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• Mirko Tarazona Cisneros

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Ingeniería Geotécnica

MECÁNICA DE SUELOS I

PLASTICIDAD DE LOS SUELOS

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.

Mecánica de Suelos I - Msc. Ing. Luisa Shuan Lucas

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 Estado Estado Estado Estado

líquido → apariencia de suspensión semilíquido → fluído viscoso Plástico →soporta deformaciones rápidas semisólido →apariencia sólida, varía el volumen sólido → no cambia el volumen con el secado

La frontera entre tales estados son los llamados límites de Atterberg.

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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 líquido y plástico se utilizan para clasificar e 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 problemas de consolidación. Mecánica de Suelos I - Msc. Ing. Luisa Shuan Lucas

LÍMITES DE ATTERBERG

Estado semilíquido

estado plástico

L.L.

estado semisólido

L.P.

estado solido

L.C.

ω aumenta disminuye Mecánica de Suelos I - Msc. Ing. Luisa Shuan Lucas

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO 

 



(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

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EQUIPO

Copa de Casagrande

Recipientes para mezclado

LÍMITE LÍQUIDO

Taras, espátula, acanalador

Balanza aprox. 0.01g Mecánica de Suelos I - Msc. Ing. Luisa Shuan Lucas

EQUIPO

LÍMITE LÍQUIDO

Esquema de la Copa de Casagrande y Acanalador para suelo cohesivo Mecánica de Suelos I - Msc. Ing. Luisa Shuan Lucas

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. Mecánica de Suelos I - Msc. Ing. Luisa Shuan Lucas

PROCEDIMIENTO 

LÍMITE LÍQUIDO

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.

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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. Mecánica de Suelos I - Msc. Ing. Luisa Shuan Lucas

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.

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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.

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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

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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

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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.

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LÍMITE LÍQUIDO CÁLCULO Y GRÁFICO- MÉTODO MULTIPUNTO Limite Líquido 1º

2º

3º

4º

65 16 89,8

23 21 94,8

6 27 78,2

72 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

16,25

LL= 22,37

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CÁLCULO Y GRÁFICO- MÉTODO MULTIPUNTO

LÍMITE LÍQUIDO

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

LÍMITE LÍQUIDO 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)^0.121 Donde: WN = contenido de humedad a N golpes N = número de golpes, 20 1 → masa viscosa, arcilla de consistencia blanda

→

0 < I.L.< 1 → consistencia plástica Mecánica de Suelos I - Msc. Ing. Luisa Shuan Lucas

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CARTA DE PLASTICIDAD

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TERMINOLOGÍA EN EL ESTUDIO DE LAS ARCILLAS Consistencia, actividad, sensitividad, tixotropía 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. SENSITIVIDAD DE UNA ARCILLA: Indica la variación de la resistencia (medida con el ensayo de compresión simple) de los suelos finos con el remoldeo.

Actividad 

I .P. % partículas  arcillas ( 2 m)

Sensitividad 

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. Mecánica de Suelos I - Msc. Ing. Luisa Shuan Lucas

DEPOSITOS DE ARCILLAS Resistencia Cohesión Fricción, Φ Peso unitario Compresibilidad Capacidad portante

: : : : : :

Baja alta a variable baja a nula 1.6 a 1.8 ton/m2 variable, alta 0.5 a 1.5 kg/cm2 (determinar con estudio geotécnico)

-Suelos desfavorables para cimentación. -Compresibles, baja capacidad portante. -Pueden ser expansivos, según sus minerales - Necesidad de ensayos especiales. - Cimentación con zapatas conectadas o losas.

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