Plasticidad mecanica de suelos

7/21/2019 Plasticidad mecanica de suelos

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PLASTICIDAD DE LOS SUELOS

Prof. Curso : Msc.Ing. Luisa Shuan Lucas

MECÁNICA DE SUELOS IEC 511H

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniería Civil

Departamento Académico de Ingeniería Geotécnica



PLASTICIDADPlasticidad es la propiedad del suelo que le permite

ser moldeado y soportar deformaciones rápidas.

La consistencia plástica es una propiedad de los

suelos finos y depende del contenido de humedad.

EC 511 H: Prof. Curso Ing. Luisa Shuan



Consistencia es el estado que adopta un suelo fino

suceptible de ser plástico, que depende del contenido dehumedad que presenta al pasar del estado saturado alseco. Los principales estados de consistencia son:

Estado líquido

→

apariencia de suspensiónEstado semilíquido→ fluído viscoso

Estado Plástico →soporta deformaciones rápidas

Estado semisólido →apariencia sólida, varía el volumen

Estado sólido → no cambia el volumen con el secado

La frontera entre tales estados son los llamados límitesde Atterberg.

CONSISTENCIA




Límite líquido : Es el contenido de humedad pordebajo del cual el suelo se comporta como un materialplástico.

Límite plástico: Es el contenido de humedad pordebajo del cual se puede considerar el suelo comomaterial no plástico.

Límite de contracción: Es el contenido de humedadpor debajo del cual no se produce reducción devolumen ni se contrae.

LÍMITES DE ATTERBERG

Los límites líquido y plástico se utilizan para clasificar e identificar lossuelos.

El límite de contracción se aplica en varias áreas geográficas donde el

suelo sufre grandes cambios de volumen entre el estado seco y el estado

húmedo.

El límite líquido se puede utilizarse para estimar asentamientos en problemas de consolidación.



Estado semilíquido estado plástico estado semisólido estado solido

L.L. L.P. L.C.

ω

aumenta

LÍMITES DE ATTERBERG

disminuye

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El procedimiento general consiste en colocar una muestra húmeda enla copa de casagrande, dividirlo en dos con el acanalador y contar elnúmero de golpes requerido para cerrar la ranura.

Si el número de golpes es exactamente 25, el contenido de humedadde la muestra es el límite líquido

El procedimiento estándar (Método Multipunto) es efectuar por lomenos tres determinaciones para tres contenidos de humedad

diferentes, se anota el número de golpes y luego se grafican los datosen escala semilogarítmica y se determina el contenido de humedadpara N= 25 golpes.

El método por un punto permite el cálculo del límite líquido con solouna determinación mediante la aplicación de una fórmula

DETERMINACI N DEL L MITE L QUIDO(NORMA ASTM D4318)




EQUIPO

Balanza aprox. 0.01g

Taras, espátula, acanalador

Recipientes para mezclado

Copa de Casagrande

LÍMITE LÍQUIDO



Esquema de la Copa de Casagrande y Acanalador para suelo cohesivo

LÍMITE LÍQUIDOEQUIPO




COPA CASAGRANDE

Dispositivo mecánico que

puede ser operado

manualmente o con un

motor eléctrico.

Base: es una plataforma

de caucho duro que

permite el rebote de la

copa de bronce. La parteinferior está conformada de

un caucho que aisla la

plataforma de base y la

superficie de trabajo.

Copa de bronce: su peso

incluido el manubrio debeestar entre 185 y 215 g

Leva: diseñada para levantar la copa suave y continuamente hasta su máxima

altura, sobre una distancia de por lo menos 180° de rotación de leva, sin

desarrollar velocidad en la copa en el momento de la caída.

LÍMITE LÍQUIDOEQUIPO




PROCEDIMIENTO

Preparar la muestra seca,

disgregándola con el mortero y pasarlopor la malla No. 40 para obtener unamuestra representativa de unos 250 gr.aproximadamente.

LÍMITE LÍQUIDO




Colocar el suelo pasante malla

No. 40 en una vasija de

evaporación y añadir una

pequeña cantidad de agua, dejar

que la muestra se humedezca.

LÍMITE LÍQUIDOPROCEDIMIENTO

Mezclar con ayuda de la espátulahasta que el color sea uniforme yconseguir una mezcla homogénea.La consistencia de la pasta debeser pegajosa.




