UNIDAD 3 Plasticidad en Suelos Autor: Melkin Divanny Fructuoso Santo Domingo, D.N. Julio, 2022 Unidad 2: Plasticidad en suelos INDICE DEL CONTENIDO Introducción de la unidad……………………………………………………………….….1 3.1 Definiciones generales…………………………………………………………………..2 3.2 Límites de Atterberg…………………………..…………………………...…………...2 3.2.1 Límite líquido…...…………………………………………..……………………2 3.2.2 Límite plástico...……………………………………………………….…………5 3.2.3 Límite de contracción……………………………………………………………5 3.3 Índices de plasticidad, tenacidad, liquidez y consistencia ……………….………......6 3.3.1 Índice de plasticidad……….………………………………….………………....6 3.3.2 Índice de tenacidad…………………………………………….………………...7 3.3.3 Índice de liquidez…………………………………………………….…………..7 3.3.4 Índice de consistencia……………………………………………………….…...8 3.4 Carta de plasticidad……………………………………………………………………8 3.5 Bibliografías……………………………………………………………………………10 Autor: Melkin D. Fructusoso Unidad 2: Plasticidad en suelos Introducción de la unidad El contenido de agua con que se produce el cambio de estado varía de un suelo a otro y en mecánica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta deformaciones sin romperse. Plasticidad es la propiedad que tienen algunos suelos de deformarse sin agrietarse, ni producir rebote elástico. Los suelos plásticos cambian su consistencia al variar su contenido de agua. De ahí que se puedan determinar sus estados de consistencia al variar si se conoce las fronteras entre ellas. Los estados de consistencia de una masa de suelo plástico en función del cambio de humedad son sólidos, semisólido, líquido y plástico. Estos cambios se dan cuando la humedad en las masas de suelo varía. Para definir las fronteras en esos estados se han realizado muchas investigaciones, siendo las más conocidas las de Terzaghi y Atterberg. Estas fronteras son conocidas como los límites de Atterberg y pueden ser determinadas realizando pruebas de laboratorios. Los libros principalmente consultados son: Fundamentos de Ingeniería Geotécnica de Braja M. Das (4° edición) y Mecánica de Suelos, Tomo I de Juárez Badillo y Rico Rodriguez (1° edición). 1 Autor: Melkin Fructuoso Unidad 2: Plasticidad en suelos 3.1 Definiciones generales Atterberg fue un científico sueco que consideró la consistencia de los suelos en 1911 y propuso una serie de pruebas para definir las propiedades de los suelos cohesivos. Estos ensayos indican el rango del estado plástico y otros estados. Atterberg demostró que, si el contenido de agua de una suspensión espesa de arcilla se reduce gradualmente, la mezcla de arcilla y agua cambia de un estado líquido a un estado plástico y finalmente a un estado sólido. Los diferentes estados por los que pasa la muestra de suelo con la disminución del contenido de humedad se representan en la figura 3.1 Los procedimientos de prueba de Atterberg fueron mejorados posteriormente por A. Casagrande (1932). La figura 3.2 muestra gráficamente los cambios de volumen desde el límite líquido hasta el límite de contracción. Plasticidad es la propiedad de los suelos cohesivos que poseen la capacidad de sufrir cambios de forma sin romperse. Límites de Atterberg son los contenidos de agua correspondientes a la transición de un estado a otro. Estos límites son expresados en porcentajes. Las pruebas requeridas para determinar los límites son las Pruebas de Límite de Atterberg. El límite líquido (LL) es el contenido de agua en el que un suelo cambia de un estado plástico a un estado líquido. El límite plástico (LP) es el contenido de agua en el que un suelo cambia de un estado semisólido a un estado plástico. El límite de contracción (LC) es el contenido de agua en el que un suelo cambia de un estado sólido a un estado semisólido sin más cambios en el volumen. 3.2 Límites de Atterberg Los límites de Atterberg son obtenidos a través de pruebas realizadas en el laboratorio. En este curso sólo se presentarán los procedimientos para obtener el límite líquido y el límite plástico. El límite de contracción fue excluido, ya que tiene relativamente poca utilidad práctica. 