20/10/2010

CONSISTENCIA DE LOS SUELOS (PLASTICIDAD)


2.2 CONSISTENCIA DE LOS SUELOS (PLASTICIDAD)

El objetivo de estos ensayos de identificación (En suelos cohesivos: arcillas, limos, margas, arcillas
arenosas) es el conocer cualitativamente desde el punto de vista de la consistencia el comportamiento de
un suelo dado en función de su humedad con la cual se podrá trabajar un suelo de forma tal que éste.

sea capaz de resistir solicitaciones deformándose sin fallar. Además permite obtener una información
cuantitativa del cambio de volumen que puede experimentar una masa de suelo ante variaciones de
temperatura ( límite de contracción )
La plasticidad puede definirse como la propiedad de algunos suelos de deformarse sin agietarse,
ni producir rebote elástico, sin variación volumétrica apreciable y sin desmoronarse ni agrietarse.
La plasticidad de los suelos cohesivos no es una propiedad permanente, sino circunstancial y
dependiente de su contenido de agua. Por ejemplo una arcilla bastante seca puede tener la consistencia
de un ladrillo, con plasticidad nula, y esa misma, con gran contenido de agua puede presentar las
propiedades de un lodo semilíquido.
Entre ambos extremos, existe un intervalo del contenido de agua en que la arcilla se
comporta plásticamente.
2.2.1.- Estados de Consistencia, límites de Plasticidad (Límites de Atterberg).
Según su contenido de agua el orden decreciente, un suelo susceptible de ser plástico, puede estar en
cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definidos por Atterberg (científico sueco).
- Estado líquido (por propiedades y apariencia de una suspensión).
- Estado semilíquido ( con propiedades de un fluido viscoso)
- Estado plástico ( con comportamiento plástico)
- Estado semisólido (con apariencia de un sólido, pero que al estar sujeto al secado, disminuye su
volumen).
- Estado sólido (el volumen de suelo ya no varía con el secado).
a. Los Límites de Plasticidad.
Dependiendo
Límite líquido ( LL ).- Es la humedad del suelo por la cual éste pasa ( frontera ) del estado semi líquido
al plástico.
Límite plástico ( LP ).- Es la humedad del suelo por la cual éste pasa ( frontera ) del estado plástico al
semi sólido. , la diferencia entre los valores de los límites de plasticidad se llama Índice Plástico (IP).
Límite de contracción o retracción ( LC ).- Es la humedad del suelo por la cual éste pasa del estado
semi- sólido al sólido.
Los límites de plasticidad (LL y LP) han sido definidos en términos de ciertas técnicas de laboratorio.
a.1 Determinación del Límite Líquido y límite Plástico.
a.1.1.- Límite Líquido (LL)
Con el propósito de determinar el contenido de agua de un suelo que corresponde al límite
líquido se emplea una técnica basada en el uso de la copa de Casagrande. Copa de bronce, de ciertas
dimensiones, en la cual se coloca una pasta de suelo hasta una cierta altura distinta y se hace que la
copa caiga periódicamente, golpeándose contra una base. La altura de caída es de 1 Cm. El suelo dentro
de la copa será ranurado mediante un acanalador (la ranura debe tener dimensiones específicas).
El contenido de agua que tenga el suelo cuando cierre la ranura del fondo de la capa; dándole un
numero de 25 golpes, corresponde al valor para el límite líquido.
Para encontrar este contenido de humedad (según 25 golpes), se lleva a cabo el ensayo varias
veces con pastas de diferentes consistencias, o sea de distintos contenidos de agua luego se entra en
grafico para hallar el valor buscado. Este grafico tiene por abcisa una escala logarítmica donde están
apuntados los números de golpes y una ordenada que refieren a porcentajes de agua.
1. Descripción:
Este método cubre la determinación del límite líquido de un suelo mediante la elaboración de una
curva de flujo, resultado de la determinación de tres puntos con la ayuda del equipo de Casagrande.
