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PLASTICIDAD EN LOS PLASTICIDAD EN LOS SUELOSSUELOS

Ing. Lidia Ynoa S.Ing. Lidia Ynoa S.

FacilitadorFacilitador

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PLASTICIDADPLASTICIDAD

• La plasticidad es una propiedad La plasticidad es una propiedad característica de las arcillas, que le característica de las arcillas, que le permite que puedan ser remoldeadas permite que puedan ser remoldeadas cuando están húmedas cuando están húmedas aplicándoles aplicándoles fuerzas externas, y mantener las formas fuerzas externas, y mantener las formas adquiridas, aun cuando la humedad y las adquiridas, aun cuando la humedad y las fuerzas externas desaparezcan. fuerzas externas desaparezcan.

• Esta propiedad es muy apreciada por los Esta propiedad es muy apreciada por los ceramistas, ya que las hace muy ceramistas, ya que las hace muy trabajables y moldeables. trabajables y moldeables.

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Definición de PlasticidadDefinición de Plasticidad• Plasticidad, se puede definir en mecánica de Plasticidad, se puede definir en mecánica de

suelos como la Propiedad de un material por suelos como la Propiedad de un material por la cual es capaz de soportar deformaciones la cual es capaz de soportar deformaciones rápidas sin rebote elástico, sin variación rápidas sin rebote elástico, sin variación volumétrica apreciable y sin desmoronarse o volumétrica apreciable y sin desmoronarse o agrietarse.agrietarse.

• Las arcillas “succionan” agua entre las láminas y Las arcillas “succionan” agua entre las láminas y se hinchan, y esta agua presente permite el se hinchan, y esta agua presente permite el deslizamiento de una lámina sobre otra.deslizamiento de una lámina sobre otra.

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LIMITES DE PLASTICIDADLIMITES DE PLASTICIDAD• Según Atterberg se pueden definir dos límites de Según Atterberg se pueden definir dos límites de

plasticidad: el máximo y el mínimo. plasticidad: el máximo y el mínimo.

• Estos límites están definidos por el rango de humedad en Estos límites están definidos por el rango de humedad en el cual el suelo puede ser moldeable.el cual el suelo puede ser moldeable.

• Si el porcentaje de humedad está por encima del límite Si el porcentaje de humedad está por encima del límite

máximo de plasticidad, la masa terrosa adquiere fluidez y máximo de plasticidad, la masa terrosa adquiere fluidez y pierde su capacidad de mantener la forma.pierde su capacidad de mantener la forma.

• Si el terreno tiene un porcentaje de humedad por debajo Si el terreno tiene un porcentaje de humedad por debajo del límite mínimo de plasticidad, la masa terrosa se del límite mínimo de plasticidad, la masa terrosa se vuelve quebradiza, y no se puede moldear.vuelve quebradiza, y no se puede moldear.

• Los suelos granulares que están formados por arenas y Los suelos granulares que están formados por arenas y

limos, normalmente tienen una plasticidad baja o muy limos, normalmente tienen una plasticidad baja o muy baja, en contraste con los suelos arcillosos, (suelos con baja, en contraste con los suelos arcillosos, (suelos con alto contenido de arcillas), que tienen una plasticidad alto contenido de arcillas), que tienen una plasticidad mayor. mayor.

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Plasticidad de ArcillasPlasticidad de ArcillasEstudiaremos los criterios debidos a Estudiaremos los criterios debidos a Atterberg Atterberg para medir la plasticidad de las arcillas.para medir la plasticidad de las arcillas.

AtterbergAtterberg demostró que el comportamiento demostró que el comportamiento plástico de la arcilla depende del contenido de plástico de la arcilla depende del contenido de agua. agua.

Una arcilla muy seca puede presentar la Una arcilla muy seca puede presentar la consistencia de un ladrillo, y esa misma arcilla, consistencia de un ladrillo, y esa misma arcilla, con alto contenido de agua puede presentar con alto contenido de agua puede presentar propiedades de un lodo. Entre ambos extremos propiedades de un lodo. Entre ambos extremos existe un contenido de agua que le permite a la existe un contenido de agua que le permite a la arcilla comportarse plásticamente. arcilla comportarse plásticamente.

