• Author / Uploaded
• Linda Tarrillo Vergara

• Categories
• Plasticidad (Física)
• Arcilla
• Minerales
• Mecánica de suelos
• Agua

Citation preview

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo contiene los conceptos de la plasticidad de los suelos y los límites de Atterberg. En mecánica de suelos se define la plasticidad como la 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. Los límites de Atterberg nos permiten conocer o identificar de forma sencilla algunas de las propiedades de los suelos, además los podemos encontrar en diferentes estados; liquido, plástico, semi-sólido y sólido. Algunos materiales como las arcillas al agregarle agua, pasan gradualmente de solido a plástico. En este caso y en la mecánica de suelos nos interesa saber que humedad soporta para que resista deformaciones hasta un límite donde no se rompa. En la práctica de laboratorio para analizar el estado líquido y el estado plástico de un suelo se utiliza la cazuela de Casagrande. En la actualidad, los límites de Atterberg son los que más se practican en los laboratorios de mecánica de suelos. Su utilidad deriva de que gracias a la experiencia acumulada en miles de determinaciones, es suficiente conocer sus valores para poderse dar una idea bastante clara del tipo de suelo y sus propiedades. Por otra parte, se trata de determinaciones sencillas y rápidas que permiten una pronta identificación de los suelos y la selección adecuada de muestras típicas para ser sometidas a ensayos más complicados.

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

1

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

INDICE INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………...1 INDICE………………………………………………………………………………….2 OBJETIVOS……………………………………………………………………...........3 I.-MARCO TEÓRICO 1.- LA PLASTICIDAD DEL SUELO…………………………………………………4 1.1.-FACTORES QUE AFECTAN LA PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LAS CONSTANTES DE ATTERBERG……………………………………………………… 4

1.1.1.-Contenido de Arcilla……………………………………………………...5 1.1.2.-Naturaleza de los Minerales del Suelo…………………………………6 1.1.3.-Minerales de Arcilla………………………………………………………6 1.1.4.-Composición Química del Coloide……………………………………..7 1.1.5.-Contenido de Materia Orgánica………………………………………...7 1.2.-PROPIEDADES DE LOS MINERALES DE ARCILLA…………………………….8 1.3.-PEGAJOSIDAD Y PLASTICIDAD DE SUELOS ARCILLOSOS………………….9 1.4.-PLASTICIDAD………………………………………………………………………..10

2.-LÍMITES DE ATTERBERG – HISTORIA………………………………………11 3.-LOS LÍMITES DE ATTERBERG EN UN INICIO………………………………13 3.1 LAS CONSTANTES DE ATTERBERG Y SU SIGNIFICADO PRÁCTICO……16 3.2.-LÍMITES DE ATTERBERG - LÍMITE LÍQUIDO………………………………….16 3.2.1.-La Curva de Flujo……………………………………………………………… 17 3.3.-LÍMITES DE ATTERBERG - LÍMITE PLÁSTICO……………………………….18 3.4.-LÍMITES DE ATTERBERG - LÍMITE DE CONTRACCIÓN…………………….19

3.4.1Determinación del Límite de Contracción……………………………...19 CONCLUSIONES…………………………………………………………………….20 LINKS………………………………………………………………………………….21 ANEXOS………………………………………………………………………………22

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

2

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

OBJETIVOS

Objetivo general 

Estudiar las características de plasticidad de los suelos, como afectados por las variaciones en el contenido de humedad del suelo y su clasificación a través de los límites de Atterberg.

Objetivos específicos    

Reconocer los estados de consistencia del suelo, al mismo tiempo aprendiendo a identificar y a clasificar los suelos. Estudiar la Relación entre el Limite Plástico, el Limite Liquido y el Límite de Contracción. Tener una percepción de los diferentes estados en el que se pueden presentar los suelos. Notar la importancia de los límites de Atterberg en la Ingeniería Civil.

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

3

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

I.-MARCO TEÓRICO 1.- LA PLASTICIDAD DEL SUELO 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. El fenómeno de plasticidad en los suelos puede explicarse de la siguiente manera: Las partículas coloidales en un suelo a bajos contenidos de humedad están probablemente desordenadas (ver figura 1).

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.