2. Definición:
El límite líquido es el contenido de agua, expresado en porcentaje respecto al peso del suelo seco,
que delimita la transición entre el estado líquido y plástico de un suelo.
El límite líquido se define como el contenido de agua necesario para que la ranura de un suelo
colocado en el equipo de Casagrande, se cierre después de haberlo dejado caer 25 veces desde una
altura de 10 mm.
3. Materiales:
 La cantidad usada de suelo es aproximadamente 100 g que pasa la malla 40 de la muestra
original, previamente secada al aire.
4. Equipo:
 Tamiz N° 40
 Copa de Casagrande.
 Acanalador
 Espátula.
 Balanza de precisión, con sensibilidad a 0.01 gr.
 Estufa con control de temperatura.
 Probeta graduada.
 Mortero y mango.
 Pipetas.
 Regla metálica graduada
Ajuste y control de la copa de Casagrande.
Ajustar la altura de caída de la taza, para lo cual se gira la manivela hasta que la taza se eleve a su
mayor altura. Utilizando el calibrador de 10 mm, se verifica que la distancia entre el punto de
percusión y la base sea de 10 mm exactamente, de ser necesario, se aflojan los tornillos de fijación
y se mueve el ajuste hasta obtener la altura de caída requerida. Ademá se debe verificar
periódicamente que:
 No se produzca juego lateral de la taza por desgaste del pasador que la sostiene,
 Los tornillos que conectan la taza con el apoyo estén apretados,
 El desgaste de la taza no sobrepase la tolerancia de masa,
 El desgaste de la base no exceda de 0.1 mm de profundidad. Cuando esto suceda se
debe pulir nuevamente.
 El desgaste del ranurador no sobrepase las tolerancias dimensionales.
5. Procedimiento:
5.1. Colocar la muestra dentro de un recipiente adecuado que permita mezclarlo con agua.
5.2. Adicione agua y empiece un proceso de homogenización, de tal forma que el agua se incorpore
totalmente a la muestra de suelo.
5.3. Cuando el suelo y el agua formen una masa uniforme y consistente, colocar una porción en el
recipiente del equipo de Casagrande, con la ayuda de la espátula verifique que el nivel de la
muestra de suelo no supere el borde del recipiente y que el nivel máximo entre la base del
recipiente y el suelo sea de 10 mm. El exceso de suelo retírelo y retórnelo al recipiente donde
está realizando la mezcla.
5.4. Con la ayuda del ranurador (pasar manteniéndolo perpendicular a la superficie interior de la
taza), divida la muestra del suelo que está en el recipiente del equipo de Casagrande en dos
mitades, mediante un movimiento suave a lo largo del diámetro de éste, de atrás hacia la parte
frontal. El movimiento debe ser cuidadoso propiciando la construcción de la ranura en un solo
movimiento y de manera que esta llegue hasta el fondo, y quede limpia y no se dañen los
bordes de las mitades de suelo generadas.
5.5. Una vez hecho el surco o ranura, con la ayuda de la manivela del equipo, damos golpes sin
parar a la cuchara a una velocidad aproximada de 2 golpes/segundo, hasta que las dos
mitades se junten (cierren) aproximadamente12.7 mm. Se debe registrar el número de golpes en
los cuales se cerró dicha ranura.
5.6. Se remueve del equipo parte de la muestra de suelo ( 10 gr ), procurando tomarla del sector
donde se cerro la ranura ( junta el fondo del surco ). La muestra tomada es llevada a un
recipiente, se registra su peso y se somete a secado para determinar su humedad.
5.7. Luego retirar el resto de la muestra al recipiente de mezclado, y limpiar y secar la copa de
Casagrande así como al ranurador.
5.8. Este proceso se repite 3 veces, adicionando agua o extendiendo la muestra para someterla a
secado, facilitando así la obtención de otros puntos con diferente humedad y número de golpes.
Se recomienda que el número de golpes para cerrar la ranura deben estar comprendidos entre
10 y 35.
