Ingeniera Civil

Qu es Plasticidad?El contenido de agua con que se produce el cambio de estado vara de un suelo a otro y en mecnica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plstico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad), es decir, la propiedad que presenta los suelos hasta cierto lmite sin romperse.*

PLASTICIDAD

Limites de Atterberg Los lmites de Atterberg o lmites de consistencia se basan en el concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo del contenido de agua. As un suelo se puede encontrar en un estado slido, semislido, plstico, semilquido y lquido.La arcilla, por ejemplo al agregarle agua, pasa gradualmente del estado slido al estado plstico y finalmente al estado lquido.

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PLASTICIDAD

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PLASTICIDAD

Plasticidad y Limites de Consistencia Plasticidad es la propiedad que tienen algunos suelos de deformarse sin agrietarse, ni producir rebote elstico.Los suelos plsticos cambian su consistencia al variar su contenido de agua. De ah 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 plstico en funcin del cambio de humedad son slidos, semislido, lquido y plstico. Estos cambios se dan cuando la humedad en las masas de suelo vara. Para definir las fronteras en esos estados se han realizado muchas investigaciones, siendo las mas conocidas las de Terzaghi y Attergerg.

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limites de consistencia PLASTICIDAD

Para calcular los limites de Atterberg el suelo se tamiza por la malla N40 y la porcin retenida es descartada y se tiene: La frontera convencional entre los estados semislido y plstico se llama lmite plstico, que se determina alternativamente presionando y enrollando una pequea porcin de suelo plstico hasta un dimetro al cual el pequeo cilindro se desmorona, y no puede continuar siendo presionado ni enrollado. El contenido de agua a que se encuentra se anota como lmite plstico. La frontera entre el estado slido y semislido se llama lmite de contraccin y a la frontera entre el lmite plstico y lquido se llama lmite lquido y es el contenido de agua que se requiere adicionar a una pequea cantidad de suelo que se colocar en una copa estndar, y ranurar con un dispositivo de dimensiones tambin estndar, sometido a 25 golpes por cada de 10 mm de la copa a razn de 2 golpes/s, en un aparato estndar para limite lquido; la ranura efectuada deber cerrarse en el fondo de la copa a lo largo de 13 mm* PLASTICIDAD

limites de consistencia

Para medir la plasticidad de las arcillas se han desarrollado varios criterios de los cuales se menciona el desarrollado por Atterberg, el cual dijo en primer lugar que la plasticidad no es una propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su contenido de agua. Una arcilla muy 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 semilquido o, inclusive, las de una suspensin lquida.*

estados de consistencia PLASTICIDAD

Segn su contenido de agua en forma decreciente, un suelo susceptible de ser plstico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definido por Atterberg. Estado lquido, con las propiedades y apariencias de una suspensin.Estado Semilquido, con las propiedades de un fluido viscoso.Estado Plstico, en que el suelo se comporta plsticamente.Estado semi slido, en el que el suelo tiene la apariencia de un slido, pero an disminuye de volumen al estar sujeto a secado.

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estados de consistencia PLASTICIDAD

Es importante que las muestras seleccionadas para determinar los lmites sean lo ms homogneas que se pueda lograr. A este respecto, ha de tenerse en cuenta, que el aspecto de una arcilla inalterada es muy engaoso, ni cambio de color y ello no obstante, su contenido natural de humedad puede variar grandemente en diferentes zonas de la misma muestra extrada del terreno, con correspondientes variaciones apreciables en los lmites lquidos.

