UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico Académico de Ingeniería Geotécnica
MECÁNICA DE SUELOS I EC 511H
PLASTICIDAD DE LOS SUELOS
Prof. Curso : Msc.Ing. Luisa Shuan Lucas
PLASTICIDAD Plasticidad 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.
PLASTICIDAD Plasticidad 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.
CONSISTENCIA Consistencia es el estado que adopta un suelo fino suceptible de ser plástico, que depende del contenido de humedad que presenta al pasar del estado saturado al seco. Los principales estados de consistencia son: Estado
líquido → apariencia de suspensión Estado semilíquido → fluído viscoso →soporta deformaciones rápidas Estado Plástico Estado semisólido →apariencia sólida, varía el volumen → no cambia el volumen con el secado Estado sólido La frontera entre tales estados son los llamados límites de Atterberg.
LÍMITES DE ATTERBERG
Límite líquido : Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un material plástico. Límite plástico: Es el contenido de humedad por debajo del cual se puede considerar el suelo como material no plástico. Límite de contracción: Es el contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción de volumen ni se contrae.
Los límites límites líquido y plástico se utilizan utilizan para clasificar e identificar identificar los suelos.
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
LÍMITES DE ATTERBERG
Estado semilíquido
estado plástico
L.L. ω
aumenta disminuye
estado semisólido
L.P.
estado solido
L.C.
DETERMINACI N DEL L MITE L QUIDO (NORMA ASTM D4318)
El procedimiento general consiste en colocar una muestra húmeda en la copa de casagrande, dividirlo en dos con el acanalador y contar el número de golpes requerido para cerrar la ranura. Si el número de golpes es exactamente 25, el contenido de humedad de la muestra es el límite líquido El procedimiento estándar (Método Multipunto) es efectuar por lo menos tres determinaciones para tres contenidos de humedad diferentes, se anota el número de golpes y luego se grafican los datos en escala semilogarítmica y se determina el contenido de humedad para N= 25 golpes. El método por un punto permite el cálculo del límite líquido con solo una determinación mediante la aplicación de una fórmula
EQUIPO
Copa de Casagrande
Recipientes para mezclado
LÍMITE LÍQUIDO
Taras, espátula, acanalador
Balanza aprox. 0.01g
EQUIPO
LÍMITE LÍQUIDO
Esquema de la Copa de Casagrande y Acanalador para suelo cohesivo
EQUIPO COPA CASAGRANDE
LÍMITE LÍQUIDO 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 parte inferior está conformada de un caucho que aisla la plataforma de base y la superficie de trabajo. Copa de bronce: su peso incluido el manubrio debe estar 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.
PROCEDIMIENTO
Preparar la muestra seca, disgregándola con el mortero y pasarlo por la malla No. 40 para obtener una muestra representativa de unos 250 gr. aproximadamente.
LÍMITE LÍQUIDO
LÍMITE LÍQUIDO
PROCEDIMIENTO
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.
Mezclar con ayuda de la espátula hasta que el color sea uniforme y conseguir una mezcla homogénea. La consistencia de la pasta debe ser pegajosa.
LÍMITE LÍQUIDO
PROCEDIMIENTO
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.
LÍMITE LÍQUIDO PROCEDIMIENTO
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 la altura de la cabeza del acanaladador ASTM
Si se utiliza la herramienta Casagrande se debe mantener firmemente perpendicular a la superficie de la copa, de forma que la profundidad de la ranura sea homogénea.
LÍMITE LÍQUIDO
PROCEDIMIENTO
Poner en movimiento la cazuela con ayuda de la manivela y suministrar los golpes que sean necesarios para cerrar la ranura en 12.7 mm ( ½ “).
Cuando se cierre la ranura en ½”,
registrar la cantidad de golpes y tomar una muestra de la parte central para la determinación del contenido de humedad
LÍMITE LÍQUIDO PROCEDIMIENTO- MÉTODO MULTIPUNTO • El proceso se repite nuevamente agregando mas agua
para aumentar el contenido de humedad y disminuir el número de golpes. • La Norma ASTM D4318 recomienda los siguientes rangos para los números de golpes: 25 a 35 golpes 20 a 30 golpes 15 a 25 golpes
LÍMITE LÍQUIDO VARIABLES EN EL ENSAYO 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 cuenta de 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 superficie contra la cual se debe golpear la cazuela, debe ser caucho duro o similar. 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: pasadores desgastados, conexiones que no estén firmemente apretadas, etc.