5.9. Cálculos:
Determinar el contenido de agua, expresado en porcentaje de peso respecto al peso del suelo
seco:
ω =Wwx 100Ws
Donde:
Ww : Peso del agua presente dentro de la muestra. Se determina como la diferencia entre
el peso húmedo y el peso seco de la muestra.
Ws: Peso seco de la muestra.
Recuerde que en varias ocasiones es necesario tener en cuenta el peso del recipiente 
en que la
muestra es llevada al horno.
5.10. Elaboración de la curva de Flujo:
El objetivo de este procedimiento es obtener los puntos suficientes para construir un gráfico
semilogarítmico con el número de golpes como abcisa en escala logarítmica vs. Contenido de
humedad como ordenada en escala aritmética.
 Dibujar los puntos correspondientes a los resultados de cada una de las tres ( o más) ensayos
efectuados y construir una recta ( curva de flujo ).
 Expresar el Límite Líquido del suelo como la humedad correspondiente a la intersección de la
curva de flujo con la abcisa de 25 golpes aproximando al entero más próximo.
Otros métodos:
A. Método de un punto ( a manera de verificación , dependiendo de la norma)
 Se procede en forma similar al método antes mencionado, encontrando el número de
golpes necesarios para producir la unión de la ranura de la muestra, excepto que esto se
ha desarrollado para un punto, el cual deberá estar dentro del intervalo de 20 a 30 golpes.
 Se obtiene la humedad correspondiente al punto anterior, ( WN )
 Todo el procedimiento se repite para otro punto, el cual es comparado con el anterior. No
deben diferir en más del 2 %
 El punto se debe confrontar con la curva de flujo determinada previamente para el mismo
tipo de suelo.
 Se calcula el Límite Líquido, mediante la siguiente expresión:
LL = ( N / 25 ) tg β * WN %
Donde:
tg β : Pendiente de la curva de flujo en escala logarítmica en el intervalo antes
mencionado (vecindad del Límite Líquido) y cuyo valor varía entre 0.12 y 0.13.
Usualmente se usa el valor tg β = 0.121; el cual entrega buenos resultados a pesar de
no ser un valor estándar para todo tipo de suelo.
Para facilitar el cálculo se obtiene el valor ( N / 25 ) 0.121
B. Penetrómetro de cono.
Se basa en la relación entre el contenido de humedad y la penetración de un cono en la muestra
de suelo bajo condiciones controladas. Es de gran ventaja, puesto que puede utilizarse en una
amplia gama de suelos.
DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO DE UN SUELO ( LP )
Basado en Norma ASTM D4318-00
1. Definición:
Se define como Límite Plástico al contenido de agua, expresado en porcentaje respecto al peso del
suelo seco, donde el suelo cambia de estado semi-sólido a plástico.
El contenido de agua es definido arbitrariamente como aquel donde el suelo, después de dejarse
moldear hasta alcanzar rollitos de 3.2 mm de diámetro, se empiece a romper en pequeñas piezas.
2. Muestra:
La cantidad usada es aproximadamente 100 g que pasa malla 40 de la muestra original, previamente
secada al aire.
3. Equipo:
 Tamiz N° 40
 Balanza de precisión, con sensibilidad a 0.01 gr.
 Estufa con control de temperatura.
 Mortero y mango.
 Espátula.
 Patrón de comparación (alambre o plástico de 3 mm de diámetro).
 Placa de vidrio esmerilado.
 Probeta graduada de 25 ml de capacidad.
 Pipetas.
 Recipientes ( taras )
4. Procedimiento:
4.1. Colocar la muestra dentro de un recipiente adecuado que permita mezclarlo con agua.
4.2. Adicione agua y empiece un proceso de homogenización, de tal forma que el agua se incorpore
a la muestra de suelo.
4.3. Cuando el agua ha sido tal que forme una masa consistente, con la ayuda de la mano moldee
una especie de balón, el cual deberá dividir en dos, tres o cuatro pedazos más pequeños según
la cantidad de muestra ( cm3 ).
4.4. Tome uno de esos pedazos y con una suave y uniforme presión ( peso de la mano ), ruédela
sobre el vidrio esmerilado hasta ir formando rollos, los cuales en el proceso de rodado
disminuirán poco a poco su tamaño.
