Tema 6 - Plasticidad de Los Suelos-mecanica de Suelos1

01/04/2013

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FacultaddeIngenierayArquitectura2013I

MECANICADESUELOSI

Ing.SalvadorPalominoAltez

FacultaddeIngenierayArquitectura

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PLASTICIDAD DE LOS SUELOSPLASTICIDAD: La plasticidad es la propiedad quepresentan los suelos de poder deformase, hasta ciertolimite, sin romperse.

Por medio de ella se mide el comportamiento de lossuelos en todas las pocas. Las arcillas prestan estapropiedad en grado variable.


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ESTADOS DE CONSISTENCIA: La consistencia de unsuelo se define como su resistencia al esfuerzocortante; es la oposicin que presenta la masa desuelo a que se le deforme.

Para medir la plasticidad en las arcillas se handesarrollado varios criterios de los cuales se mencionael desarrollado por Atteberg, quien considera que laplasticidad no es una propiedad permanente de lasarcillas, sino circunstancial y depende de su contenidode agua.


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El contenido de agua con que se produce el cambio deestado varia de un suelo a otro y en mecnica desuelos interesa fundamentalmente conocer el rango dehumedades, para el cual el suelo presenta uncomportamiento plstico, es decir, aceptadeformaciones sin romperse (plasticidad).


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Segn su contenido de agua en forma decreciente, unsuelo susceptible de ser plstico puede estar encualquiera de los siguientes estados de consistencia,definido por Atterberg.

Estado Lquido: el suelo tiene las propiedades yapariencias de una suspensin.

Estado Semilquido: el suelo presenta las propiedadesde un fluido viscoso.

Estado Plstico: el suelo se comporta plsticamente.

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Estado Semislido: el suelo tiene la apariencia de unsolido, pero aun disminuye de volumen al estar sujetoa secado.

Estado Slido: el volumen del suelo no varia con elsecado.


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Lmites de Consistencia o de Atterberg: Los estados deconsistencia son fases generales por las que pasa elsuelo al irse secando y los lmites de consistencia sonlas fronteras convencionales entre estos estados yestn definidos por un contenido de humedad.


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LIMITESDEATTERBERG

Limite Liquido (LL). Limite Plstico (LP).

Limite de Contraccin (LC).


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Mediante estos limites se puede dar una idea deltipo de suelos en estudio.

Todos los limites de consistencia se determinanempleando un suelo que pasa la malla N 40.

La diferencia entre los valores del LL y los del LP dael llamado ndice Plstico (IP) del suelo.

Los limites Liquido y Plstico dependengeneralmente de la cantidad de arcilla.

Mediante estos limites se puede dar una idea deltipo de suelos en estudio.


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Todos los limites de consistencia se determinanempleando un suelo que pasa la malla N 40.

La diferencia entre los valores del LL y los del LP dael llamado ndice Plstico (IP) del suelo.

Los limites Liquido y Plstico dependengeneralmente de la cantidad de arcilla.

Cuando no se puede determinar el LP de un suelo sedice que es no plstico (NP), y en este caso el IP sedice que es igual a cero.

El IP indica el rango de humedad a travs del cuallos suelos son cohesivos y tienen propiedades de unmaterial plstico.

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Segn Atterberg:

Cuando un suelo tiene un IP igual a cero el suelo esno plstico; cuando IP es menor de 7 el suelopresenta baja plasticidad; cuando IP esta entre 7 y 17se dice que el suelo es medianamente plstico ycuando el suelo presenta un IP mayor a 17 se diceque es altamente plstico.


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Segn Arthur Casagrande:

Comparando suelos de igual LL con IP que aumenta,la compresibilidad es la misma, la constante depermeabilidad disminuye, la tenacidad cerca del LPaumenta, y tambin aumenta su resistencia en seco.


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Comparando suelos de igual IP con LL que aumentan,la compresibilidad aumenta, la constante depermeabilidad aumenta, y tanto la tenacidad cerca alLP como la resistencia en seco disminuye.