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determinacin de los limites PLASTICIDAD

Calcular el lmite plstico ( Wp ) como el promedio de las tres determinaciones efectuadas sobre la muestra de ensayo. Dichas determinaciones no deben diferir entre si en mas de 2 puntos. Cuando no se cumpla esta condicin se debe repetir todo el ensayo. Calcular el ndice de plasticidad de acuerdo con la formula siguiente: IP = WL - Wp en que: IP= ndice de plasticidad del suelo, % WL = lmite liquido del suelo, %; y WP = lmite plstico del suelo, %. Cuando no pueda determinarse uno de los dos lmites (WL Wp). o la diferencia es negativa, informar el ndice de plasticidad como NP (no plstico)

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determinacin de los limites PLASTICIDAD

Calcular el ndice lquido de acuerdo con la formula siguiente: IL = (W - WP)/ IP en que: IL = ndice lquido del suelo; W = humedad (natural ) del suelo,%; WP = lmite plstico del suelo, %; IP = ndice de plasticidad del suelo, %.

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determinacin de los limites PLASTICIDAD

Calcular el ndice de consistencia de acuerdo con la formula siguiente: IC = (WL - W) / IP en que: IC = ndice de consistencia del suelo; WL = lmite lquido del suelo, %; W = humedad (natural) del suelo, %;. IP = ndice de plasticidad del suelo, %.

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determinacin de los limites PLASTICIDAD

Calcular la humedad del suelo en el momento en que fue moldeado de acuerdo con la frmula siguiente, aproximando al 0.1 % w =( ( mh - ms ) / ms ) * 100 en que : w = humedad del suelo en el momento que fue moldeado, % ; mh = masa del suelo humedo, g ; y ms= masa del suelo seco, g.

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determinacin de los limites PLASTICIDAD

Calcular el lmite de contraccin, del suelo de acuerdo con la frmula siguiente, aproximando al 1 %. wS = w ( ( (Vh - Vs ) * w) / ms ) * 100 en que : wS = lmite de contraccin, %; w = humedad del suelo en el momento que fue moldeado, %; Vh = volumen de la pastilla de suelo hmedo, cm3 (ml); Vs = volumen de la pastilla de suelo seco, cm3 (ml); w = densidad del agua, gr/cm3(gr/ml) ; y ms = masa del suelo seco, g.

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determinacin de los limites PLASTICIDAD

ConsistenciaSe refiere a las manifestaciones de las fuerzas fsicas de cohesin y adhesin dentro del suelo, a diferentes contenidos de humedad.Las manifestaciones son:1. El comportamiento ante la gravedad, la presin, el empuje y la traccin2. Tendencia a adherirse a cuerpos extraos3. La sensacin al tactoLas 2 fuerzas causantes de la consistencia son:a. La atraccin molecular: COHESINb. La tensin superficial: ADHESIN

Cohesin es la unin entre partculas por fuerzas de atraccin debido a mecanismos fsicoqumicos.1. Fuerzas de Van der Waals2. Atraccin electrosttica (+ y -)3. Unin por puentes catinicos4. Efecto cementante de la M.O., R2O3 y CO35. Tensin superficial del agua entre las partculasAdhesin es la atraccin de la fase lquida sobre la superficie de la fase slidaTrminosFluidez: suelo como lquidoPegajosidad: glutinosidad, adherenciaPlasticidad: Resistencia a la deformacin y esfuerzo cortanteConsistencia

TrminosFluidez: suelo como lquidoPegajosidad: glutinosidad, adherenciaPlasticidad: Resist. a la deformacin y esfuerzo cortanteFriabilidad: Facilidad de labranzaFirmeza: Resistencia a la compresin, coherenciaDureza: Resistencia a la rupturaPegajosidad y plasticidad: (adhesin/deformacin)Friabilidad, firmeza: Cohesin Dureza: RupturaFactores que afectan la consistenciaa. Humedad b. Contenido de arcilla c. Tipo de arcillad. Estructura e. Contenido de M.O. f. Naturaleza o tipo de catin intercambiable dominante

Efectos de humedad sobre adhesin y cohesin del suelo (Kohnke, 1968)

