 35 golpes, sepuede determinar un punto comprendido entre 20 y 30 golpes ydeterminar el lmite lquido con la siguiente expresin

LL = K * WN

LL : lmite lquidoK : factor de lmite lquido dado en tabla segn numero de golpes WN : contenido de humedad correspondiente a un determinado

nmero de golpes



N(nmero de golpes)

K(factor de LL)

20 0.97421 0.97922 0.98523 0.99024 0.99525 1.00026 1.00527 1.00928 1.01429 1.01830 1.022



Lmite plsticoFrontera convencional entre los

estados semislido y plstico, que sedetermina alternativamentepresionando y enrollando unapequea porcin de suelo plsticohasta obtener un dimetro de 3 mmen el cual el pequeo cilindro sedesmorona, y no puede continuarsiendo presionado ni enrollado. Elcontenido de agua que se encuentrase registra como lmite plstico.



Ensayo: lmite plsticoUna porcin de la mezcla preparada para el lmite lquido

Equipo Balanza con aproximacin de 0.01 gr. Estufa Esptula Cpsula de porcelana Placa de vidrio Taras



Procedimiento A la porcin de la mezcla preparada

par el lmite lquido agregar sueloseco de tal manera que la pasta bajesu contenido de humedad.

Enrollar la muestra con la mano sobreuna placa de vidrio hasta obtenercilindros de 3 mm. de dimetro y quepresenten agrietamientos, determinarsu contenido de humedad.



Repetir el ensayo una vez ms. El lmite plstico es el promedio de los 2 valores de contenidos de

humedad, si la diferencia entre estos 2 valores es mayor que dos puntosde porcentaje, repetir el ensayo.

Ejemplo: determinar el lmite plstico del siguiente suelo

Tara LP 1 LP2W t (gr.) 28.90 25.80W mh + t (gr.) 32.90 30.60W ms + t gr.) 32.00 29.50W w (gr.)W ms (gr.)W %LP (%)



Ejemplo 1. Determinar el lmite lquido y el limite plstico del siguiente suelo

LMITE LQUIDO LMITE PLSTICO

Wt (gr) 27,10 30,40 29,60 29,70 29,70

Wmh + t (gr) 36,80 43,40 39,90 36,50 37,30

Wms + t (gr) 34,50 40,50 37,70 35,50 36,10

Wms (gr)

W w (gr)

W(%)

N.GOLPES 12 23 35

L.L - LPMecnica de suelos I Cajamarca, octubre del 2014



26

27

28

29

30

31

32

1 10 100

C

O

N

T

E

N

I

D

O

D

E

H

U

M

E

D

A

D

(

%

)

NMERO DE GOLPES

LMITE LQUIDO


Ejemplo 2. Determinar el lmite lquido y el limite plstico del siguiente suelos

LMITE LQUIDO LMITE PLSTICOWt (gr) 27,10 30,50 25,40 29,60 25,40 Wmh + t (gr) 40,00 41,60 33,90 33,70 31,30

Wms + t (gr) 37,20 39,30 32,20 33,10 30,40Wms (gr)W w (gr)W(%)N.GOLPES 16 25 35

L.L - LP




24

25

26

27

28

1 10 100

C

O

N

T

E

N

I

D

O

D

E

H

U

M

E

D

A

D

(

%

)

NMERO DE GOLPES

LMITE LQUIDO


Ejemplo 3. Determinar el lmite lquido y el limite plstico del siguiente suelos

LMITE LQUIDO LMITE PLSTICOWt (gr) 16.67 15.53 14.59 Wmh + t (gr) 49.89 46.81 48.05 Wms + t (gr) 39.92 37.84 38.76 Wms (gr)W w (gr)W(%)N.GOLPES 17 25 32 L.L - LP



38

39

40

41

42

43

44

1 10 100

C

O

N

T

E

N

I

D

O

D

E

H

U

M

E

D

A

D

(

%

)

NMERO DE GOLPES

LMITE LQUIDO



Clasificacin de la plasticidad segn lmite lquido

Plasticidad Lmite Lquido

Baja plasticidad < 35%

Plasticidad intermedia 35% - 50%

Alta plasticidad 50% - 70%

Plasticidad muy alta 70% - 90%

Plasticidad extremadamente alta > 90%



Clasificacin de la plasticidad segn ndice plstico

Plasticidad ndice plstico

No plstico NP

Baja plasticidad < 7%

Medianamente plstico 7% - 17%

Altamente plstico > 17%



ndice plstico (IP)Se define como la diferencia entre el lmite lquido y el lmite plstico para un suelo dado.