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LMITE LQUIDO (LL):

El LL se define como el contenido de humedadexpresado en porciento con respecto al peso seco dela muestra, con el cual el suelo cambia del estadoliquido al plstico. De acuerdo con estas definicin, lossuelos plsticos tienen en el LL una resistencia muypequea al esfuerzo cortante, pero definida, y segnAtterberg es de 25 g/cm. La cohesin de un suelo enel LL es prcticamente nula.


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El Limite liquido se determina cerrando una ranurapracticada en una muestra de suelo en un dispositivollamado copa de casa grande golpendola medianteuna manivela, un golpe representa la resistencia alesfuerzo cortante de 1 gr/cm.

Por consiguiente como el LL corresponde al cierre dela ranura en 25 golpes, entonces el LL indica elcontenido de agua para el cual el suelo tiene unaresistencia al corte de 25 gr/cm.

PROCEDIMIENTO PARA OBTENER EL LMITE LQUIDO (LL)


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La ranura se realiza con un dispositivo de dimensionesestndar, sometido a 25 golpes por cada de 8 mm a10 mm de la copa a razn de 2 golpes/s, la ranuradeber cerrarse en el fondo de la copa a lo largo de13mm.


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Un suelo cuyo contenido de humedad seaaproximadamente igual o mayor a su LL tendr unaresistencia al corte prcticamente nula.

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

La resistencia al corte en el LL de los suelos cohesivoses constante e igual a 25 gr/cm, en cambio en el LPno es constante sino que puede variar ampliamente.

Los suelos cohesivos cuya curva de fluidez es mastendida, tiene menor ndice de fluidez y mayorresistencia en el LP.


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

En el ensayo de LL se determinan 3 o mas puntos, loscuales se dibujan en un papel semilogartmico. Al unirestos puntos se obtiene una recta llamada curva defluidez cuya ecuacin es la siguiente:

W = Fw x log N + C

Donde:


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W: Contenido de humedad.

Fw: ndice de Fluidez, es la pendiente de la curvaigual a variacin del contenido de humedad a un ciclode la escala logartmica.

N: Numero de golpes correspondiente al contenido dehumedad.

C: constante que representa la ordenadacorrespondiente a 1 golpe, se calcula prolongando larecta.

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ENSAYO PARA OBTENER EL LMITE LQUIDO (LL)


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Mediante la esptula retirar la porcin de suelo que seha puesto en contacto en la parte inferior de la ranuray colocarlo en una tara para determinar su contenidode humedad.

Retirar el suelo remanente de la copa de Casagrande ycolocar en la capsula de porcelana, agregar agua si elnumero de golpes del ensayo anterior ha sido alto, oagregar suelo si el numero de golpes ha sido bajo. (elnumero de golpes debe estar comprendido entre 6 y35).

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Repetir el ensayo mnimo 2 veces mas, de estamanera se tendr como mnimo 3 valores del numerode golpes correspondiente a 3 diferentes contenidosde humedad.

Dibujar la curva de fluidez (es una recta) en escalasemilogartmica, en el eje de abscisas se registrara elnumero de golpes en escala logartmica en el eje deordenadas los contenidos de humedad en escalanatural.

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


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LL = K x Wn

Donde:

LMITE LQUIDO (LL) CON UN SOLO PUNTO

En lugar de determinar puntos entre 6 y 35 golpes, sepuede determinar un punto comprendido entre 20 y30 golpes y determinar el LL con la siguienteexpresin:


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LL: Limite Liquido.

K: Factor de LL dado en tablas segn el numero degolpes.

Wn: Contenido de humedad correspondiente a undeterminado numero de golpes.


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Ejemplo:De terminar el LL del siguiente suelo.


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Clasificacin de la plasticidad segn LL.


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LMITE PLSTICO (LP):

Frontera convencional entre los estados semislido yplstico, que se determina alternativamentepresionando y enrollando una pequea porcin desuelo plstico hasta obtener un dimetro de 3 mm enel cual el pequeo cilindro se desmorona, y no puedecontinuar siendo presionado ni enrollado. El contenidode agua que se encuentra se registra como LP.

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ENSAYO PARA OBTENER EL LMITE PLSTICO (LP)


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Repetir el ensayo una vez mas.

