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Plasticidad en los Suelos Existen suelos que al ser remoldados, cambiando su contenido de agua si es necesario, adoptan una consistencia característica, que desde épocas antiguas se ha denominado plasticidad. Estos suelos han sido llamados arcillas, originalmente, por los hombres dedicados a la cerámica. La plasticidad, en forma puramente descriptiva. Otra rama de la ingeniería ha desarrollado otras interpretaciones del concepto plasticidad, fundándose en la característica esfuerzos de formación de los materiales La plasticidad es la propiedad que expresa la magnitud de las fuerzas de las películas de agua dentro del suelo ya que éstas permiten que el suelo sea moldeado sin romperse hasta un determinado punto. Es el efecto resultante de una presión y una deformación. La magnitud de la deformación que puede soportar un suelo con un determinado contenido de humedad está dada por la distancia que las partículas pueden moverse sin perder su cohesión. La presión que se requiere para producir una deformación específica es un índice de la magnitud de las fuerzas de cohesión que mantienen las partículas juntas. Estas fuerzas varían con el espesor de las películas de agua entre partículas. Puesto que la deformación total que puede ser producida varía con el tamaño y forma de las partículas, es evidente que la superficie total presente determina el número de películas de agua contribuyentes a la cohesión.

Las partículas de un suelo se recubren por una película de agua adsorbida, cuando el porcentaje de humedad en el sistema aumenta (ver figura 2). La fuerza de adhesión del agua sobre la superficie de la partícula varía con el tipo de coloide.

La plasticidad es, en este sentido, una propiedad tan evidente que ha servido para clasificar suelos en forma puramente descriptivas. Al tratar de definir en términos simples la plasticidad de un suelo, no resulta suficiente decir que un suelo plástico puede deformarse y re moldearse sin agrietamiento, pues una arena fina

húmeda tiene esas misma características de deformación y re

moldearse sin agrietamiento, pues una arena fina y húmeda tienes esas características cuando la deformación se produce lentamente y sin embargo, no es plástica.

La plasticidad es un fenómeno inherente a los suelos de partículas muy finas, limos y arcillas. En la periferia de las partículas tienes efecto un fenómeno eléctrico superficial, ya que esta posee carga negativa y por tanto, atrae lo iones positivos del agua, debido a esta fuerzas electrostáticas, el fenómeno produce una interacción de las partículas, por lo que tienden a permanecer y

moverse unidas. La plasticidad es, pues, una consecuencia directa se estos fenómenos.

1. Determinación actual del Límite líquido: Cuando la plasticidad se convirtió en una propiedad índice fundamental, a partir de la utilización que Terzagui y Casagrande hicieron de ella, la determinación de los limites de plasticidad se transformó en prueba de rutina en todos los laboratorios, en este caso, los métodos de Antterberg se revelaron ambiguos, dado que la influencia del operador es grande y que muchos detalles, al no estar especificados, quedaban a elección, En vista de los cual, Terzaghi sugirió a Casagrande la tarea de elaborar un método de prueba para la determinación del límite liquido estandarizando todas sus etapas de modo que operadores diferentes en laboratorios distintos obtuviesen los mismos valores. Como resultado de la investigación nació la técnica basada en el uso de la Copa de Casagrande:

Es un recipiente

de bronce o latón con

un tacón solidario

del

el tacón hace que

la

periódicamente,

golpeándose

mismo material, copa

caiga contra

la base del dispositivo que es de hule duro. La altura de caída de la copa es, por especificación de 1cm, medido verticalmente desde el punto de la copa que toca la base al caer, hasta la base misma, estando la copa en su punto más alto. Es importante que este ajuste se haga con todo cuidado; este prisma se introduce entre base y copa, cuidando que su arista superior quede en contacto con

el

punto

de

la

copa

que

golpee

la

base.

La copa es esférica, con radio interior de 54mm, espesor 2mm y peso 200 +20g

incluyendo

el

tacón.