L MITE L QUIDO CÁLCULO Y GRÁFICO- MÉTODO MULTIPUNTO L im it e L í qu id o 1º
2º
3º
4º
65
23
6
72
16 89,8
21 94,8
27 78,2
35 108,4
75,7
82,9
70,8
100
14,1
11,9
7,4
8,4
29,8 45,9
36,7 46,2
34,9 35,9
48,3 51,7
30,72
25,76
20,61
LL = 22,37
16,25
CÁLCULO Y GRÁFICO- MÉTODO MULTIPUNTO
L MITE L QUIDO
La ecuación de la curva de fluidéz está dada por:
= - Fi logN + C
Donde: = contenido de humedad a N golpes N = número de golpes al contenido de humedad C = constante para ser determinada en cada suelo F = índice de fluidéz, igual a la pendiente de la curva de fluidéz en un ciclo logarítmico:
L MITE L QUIDO DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO POR EL MÉTODO DE UN PUNTO
• A partir de un ensayo se puede calcular a partir de
una determinación en la copa de Casagrande, siempre y cuando se cumpla que el número de golpes correspondiente esté en el rango de:
20 a 30 golpes • El límite líquido puede calcularse con la siguiente
relación:
L.L = WN(N/25) Donde: WN = contenido de humedad a N golpes N = número de golpes, 20
DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO El límite plástico es la humedad correspondiente en el cual el suelo se cuartea y quiebra al formar pequeños rollitos ó cilindros pequeños. Conjuntamente con el límite líquido, el límite plástico es usado en la identificación y clasificación de suelos
EQUIPO
LÍMITE PLÁSTICO
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 para el mezclado.
VIDRIO ESMERILADO
VASIJA DE EVAPORACIÓN, TARAS, ESPÀTULA PARA MEZCLADO.
LÍMITE PLÁSTICO PROCEDIMIENTO Se
trabaja con el material preparado para el límite líquido se toma aproximadamente 20gr. Luego
se amasa el suelo y se deja que pierda humedad hasta una consistencia a la cuál pueda enrollarse sin que se pegue a las manos esparciéndolo y mezclándolo continuamente sobre la placa de vidrio.
PROCEDIMIENTO
El rollito debe ser adelgazado en cada movimiento hasta que su diámetro sea de 3.2 mm (1/8 pulg.)
LÍMITE PLÁSTICO
La prueba continúa hasta que el rollito empieza a rajarse y tiende a desmoronarse
PROCEDIMIENTO Una
vez que se ha producido el límite plástico se debe colocar el rollito en un recipiente de peso conocido y se pesa para determinar el contenido de humedad. Seguidamente
se vuelve a repetir la operación tomando otra porción de suelo. El
límite plástico es el promedio de ambas determinaciones
LÍMITE PLÁSTICO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
Laboratorio Nº 2 - Mecánica de Suelos
Operador :
Fecha : LIMITES DE CONSISTENCIA
FIC - UNI
Solicitado :
Informe N°
Proyecto :
Muestra N°
Pozo N°
Profundidad
LIMITE PLASTICO
LIMITE LIQUIDO
Prueba N° Frasco N° N° de golpes Peso de Frasco + suelos
1 húmedo (gr)
Peso de Frasco + suelos seco (gr) Peso del agua 3 (1 - 2) (gr)
2
4 Peso del Frasco (gr) Peso suelo seco (2 - 4) (gr) Contenido de humedad 6 (3/5x100)(%)
5
DIAGRAMA DE FLUIDEZ 34.2 %33.6 a u 33.0 g a e 32.4 d o 31.8 d i n e t 31.2 n o C30.6
30.0 1
10
20
25
30
40
50
100
DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE CONTRACCIÓN Es el contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción adicional de volumen o contracción en el suelo .
(V V O ) LC W O
*100
Donde: LC : Límite de contracción ( % ) . : Contenido de humedad del suelo al momento del 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, recipiente volumétrico 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
LÍMITE DE CONTRACCIÓN
Recubrir el interior de la cápsula de evaporación con una capa fina de grasa.