IP = LL LP

LL: lmite lquidoLP: lmite plstico

Esta diferencia cuantifica la amplitud o extensin del estado plstico de un suelo.

Cuando no puede determinarse uno de los lmites o la diferencia esnegativa, entonces no existe ndice de plasticidad y se indica como NP(no plstico)



ndice lquido (IL)IL = w LP

IP

W : contenido de humedad naturalLP: lmite plsticoIP: ndice plstico

ndice de consistencia (IC)IC = LL w

IP

LL: lmite lquidoW : contenido de humedadIP: ndice plstico



Consistencia Relativa (Cr)La consistencia relativa en los suelos finos es el homlogo de ladensidad relativa en los suelos granulares. Est definida por la siguienteexpresin:

Cr = (LL - w) / (LL - LP)Cr = (LL - w) / IP

LL: lmite lquidoW : contenido de humedad natural.LP: lmite plsticoIP: ndice plstico



Para distintos valores de w, se obtiene los siguientes valores deconsistencia relativa

W > LL, Cr < 0W = LL, Cr = 0W = LP, Cr = 1W < LP, Cr > 1



La consistencia relativa es un parmetro de los suelos finos que nospermite evaluar las condiciones de soporte y mantenimiento de proyectos.Supongamos que se desea realizar el dragado de un canal marino para elproyecto de un puerto. Antes de empezar la ejecucin de la obra, elcontratista requerir de los servicios de un ingeniero de suelos, quienproceder a extraer muestras del lecho submarino. A estas muestras se lesdeterminar su contenido de humedad en estado natural (W), el lmitelquido (LL) y el lmite plstico (LP). Aplicando la frmula de la consistenciarelativa, si se obtuviera un valor negativo, este nos indicara que elcontenido de humedad natural est por encima del lmite lquido y que, portanto, el suelo no conservara la forma propia, escurrindose eimposibilitando el corte y por tanto la ejecucin de la obra.



Carta de Plasticidad de Casagrande



La carta de plasticidad elaborada por el profesor Arturo Casagrande esun elemento bsico en la identificacin y clasificacin de los suelos. Lalabor que realiz Casagrande fue llevar a un grfico una cantidad demuestras con slo dos parmetros, el lmite lquido y el ndice plstico.Observ que los materiales homlogos se agrupaban, existiendo asposiciones y fronteras para los distintos tipos de suelo.

En la carta de plasticidad, hay seis zonas claramente diferenciables.Estas zonas se encuentran delimitadas por tres lneas denominadas A,B, y C.



La lnea A se define por la ecuacin IP = 0.73* (LL-20) . Los suelos encorrespondencia con puntos que se encuentran por encima de la lnea A,se clasificarn como arcillas inorgnicas. De manera anloga, los suelosinorgnicos que correspondan a puntos que se encuentran por debajo dela lnea A se clasificarn como limos.

Las lneas B y C se encuentran paralelas al eje de las ordenadas en lospuntos 30 y 50 % del eje de la abscisas, respectivamente. Estas rectasdividen la carta en tres franjas verticales correspondientes de izquierda aderecha a materiales de baja, mediana y alta plasticidad. Las zonas II y IIIindicadas en la carta que se muestra, tienen el inconveniente de queclasifican tambin limos orgnicos y arcillas orgnicas respectivamente.



Afortunadamente los materiales orgnicos son fcilmente identificablespor su color oscuro, estructura esponjosa y a veces olor caracterstico.De esta manera, quedan definidas las zonas de la forma siguiente:I: Limo inorgnico de baja plasticidadII: Limo inorgnico de mediana plasticidad o limo orgnicoIII: Limo inorgnico de alta plasticidad o arcilla orgnicaIV: Arcilla inorgnica de baja plasticidadV: Arcilla inorgnica de mediana plasticidad

VI: Arcilla inorgnica de alta plasticidadEn algunos textos se emplea la palabra compresibilidad en vez deplasticidad en las clasificaciones, ya que lo que es plstico, en principio,tambin es comprensible.


Plasticidad de Los Suelos

Documents

Transcript of Plasticidad de Los Suelos