2 Autor: Melkin Fructuoso Unidad 2: Plasticidad en suelos Estados Límites Consiatencia Líquido ….......................... LL Muy blanda Límite Líquido Blanda Plástico ….......................... LP Rígida Límite Plástico Muy rígida Límite de Contraccíon Extremadamente rígida Semi-sólido ….......................... LC Sólido Dura Figura 3.1 Estado y consistencia de los suelos con los límites de Atterberg Figura 3.2 Etapas de transición del estado líquido al sólido 3.2.1 Límite líquido (LL): Procedimiento Paso 1: Pasar la muestra de suelo por el tamiz #40. Paso 2: Mezclar el suelo en una taza de porcelana, hasta que se vea una mezcla manejable Paso 3: Colocar el suelo en la Copa de Casagrande, de tal manera que en el centro quede una superficie horizontal, usando una espátula. Paso 4: Hacer una ranura en la parte media del suelo, utilizando el ranurador, de tal forma que este 3 Autor: Melkin Fructuoso Unidad 2: Plasticidad en suelos siempre esté perpendicular a la Copa de Casagrande. Paso 5: Dar y contar golpes en la Copa de Casagrande, hasta que los taludes del material se unan en una longitud de 13 mm. Luego, se toma una muestra donde se unieron los taludes para calcular el contenido de humedad. Este proceso se repite varias veces. Los golpes y el N1 N2 N3 Contenido de humedad, w(%) w1 w2 w3 w1 Número de golpes, N Límite Líquido w2 LL w3 Contenido de humedad (%) contenido de humedad se registran como se presentan en la siguiente tabla: N1 25 N2 N3 Número de golpes, (escala logarítmica) Figura 3.3 Curva de fluidez Paso 6: Construir la gráfica contenido de humedad versus número de golpes. Esta gráfica se obtiene trazando una línea recta equidistante a todos los puntos (N, w) y es llamada curva fluidez. Paso 7: Determinar el límite líquido. El límite líquido es el contenido de agua correspondiente a 25 golpes y se obtiene a través de la curva de fluidez, como se presenta en la figura 3.3 denomina. La ecuación de la curva de flujo se puede escribir como: 4 Autor: Melkin Fructuoso Unidad 2: Plasticidad en suelos w = If * log (N) +C Donde: w = contenido de humedad If = índice de flujo (pendiente de la curva de fluidez) If = wf − wi N Ni log( f ) N = número de golpes C = una constante 3.2.2 Límite plástico (LP): Procedimiento Se mezclan unos 15 g de suelo, que fue pasado por un tamiz #40. Se forman pequeños rolos sobre una placa de cristal con la mano, hasta que tenga unos 3 mm de diámetro. Este procedimiento de mezclar y rodar se repite hasta que el suelo muestra signos de desmoronamiento. Se determina el contenido de humedad de la parte desmenuzada de los pequeños rolos. Este contenido de humedad se llama el límite plástico. 3.2.2 Límite contracción (LC) El límite de contracción puede ser escrito como: 𝑀 𝐿𝑐 = 𝑀𝑤 ∗ 100 𝑠 𝑀𝑤 = 𝑀𝑜 − 𝑀𝑠 − (𝑉𝑜 − 𝑉𝑑 ) ∗ 𝜌𝑤 𝐿𝐶 = 𝑀𝑜 − 𝑀𝑠 − (𝑉𝑜 − 𝑉𝑑 ) ∗ 𝜌𝑤 ∗ 100 𝑀𝑠 Donde: 5 Autor: Melkin Fructuoso Unidad 2: Plasticidad en suelos Mw = Masa del agua Ms = Masa seca de suelo Mo = Masa inicial de suelo Vo = Volumen inicial de suelo Vd = Volumen seco de suelo 3.3 Índices de plasticidad, tenacidad, liquidez y consistencia 3.3.1 Índice de plasticidad El índice de plasticidad (IP) es el rango de contenido de agua sobre el cual el suelo se deforma plásticamente e indica el grado de plasticidad de dicho suelo. Cuanto mayor sea la diferencia entre los límites líquido y plástico, mayor será la plasticidad del suelo. Un suelo sin cohesión tiene un índice de plasticidad cero. Tales suelos se denominan no plásticos. Las arcillas grasas son altamente plásticas y poseen un alto índice de plasticidad. Los suelos que poseen grandes valores de LL e IP se dice que son muy plásticos o grasos. Aquellos con valores bajos se describen como ligeramente plásticos o delgados. Atterberg clasifica los suelos según sus índices de plasticidad como en la Tabla 3.3. Matemáticamente