Sobre la copa se coloca el suelo y se procede a hacerle una ranura trapecial.

Para hacer la ranura debe usarse el ranurador laminar, que se pasa a través de la muestra. Manteniéndolo normal a su superficie, a lo largo del meridiano que pasa por el centro del tacón, con un movimiento de arriba hacia abajo.

En

poco tiempo se adquiere la soltura necesaria para hacer una ranura

apropiada, con una sola pasada suave del ranurador en una arcilla bien mezclada, sin partículas gruesas. En mezclas no uniformes o con partículas gruesas, los bordes de la ranura tienden a rasgarse, cuando esto suceda el suelo ha de volver a remoldearse con la espátula, colocándolo de nuevo y formando otra vez la ranura. En los suelos con arena o con materia orgánica no se puede formar la ranura con el ranurador, debiendo usarse entonces la espátula, utilizando el ranurador sólo para verificar las dimensiones. Se estableció que el limite liquido obtenido por medio de la copa de Casagrande corresponde al de Atterberg, si se define como el contenido del suelo para el que la ranura se cierra a lo largo de (1/2”), con 25 golpes en la copa. Esta correlación permitió incorporar a la experiencia actual toda la adquirida previamente al uso de la copa. El limite liquido se determina conociendo 3 o 4 contenidos de agua diferentes en su vecindad, con los correspondientes números de golpes y trazando la curva Contenido de agua – Números de golpes. La ordenada de esa curva correspondiente a la abscisa de 25 golpes es el contenido de agua correspondiente al límite líquido. Se encontró experimentalmente que usando papel semilogarítmico, la curva anterior, llamada de fluidez, es una recta cerca del límite líquido.

La ecuación de la curva de flujo es: ω=−F ω logN +C

2. La Consistencia del Suelo:

La consistencia es la resistencia del suelo a ser deformado o amasado (remoldeado o roto), gobernada por las fuerzas físicas de adhesión y cohesión, las cuales dependen del contenido de humedad del material, es por esto que la consistencia se expresa en términos de seca, húmeda y mojada.

Consistencia al tacto: Esta cohesión y adhesión del suelo comprende:



El comportamiento con respecto a la gravedad, presión y tensión.



La tendencia de la masa del suelo de adhesión a cuerpos extraños o sustancias.



Las sensaciones que son evidenciadas y sentidas por los dedos del observador.

La consistencia del suelo, es la manifestación de las fuerzas físicas de cohesión y adhesión que actúan dentro del mismo bajo varios estados de humedad, o sea, resistencia a la deformación o ruptura cuando se aplica una fuerza. La consistencia varía con la textura, materia orgánica, cantidad y naturaleza del material coloidal hasta cierto punto con la estructura y especialmente con el contenido de humedad. La clasificación de la consistencia se hace con el suelo seco, húmedo y muy húmedo. Bajo condiciones de sequedad se dice que el suelo es blando, suave, duro, muy duro o cementado, cuando el suelo está húmedo se describe como muy friable, friable o poco friable, cuando está muy húmedo, (por encima de la capacidad de campo) se distinguen dos condiciones: plasticidad y pegajosidad. Así, se habla de suelos poco plásticos, plásticos, muy plásticos y suelos poco pegajosos,

pegajosos

y

muy

pegajosos.

Pueden

darse

condiciones

combinadas como de alta plasticidad y poca pegajosidad, dependiendo de los tipos de arcillas, sus cantidades y de sus cationes adsorbidos. A muy bajos contenidos de humedad, el agua cerca de las partículas adquiere gran coherencia y viscosidad y se estima que la viscosidad debe ser cercana a la del hielo. A mayores contenidos de humedad, el suelo se vuelve plástico y pegajoso, esto es, exhibe características de flujo. Las propiedades de viscosidad del suelo se vuelven similares a la del agua en estado líquido.