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Estados de ConsistenciaEstados de Consistencia

Según su contenido de agua, en orden decreciente, un Según su contenido de agua, en orden decreciente, un suelo plástico puede estar en cualquiera de estos estados suelo plástico puede estar en cualquiera de estos estados de consistencia, según Atterberg:de consistencia, según Atterberg:

1-Estado Líquido1-Estado Líquido: con las propiedades y apariencia de : con las propiedades y apariencia de una suspensión.una suspensión.2-Estado Semilíquido2-Estado Semilíquido: con las propiedades de un fluido : con las propiedades de un fluido viscoso.viscoso.

• 3-Estado Plástico3-Estado Plástico: en que el suelo se comporta : en que el suelo se comporta plásticamente, como una masilla.plásticamente, como una masilla.

• 4-Estado Semisólido4-Estado Semisólido: en que el suelo tiene la apariencia : en que el suelo tiene la apariencia de un sólido, pero aún disminuye de volumen al estar de un sólido, pero aún disminuye de volumen al estar sujeto a secado.sujeto a secado.

• 5-Estado Sólido5-Estado Sólido: en que el volumen del suelo no varía con : en que el volumen del suelo no varía con el secado.el secado.

• Para determinar los límites entre cada uno de estos Para determinar los límites entre cada uno de estos estados, Atterberg estableció convencionalmente unos estados, Atterberg estableció convencionalmente unos límites llamados Límites de Consistencia, o Límites de límites llamados Límites de Consistencia, o Límites de Atterberg.Atterberg.

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Estados de consistenciaEstados de consistencia

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Limites de AtterbergLimites de Atterberg• Limite líquido:Limite líquido: La humedad que representa la frontera entre el estado La humedad que representa la frontera entre el estado

semilíquido y plástico.semilíquido y plástico.• Limite plásticoLimite plástico: La humedad que representa la frontera entre los estados : La humedad que representa la frontera entre los estados

Plástico y semisólido.Plástico y semisólido.

• La determinación de estos parámetros se realiza en el laboratorio. Los La determinación de estos parámetros se realiza en el laboratorio. Los límites de plasticidad están determinados por el contenido de agua de la límites de plasticidad están determinados por el contenido de agua de la muestra de suelo al alcanzar los estados de consistencia mencionados.muestra de suelo al alcanzar los estados de consistencia mencionados.

• La diferencia ente los valores del La diferencia ente los valores del LL y el LPLL y el LP, se denomina , se denomina Índice de Índice de Plasticidad (IP).Plasticidad (IP).

• Además de estos límites de plasticidad, Atterberg definió otros límites de Además de estos límites de plasticidad, Atterberg definió otros límites de consistencia:consistencia:

• Limite de contracciónLimite de contracción: frontera entre los estados de consistencia : frontera entre los estados de consistencia semisólido y sólido, definido por el contenido de agua con el que el suelo ya semisólido y sólido, definido por el contenido de agua con el que el suelo ya no disminuye su volumen al seguirse secando, de interés en mecánica de no disminuye su volumen al seguirse secando, de interés en mecánica de suelossuelos

• El Límite de adhesiónEl Límite de adhesión: definido por el contenido de agua con el que la : definido por el contenido de agua con el que la arcilla pierde sus propiedades de adherencia con una hoja metálica, por arcilla pierde sus propiedades de adherencia con una hoja metálica, por ejemplo, una espátula. Este parámetro es de interés en agricultura.ejemplo, una espátula. Este parámetro es de interés en agricultura.

• Límite de CohesiónLímite de Cohesión: contenido de agua con el que los grumos de arcilla ya : contenido de agua con el que los grumos de arcilla ya no se adhieren entre sí.no se adhieren entre sí.

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Determinación LLDeterminación LL• Para la determinaciónPara la determinación del límite líquido del límite líquido usamos un usamos un

procedimiento establecido a partir de los procedimientos de procedimiento establecido a partir de los procedimientos de Atterberg y estandarizado por Casagrande.Atterberg y estandarizado por Casagrande.