Se coloca una pequeña cantidad de

masa húmeda en la parte central de

la copa y se nivela la superficie.


Luego se pasa el acanalador por

el centro de la copa para cortar en

dos la pasta de suelo.

EC 511 J: Prof. Curso Ing. Luisa Shuan

Í Í



La ranura debe apreciarse

claramente y que separe

completamente la masa del

suelo en dos partes.

La mayor profundidad del suelo

en la copa debe ser igual a laaltura de la cabeza del

acanaladador ASTM

Si se utiliza la herramienta

Casagrande se debe mantener

firmemente perpendicular a lasuperficie de la copa, de forma

que la profundidad de la ranura

sea homogénea.





Poner en movimiento la cazuela conayuda de la manivela y suministrar losgolpes que sean necesarios para cerrarla ranura en 12.7 mm ( ½ “).


Cuando se cierre la ranura en ½”,registrar la cantidad de golpes ytomar una muestra de la parte centralpara la determinación del contenidode humedad




• El proceso se repite nuevamente agregando mas aguapara aumentar el contenido de humedad y disminuir elnúmero de golpes.

• La Norma ASTM D4318 recomienda los siguientesrangos para los números de golpes:

25 a 35 golpes

20 a 30 golpes

15 a 25 golpes

LÍMITE LÍQUIDO

PROCEDIMIENTO- MÉTODO MULTIPUNTO




Cantidad de suelo utilizado. Velocidad a la cual se dan los golpes, son 02 golpes por segundo.Tiempo de reposo del suelo en la copa antes de comenzar la cuentade golpes.Limpieza de la copa antes de colocar la masa de suelo para el

ensayo.Humedad del laboratorio y rapidez con la que se hace el ensayo.Tipo de material utilizado como base del aparato o sea superficiecontra la cual se debe golpear la cazuela, debe ser caucho duro osimilar.

Calibración de la altura de caída de la copa, debe ser 1 cm.Tipo de acanalador utilizado para hacer la ranura.Condición general del aparato del limite liquido: pasadoresdesgastados, conexiones que no estén firmemente apretadas, etc.

LÍMITE LÍQUIDO VARIABLES EN EL ENSAYO


Q O



1º 2º 3º 4º

65 23 6 72

16 21 27 35 89,8 94,8 78,2 108,4

75,7 82,9 70,8 100

14,1 11,9 7,4 8,4

29,8 36,7 34,9 48,3

45,9 46,2 35,9 51,7

30,72 25,76 20,61 16,25

LL= 22,37

L im ite Líqu ido

L MITE L QUIDOCÁLCULO Y GRÁFICO- MÉTODO MULTIPUNTO


L MITE L QUIDOÁ Á É



= - Fi logN + CDonde: = contenido de humedad a N golpesN = número de golpes al contenido de humedad C = constante para ser determinada en cada suelo

Fi = índice de fluidéz, igual a la pendiente de la curva de fluidéz en un ciclo logarítmico:

La ecuación de la curva de fluidéz está dada por:

L MITE L QUIDOCÁLCULO Y GRÁFICO- MÉTODO MULTIPUNTO

L MITE L QUIDO



• A partir de un ensayo se puede calcular a partir deuna determinación en la copa de Casagrande, siemprey cuando se cumpla que el número de golpescorrespondiente esté en el rango de:

20 a 30 golpes

• El límite líquido puede calcularse con la siguienterelación:

L.L = WN(N/25)^ 121

Donde:

WN = contenido de humedad a N golpes

N = número de golpes, 20<N<30

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO POR EL MÉTODO DE UN PUNTO

L MITE L QUIDO


Ó Í Á



El límite plástico es la humedad correspondiente en el

cual el suelo se cuartea y quiebra al formar pequeñosrollitos ó cilindros pequeños.

Conjuntamente con el límite líquido, el límite plástico

es usado en la identificación y clasificación de suelos

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO


Í Á



Balanza, con sensibilidad a 0.01 gr.

Placa de vidrio esmerilado de por lo menos 30cm. de lado, de

forma cuadrada por 1cm. de espesor Horno a temperatura de 110+5° C.

Espátula de acero inoxidable, taras, capsulas de evaporación parael mezclado.

LÍMITE PLÁSTICOEQUIPO

VIDRIO ESMERILADOVASIJA DE EVAPORACIÓN, TARAS,

ESPÀTULA PARA MEZCLADO.EC 511 H Prof. Curso Ing. Luisa Shuan

Í Á



Se trabaja con el materialpreparado para el límitelíquido se tomaaproximadamente 20gr.