La consistencia del suelo tiene relacin con:1. Estabilidad de la estructura2. Crecimiento de plantas penetracin radical3. Esfuerzo necesario para labrar el sueloRango donde se puede labrar el suelondice agralgico = calidad de la tierraSusceptibilidad a la erosin Rango plstico: intervalo del contenido de agua en el cual el suelo presenta propiedades plsticasLmite lquido: LSP en que el suelo es tan hmedo que se comporta como un fluido Lmite plstico: LIP bajo el cual un suelo no puede deformarse sin que se desmenuce (es friable y se pulveriza bien al ararlo). El suelo ms mojado que el lmite plstico no se pulveriza bien cuando se ara y forma terrones

Nmero plstico: intervalo numrico de humedad entre los lmites lquido y plstico. Esto es donde el suelo muestra ciertas cualidades definidas de consistencia.Punto adhesivo: humedad mnima para la adhesin. Generalmente se encuentra cerca del lmite lquido.Punto de frote: contenido mximo de agua en el cual el arado sale limpio. Sobre este valor se volver pegajoso y se pegar al arado el suelo.Labranza: humedad menor que el punto adhesivo y el LIP. Deseable es que la CC est por debajo de esos puntos. Si la CC es mayor, lo deseable es una diferencia mnima entre CC y esos puntos. Si la diferencia es mnima, despus de la lluvia el suelo se seca rpidamente al punto adhesivo o al LIP

Medicin de la consistencia1. Consistencia en MOJADO (humedad a CC o ligeramente mayor)

A. Pegajosidad: cuando se adhiere a otros objetos0. No pegajoso: suelo no se adhiere a los dedos1. Ligeramente pegajoso: adhiere a un dedo y no al otro2. Pegajoso: se adhiere a ambos dedos; estira un poco3. Muy pegajoso: se adhiere fuertemente a los dedos

B. Plasticidad: Capacidad de moldear con las manos 0. No plstico: no se forma embutido1. Ligeramente plstico: forman embutidos cortos < 1cm2. Plstico: embutidos > 1cm, presin moderada para deformar material moldeado 3. Muy plstico: mucha presin para deformar material moldeado

2. Consistencia en hmedo (humedad entre sequedad y CC)0. Suelto: material suelto no es coherente1. Muy friable: rompe fcil entre el pulgar y el ndice2. Friable: ligera presin para romper los agregados3. Firme: moderada presin para romper agregados4. Muy firme: fuerte presin para romper agregados5. Extremadamente firme. No se rompen por presin entre el pulgar y el ndice

3. Consistencia en seco (suelo seco al aire)0. Suelto: material del suelo no es coherente1. Blando: rompe fcil en la mano en granos simples2. Ligeramente duro: ligera presin para romper material 3. Duro: rompe con dificultad entre el pulgar e ndice4. Muy duro: rompe difcilmente entre ambas manosMedicin de la consistencia

El trmino arcilla se usa habitualmente con diferentes significados:

Mineralgico:Engloba a los minerales filosilicatos, cuyas propiedades fsico-qumicas dependen de su estructura y de su tamao de grano, muy fino (inferior a 2 um).Para un sedimentlogo:Arcilla es un trmino granulomtrico, que abarca los sedimentos con un tamao de grano inferior a 2 umPetrolgico:Es una roca sedimentaria, en la mayor parte de los casos de origen detrtico.Para un ceramista: Una arcilla es un material natural que cuando se mezcla con agua en la cantidad adecuada se convierte en una pasta plstica

Se consideran arcillas todas las fracciones con un tamao de grano inferior a 2 um. Incluso minerales no pertenecientes al grupo de los filosilicatos (cuarzo, feldespatos, etc.) pueden ser considerados partculas arcillosas cuando estn incluidos en un sedimento arcilloso y sus tamaos no superan las 2 um. ExtraccinLa explotacin, normalmente, se efecta a cielo abierto, utilizando medios mecnicos convencionales.