4.5. El proceso de rodado se realizará hasta que al llegar a un diámetro de 3 mm, el cilindro o rollito
se empiece a resquebrajar a lo largo del diámetro ( caso contrario doblar, amasar nuevamente y
volver a conformar el rollito. Si el material está seco, agregar agua y homogenizar
completamente; si esta muy húmedo, amasarlo de modo que seque al contacto con las manos
hasta alcanzar la consistencia requerida)
4.6. En ese momento tome los rollitos con esas características, llévelos a un recipiente, tome su
peso y determine la humedad.
4.7. El proceso de llevar los rollitos hasta el diámetro deseado en las condiciones necesarias se
repite de igual forma con los otros baloncitos separados originalmente, de manera que se
puedan completar tres recipientes con rollitos.
Nota:
En ningún caso debe procurarse obtener la disgregación exactamente a los 3 mm de diámetro del
rollito ( por ejemplo reduciendo la velocidad de amasado)
5. Cálculos:
Determinar el contenido de agua, expresado en porcentaje de peso respecto al peso del suelo seco:
ω =
Ww
x 100
Ws
Donde: Ww : Peso del agua presente dentro de la muestra. Se determina como la diferencia entre
el peso húmedo y el peso seco de la muestra.
Ws : Peso seco de la muestra.
Recuerde que en varias ocasiones es necesario tener en cuenta el peso del recipiente en que la
muestra es llevada al horno.
5. Determinación del Límite Plástico:
Se debe determinar como mínimo tres valores de humedad, los cuales no deben tener diferencias
mayores a 2 % entre sí, el promedio de ellos representa el valor del Límite Plástico.
EXPRESION DE RESULTADOS:
En el informe de resultados del laboratorio se debe incluir entre otros:
1. Los valores correspondientes al Límite Plástico y Límite Líquido.
2. Calcular el valor del Índice de Plasticidad, como la diferencia entre el Límite Líquido y el Límite
Plástico:
I.P. = LL – LP
Viene a ser el rango de contenido de humedad, donde el suelo presenta un comportamiento plástico.
3. Reporte el valor del Índice de Plasticidad, excepto cuando:
3.1. El Límite Líquido o el Límite Plástico no pudo ser determinado, en ese caso el Índice de
Plasticidad de define como NP (No Plástico)
3.2. Cuando el suelo es extremadamente arenoso y el Límite Plástico no puede ser determinado,
reporte el Límite Líquido y el Límite Plástico como NP.
3.3. Cuando el Límite Plástico es igual o mayor que el Límite Líquido, reporte el Índice de Plasticidad
como NP.
Nota:
La relación existente entre el Límite Líquido y el Índice de Plasticidad ofrece una valiosa
información sobre la composición granulométrica, comportamiento, naturaleza y calidad de la
arcilla. Existe una gran variación entre los límites de Atterberg de diferentes arcillas e incluso para
un mismo mineral arcilloso, esta variación se debe a la morfología y tamaño del cristal, cuanto más
pequeña e imperfecta sea la estructura, más plástico es el material.
4. Calcular el índice líquido (Indice de liquidez)
El contenido de humedad natural que presenta una arcilla o un limo en el campo, puede
compararse con sus límites, mediante el índice de liquidez que se calcula con la formula:
IL = ( ω – LP ) / IP
Donde:
 IL = Indice líquido del suelo.
 ω = Humedad natural del suelo ( % ).
 LP = Límite plástico ( % )
 IP = Indice de plásticidad ( % ).
5. Calcular el índice de consistencia
Puede tener valores negativo o superiores al 100 %, se calcula con la formula:
IC = ( LL - ω ) / IP
Donde:
 IC = Indice de consistencia del suelo.
 ω = Humedad natural del suelo ( % )
 LL = Límite líquido del suelo ( % )
 IP = Indice de plasticidad del suelo.
Ejemplo de cálculo de Limite Líquido, Límite plástico e Indice de plasticidad:


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