• Author / Uploaded
• RogerHenryAguirreTrujillo

• Categories
• Plasticidad (Física)
• Arcilla
• Minerales
• Importar
• Elasticidad (Física)

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA FACULTAD DE RECURSO NATURALES RENOVABLES INGENIERÍA EN CONSERVACIÓN DE SUELO Y AGUA

Practica Título: FACTORES QUE AFECTAN LOS LÍMITES DE ATTERBERG

ALUMNOS

:

ESPINOZA ESPIRITU, GUSTAVO

DOCENTE

:

Ing. LEVANO

CURSO

:

MECANICA DE SUELOS

Tingo María – Perú 2015 - I

I.

INTRODUCCION

Atterberg (1911) realizó una serie de experimentos con suelos finos haciendo variar su contenido de humedad, con el objetivo de encontrar la relación que existe entre el contenido de humedad y la consistencia del suelo. Este investigador observó que para ciertos contenidos de humedad el suelo presentaba uno de los cuatro estados distintos de consistencia, que son: sólido, semisólido, plástico y líquido. Posteriormente Terzaghi y Casagrande idearon métodos para determinar estos contenidos de humedad específicos para los distintos estados de consistencia, descritos en la norma ASTM D-427 y D-4318, en la actualidad a estos contenidos de humedad especiales se los conoce como límites de Atterberg o de consistencia. Puede hablarse de los límites de Atterberg en suelos que tienen un tamaño de partículas que pasan por el tamiz Nro. 40. Para un bajo contenido de humedad el suelo tendrá una consistencia sólida a semisólida, a medida que se va incrementando el contenido de humedad el suelo progresivamente tomará una consistencia plástica y finalmente para un contenido de humedad muy alto el suelo tendrá una consistencia líquida. La siguiente figura muestra las diferentes consistencias del suelo en función al incremento del contenido de humedad. Los límites de Atterberg son contenidos de humedad específicos en los cuales el suelo se encuentra en etapa de transición, de un estado de una consistencia a otro.

II.

II.1.

REVISION DE LITERATURA

Contenido de Arcilla Como la plasticidad es función de las fracciones más finas del suelo,

los distintos suelos tendrán diferente plasticidad de acuerdo con la cantidad de arcilla que contengan. Atterberg observó que un incremento en el porcentaje de arcilla produce un aumento en ambos límites de plasticidad en la escala de humedad y consecuente aumento en el número de plasticidad. En la figura 1 (b) se observa que el contenido de humedad en el límite inferior de plasticidad se vuelve ligeramente menor en la medida que el contenido de arcilla decrece. Hay un notorio efecto al decrecer el contenido de arcilla y es el que se manifiesta en la rápida disminución del límite superior de plasticidad y la consiguiente disminución del número de plasticidad. Se necesita un mayor contenido de humedad para obtener plasticidad en un suelo con alto contenido de arcilla que en otro con menos contenido de arcilla .

Figura 1. Factores que afectan a los a) Efecto del tamaño de las partículas b) efecto del contenido c) efecto de la materia orgánica.

límites (según

de Atterberg: White, 1949); de arcilla;

Russell informó

que

número plasticidad función lineal del contenido de arcilla (partículas menores de 5 μ).

el de

es

una

Esta relación es expresada por: NP = 0.6C - 12, donde: NP: Número de plasticidad y C: Porcentaje de contenido de arcilla. Suelos que contengan menos del 20% de partículas menores de 5 μ, generalmente no muestran plasticidad. Esta relación es expresada por: NP = 0.6C - 12, donde: NP: Número de plasticidad y C: Porcentaje de contenido de arcilla. Suelos que contengan menos del 20% de partículas menores de 5 μ, generalmente no muestran plasticidad. Se han encontrado resultados similares en suelos sintéticos trabajando con partículas menores de 1 μ: NP = 0.66C - 10. En este caso, suelos con menos del 15 % de arcilla no desarrollan plasticidad. Cualquier cambio marcado en la forma de las partículas, afecta estas relaciones. II.2.