Los primeros objetos de alfarera se remontan al perodo Paleoltico y se trata de jarras o de pequeas representaciones de divinidades maternales y de culto a la fertilidadEn la antigedad americana la mayora de sus pueblos eran agrcolas y, por tanto, sedentarios, lo que hizo que se produjeran grandes cantidades de utensilios domsticos para su uso culinario o de almacenajeEn Per donde surgieron los primeros estilos en cermica. El estilo Chavn (900-200 a.C.), con sus motivos de jaguares, fue superado durante el periodo clsico (primer milenio d.C.) por la cermica de la cultura mochica, que floreci en la costa septentrional

PROPIEDADES FISICO-QUMICASLas aplicaciones industriales de este grupo de minerales radican en sus propiedades fsico-qumicas:

Pequeo tamao de partcula (inferior a 2 um).Su morfologa laminar (filosilicatos).Las sustituciones isomrficas, que dan lugar a la aparicin de carga en las lminas y a la presencia de cationes dbilmente ligados en el espacio interlaminar.

CAPACIDAD DE ABSORCIN

Algunas arcillas encuentran su principal campo de aplicacin en el sector de los absorbentes ya que pueden absorber agua u otras molculas en el espacio interlaminar (esmectitas) o en los canales estructurales (sepiolita y paligorskita). CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATINICO Fenmeno consistente en la prdida de resistencia de un coloide, al amasarlo, y su posterior recuperacin con el tiempo. Las arcillas tixotrpicas cuando son amasadas se convierten en un verdadero lquido. TIXOTROPA Son capaces de cambiar, fcilmente, los iones fijados en la superficie exterior de sus cristales o atraer cationes a su superficie (Ca+,Mg+ , K+ )

HIDRATACIN E HINCHAMIENTOLa hidratacin y deshidratacin del espacio interlaminar son propiedades caractersticas de las esmectitas, y cuya importancia es crucial en los diferentes usos industriales. + H2OArcilla secaHinchamiento

PLASTICIDADLas arcillas son eminentemente plsticas.Esta propiedad se debe a que el agua forma una envuelta sobre las partculas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partculas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas

Cationes intercambiables+ H2OSuspensin coloidalViscosidad

ESTRUCTURA DE LOS FILOSILICATOSDichos tetraedros se unen compartiendo tres de sus cuatro oxgenos con otros vecinos formando capas, de extensin infinita y frmula (Si2O5)2- (capa tetradrica), que constituyen la unidad fundamental de los filosilicatosLa unidad estructural bsica de los filosilicatos son tetraedros de silicio y oxgeno (SiO)44

Tipos de arcilla La arcilla de China o caoln La arcilla de bola

La arcilla refractaria Las arcillas miscelneas

Usos en construccinComo base de:Productos de loseta de arcilla: Ingrediente principal del ladrillo, loseta de cermica, teja para techo, chapa de cermica.Como morteroAbrasivosMateria prima para abrasivosComo componente de:Aditivos, Agente impermeabilizante

CementoEs ingrediente del cementoLinleo Ingrediente PinturaIngredienteCauchoPara aumentar la resistencia al desgaste; como rellenador.

Pero las arcillas tienen desventajas por ejemplo un suelo arcilloso no es adecuado para la construccin debido a la retencin de agua.Productos de alfareraAzulejosEl gresporcelana vitrificada, semiporcelana o loza

CLASIFICACIN DE ACUERDO A SU CARGA.

Tipo de CargaDioctadricasTrioctadricas

Carga tetradricaBeidellitaNontronita (Fe)Saponita

Carga octadricaMontmorillonitaEstevensitaHectorita (F,Li)

ESTRUCTURA TETRADRICAEl tetraedro Si-O se encuentra elctricamente descompensado (el Si aporta cuatro cargas positivas frente a la ocho negativas de los cuatro oxgenos de los vrtices), por lo que ha de unirse a otros cationes para neutralizar las cargas.