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

4

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

Cuando el contenido de humedad es suficiente para alcanzar el límite inferior de plasticidad, las partículas se orientan al aplicar una presión (ver figuras 1 y 2). La tensión de estas películas de agua adsorbidas mantiene juntas las partículas adyacentes. Cuando la presión se incrementa por encima de la tensión de estas películas que mantienen unidas las partículas, éstas se deslizan unas sobre otras. Después que la presión cesa, las partículas no retoman su posición original porque están unidas en sus nuevas posiciones por la tensión de las películas húmedas (ver figura 1). 1.1.-FACTORES QUE AFECTAN LA PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LAS CONSTANTES DE ATTERBERG 1.1.1.-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 3 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.

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

5

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

Russell informó que el número de plasticidad es una función lineal del contenido de arcilla (partículas menores de 5 μ). 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. 1.1.2.-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. 1.1.3.-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).  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  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.

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

6

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

1.1.4.-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. 1.1.5.-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). 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.

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

7

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

1.2.-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. 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: cuantas más pequeñas son las partículas y cuanto más imperfecta es su cristalización, más plástico es el suelo.

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

8

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

1.3.-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.

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

9

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

1.4.-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:  Influencia de la historia de esfuerzos.  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 4 se muestran las curvas real e idealizada de la relación esfuerzo - deformación de una arcilla suave durante su intervalo plástico.

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

10

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

2.-LÍMITES DE ATTERBERG – HISTORIA Los límites de Atterberg (límites de consistencia de suelos de grano fino) fueron desarrollados a comienzos del siglo XX por el pedólogo sueco Albert Mauritz Atterberg (1846-1916). Atterberg trabajaba en la industria de la cerámica y había desarrollado pruebas sencillas para describir la plasticidad de una arcilla, importante propiedad para el modelado y evitar la contracción y agrietamiento cuando se hornea. Observó que la plasticidad no era una propiedad permanente en las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su contenido de agua. “ … Cuando mezclamos polvo de arcilla con mucho agua, obtenemos una pasta arcillosa fluida. Con menos agua la pasta fluye pero es más densa. Evaporando el agua, la arcilla pasa gradualmente a una masa pegajosa (se pega a los dedos, madera o metales). Luego desaparece la pegajosidad y la arcilla puede ser fácilmente moldeada sin pegarse a los dedos, este es el denominado estado plástico. Con un desecamiento aún mayor, la masa de suelo puede desmenuzarse, y los pedazos pueden ser unidos nuevamente bajo presión considerable (friable). Finalmente se pierde incluso ésta condición (masa dura y rígida). … ” Encontró que para expresar adecuadamente la plasticidad se requieren dos parámetros (los límites superior e inferior de plasticidad) en lugar de uno solo, como hasta su época se había creído; además señaló tales parámetros y un modo tentativo de evaluarlo, que se describe adelante. Atterberg definió la plasticidad como la capacidad de un suelo de ser deformado, y observó que los suelos arcillosos en condiciones húmedas son plásticos y se vuelven muy duros en condiciones secas, que los limos no son necesariamente plásticos y se vuelven menos duros con el secado, y que las arenas son friables en condiciones sueltas y secas. También observó que existían arcillas altamente plásticas y otras de baja plasticidad.

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

11

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

Las partículas gruesas no exhiben plasticidad, Atterberg fue el primero en reportar que las partículas laminares eran las más plásticas, o sea, que la plasticidad era función de la cantidad de superficie y número de contactos, por superficie disponible. Atterberg observó que las arcillas mezcladas con gran cantidad de agua formaban un fluido apenas viscoso. Con menor cantidad de agua se volvía un fluido con una cierta rigidez que se tornaba pegajoso. Con la evaporación de mayor cantidad de agua la pegajosidad desaparecía y la arcilla podía ser deformada como se quisiera. Existía entonces un punto donde, con el incremento de la evaporación, la propiedad de ser deformada se perdía. De aquí estableció distintos estados de consistencia de los suelos plásticos que se muestran en la siguiente figura:

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

12

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

3.-LOS LÍMITES DE ATTERBERG EN UN INICIO Atterberg definió los siguientes estados de consistencia según el contenido de agua en orden decreciente, para un suelo susceptible de ser plástico:  Estado líquido, con las propiedades y apariencia de suspensión.  Estado semilíquido, con las propiedades de un fluido viscoso.  Estado plástico, en el que el suelo se comporta plásticamente, es decir, se puede moldear y deformar sin exhibir propiedades elásticas, cambios de volumen o agrietamiento.  Estado semisólido, en el que el suelo tiene la apariencia de un sólido pero disminuye de volumen al ser secado.  Estado sólido, en que el volumen del suelo no varía con el secado. A partir de los diferentes estados, Atterberg definió varios límites de consistencia o comportamiento, que se constituyen en las primeras convenciones para su designación y desarrolló pruebas sencillas de laboratorio para determinarlos:  Límite superior de flujo viscoso.  Límite líquido - límite inferior de flujo viscoso.  Límite de endurecimiento - la arcilla pierde su adherencia a una placa metálica.  Límite de cohesión - los granos dejan de ser coherentes entre sí.  Límite plástico - límite inferior del estado plástico.  Límite de contracción - límite inferior de cambio de volumen. Para diferenciar los estados de consistencia antes descritos, Atterberg estableció límites que establecían la diferenciación, los cuales son: a) El mayor límite de un fluido viscoso, con el que una mezcla de arcilla y agua fluye casi como el agua. b) El menor límite de un fluido viscoso, el “límite líquido”, donde dos secciones de suelo amasado, puestos en un recipiente cóncavo, apenas se tocan bajo el impacto de varios golpes secos. c) El “límite de pegajosidad” en el cual la arcilla pierde las propiedades adhesivas y cesa la pegajosidad con otros objetos, como por ejemplo hojas metálicas, cuchillas de arado, orugas de tractores, etc. d) El “límite de cohesión”, en el cual los granos de suelo cesan de unirse unos con otros. e) El menor límite del estado plástico, o “límite plástico”, donde un suelo se desagrega cuando es enrollado en bastoncitos. f) El menor límite de cambio de volumen o “límite de contracción”, en que la pérdida de humedad no causa perdida de volumen. Atterberg llamó a la frontera entre los estados semilíquido y plástico, Límite Líquido, que definió en términos de cierta técnica de laboratorio que consistía en colocar el suelo remoldeado en una cápsula formando en él una ranura, según se muestra en la figura a continuación, y en hacer cerrar la ranura

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

13

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

golpeando secamente la cápsula contra una superficie dura; el suelo tenía el contenido de agua correspondiente al límite líquido, según Atterberg, cuando los bordes inferiores de la ranura se tocaban, sin mezclarse al cabo de un cierto número de golpes.

Este procedimiento era suficiente para Atterberg, quien manejaba un laboratorio cuyo personal entrenaba él mismo, pero muchos otros detalles no se especificaban y la experiencia demuestra que son muy importantes para el resultado de la prueba. La frontera convencional entre los estados plástico y semisólido fue llamada por Atterberg, Límite Plástico y definida también en términos de una manipulación de laboratorio. Atterberg enrollaba un fragmento de suelo hasta convertirlo en un cilindro de espesor no especificado; el agrietamiento y desmoronamiento del rollo, en un cierto momento, indicaba que se había alcanzado el límite plástico y el contenido de agua en tal momento era la frontera deseada. Esta prueba posee el mismo inconveniente indicado para la de límite líquido, en lo que se refiere a su realización en otros laboratorios diferentes al de Atterberg. A las fronteras anteriores, que definen el intervalo plástico del suelo se les ha llamado límites de plasticidad. Atterberg consideraba que la plasticidad del suelo quedaba determinada por el límite líquido y por la cantidad máxima de una cierta arena, que podía ser agregada al suelo, estando éste con el contenido de agua correspondiente al límite líquido, sin que perdiera por eso su plasticidad. Años después, con el propósito de estandarizar la prueba, Terzaghi (1926) estableció el diámetro de la tira en 3.2 mm o 1/8 pulgada. Además encontró que la diferencia de los valores entre los límites de plasticidad, llamada índice plástico, se relacionaba fácilmente con la cantidad de arena añadida, siendo de más fácil determinación, por lo que sugirió su uso, en lugar de la arena, como segundo parámetro para definir la plasticidad.

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

14

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

Según Atterberg, el Indice de Plasticidad, corresponde a un rango de contenido de humedad en el cual el suelo es plástico y fue el primero en sugerir que éste podía ser útil en la clasificación de suelos. Atterberg consideró que la cantidad de arena que podía ser agregada en el límite líquido sin causar en el suelo la perdida completa de la plasticidad, era una medida de la plasticidad de un suelo. Encontró que la diferencia entre el límite líquido (LL) y el límite plástico (LP), denominado índice de plasticidad (IP), representaba una medida satisfactoria del grado de plasticidad de un suelo relacionándolo con la arena incorporada. Luego sugirió que estos dos límites (LL y LP) servían de base en la clasificación de los suelos plásticos. Acorde al valor del índice de plasticidad, distinguió los siguientes materiales:    