Un suelo plástico y pegajoso pierde estas propiedades, cuando su contenido de agua decrece. Adquiere entonces características de friabilidad siendo suave al tacto. Si la pérdida de agua incrementa, el suelo pasa al estado seco volviéndose firme y más aún, duro. Las sugerencias de clasificación de Atterberg, sin incluir el estado viscoso de los suelos, se han dividido en cuatro estados de consistencia: 

Pegajosa : característica de adherencia a los objetos.



Plástica : característica para ser moldeado.



Suave : caracterizado por la friabilidad.



Firme : caracterizado por su dureza.

El concepto de consistencia del suelo, incluye algunas propiedades tales como la resistencia

a

la

compresión,

la

friabilidad,

la

plasticidad,

y

la viscosidad. Observaciones de campo y de laboratorio, han llevado a la conclusión de que la consistencia del suelo varía con propiedades como: la textura, el contenido de materia orgánica, el total de materia coloidal, la estructura (en cierto grado) y el contenido de humedad.

Curva Esfuerzo-Deformación para material plástico

Los suelos plásticos cambian su

consistencia al variar su contenido de agua, de allí que se pueden determinar sus estados de consistencia si se conoce la frontera entre estos. Los estados de consistencia de una masa de suelo plástico, en función del cambio de su contenido de humedad son: sólido, semisólido, plástico y líquido. Estos cambios se dan cuando la humedad en las masas de suelo varía.

3. Estados de consistencia. Límites de plasticidad: 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

Escriba aquí la ecuación. 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 semilíquido o, inclusive, las de una suspensión líquida. Entre ambos extremos, existe un intervalo del contenido de agua en que la arcilla se comporta plásticamente. En segundo lugar, Atterberg hizo ver que la plasticidad de un suelo exige, para ser expresada en forma conveniente, la utilización

de

dos

parámetros

en

lugar

de

uno.

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

1.- Estado líquido, con las propiedades y apariencias de una suspensión. 2.-Estado Semilíquido, con las propiedades de un fluido viscoso. 3.-Estado Plástico, en que el suelo se comporta plásticamente. 4.-Estado semi sólido, en el que el suelo tiene la apariencia de un sólido, pero aún disminuye de volumen al estar sujeto a secado.

LÍMITES DE CONTRACCIÓN REFERENCIAS ASHTO T92-68 ASTM D427-61

EXPOSICION GENEAL Los límites de Atterberg o límites de consistencia son propiedades índices de los suelos, con que se definen la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo. El nombre de estos es debido al científico sueco Albert Mauritz Atterberg. (1846- 1916). Los límites de Atterberg o límites de consistencia se basan en el concepto de que los suelos finos, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo del contenido de agua. Así un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido, plástico, semilíquido y líquido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados límites de Atterberg. Límite de contracción nos ayuda a determinar que terminar la calidad de suelo.

Se define límite de contracción como la humedad máxima de un suelo para lo cual una reducción de la humedad no produce disminución de volumen del suelo. LL y LP se puede predecir la presencia potencial de cambios e volumen en el suelo que podrían provocar problemas posteriores. Sin embargo, para obtener una indicación cuantitativa de cuanto cambio de humedad puede presentar (antes de tener un cambio de volumen significativo y para obtener una indicación de la cantidad de este) es necesario hacer el ensayo del límite de contracción. El ensayo que se va a presentar a continuación comienza con un volumen de suelo que presente un estado de humedad entre la condición de saturación completa (pero no absolutamente necesario) y la humedad cercano al límite líquido o superior. El suelo deja de secar, cuyo proceso se supone que cualquier pérdida de humedad está acompañada por una disminución en el volumen global de la muestra (o relación de vacíos). A partir de este valor límite en el contenido de humedad, es posible producir cambios adicionales en el volumen de suelo debido a la perdida adicional de agua de poros. El límite de contracción de un suelo se define como el contenido máximo de agua, por debajo del cual una reducción de la cantidad de agua, no causa una disminución de volumen de la muestra de suelo, pero al cual un aumento en el contenido de agua sí produce un aumento en el volumen de la masa de suelo.