ESTRUCTURA OCTADRICALos octaedros se encuentran descompensados elctricamente (dos cargas positivas si el catin octadrico es el Mg o tres si se trata de Al, frente a las 12 posibles cargas negativas que pueden aportar los seis vrtices). Las capas de tetraedros y octaedros se acoplan dando lminas que al repetirse forma la estructura cristalina.

CLASIFICACION POR LA DISPOSICIN DE SUS PLACASLAMINARESLa mayora de las arcillas se encuentran formadas por placas o lminas dispuestas cara a cara.Una placa individual est compuesta por tomos dispuestos de una forma tetradrica u octadrica.

Caolinita Al2 Si2 O5 (OH)4 (Dioctadrica).El caoln o caolinita, es una arcilla blanca muy pura que se utiliza para la fabricacin de porcelanas y de aprestos para almidonar. Tambin es utilizada en ciertos medicamentos y como agente adsorbente.

AplicacinCaractersticasPapelEn el recubrimiento del papel, reduce la porosidad y da suavidad y brillo a la superficie.RefractariosEn la elaboracin de perfiles, bloques y ladrillos refractarios, as como cemento refractario y resistente a los cidosCermicaEn la fabricacin de sanitarios, comedores, porcelana elctrica y tejas de alto grado, vajillas, objetos de baoVidrioEn la formulacin de placas de vidrioPinturasEn la elaboracin de pigmentos de extensin para pinturas y en la fabricacin de tintas. Se usa como dilatador por su inercia qumica, suave fluidez, facilidad de dispersin y por no ser abrasivoPlsticosEs usado como relleno en hules y plsticos y auxiliar en procesos de filtracin. En revestimientos plsticos para ductos y tejas plsticasAgroqumicosForma parte de los componentes de insecticidas y pesticidas bien como material de acompaamiento a insecticidas presentados en polvo o bien solo.

AplicacinCaractersticasFarmacuticaEn la elaboracin de medicamentos por ser qumicamente inerte y libre de bacterias.CosmticosEs uno de los principales componentes de los cosmticos.Construccin. En el concreto mejora la durabilidad, remueve el hidrxido de calcio qumicamente activo, mejora la porosidad y la adhesin entre el cemento, la arena y la grava.

Serpentina. Mg3 Si2 O5 (OH)4 (Trioctadrica).Las serpentinas constituyen un grupo de minerales que se caracterizan por no presentarse en forma de cristales, excepto en el caso de pseudomorfismo.Antigorita.- De color verde oscuro, translcida.

Lizardita.Cristilo o asbesto.- Formado por fibras finas y paralelas, que se separan fcilmente. (aislante trmico).

Berthierita. Flogopita. Es un mineral del grupo de los silicatos, subgrupo filosilicatos y dentro de ellos pertenece a las micas. Es frecuente encontrarlo en paquetes de lminas de color castao, a veces de grandes dimensiones.

Biotita.Es un filosilicatos de hierro y magnesio ,del grupo de las micas con fcil exfoliacin basal, transparente, color oscuro y brillo nacarado a metlico.Es un mineral muy difundido como componente de numerosas rocas gneas (granitos, sienitas, traquitas, etc.), metamrficas y sedimentarias.

Lepidolita.- La lepidolita es un mineral del grupo de las micas.

Es un FILOSILICATOS lila o rosa violceo del grupo de las micas, que es una fuente secundaria de litio. Se asocia con otros minerales de litio como espodumena en pegmatitas. Es una de las mayores fuentes del raro rubidio y del cesio.Talco.- El talco (nombre derivado del rabe tal q) es un mineral del grupo VIII (silicatos), segn la clasificacin de Strunz, de color blanco a gris azul.

En la escala de Mohs se toma como patrn de la menor dureza posible, asignndosele convencionalmente el valor 1. Al tacto resulta tan grasiento o jabonoso que puede rayarse con la ua.

Pirofilita Al2 Si4 O10 (OH)2: (Dioctadrica: Sin sustituciones. Espesor fijo (9 amstrong)).