Naturaleza de los Minerales del Suelo Atterberg investigó en qué magnitud los diferentes minerales de los

cuales derivan los suelos afectan la plasticidad. Sus estudios muestran que solamente los minerales que tienen una estructura laminar, muestran plasticidad cuando son pulverizados. Cuarzo y feldespatos, no tienen estructura laminar y por lo tanto no desarrollan plasticidad. Talco, muscovita, biotita y otros minerales cuyas artificiales tienen forma laminar presentan plasticidad. Estas diferencias son atribuidas a la mayor superficie e incremento de las superficies de contacto en las partículas laminares. Aunque en realidad son pocos los suelos que contienen suficientes cantidades

de

minerales

primarios

como

para

afectar

la

plasticidad

considerablemente, el hecho de que las partículas minerales secundarias tienen estructura laminar similar a los minerales atrás mencionados, ayudan a explicar la plasticidad de los suelos.

En algunos casos la presencia de mica en la fracción limo puede causar plasticidades más altas que la que son de esperar debido al contenido de arcilla solamente. II.3.

Minerales de Arcilla Son

producto

principalmente

de

la

meteorización

química

y

descomposición de feldespatos como ortoclasa y plagioclasa, y algunas micas. Son de tamaño reducido y forma aplanada. La clave de alguna de las propiedades de los suelos arcillosos, tales como plasticidad, compresibilidad y el potencial de expansión/contracción, se centra en la estructura de los minerales arcillosos. Hay tres grupos principales de minerales arcillosos: 

Caolinitas:

(incluyen

caolinita,

dickita

y

nacrita)

formada

por

la

descomposición de la ortoclasa feldespática (e.g. en el granito); el caolin es el principal constituyente de la Arcilla de China y la Arcilla de Ball. 

Ilitas: (incluyen ilita y glauconita) son los minerales de arcilla más comunes; formados por la descomposición de algunas micas y feldespatos; predominantes en arcillas marinas y shales (e.g. Arcilla de Londres, Arcillas de Oxford).



Montmorillonitas: (también llamadas esmectitas) (incluyen momtmorillonitas cálcica y sódica, bentonita y vermiculita) formadas por la alteración de rocas ígneas básicas que contienen silicatos ricos en Ca y Mg; los débiles enlaces de los cationes (e.g. Na+, Ca++) resultan in elevado potencial de expansión/contracción.

II.4.

Composición Química del Coloide Las propiedades físico-químicas de la arcilla varían con la relación

sílice/sesquióxidos. La capacidad de adsorción de la superficie coloidal para los cationes y las moléculas de agua decrece cuando la relación se vuelve menor. El mismo efecto se manifiesta en las constantes de Atterberg. Los suelos con baja relación sílice/sesquióxidos se vuelven plásticos con

un

contenido

de

humedad

menor

que

los

suelos

con

relación

sílice/sesquióxidos más altas. Ambos límites, para relaciones altas o bajas, aumentan o disminuyen en la misma proporción, y se deduce entonces que el número de plasticidad será aproximadamente el mismo o no sufrirá variación para dichas relaciones. Desde que el agua adsorbida y la cantidad de humedad requerida para producir un film es menor en suelos de baja relación sílice/sesquióxidos, es evidente que el límite inferior de plasticidad será menor para estos suelos. Una vez que suficientes películas se forman para desarrollar efecto plástico, la cantidad de agua necesaria para aumentarlos hasta el punto en que fluye, depende del número de películas, este número no es el mismo para ambos tipos de suelos. Esto indica que los minerales caoliníticos se vuelven plásticos con contenidos de humedad menores que los tipos montmorilloníticos. Se debería tener en cuenta que este argumento puede destruirse en las verdaderas lateritas donde grandes cantidades de óxidos y Fe Al están presentes . II.5.

Contenido de Materia Orgánica La materia orgánica ejerce un efecto interesante sobre la plasticidad

del suelo. Medidas de las constantes de plasticidad de diferentes suelos, usualmente muestran que los límites de plasticidad en los horizontes superficiales son más altos en la escala de humedad que los de los horizontes inferiores.