Luego se amasa el suelo y sedeja que pierda humedadhasta una consistencia a lacuál pueda enrollarse sin que

se pegue a las manosesparciéndolo y mezclándolocontinuamente sobre la placade vidrio.

LÍMITE PLÁSTICOPROCEDIMIENTO




El rollito debe ser adelgazado en

cada movimiento hasta que su

diámetro sea de 3.2 mm (1/8 pulg.)

La prueba continúa hasta que elrollito empieza a rajarse y tiendea desmoronarse

PROCEDIMIENTOLÍMITE PLÁSTICO


Í Á



Una vez que se ha producidoel límite plástico se debecolocar el rollito en unrecipiente de peso conocido yse pesa para determinar el

contenido de humedad.

Seguidamente se vuelve arepetir la operación tomandootra porción de suelo.

El límite plástico es elpromedio de ambasdeterminaciones

PROCEDIMIENTO LÍMITE PLÁSTICO




UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

Laboratorio Nº 2 - Mecánica de Suelos Operador :

Fecha :

LIMITES DE CONSISTENCIA

Solicitado : Informe N°

Proyecto :

Pozo N° Muestra N° Profundidad

1

2

3

4

5

6

FIC - UNI

LIMITE PLASTICO LIMITE LIQUIDO

Peso suelo seco

(2 - 4) (gr)Contenido de humedad

(3/5x100)(%)

Peso del agua

(1 - 2) (gr)

Peso del Frasco (gr)

Prueba N°

Frasco N°

N° de golpes

Peso de Frasco + suelos

húmedo (gr)Peso de Frasco + suelos

seco (gr)

DIAGRAMA DE FLUIDEZ

30.0

30.6

31.2

31.8

32.4

33.0

33.6

34.2

1 10 100

Numero de golpes

C o n t e n i d o d e a g u a %

20 25 40 5030



DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE CONTRACCIÓN

Es el contenido de humedad por debajo del cual no

se produce reducción adicional de volumen ocontracción en el suelo .

100*)(

O

O

W

V V LC

Donde:LC : Límite de contracción ( % ) .

: Contenido de humedad del suelo al momentodel ensayo V : Volumen del suelo húmedo .

Vo : Volumen del suelo seco .Wo : Peso de suelo seco (pastilla) .w : Densidad del agua (1.0 gr/cm3) .


LÍMITE DE CONTRACCIÓN



EQUIPO Y MATERIALES

Cápsula de contracción, placa plástica de tres apoyos, recipientevolumétrico de vidrio para medir la cantidad el volumen del suelo

Mercurio Tamíz Nº40, espátula, plato de evaporación, probeta graduada de 25ml,

balanza con sensibilidad 0.1 gr. , grasa lubricante

Equipo básico Probeta y mercurio






Recubrir el interior de la cápsula deevaporación con una capa fina de grasa.

Se utiliza el suelo pasado por el TamìzNº40 y con una humedad cercana alLímite Líquido.

Llenar la cápsula de evaporación en 03capas.



Í



Compactar cada capa dando golpessuaves para eliminar el aire.

Enrasar la última capa.

Tomar el peso de cápsula y suelo húmedo yllevar al horno para determinar el contenidode humedad.


LÍMITE DECONTRACCIÓN




Secado a temperatura estándar.

Tomar el peso seco, obsérvese lavariación del volumen por secado.

Enrasar el recipiente volumétrico con mercuriopara la determinación de los volúmenes pordesplazamiento.





Con la placa de tres puntas introducir la pastillade suelo seco en el recipiente. Se recoge elmercurio desplazado.

Se mide el volumen del suelo húmedo que es similar al

volumen de la cápsula de contracción.

Se mide el volumen de mercurio desplazadoen la probeta. Es el volumen del suelo seco.