La pirofilita es un mineral del grupo VIII (silicato) segn la clasificacin de Strunz. Es un silicato de alumina hidratado, cuya frmula es Al2Si4O10(OH)2 y su composicin terica es 66,7% SiO2, 28,3% Al2O3 y 5% H2O. Normalmente est mezclado con caolinita, alunita y cuarzo. Normalmente se presenta en forma de laminillas o en agregados foliceos o radiados, debido a su estructura y fractura micceas, lo que adems la hace ser suave y untuosa al tacto.

d) Moscovita (10 amstrong). K Al2 (Si3 Al) O10 (OH)2: Dioctadrica: Con sustituciones en la capa tetradrica. Espesor fijo

La moscovita es un mineral del grupo de los silicatos, subgrupo filosilicatos y dentro de ellos pertenece a las micas alumnicas. Qumicamente es un aluminosilicato de potasio y aluminio, que puede llevar magnesio , cromo y una gran variedad de otros elementos en sus numerosas variedades.

Montmorillonita Na0,4 (Al1,6 Mg0,4) Si4 O10 (OH)2: Dioctadrica: Con sustituciones en la capa octadrica. Espesor variable (10-18 amstrong). La montmorillonita es un mineral del grupo de los silicatos, subgrupo filosilicatos y dentro de ellos pertenece a las llamadas arcillas. Es un hidroxisilicato de magnesio y aluminio, con otros posibles elementos.Recibe su nombre de la localidad francesa de Montmorillon. Se caracteriza por una composicin qumica inconstante. Es soluble en cido y se expande al contacto con aguaTalco Mg3 Si4 O10 (OH)2: Trioctadrica: Sin sustituciones. Espesor fijo (9 amstrong).

Flogopita K Mg3 (Si3 Al) O10 (OH)2: Trioctadrica: Con sustituciones en la capa tetradrica. Espesor fijo (10 amstrong).

Hectorita Na0,4 (Mg2,6 Li0,4) Si4 O10 (OH)2: Trioctadrica: Con sustituciones en la capa octadrica. Espesor variable (10-18 amstrong). Es una arcilla del Grupo de las esmectitas.Suelen presentarse en agregados laminares o en masas suaves y blandas. Estos minerales suelen precipitar en cuencas sedimentarias endorreicas con pH alcalino y gran concentracin inica. Tambin pueden aparecer como productos de alteracin hidrotermal de rocas cidas o neutras

Vermiculita : Dioctadrica y trioctadrica: Con sustituciones en la capa tetradrica y octadrica. Espesor variable (10-14 amstrong).

La vermiculita es un mineral formado por silicatos de hierro o magnesio, del grupo de las micas. Se origina principalmente en la alteracin hidrotermal de biotita.

Cloritas: Trioctadricas y dioctadricas. Con sustituciones en ambas capas. Espesor fijo (14 amstrong).

Clorita es el nombre genrico de unos aluminosilicatos, del grupo de los filosilicatos, en algunos de los cuales predomina el hierro, mientras que en otros es ms importante la proporcin de manganeso y de otros metales.

FIBROSASSepiolita. Estructura 2:1 con giro de los tetraedros y octaedros cada seis. Espesor variable (12-10 amstrong).

La sepiolita es un mineral del grupo VIII (Filosilicatos), segn la clasificacin de Strunz de frmula qumica Mg4Si6O15(OH)26H2O. Cristaliza en sistema ortorrmbico y posee una dureza de 2 en la Escala de Mohs. Presenta fractura concoidea, exfoliacin ausente, brillo opaco y raya blanca.

Paligorsquita. Estructura 2:1 con giro de los tetraedros y octaedros cada cuatro. Espesor fijo (10,5 amstrong).

Caracterizadas por un alto contenido de silicio de la capa tetradrica (prximo a 8 e incluso superiores), un nmero de cationes octadricos comprendido entre 2.82 y 4.11, una relacin con R3: R2+ prxima a 2 tpicos de un paligorskita.