• Esta técnica se basa en el uso de la Copa de Casagrande, Esta técnica se basa en el uso de la Copa de Casagrande, consistente en un recipiente de bronce o latón, con un tacón consistente en un recipiente de bronce o latón, con un tacón solidario del mismo material que giran en torno a un eje fijo unido solidario del mismo material que giran en torno a un eje fijo unido a la base, con una altura de caída de la copa de 1cm, que golpea a la base, con una altura de caída de la copa de 1cm, que golpea contra la base (la copa es esférica con un radio interior de 54mm, contra la base (la copa es esférica con un radio interior de 54mm, espesor de 2mm y peso de 200 ± 20g) y un ranurador de sección espesor de 2mm y peso de 200 ± 20g) y un ranurador de sección trapezoidal que nos permite hacer una ranura a la muestra de trapezoidal que nos permite hacer una ranura a la muestra de suelo colocada en la copa.suelo colocada en la copa.

• El límite líquido obtenido mediante el uso de la copa de El límite líquido obtenido mediante el uso de la copa de Casagrande, es el contenido de humedad del suelo para el que la Casagrande, es el contenido de humedad del suelo para el que la ranura se sierra a lo largo de ½’’, con 25 golpes en la copa. ranura se sierra a lo largo de ½’’, con 25 golpes en la copa.

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Determinación LLDeterminación LL• Para su obtención realizamos el ensayo para diferentes contenidos Para su obtención realizamos el ensayo para diferentes contenidos

de humedad, con su correspondiente número de golpes (entre 6 y de humedad, con su correspondiente número de golpes (entre 6 y 35 golpes), a una muestra de suelo que pasa la malla No. 40 (0. 35 golpes), a una muestra de suelo que pasa la malla No. 40 (0. 42mm) y luego se grafica a escala semilogarítmica, Número de 42mm) y luego se grafica a escala semilogarítmica, Número de golpes-Contenido de humedad. La ordenada correspondiente a la golpes-Contenido de humedad. La ordenada correspondiente a la abscisa de 25 golpes nos dará el valor del LL. La curva así abscisa de 25 golpes nos dará el valor del LL. La curva así obtenida se denomina curva de fluidez o de flujo y su gráfica es obtenida se denomina curva de fluidez o de flujo y su gráfica es una recta. una recta.

• La ecuación de la curva de flujo es:La ecuación de la curva de flujo es:

• W= -FW= -Fww log N + C log N + C

• donde:donde:• W: contenido de agua, como porcentaje del peso seco.W: contenido de agua, como porcentaje del peso seco.• Fw: Indice de fluidez, pendiente de la curva de fluidez, igual a la Fw: Indice de fluidez, pendiente de la curva de fluidez, igual a la

variación del contenido de agua correspondiente a un ciclo de la variación del contenido de agua correspondiente a un ciclo de la escala logarítmica.escala logarítmica.

• N: Número de golpes. N: Número de golpes. • C: Constante que representa la ordenada en la abscisa de 1 golpe C: Constante que representa la ordenada en la abscisa de 1 golpe

(se calcula prolongando la curva de fluidez).(se calcula prolongando la curva de fluidez).

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Determinación LPDeterminación LP• Para la Para la determinación del Límite Plástico,determinación del Límite Plástico,

Atterberg planteaba la formación de un cilindro de Atterberg planteaba la formación de un cilindro de suelo de la fracción que pasa por la malla No.40, suelo de la fracción que pasa por la malla No.40, hasta que este se agrietara, pero no especificaba el hasta que este se agrietara, pero no especificaba el diámetro del cilindro, luego Terzaghi agregó la diámetro del cilindro, luego Terzaghi agregó la condición de que el diámetro sea de 3mm (1/8’’). condición de que el diámetro sea de 3mm (1/8’’).

• Primero el material es humedecido hasta formar Primero el material es humedecido hasta formar rolos de arcilla, añadiendo agua. rolos de arcilla, añadiendo agua.

• El rolado se efectúa con las manos sobre una placa El rolado se efectúa con las manos sobre una placa de vidrio, hasta que este alcance los 3mm de de vidrio, hasta que este alcance los 3mm de diámetro . diámetro .

• Si los rolitos de suelo no se agrietan al llegar a los Si los rolitos de suelo no se agrietan al llegar a los 3mm, estos se enrollan y se amasan de nuevo 3mm, estos se enrollan y se amasan de nuevo hasta conseguir que al llegar a los 3mm el rolito se hasta conseguir que al llegar a los 3mm el rolito se agriete, luego se toma la humedad en ese agriete, luego se toma la humedad en ese momento; este es el Límite Plástico.momento; este es el Límite Plástico.