1 Vasija de contracción N° 17

2 Peso vasija de contracción + peso suelo húmedo (gr) 50.5

3 Peso vasija de contracción + peso suelo seco (gr) 42.3

4 Peso agua contenida (2-3) (gr) 8.2

5 Peso vasija de contracción (gr) 20

6 Peso suelo seco, Wo = (3-5) (gr) 22.3

7 Contenido de humedad, = (4/6*100) (%) 36.77

8 Volumen de la vasija de contracción, V (cm3) 16.7

9 Volumen de la torta de suelo seco, Vo (cm3) 13.1

10 (V – Vo) = ( 8 – 9 ) (cm3) 3.6

11 (V – Vo) *100 / Wo = 10/6*100 (cm3) 16.14

12 Límite de contracción ( 7-11), (%) 20.65

13 Relación de contracción, (6/9), 1.70

EJEMPLO





ASPECTOS DE SEGURIDAD EN EL USO DELMERCURIO

El mercurio es una sustancia tóxica, por lo tanto se evitará elcontacto con la piel. Emplear implementos de seguridad.

Almacenar el mercurio en contenedores sellados a prueba de roturas.

Se realizarán los ensayos en ambientes bien ventilados para evitar la

inhalación de vapor de mercurio.

Tratar de minimizar los derrames en el ensayo.

Se limpiarán los derrames rápidamente para evitar su evaporación enel ambiente.

Se desecharán los materiales contaminados incluyendo la torta de

suelo seco de manera segura.


Í Ó



GRIETAS DE CONTRACCIÓN POR SECADO


Ayacucho: E studio Geotecnico centro VacacionalSan Miguel

Foto archivo Ing. Luisa Shuan

ÍNDICES PARA CONDICIONES DE PLASTICIDAD



ÍNDICES PARA CONDICIONES DE PLASTICIDAD

INDICE PLÁSTICO

INDICE DE FLUIDÉZ

INDICE DE TENACIDAD

INDICE DE LIQUIDÉZ..

....

P I

P LWn L I

F

P I It

..

Fω = pendiente curva de fluidéz

El índice de liquidéz indica laproximidad del suelo natural al L.L.

Wn = humedad natural

L.P.< Wn < L.L. →

0 < I.L.< 1 → consistencia plástica

Wn < L.P. → I.L. < 0 → consistencia semisólida ó sólida, arcilla sobreconsolidada.

Wn > L.L. → I.L. > 1 → masa viscosa, arcilla de consistencia blanda

El índice de tenacidad es una medida

relativa de la resistencia al corte delsuelo en el L.P., generalmente varía de1 a 3.

INDICE DE CONTRACIÓN

I.P. = L.L – L.P.

I.C. = L.L – L.C.

L.L. = Límite Líquido

L.P. = Límite Plástico

L.L=Límite de Contracción





TERMINOLOGÍA EN EL ESTUDIO DE LAS ARCILLAS




CONSISTENCIA DE LA ARCILLA

ACTIVIDAD DE LA ARCILLA

SENSITIVIDAD

TIXOTROPIA

SENSITIVIDAD






)2(%

..

marcillas partículas

P I Actividad

ACTIVIDAD DE UNA ARCILLA :Grado de plasticidadde la fracción menor de 2u. Valores altos indicansuelos susceptibles de ser expansivos.

SENSITIVIDAD DE UNA ARCILLA: Indica lavariación de la resistencia (medida con el ensayo decompresión simple) de los suelos finos con elremoldeo.

)(Re

)(

moldeadoq

Inalteradoq

ad Sensitivid máx

máx

TIXOPROPÍA: Es la recuperación de la resistencia de los suelos finos remoldeados.

ARCILLA EXPANSIVA: Compuesta por minerales que permiten la penetración de moléculas deagua aumentando el volumen. Ejm: la montmorillonita, illita.

COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE UNA ARCILLA: Depende de su estructura interna y susminerales. Los métodos para observar la constitución cristalina son : Microscópico, Rayos X,análisis termodiferencial.

CONSISTENCIA DE UNA ARCILLA: Se aplica a la resistencia de los suelos finos “in situ”.Cualitativamente las arcillas pueden ser de consistencia: Muy blandas, blandas, media, firme,muy firme y duras.




Resistencia : Baja

Cohesión : alta a variableFricción, Φ : baja a nulaPeso unitario : 1.6 a 1.8 ton/m2 Compresibilidad : variable, altaCapacidad portante : 0.5 a 1.5 kg/cm2 (determinar para

cada caso)

-Suelos desfavorables para cimentación.-Compresibles, baja capacidad portante.

-Pueden ser expansivos, según sus minerales- Necesidad de ensayos especiales.- Cimentación con zapatas conectadas o losas.

DEPOSITOS DE ARCILLAS

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