Mecanica de Suelos i 6 Limites de Aterberg

Mecanica de Suelos I - UNH - 2011 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

Introducción

En el caso de suelos de grano fino (estos es, cohesivos) el factor de mayor influencia sobre las propiedades de ingeniería no es el tamaño sino la forma de las partículas.

Puesto que la plasticidad de, los suelos de grano fino tiene un efecto importante en propiedades de ingeniería, como la resistencia al corte y la compresibilidad, se usa la consistencia plástica como base para su clasificación.


Plasticidad En mecánica de suelos puede definirse la plasticidad

como la propiedad de un material que permite resistir deformaciones rápidas, sin rebote elástico, sin variación volumétrica apreciable y sin desmoronarse y agrietarse.


Plasticidad

La plasticidad de un suelo se atribuye a la deformación de la capa de agua adsorbida alrededor de los minerales; desplazándose como sustancia viscosa a lo largo de la superficie mineral, controlada por la atracción iónica.


Plasticidad La magnitud de la plasticidad que presenta una

arcilla natural depende de su composición mineralógica y contenido de humedad.

La plasticidad del suelo, depende del contenido de arcilla.

La plasticidad en las arcillas, por su forma aplanada (lentejas) y pequeño tamaño, es alta.


Cohesión

La cohesión C entre las pequeñas partículas de arcilla, es responsable de su consistencia.

Por sus formas aplanadas y pequeños tamaños, la alta relación entre área y volumen de granos, y su proximidad, se generan fuerzas interpartículas que los ligan.


Cohesión

Estas fuerzas eléctricas que explican la cohesión son varias:

Las fuerzas de Van der Waal

La acción de algunos cationes

Cargas asociadas al efecto borde-cara entre granos.


Cohesión Si un bloque de arcilla seca se pulveriza,

desaparece la cohesión: se requiere humedecer el polvo para que esta fuerza cohesiva al igual que la plasticidad reaparezcan.

La cohesión es mayor cuanto más finas son las partículas del terreno.


Consistencia del Suelo

Cuando existen minerales de arcilla en un suelo de grano fino, este puede ser remoldeado en presencia de alguna humedad sin desmoronarse: esto es consistencia. Esta naturaleza cohesiva se debe al agua adsorbida que rodea las partículas de arcilla.

A muy bajo contenido de agua, el suelo se comporta como un solido frágil.

Cuando el contenido de agua es muy alto, el suelo y el agua fluyen como un liquido.


Límites de Atterberg

Dependiendo del contenido de agua, la naturaleza del comportamiento del suelo se clasifica arbitrariamente en cuatro estados básicos.

El contenido de agua en el punto de transición de un estado a otro se conocen como limites de Atterberg.


Límites de Atterberg y estados de consistencia de un suelo.

Limite Liquido (LL) El limite liquido de un suelo se determina por medio de la

copa de Casagrande (Designación de prueba D-4318 ASTM) y se define como el contenido de humedad con el cual se obtiene un cierre en la ranura de 12.7 mm (1/2”) al aplicar 25 golpes.


Limite Liquido (LL)

Es difícil ajustar el agua en el suelo para encontrar el 0.5” (12.7mm) en 25 golpes. Por ello se hacen 4 ensayos para el suelo variando su contenido de humedad.


Curva de flujo para la determinación del

límite líquido para una arcilla limosa

Límite Plástico (LP) El limite plástico se define

como el contenido de humedad para el cual el suelo se desmorona al moldearlo en un rollito de 3.18 mm (1/8” ) de diámetro. (El procedimiento para el ensayo está dado por la norma ASTM D-424).


Hebra de suelo desmoronado

Hebra de suelo siendo rolada para

ensayo del Límite Plástico

Límite Plástico (LP) Si los cilindros se rompen con un diámetro

superior a 3 mm, la humedad es inferior al LP y si se rompen con un diámetro inferior, la humedad del suelo supera al LP.

La prueba es simple y se lleva a cabo enrollando rápidamente a mano sobre una placa de vidrio una masa de suelo de forma elipsoidal.


Límite de Contracción (LS) El limite de

contracción se define como el contenido de humedad mínimo para el cual el suelo no retrae su volumen aun cuando pierda o se evapore agua. (Designación de prueba D-427 ASTM) .


Índice Plástico (IP) Es la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico de un

suelo. ASTM D-424.