el índice de plasticidad es la diferencia entre límite líquido y límite plástico: IP = LL – LP Tabla 3.3 Classificación de suelo según su plasticidad Índice de plasticidad Plasticidad 0 No plástico <7 Plástico bajo 7 - 17 Plástico medio >17 Altamente plástico 6 Autor: Melkin Fructuoso Unidad 2: Plasticidad en suelos 3.3.2 Índice de tenacidad (IT) El índice de tenacidad o dureza nos da una idea de la resistencia al esfuerzo cortante del suelo y se define como la relación entre el índice de plasticidad (IP) del suelo y el índice de fluidez (I f) del suelo: 𝐼𝑃 IT = 𝐼 𝑓 Los valores del índice de tenacidad generalmente oscilan entre 0 y 3 para la mayoría de los suelos arcillosos. Cuando IT es menor que uno, el suelo es friable en el límite plástico. Es un índice bastante útil para distinguir suelos de diferentes propiedades físicas. 3.3.3 Índice de liquidez (IL) El índice de liquidez se utiliza para indicar la consistencia de los suelos no perturbados y se expresa como: IL = 𝑊𝑁 − 𝐿𝑃 𝐼𝑃 donde, wN es el contenido de humedad natural del suelo en estado no perturbado. El índice de liquidez del suelo no perturbado puede variar de menos de cero a más de 1. El valor de IL varía según la consistencia del suelo como en la Tabla 3.4. El índice de liquidez indica el estado del suelo en el campo. Si el contenido de humedad natural del suelo está más cerca del límite líquido, el suelo puede considerarse blando y rígido si el contenido de humedad natural está más cerca del límite plástico. Hay algunos suelos cuyos contenidos de humedad natural son superiores a los límites líquidos. Tabla 3.4 Valores de IF y IC según la consistencia del suelo Consitencia IL IC Estado sólido o semisólido Negativo >1 Estado muy rígido 0 1 Estado muy blando 1 0 7 Autor: Melkin Fructuoso Unidad 2: Plasticidad en suelos Estado líquido >1 Negativo 3.3.4 Índice de liquidez (IC) El índice de consistencia se puede definir como: IC = 𝐿𝐿− 𝑊𝑁 𝐼𝑃 El índice de consistencia refleja el estado del suelo arcilloso en el campo en un estado no perturbado. Los valores de IC para diferentes estados de consistencia se dan en la Tabla 3.4. Los valores de IL e IC son opuestos entre sí para la misma consistencia del suelo y al sumarlos siempre es 1. 3.4 Carta de plasticidad La carta de plasticidad, desarrollado por Arthur Casagrande (1932) es un gráfico del índice de plasticidad (PI) frente al límite líquido (LL) de los suelos. En este gráfico las ordenadas representan el índice de plasticidad y las abscisas el límite líquido correspondiente. La carta de plasticidad se utiliza para la clasificación de suelos de partículas finas en función de su plasticidad en el sistema unificado de clasificación de suelos. El gráfico está dividido en seis regiones, tres arriba y tres debajo de la línea A como se muestra en la figura 3.4. La ecuación de la línea A es: IP = 0.73*(LL - 20) 8 Autor: Melkin Fructuoso Unidad 2: Plasticidad en suelos Figura 3.4 Carta de plasticidad Casagrande (1932) estudió los límites de consistencia de varios suelos y propuso la carta de plasticidad que se muestra en la figura 3.4. El límite superior de la relación entre el índice de plasticidad y el límite líquido lo proporciona otra línea llamada línea U cuya ecuación es: IP = 0.90*(LL - 8) 9 Autor: Melkin Fructuoso Unidad 2: Plasticidad en suelos 4.4 Bibliografías Braja M. Das (2001), “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, Cengaje Learning 4° edición. Badillo-Rodríguez (2001), “Mecánica de suelos”, Limusa Noriega Editores, 1° Edición Alva Hurtado (2011), “Diseño de Cimentaciones”, Fondo Editorial ICG, 2° Edición Tomlinson (2008), “Cimentaciones, Diseño y Construcción”, Editorial Trillas, 1° Edición Crespo Villalaz (2004) “Mecánica de Suelos y Cimentaciones”, Limusa Noriega Editores, 5° edición 2004 “Reglamento R-024 para Estudios Geotécnicos en Edificaciones”, Dirección General de Reglamentos y Sistemas, MOPC. 2006 10 Autor: Melkin Fructuoso