Se utiliza el suelo pasado por el Tamìz Nº40 y con una humedad cercana al Límite Líquido.
Llenar la cápsula de evaporación en 03 capas.
LÍMITE DE CONTRACCIÓN
Compactar cada capa dando golpes suaves para eliminar el aire.
Tomar el peso de cápsula y suelo húmedo y llevar al horno para determinar el contenido de humedad. Enrasar la última capa.
LÍMITE DE CONTRACCIÓN
Secado a temperatura estándar.
Tomar el peso seco, obsérvese la variación del volumen por secado.
Enrasar el recipiente volumétrico con mercurio para la determinación de los volúmenes por desplazamiento.
Con la placa de tres puntas introducir la pastilla de suelo seco en el recipiente. Se recoge el mercurio desplazado.
Se mide el volumen de mercurio desplazado en la probeta. Es el volumen del suelo seco.
Se mide el volumen del suelo húmedo que es similar al volumen de la cápsula de contracción.
LÍMITE DE CONTRACCIÓN EJEMPLO 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
42.3
4
Peso agua contenida (2-3)
(gr)
8.2
5
Peso vasija de contracción
(gr)
20
6
Peso suelo seco, Wo =
(gr)
22.3
7
Contenido de humedad,
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
(cm 3)
16.14
12
Límite de contracción ( 7-11),
(%)
20.65
13
Relación de contracción, (6/9),
(3-5)
= (4/6*100)
(gr)
(%)
36.77
1.70
ASPECTOS DE SEGURIDAD EN EL USO DEL MERCURIO El mercurio es una sustancia tóxica, por lo tanto se evitará el
contacto 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 en el ambiente. Se desecharán los materiales contaminados incluyendo la torta de suelo seco de manera segura.
LÍMITE DE CONTRACCIÓN
GRIETAS DE CONTRACCIÓN POR SECADO
Ayacucho: E studio Geotecnico centro Vacacional San Miguel Foto archivo Ing. Luisa Shuan
ÍNDICES PARA CONDICIONES DE PLASTICIDAD I.P. = L.L – L.P.
INDICE PLÁSTICO
L.L. = Límite Líquido L.P. = Límite Plástico
INDICE DE CONTRACIÓN INDICE DE FLUIDÉZ INDICE DE TENACIDAD
INDICE DE LIQUIDÉZ
Wn < L.P.
→
I.C. = L.L – L.C.
L.L=Límite de Contracción
Fω = pendiente curva de fluidéz
It
I P
. .
F
I . L.
Wn L. P . I . P .
El índice de tenacidad es una medida relativa de la resistencia al corte del suelo en el L.P., generalmente varía de 1 a 3. El índice de liquidéz indica la proximidad del suelo natural al L.L. Wn = humedad natural
I.L. < 0 → consistencia semisólida ó sólida, arcilla sobreconsolidada.
Wn > L.L. → I.L. > 1 → masa viscosa, arcilla de consistencia blanda L.P.< Wn < L.L. → 0 < I.L.< 1 → consistencia plástica
TERMINOLOGÍA EN EL ESTUDIO DE LAS ARCILLAS
CONSISTENCIA DE LA ARCILLA ACTIVIDAD DE LA ARCILLA SENSITIVIDAD TIXOTROPIA SENSITIVIDAD
TERMINOLOGÍA EN EL ESTUDIO DE LAS ARCILLAS 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.
ACTIVIDAD DE UNA ARCILLA :Grado de plasticidad de la fracción menor de 2u. Valores altos indican suelos susceptibles de ser expansivos.
Actividad
I . P . % partículas arcillas( 2 m)
SENSITIVIDAD DE UNA ARCILLA : Indica la variación de la resistencia (medida con el ensayo de compresión simple) de los suelos finos con el remoldeo.
Sensitivid ad
qmáx( Inalterado) qmáx(Re moldeado)
TIXOPROPÍA: Es la recuperación de la resistencia de los suelos finos remoldeados. COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE UNA ARCILLA: Depende de su estructura interna y sus minerales. Los métodos para observar la constitución cristalina son : Microscópico, Rayos X, análisis termodiferencial.
ARCILLA EXPANSIVA: Compuesta por minerales que permiten la penetración de moléculas de agua aumentando el volumen. Ejm: la montmorillonita, illita.