Indica el intervalo de humedades entre las cuales el suelo se comporta como un material plástico, es decir mide la plasticidad del suelo.

Un límite líquido alto indica una alta elasticidad del suelo. Un valor muy alto del índice plástico significa una alta probabilidad de hinchamiento. La plasticidad se corresponde con otras propiedades del suelo como son la cohesión, la permeabilidad, el entumecimiento o la compresibilidad.


IP = LL – LP

límites de Atterberg

Valores orientativos de los límites de Atterberg (humedad gravimétrica) para diferentes suelos.


Tipo de suelo Arena Limo Arcilla

Límite líquido 15-20 30-40 40-150

Límite plástico - 20-25 25-50

Límite de contracción

12-18 14-15 8-35

Limites de Atterberg para minerales de arcilla


Carta de plasticidad derivada de los experimentos de Atterberg en 1911:


Actividad (A) Es la relación lineal entre

el índice de plasticidad y el porcentaje de fracción del tamaño de arcilla menor que 2μ por peso.

Skempton (1953) definió la actividad como la pendiente de la gráfica.

La Actividad se usa para ver la expansividad de un suelo.


Índice de plasticidad vs porcentaje de

fracción del tamaño de arcilla en peso

% de arcilla = % en peso Ws de partículas con 2μ

Actividad (A)

Skempton clasificó tres tipos de Arcillas de acuerdo a su Actividad:

INACTIVA con valores A < 0.75

NORMAL con valores 0.75 < A < 1.25

ACTIVA con valores A > 1.25


Carta de Plasticidad

La línea A separa las arcillas inorgánicas de los limos orgánicos

La línea U es aproximadamente el limite superior de la relación del índice de plasticidad respecto al limite liquido para cualquier suelo encontrado hasta ahora.


Definiciones

Sensitividad (llamada también sensibilidado susceptibilidad): es la medida de la pérdida de resistencia de una arcilla causada por el remoldéo, es decir, por modificación de su estructura natural. Se mide la Sensitividad St con el valor de la resistencia a la compresión simple, según la expresión:


St= Resistencia Inalterada / Resistencia Remoldeada

La escala de Sensitividad (St) de Skempton y Northey es:

Insensitiva: St < 2

Mediana: St 2 a 4

Sensitiva: St 4 a 8

Muy sensitiva: St 8 a 16

Rápida: St > 16

Definiciones Tixotropía: Propiedad por la cual un suelo

húmedo que se toma para ablandarlo, manipulándolo hasta alcanzar un estado fluido viscoso, después de un tiempo de reposo puede recuperar sus propiedades de resistencia y rigidez, siempre y cuando la humedad no se le modifique. La mayoría de las arcillas son tixotrópicas en mayor o menor grado.


Determinación del limite liquido


recipiente Nro. 27 28 31 34

peso de suelo húmedo +

recipiente 48.61 55.53 51.71 50.51

peso de suelo seco + recipiente 41.19 46.05 42.98 41.54

peso del recipiente 17.33 17.41 17.45 17.36

peso del suelo seco

peso de agua

contenido de humedad (w%)

numero de golpes (N) 34 27 22 17


recipiente Nro. 27 28 31 34

peso de suelo húmedo +

recipiente 48.61 55.53 51.71 50.51

peso de suelo seco + recipiente 41.19 46.05 42.98 41.54

peso del recipiente 17.33 17.41 17.45 17.36

peso del suelo seco 23.86 28.64 25.53 24.18

peso de agua 7.42 9.48 8.73 8.97

contenido de humedad (w%) 31.1% 33.1% 34.2% 37.1%

numero de golpes (N) 34 27 22 17



Limite liquido: 33.5%


Determinación del limite plástico

recipiente Nro. 35 37

peso de suelo humedo +

recipiente 23.26 23.03

peso de suelo seco +


peso del recipiente 20.63 20.66

peso del suelo seco

peso de agua

contenido de humedad (w%)


Determinación del limite plástico recipiente Nro. 35 37

peso de suelo humedo +


peso de suelo seco +


peso del recipiente 20.63 20.66

peso del suelo seco 2.21 1.98

peso de agua 0.42 0.39

contenido de humedad (w%) 19.0% 19.7%


Limite liquido: 33.5%

Limite plástico: 19.4%

Índice de plasticidad: 14.1%

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