Este efecto está aparentemente asociado con la presencia de materia orgánica en el horizonte superficial. La oxidación de la materia orgánica con el agua causa un descenso de ambos límites (es decir se vuelve plástico con menos agua). El suelo I en la figura 1, con un contenido de materia orgánica de 3,5%, se vuelve plástico a una humedad de 36.5%. La remoción de la materia orgánica baja este límite a 19.8% de humedad. Además, el suelo oxidado fluye a 25.1% de humedad, mientras que el suelo con materia orgánica es aún friable hasta un contenido de 36.5% de humedad. El número de plasticidad no ha sido cambiado por la oxidación de la materia orgánica. La oxidación natural de la materia orgánica en el campo produce efectos similares a la oxidación artificial en laboratorio. La causa del descenso de los límites de plasticidad sobre la escala de humedad (en los oxidados) sin un efecto realmente significativo sobre el número de plasticidad, es perfectamente comprensible sobre la base de la teoría de la película de agua. La materia orgánica tiene una alta capacidad de absorción de agua. La hidratación de la materia orgánica debe ser suficientemente completa antes que suficiente agua sea disponible para formar una película alrededor de las partículas minerales. En consecuencia, el límite inferior de plasticidad ocurre a un contenido relativamente alto de humedad. Después que las películas están formadas, prácticamente toda el agua adicional funciona solamente para aumentarlos hasta que se produzca el flujo. La presencia de materia orgánica tiene pequeño efecto sobre este tipo de agua y entonces no influye sobre el número de plasticidad. La presencia de materia orgánica extiende la zona de friabilidad hasta un mayor contenido de humedad.

II.6.

Propiedades de los minerales de arcilla A mayor cantidad de minerales arcillosos en el suelo, mayor es la

plasticidad,

así

como

la

compresibilidad

y

la

cohesión,

mientras

que

la permeabilidad y el ángulo de fricción interno disminuyen. El comportamiento de las partículas de arcilla está fuertemente influido por las fuerzas de superficie, ya que al tratarse de granos muy finos la superficie específica (Se) alcanza valores de consideración y las fuerzas electroestáticas desarrolladas en la superficie cobran relevancia. El agua es fuertemente atraída por la superficie de los minerales de arcilla dando como resultado la plasticidad, mientras que en las partículas no arcillosas la superficie específica es mucho menor y hay menor afinidad con el agua, con lo cual no se desarrolla una plasticidad significativa. Tanto el límite líquido como el límite plástico para cualquiera de los minerales arcillosos pueden variar dentro de un amplio rango. Para cualquier mineral de arcilla, el rango de valores de límite líquido es mayor que el rango de valores de límite plástico. La variación en el límite líquido entre los diferentes grupos de arcillas es mucho mayor que la variación en los límites plásticos. El tipo de catión adsorbido tiene mayor influencia en minerales de alta plasticidad (montmorillonita) que en minerales de baja plasticidad (caolinita). El incremento de la valencia del catión hace disminuir el valor del límite líquido de las arcillas expansivas, pero tiende a aumentar los valores del límite líquido de los minerales no expansivos. La haloisita hidratada tiene un alto límite plástico poco habitual mientras que tiene un índice de plasticidad bajo.

Existe una gran variación entre los límites de Atterberg de un mismo mineral arcilloso aún con el mismo catión de cambio. Gran parte de esa diferencia hay que atribuirla al tamaño de las partículas y a la perfección de los cristales: cuanto más pequeñas son las partículas y cuanto más imperfecta es su cristalización, más plástico es el suelo.

II.7.

Pegajosidad y Plasticidad de Suelos Arcillosos La plasticidad es la capacidad de un material de experimentar

deformaciones irreversibles sin romperse y se presenta en la mayor parte de suelos arcillosos con humedad intermedia. Si se seca un bloque de arcilla plástica, pierde su plasticidad y se convierte en un sólido frágil con una resistencia considerable que resulta de la pegajosidad, entre partículas de arcilla. Sin embargo, si el bloque se descompone en partículas que lo constituyen, la pegajosidad se pierde y el material se convierte en un polvo seco. Al mezclar nuevamente el polvo que resulta con una cantidad de agua adecuada, reaparecerán las propiedades de pegajosidad y plasticidad. Este efecto no se consigue si la mezcla se hace con tetracloruro de carbono como fluido intersticial, el cual es un compuesto cuyas moléculas no son dipolares y no se ionizan. El agua intersticial es lo que más contribuye al desarrollo de la pegajosidad y la plasticidad. Sin embargo, la manera exacta como esta contribuye no se conoce completamente. La pegajosidad se atribuye principalmente a la atracción entre partículas producida por las fuerzas de Van der Waal (fuerzas de atracción de corto alcance entre moléculas adyacentes debidas a la interacción de los campos eléctricos que se generan alrededor de las moléculas por los electrones que giran alrededor de los núcleos atómicos), a la afinidad por ciertos cationes en el agua intersticial y a algunas uniones borde - cara entre los bordes de unas partículas con una baja concentración de cargas positivas y las caras de otras partículas con su carga superficial negativa. La plasticidad se atribuye a la deformación de las capas de agua adsorbida. Aunque este agua es fuertemente atraída por las partículas de mineral de arcilla, las moléculas de agua adsorbida pueden moverse con relativa facilidad a lo largo de la superficie de las partículas. Por lo tanto, cuando las partículas de arcilla se comprimen, la capa de agua adsorbida altamente viscosa se deforma con