CÁLCULO DEL CONTENIDO DE AGUA El contenido de agua del suelo en el momento en que éste fue colocado en el recipiente, expresado como un porcentaje del peso seco del suelo, se calculará de la siguiente forma: w=

W 1−W 2 X 100 W 2−W 3

Donde: W = contenido de agua del suelo (%), W1= masa de suelo húmedo y el recipiente (g), W2= masa de suelo seco y el recipiente (g), y W3= masa del recipiente (g). 

El contenido de agua se debe calcular con una aproximación de 0.1%.

DE LMITE DE CONTRACCIÓN El límite de contracción (LC) se calcula de los datos obtenidos en la determinación de la contracción volumétrica, así: LC ≡ w−

( V −Vo ) γ w X 100 Wo

Donde: LC = límite de contracción (%), w = contenido de agua (%), V = volumen de la pastilla de suelo húmedo (cm³), Vo = volumen de la pastilla de suelo secada al horno (cm³), Wo = masa de la pastilla de suelo seco (Wo = W2 -W3) (g), y γ w = masa unitaria del agua (g/cm³) (aproximadamente 1.0 g/cm³ 

El límite de contracción se debe calcular con una aproximación de 0.1%.

Método opcional Cuando se conocen el peso específico real de los sólidos, Gs, y la relación de contracción, R, el límite de contracción se puede calcular con la siguiente fórmula

lC=

[

]

1 1 − X 100 R γ w Gs

CÁLCULO DE LA RELACIÓN DE CONTRACCIÓN La relación de contracción de un suelo es la relación entre un cambio de volumen dado, expresado como porcentaje del volumen seco, y el cambio correspondiente en su contenido de agua por encima del Límite de Contracción, expresado como un porcentaje del peso seco a l horno. La relación de contracción, R, se calcula de los datos obtenidos en la determinación de la contracción volumétrica por medio de la siguiente fórmula: R=

Wo Vo

CÁLCULO DEL CAMBIO VOLUMÉTRICO El cambio volumétrico de un suelo es la disminución de volumen de la masa de suelo, cuando se reduce el contenido de agua, desde un porcentaje dado hasta el límite de contracción. El cambio volumétrico, CV, se calcula a partir de los datos obtenidos en la determinación de la contracción volumétrica, por medio de la siguiente fórmula: CV =( w i−LC ) R

CÁLCULO DE LA CONTRACCIÓN LINEAL La contracción lineal de un suelo, es la disminución, en una sola dimensión, de la muestra de suelo, expresada como un porcentaje de la dimensión original, cuando el contenido de humedad se reduce desde un porcentaje dado hasta el límite de contracción. La contracción lineal, CL, se obtiene por medio de la siguiente fórmula:

100 CV +100 1− √3 ¿ ¿ CL≡ ¿

La contracción lineal se debe determinar con una aproximación al entero más cercano (en porcentaje).

Algunas veces se obtiene la contracción lineal moldeando una barra de suelo en un molde rectangular. En este último caso es posible calcular la contracción lineal como: CL=

Lo −Li Lo

Donde: Lo=longitud de la barra de suelo húmedo Li =longitud de la barra de suelo seca

Este método de utilizar una barra de suelo para determinar la contracción lineal no se considera generalmente muy apropiado.

DETERMINACIÓN DEL ENSAYO DE LÍMITE DE CONTRACCIÓN

OBJETIVO -

Obtener el contenido de humedad por debajo del cual no se presenta cambio adicional en el volumen de una masa de suelo y obtener una indicación cuantitativa del cambio total que puede ocurrir

EQUIPO -

Capsula de contracción Placa de vidrio con tres apoyos Recipiente volumétrico y placa plana Mercurio metálico Espátula Tamiz N°40 Probeta graduada de 25 ml. y graduada cada 0.2 ml. Balanza con precisión de 0.1g

PROCEDIMIENTO NOTA: evitar el contacto directo del mercurio con la piel debido a que es una sustancia altamente dañina. 1. Tome alrededor de 40 g de suelo de material representativo , del utilizado para las practicas del límite líquido y limite plástico , que pase a través del tamiz N° 40, y mezclarlo cuidadosamente con agua común ( o destilada ) hasta lograr una pasta cremosa que pueda colocarse dentro del recipiente de contracción sin dejar ningún vacío. La consistencia el suelo debería obtenerse utilizando un contenido de humedad cercano o algo superior al límite liquido del suelo.

