LIMITES EN LOS SUELOS

01/04/2013

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Facultad de Ingeniería y Arquitectura 2013‐I

MECANICA DE SUELOS I

Ing. Salvador Palomino Altez

Facultad de Ingeniería y Arquitectura


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 épocas. 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 oposición 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.



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



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

Estado Líquido: el suelo tiene las propiedades yapariencias de una suspensión.

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

Estado Plástico: el suelo se comporta plásticamente.

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

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



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



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LIMITES DE ATTERBERG

Limite Liquido (LL).Limite Plástico (LP).

Limite de Contracción (LC).



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 Índice Plástico (IP) del suelo.Los limites Liquido y Plástico dependengeneralmente de la cantidad de arcilla.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 Índice Plástico (IP) del suelo.Los limites Liquido y Plástico dependengeneralmente de la cantidad de arcilla.Cuando no se puede determinar el LP de un suelo sedice que es no plástico (NP), y en este caso el IP sedice que es igual a cero.El IP indica el rango de humedad a través del cuallos suelos son cohesivos y tienen propiedades de unmaterial plástico.

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Según Atterberg:

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



Según 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 también aumenta su resistencia en seco.



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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LÍMITE LÍQUIDO (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 plástico. De acuerdo con estas definición, lossuelos plásticos tienen en el LL una resistencia muypequeña al esfuerzo cortante, pero definida, y segúnAtterberg es de 25 g/cm². La cohesión de un suelo enel LL es prácticamente nula.



El Limite liquido se determina cerrando una ranurapracticada en una muestra de suelo en un dispositivollamado copa de casa grande golpeándola medianteuna manivela, un golpe representa la resistencia alesfuerzo cortante de 1 gr/cm².

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/cm².

PROCEDIMIENTO PARA OBTENER EL LÍMITE LÍQUIDO (LL)



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La ranura se realiza con un dispositivo de dimensionesestándar, sometido a 25 golpes por caída de 8 mm a10 mm de la copa a razón de 2 golpes/s, la ranuradeberá 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 tendrá unaresistencia al corte prácticamente 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/cm², en cambio en el LPno es constante sino que puede variar ampliamente.

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



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 semilogarítmico. Al unirestos puntos se obtiene una recta llamada curva defluidez cuya ecuación es la siguiente:

W = Fw x log N + C

Donde:



W: Contenido de humedad.

Fw: Índice de Fluidez, es la pendiente de la curvaigual a variación del contenido de humedad a un ciclode la escala logarítmica.

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 LÍMITE LÍQUIDO (LL)



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Mediante la espátula retirar la porción 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 mínimo 2 veces mas, de estamanera se tendrá como mínimo 3 valores del numerode golpes correspondiente a 3 diferentes contenidosde humedad.

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

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





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LL = K x Wn

Donde:

LÍMITE LÍQUIDO (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 siguienteexpresión:



LL: Limite Liquido.

K: Factor de LL dado en tablas según 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.



Clasificación de la plasticidad según LL.



LÍMITE PLÁSTICO (LP):

Frontera convencional entre los estados semisólido yplástico, que se determina alternativamentepresionando y enrollando una pequeña porción desuelo plástico hasta obtener un diámetro de 3 mm enel cual el pequeño 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 LÍMITE PLÁSTICO (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.





Ejemplo: De terminar el LP del siguiente suelo.

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LÍMITE DE CONTRACCIÓN:

Es el contenido de humedad que corresponde a lafrontera entre los estados de consistencia sólido ysemisólido.

Es el máximo contenido de agua de un suelo para elcual una reducción de la humedad no causadisminución de volumen de la masa del suelo.





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ÍNDICE PLÁSTICO:

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

IP = LL – LP

Esta diferencia cuantifica la amplitud o extensión 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 plástico).





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Clasificación de la plasticidad según IP.



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.



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 parámetro 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 ejecución de la obra, el contratistarequerirá de los servicios de un ingeniero de suelos,quien procederá a extraer muestras del lechosubmarino.



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 conservaría la forma propia, escurriéndose eimposibilitando el corte y por tanto la ejecución de laobra.



CARTA DE PLASTICIDAD DECASAGRANDE:

La carta de plasticidad elaborada por el profesorArturo Casagrande es un elemento básico en laidentificación y clasificación de los suelos. La labor querealizo Casagrande fue llevar a un grafico unacantidad de muestras con solo dos parámetros, el LL yel IP. Observo que los materiales homólogos seagrupan, existiendo así 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 líneas denominadas A, B y C.

La línea A se define por la ecuación IP = 0.73 x (LL-20). Los suelos en correspondencia con puntos que seencuentran por encima de la línea A, se clasificarancomo arcillas inorgánicas. De manera análoga, lossuelos inorgánicos que correspondan a puntos que seencuentran por debajo de la línea A se clasificarancomo limos.



Las líneas 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 también limos orgánicos y arcillas orgánicasrespectivamente.



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

I: Limos inorgánicos de baja plasticidad.II Limo inorgánico de mediana plasticidad o limoorgánico.III: Limo inorgánico de alta plasticidad o arcillaorgánica.IV: Arcilla inorgánica de baja plasticidad.

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

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





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