El LP es el promedio de los 2 valores de contenido dehumedad, si la diferencia entre estos 2 valores esmayor que 2 puntos de porcentaje, repetir el ensayo.


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Ejemplo: De terminar el LP del siguiente suelo.

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LMITE DE CONTRACCIN:

Es el contenido de humedad que corresponde a lafrontera entre los estados de consistencia slido ysemislido.

Es el mximo contenido de agua de un suelo para elcual una reduccin de la humedad no causadisminucin de volumen de la masa del suelo.


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NDICE PLSTICO:

Se define como la diferencia entre el LL y el LP paraun suelo dado.

IP = LL LP

Esta diferencia cuantifica la amplitud o extensin delestado platico de un suelo.

Cuando no se puede determinar uno de los limites o ladiferencia es negativa, entonces no existe IP y seindica como NP (no plstico).


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Clasificacin de la plasticidad segn IP.


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CONSISTENCIA RELATIVA (Cr):

La consistencia relativa en los suelos finos es elhomologo de la densidad relativa en los suelosgranulares. Esta definida por la siguiente expresion.

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

w: Contenido de humedad natural.


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Para distintos valores de w, se obtiene los siguientesvalores de consistencia relativa.

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

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La Cr es un parmetro de los suelos finos que nospermite evaluar las condiciones de soporte ymantenimiento de proyectos.Supongamos que se desea realizar el dragado de uncanal marino para el proyecto de un puerto. Antes deempezar la ejecucin de la obra, el contratistarequerir de los servicios de un ingeniero de suelos,quien proceder a extraer muestras del lechosubmarino.


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A estas muestras se les determinara su contenido dew en estado natural, LL, LP, aplicando la formula deCr, si obtuviera un valor negativo, este nos indica queel w esta por encima del LL y que, por tanto, el suelono conservara la forma propia, escurrindose eimposibilitando el corte y por tanto la ejecucin de laobra.


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CARTA DE PLASTICIDAD DECASAGRANDE:

La carta de plasticidad elaborada por el profesorArturo Casagrande es un elemento bsico en laidentificacin y clasificacin de los suelos. La labor querealizo Casagrande fue llevar a un grafico unacantidad de muestras con solo dos parmetros, el LL yel IP. Observo que los materiales homlogos seagrupan, existiendo as posiciones y fronteras para losdistintos tipos de suelos.

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En la carta de plasticidad, hay seis zonas claramentediferenciables. Estas zonas se encuentran delimitadaspor tres lneas denominadas A, B y C.

La lnea A se define por la ecuacin IP = 0.73 x (LL-20). Los suelos en correspondencia con puntos que seencuentran por encima de la lnea A, se clasificarancomo arcillas inorgnicas. De manera anloga, lossuelos inorgnicos que correspondan a puntos que seencuentran por debajo de la lnea A se clasificarancomo limos.


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Las lneas B y C se encuentran paralelas al eje de lasordenadas en los puntos 30 y 50% del eje deabscisas, respectivamente. Estas rectas dividen lacarta en tres franjas verticales correspondientes deizquierda a derecha a materiales de baja, mediana yalta plasticidad. Las zonas II y III indicadas en la cartaque se muestra, tienen el inconveniente de queclasifican tambin limos orgnicos y arcillas orgnicasrespectivamente.


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Afortunadamente los materiales orgnicos sonfcilmente identificables por su color oscuro,estructura esponjosa y a veces olor caracterstico.De esta manera, quedan definidas las zonas de laforma siguiente:

I: Limos inorgnicos de baja plasticidad. II Limo inorgnico de mediana plasticidad o limo

orgnico. III: Limo inorgnico de alta plasticidad o arcilla

orgnica. IV: Arcilla inorgnica de baja plasticidad.

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V: Arcilla inorgnica de mediana plasticidad. VI: Arcilla inorgnica de alta plasticidad.

En algunos textos se emplea la palabracompresibilidad en vez de plasticidad en lasclasificaciones, ya que lo que es plstico, en principio,tambin es comprensible.


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