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Determinación del LPDeterminación del LP

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Determinación del IPDeterminación del IP

• El intervalo entre las fronteras limite El intervalo entre las fronteras limite liquido y limite plástico se llama liquido y limite plástico se llama Indice plástico (IP).Indice plástico (IP).

• IP = LL – LPIP = LL – LP

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Limite de contracciónLimite de contracción• El limite de contracción esta definido por el contenido de agua con el cual El limite de contracción esta definido por el contenido de agua con el cual

el suelo aunque siga perdiendo agua, no varia su volumen. el suelo aunque siga perdiendo agua, no varia su volumen.

Método de la Public Road Administration de los EE. UU.:Método de la Public Road Administration de los EE. UU.:• Tomar muestra de suelos pasa malla No. 40Tomar muestra de suelos pasa malla No. 40• Moldear con una humedad cerca del limite liquidoMoldear con una humedad cerca del limite liquido• Llenar un recipiente de volumen conocido. Llenar un recipiente de volumen conocido. (Vi)(Vi)• Pesar el suelo húmedo Pesar el suelo húmedo (Wm)(Wm)• Secar al horno y pesar Secar al horno y pesar (Ws)(Ws)• Determinar el volumen del suelo seco Determinar el volumen del suelo seco (Vf). (Vf). Para esto se usa un Para esto se usa un

procedimiento sugerid por Terzagui, que consiste en sumergir la muestra procedimiento sugerid por Terzagui, que consiste en sumergir la muestra de suelo seco en mercurio, y luego pesar el mercurio desplazado por el de suelo seco en mercurio, y luego pesar el mercurio desplazado por el suelo. Con el peso especifico del mercurio (13.56g/cmsuelo. Con el peso especifico del mercurio (13.56g/cm33 ) determinar el ) determinar el volumen del mercurio igual al volumen del suelo.volumen del mercurio igual al volumen del suelo.

LC (%)= 100*(Wm-Ws-(Vi-Vf) ɤLC (%)= 100*(Wm-Ws-(Vi-Vf) ɤωω)/Ws)/Ws

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Clasificación de Suelos FinosClasificación de Suelos Finos• Casagrande, realizó un gráfico con los parámetros LL e IP y Casagrande, realizó un gráfico con los parámetros LL e IP y

observó que los materiales semejantes se agrupaban, observó que los materiales semejantes se agrupaban, estableciendo así límites o fronteras para los distintos tipos de estableciendo así límites o fronteras para los distintos tipos de suelos.suelos.

• Basado en estos resultados Casagrande elaboró la carta de Basado en estos resultados Casagrande elaboró la carta de plasticidad.plasticidad.

• En la carta de plasticidad hay seis zonas diferenciadas. La línea En la carta de plasticidad hay seis zonas diferenciadas. La línea A, separa a los limos y las arcillas en general. Se define por la A, separa a los limos y las arcillas en general. Se define por la ecuación IP= 0.73 (LL-20).ecuación IP= 0.73 (LL-20).

• Los suelos sobre la línea A son arcillas inorgánicas y los que Los suelos sobre la línea A son arcillas inorgánicas y los que están por debajo de la línea A son limos inorgánicos. Los suelos están por debajo de la línea A son limos inorgánicos. Los suelos cuyo límite líquido es mayor que 50, son de alta plasticidad.cuyo límite líquido es mayor que 50, son de alta plasticidad.

• La carta de plasticidad elaborada por A. Casagrande es un La carta de plasticidad elaborada por A. Casagrande es un elemento básico en la identificación y clasificación de los suelos.elemento básico en la identificación y clasificación de los suelos.

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Clasificación de los suelos finosClasificación de los suelos finos

A continuación los grupos:

I: limo inorgánico de baja plasticidad

II: limo inorgánico de media plasticidad o limo orgánico.

III: limo inorgánico de alta plasticidad o arcilla orgánica.

IV: Arcilla inorgánica de baja plasticidad.

V: arcilla inorgánica de media plasticidad.

VI: arcilla inorgánica de alta plasticidad.

La plasticidad se relaciona con la compresibilidad del material por lo que podemos decir de alta, media o baja compresibilidad.

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Gráfico de PlasticidadGráfico de Plasticidad

0 

40  

30 

20 

10  70 

60 

50 

100 

90 

80 

LLLL

IPIP

20 

30 

40 

10 

60 

50 

CL 

CH 

MH u OH

CL-ML

ML

MLU OL