2. Recubrir ligeramente el interior de la capsula o recipiente de contracción (ya sea de porcelana o de metal monel) con vaselina de petróleo, grasa de silicona, o atomizador con polvo de teflón (substancia inerte) para prevenir que el suelo se adhiera al recipiente y/o se forman grietas durante el secado. pese el recipiente y registre su peso. 3. Llenar el recipiente en tres capas colocando aproximadamente 1/3de la cantidad de suelo seco necesario para llenar el recipiente cada vez y darles golpes suaves sobre una base firme hasta que el suelo fluya dentro del recipiente y se note la ausencia total de burbujas de aire. Repetir la misma operación con la segunda y tercera capa. Al terminar se debe enrasar cuidadosamente el suelo dentro del recipiente utilizando una espátula de tamaño mediano y a continuación pesar l recipiente con el suelo húmedo 4. Secar al aire en el laboratorio la galleta hasta que su superficie cambie a un color muy claro (del orden de 6 horas a 8 horas) a continuación introducimos la mezcla al horno, luego obtendremos el peso del recipiente más suelo seco. 5. Luego se debe determinar el volumen de la muestra de suelo seca. Se utiliza el desplazamiento en mercurio. Como alternativa, es posible pesar el plato o recipiente de contracción más el mercurio y luego registra el peso del recipiente vacío y calcular el volumen basado en un peso promedio unitario para el mercurio de 13.53 3 g/ cm . Así

Vplato =

peso delmercurio 13.53

6. Se coloca la pastilla de suelo sobre un recipiente enrasado con mercurio y se introduce con la ayuda de una placa plástica de tres puntas. Se recoge en un recipiente el volumen de mercurio desplazado. 7. El volumen desplazado por el suelo se recoge con ayuda de un recipiente y se coloca en la probeta graduada para determinar su volumen.

8. Luego determinar el volumen inicial que será igual al volumen de la cápsula. De igual forma se vierte el mercurio dentro de la cápsula, se coloca luego en la probeta para hacer la lectura correspondiente. Vplato =

EJEMPLIFICAMOS

∆ peso 13.53

Obtenemos los siguientes datos típicos y cálculos de ensayos de límite de contracción:

Peso del plato recubierto + el suelo

37.83

húmedo Peso del plato recubierto + suelo seco

31.92

Peso del plato recubierto

10.43

Peso del suelo (

Ws

)

21.49

Peso del agua (

Ww

)

5.91

Contenido de humedad (

Wo

Volumen del suelo húmedo ( Volumen del suelo seco (

Vf

27.50 %

) Vo

14.95

)

11.61

)

9





Límite de contracción,

Ws

=

V (¿ ¿ o−V f ) X 100 Ws W o−¿

Relación de límites de contracción, LC =

Ws Wf

= 12%

= 21.49 /11.61 =1.85

 Peso del recipiente de contracción =21.22 g  Peso del recipiente de contracción + Hg = 616.73 g  Peso del recipiente de contracción + Hg después de sumergir las galletas de suelo = 459.62  Peso de Hg desplazado = 616.73 – 459.62 =157.11 g f =¿

157.11 =11.61 cm 3 13.53 γ¿

 Peso del plato de la galleta de suelo = 10.42 g  Peso del plato de la galleta de suelo + Hg = 212= 65 g 212.65−10.42 o=¿ =14.95 cm3 13.53 γ¿

s=¿ 27.50−

(14.95−11.61 ) ( 1 )( 100 ) =27.50−15.54=11.96 21.49 γ¿