elasticidad en tanto que las partículas sufren un desplazamiento relativo unas con respecto a las otras. El desarrollo de la capa de agua adsorbida alrededor de las partículas de mineral arcilloso depende de la capacidad del mineral de arcilla para atraer iones intercambiables y así neutralizar la carga negativa. La capacidad para absorber iones se expresa cuantitativamente en términos de la capacidad de intercambio iónico por unidad de masa de arcilla seca. Esta característica se relaciona no solo con la deficiencia de carga de las partículas minerales, sino también con el área total de la superficie de las partículas por unidad de masa y por tanto el tamaño de las partículas minerales. Al considerar la caolinita, la ilita y la montmorillonita en ese orden, la capacidad de intercambio iónico aumenta al igual que la proporción de agua adsorbida en la superficie de las partículas y en consecuencia hay un incremento de la plasticidad y la actividad. A escala macroscópica se presenta un incremento de la compresibilidad y una disminución del ángulo de fricción. II.8.

Plasticidad La plasticidad de un suelo se debe a su contenido de partículas más

finas de forma laminar, que ejerce gran influencia en la compresibilidad del suelo mientras el pequeño tamaño de tales partículas hace que la permeabilidad del conjunto sea baja. La plasticidad puede estudiarse con base en curvas esfuerzo deformación de los materiales, cuya forma depende de las características del material. Para esfuerzos bajos la relación esfuerzo - deformación es reversible (comportamiento

elástico),

para

esfuerzos

mayores

es

irreversible

(comportamiento plástico).La distinción entre el comportamiento elástico y plástico comprende dos aspectos:

1. Influencia de la historia de esfuerzos. 2. Razón de variación actual de esos esfuerzos. El primero se relaciona con dos características o puntos de fluencia (de tensión y compresión), mostrando el material comportamiento elástico mientras el esfuerzo actual se mantenga entre esos límites; al principio tales características son aproximadamente iguales y en el caso de material perfectamente plástico, permanecen constantes. Para materiales donde hay endurecimiento por deformación progresiva, los valores de esos límites dependen de la historia de esfuerzos. En la figura 1 se muestran las curvas real e idealizada de la relación esfuerzo deformación de una arcilla suave durante su intervalo plástico.

Figura 1. Gráficas Real e Idealizada de una Arcilla en su Estado Plástico. Plasticidad: Propiedad de un material por la cual es capaz de soportar deformaciones rápidas, sin rebote elástico, sin variación volumétrica apreciable y sin desmoronarse ni agrietarse. La plasticidad de los suelos se debe a la carga eléctrica de las partículas laminares que generan campos que actúan como condensadores e influyen en las moléculas bipolares del agua. En suelos plásticos el espesor de estas capas de agua sólida y viscosa influidas, es grande y su efecto en la interacción de las partículas de suelo determina su plasticidad.

III.

CONCLUSION

La plasticidad de un suelo depende, no de los elementos gruesos que contienen, sino únicamente de sus elementos finos ele análisis granulométrico no permite apreciar esta característica, habiendo de recurrir al método descrito por el sueco Atterberg. Este método consiste en definir los limites ,llamados límites de Atterberg, son :son el límite de liquidez(LL),el límite de plasticidad(LP)y el límite de retracción (LR). La determinación de estos límites se realiza solamente sobre elementos finos que pasan por un tamiz de malla cuadrada de 0.5mm,según las normas francesas(tamiz n°|27),o de 0.42mm,según normas USA y de los demás países que emplean las medidas británicas, estos no son, pues valores representativos del conjunto de suelos y para apreciar toda las características de este ,había que tener en cuenta la proporción de elementos finos y gruesos que contiene

IV.

 

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

Juan José Sanz Llano (1975), MECANICA DE SUELOS-Reunión de ingenieros Editores técnicos asociados S.A Barcelona 225pp. http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/3282/5/53973-5.pdf