Suelos friables o desmenuzables (IP < 1) Suelos débilmente plásticos (1 < IP < 7) Suelos medianamente plásticos (7 < IP < 15) Suelos altamente plásticos (IP > 15)

En la siguiente figura se presenta la carta de plasticidad derivada de los experimentos de Atterberg en 1911:

El Límite de Adhesión, fue definido por Atterberg como el contenido de agua con el que la arcilla pierde sus propiedades de adherencia con una hoja metálica, por ejemplo, una espátula. Esta prueba es muy importante en la agricultura, por cuanto permite determinar el grado de trabajabilidad de la maquinaria sobre el terreno. El Límite de Cohesión, fue definido como el contenido de agua con el que los grumos de arcilla ya no se adhieren entre sí. El Límite de Contracción, corresponde a la frontera entre los estados de consistencia, semisólido a sólido, y fue definido por Atterberg como el contenido de agua con el que el suelo ya no disminuye su volumen al seguirse secando. MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

15

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

3.1 LAS CONSTANTES DE ATTERBERG Y SU SIGNIFICADO PRÁCTICO Atterberg estudió la plasticidad del suelo a través del rango de humedad en el cual ésta se manifiesta, es decir, el rango de humedad que va desde que el suelo comienza a ponerse plástico hasta que se hace viscoso y propuso tres valores o Constantes de Atterberg: A. Límite superior de plasticidad (límite líquido): Contenido de humedad al cual el suelo fluirá muy poco al aplicarle una fuerza, o contenido de humedad en el que el suelo pasa de plástico a viscoso. B. Límite inferior de plasticidad (límite plástico): Contenido de humedad al cual el suelo puede ser escasamente arrollado en forma de fideo (aprox. >3 mm de espesor), o contenido de humedad en el que el suelo pasa de friable a plástico. C. Número de plasticidad: Diferencia entre el límite superior y el límite inferior. El número de plasticidad se asemeja al índice de plasticidad. 3.2.-LÍMITES DE ATTERBERG - LÍMITE LÍQUIDO 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 remoldeado o amasado. En las imágenes a continuación podemos observar un esquema hipotético del estado de un suelo antes y después del ensayo de Límites de Atterberg:

Se define como el contenido de agua necesario para que la ranura de un suelo ubicado en el equipo de Casagrande, se cierre después de haberlo dejado caer 25 veces desde una altura de 10 mm. También puede definirse como el menor contenido de humedad de un suelo que puede fluir por vibración. Casagrande desarrolló un dispositivo normalizado como se muestra en la Figura y descrito por la norma ASTM D 423 excepto por el acanalador utilizado. El límite líquido se estableció como el contenido de agua de un suelo cuando para 25 golpes ejercidos por la caída de la taza (a razón de 2 golpes por segundo) desde la altura de 1 cm., dos secciones determinadas de suelo separadas por una ranura normalizada de 2 mm de espesor en su parte inferior y 11 mm en su parte superior y una altura de 8 mm, cerraran en una distancia de ½ pulgada a lo largo de la parte inferior de la ranura. MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

16

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

3.2.1.-La Curva de Flujo Casagrande observó que el número de golpes necesarios para cerrar la ranura dependía del contenido de agua del suelo y que cuando una serie de resultados de un suelo se representa en un gráfico donde el eje de la humedad es aritmético y el eje del número de golpes es logarítmico, esos resultados forman una línea recta. Esa curva fue llamada curva de flujo. Las ventajas de graficarla de este modo son: la curva puede ser dibujada con pocos puntos, se pueden detectar más fácilmente los errores en una línea recta (escala semilogarítmica) que en una línea curva (escala aritmética) y el índice de flujo puede ser definido por la pendiente de la recta (ver Fig.).

Esta curva puede ser representada por la siguiente ecuación: ω = - F Log N + C (1) Donde: ω: contenido de humedad en porcentaje de suelo seco. F: constante, llamada “índice de flujo”. N: número de golpes. C: constante.

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

17

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

3.3.-LÍMITES DE ATTERBERG - LÍMITE PLÁSTICO El límite plástico se define como el contenido de agua al cual un rollo de suelo se agrieta cuando es cuidadosamente enrollado hasta un diámetro de 3.18 mm (1/8 pl.). Debe fragmentarse en segmentos de 3.0 - 10.0 mm (1/8 - 3/8 pl.) de longitud. En el límite plástico, definido por Atterberg, como la humedad para la cual se producen fisuras al enrollar cilindros de suelo, no se especificó el espesor de los cilindros en el que debería detenerse el enrollado. Terzaghi agregó la especificación que indica que dicho espesor debe ser de 1/8 de pulgada o 3 mm. El enrollado debe hacerse en placas de vidrio y no sobre papel, ya que este aceleraría el proceso de secado de la muestra. En el caso de la determinación del límite plástico, todavía se utiliza el método manual, debido a que el operador ajusta automáticamente la presión necesaria de enrollado en función de la resistencia de cada suelo.

Si las tiras pueden enrollarse hasta un diámetro menor, entonces el suelo está muy mojado (por encima del límite plástico); si se agrieta antes de alcanzar los 3.0 mm (1/8 pl.) de diámetro, entonces se ha sobrepasado el límite plástico. Cuando los rollos llegan a 3 mm vuelven a amasarse y enrollar de nuevo hasta que a los 3 mm se de el desmoronamiento y agrietamiento, en ese momento se determina el contenido de humedad, equivalente al límite plástico. En general, las muestras comienzan a enrollarse lentamente, disminuyendo el contenido de humedad hasta que se llegue a una cantidad en la que la tira de 3.0 mm de diámetro aproximado, comience a agrietarse. Esto puede hacerse sobre un vidrio o cualquier superficie suave. Eventualmente puede hacerse sobre una hoja de papel para acelerar la pérdida de humedad del material. El rango de límites líquidos puede variar entre 0 y 1000, pero la mayoría de los suelos tienen LL < 100. El límite plástico puede encontrarse dentro del rango 0 y 100 o más, la mayoría siendo menores de 40.

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

18

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

3.4.-LÍMITES DE ATTERBERG - LÍMITE DE CONTRACCIÓN En el estado semisólido, el proceso el decrecimiento de volumen del suelo es precisamente igual al valor de agua perdida por evaporación. Sin embargo cuando el contenido de humedad llega a un cierto valor mínimo, la muestra deja de disminuir su volumen con la pérdida de humedad pero el peso de la muestra continúa decreciendo. Puede decirse que en ese punto la muestra pasa de un estado semisólido a uno sólido. El límite entre los dos estados es marcado por el cambio de color de oscuro a claro y el contenido de humedad correspondiente a dicho límite Atterberg lo denominó “límite de contracción”. El Límite de Contracción es el contenido de humedad al que un suelo pasa de consistencia dura (seco) a friable (húmedo)

3.4.1Determinación del Límite de Contracción Atterberg (1911), originalmente trabajó con pequeñas barras de arcilla que dejó secar lentamente. Observó el punto en el cual el color cambiaba y al mismo tiempo anotó que la longitud era esencialmente mínima en ese punto. Terzaghi propuso que uno podría medir el volumen seco y la masa seca y a la vez calcular el contenido de agua en el punto de mínimo volumen El límite de contracción se calcula a partir de alguna de las siguientes expresiones:

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

19

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

CONCLUSIONES

Es importantes conocer los conceptos, características, propiedades y clasificación de los suelos y los límites de Atterberg El estudio de suelos se considera imprescindible; ya que es este quien cumple un rol de gran y vital importancia dentro de la construcción, puesto que son los suelos los que soportan las cargas de las estructuras como pueden ser cargas estáticas y dinámicas. Para la mecánica de suelos, es fundamental reconocer las propiedades e índices de las muestras de estudio, dado que ello permitirá la clasificación y estudio adecuado de las mismas. Por lo tanto, se recurre a diagramas de fases, herramientas que se utilizan para agrupar fases de suelos (aire, agua y sólidos), pesos y volúmenes para expresarlos en forma de relaciones volumétricas- gravimétricas.

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

20

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

LINKS  http://geotecnia-sor.blogspot.pe/2010/11/plasticidad-del-suelo-limitesde.html  http://geotecnia-sor.blogspot.pe/2010/11/consistencia-del-suelo-limitesde_2498.html  http://geotecnia-sor.blogspot.pe/2010/11/consistencia-del-suelo-limitesde_8151.html  http://geotecnia-sor.blogspot.pe/2010/11/consistencia-del-suelo-limitesde_25.html  http://geotecnia-sor.blogspot.pe/2010/11/consistencia-del-suelo-limitesde_19.html  http://geotecnia-sor.blogspot.pe/2010/11/consistencia-del-suelo-limitesde.html

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

21

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Facultad de Ciencias e Ingeniería.

ANEXOS

LIMITE LÍQUIDO

LIMITE PLASTICO

MECANICA DE SUELOS I : PLASTICIDAD DE LOS SUELOS Y LOS LIMITES DE ATTERBERG

22