Plasticidad de los Suelos

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Caracoza Sánchez Raúl

3.2 Plasticidad Antecedentes. La plasticidad es la propiedad que presentan los suelos de poder deformarse o ser remodelados, cambiando su contenido de agua si es necesario, hasta cierto límite, sin romperse. Las arcillas presentan esta propiedad en grado variable. Existe una relación específica entre la plasticidad y las propiedades fisicoquímicas determinantes del comportamiento mecánico de las arcillas. Esta no es una propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su contenido de agua. Para conocer la plasticidad de un suelo se hace uso de los límites de Atterberg, quien por medio de ellos separó los cuatro estados de consistencia de los suelos coherentes. Los límites mencionados son: Límite Liquido (L.L.), Límite Plástico (L.P.) y Límite de Contracción (L.C.), y mediante ellos se puede dar una idea del tipo de suelo en estudio. La diferencia entre los valores del límite líquido y el límite plástico da el llamado Índice Plástico del suelo. Los límites líquido y plástico dependen de la cantidad y el tipo de arcilla del suelo, pero el índice plástico depende generalmente de la cantidad de arcilla. Cuando no se puede determinar el límite plástico se dice que es no plástico (N.P.), y en este caso el índice plástico es igual a cero. El índice de plasticidad indica el rango de humedad a través del cual los suelos con cohesión tienen propiedades de un material plástico.

Desarrollo. Límite Líquido: El límite líquido se define como el contenido de humedad expresado en por ciento con respecto al peso seco de la muestra, con el cual el suelo cambia de estado líquido a plástico. Para determinar el límite líquido de un suelo se utiliza la prueba basada en el uso de la Copa Casagrande que es un recipiente de bronce o latón con un tacón

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solidario del mismo material; el tacón y la copa giran en torno a un eje fijo unido la base. Una excéntrica hace que la copa caiga periódicamente, golpeándose contra la base del dispositivo, que es de hule duro o micarta 221. 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. Sobre la copa se coloca el suelo y se procede a hacerle una ranura trapecial. La copa se sostiene con la mano izquierda, con el tacón hacia arriba y el ranurador 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.

Mediante esta prueba se estableció que el limite liquido obtenido por medio de la copa Casagrande corresponde al de Atterberg, si se define como el contenido de agua del suelo para el que la altura de la ranura se cierra a lo largo de 1.27 cm (½”), con 25 golpes en la copa. El límite líquido se calcula con la siguiente ecuación: L. L .=

Ph−Ps Pw x 100= x 100 Ps Ps

Donde: L.L.= Límite líquido en %. Ph= Peso de la muestra húmeda en gramos. Ps= Peso de la muestra seca en gramos

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Pw= Contenido de agua en la muestra en gramos

Límite Plástico: El limite plástico (L.P.) se define como el contenido de humedad expresado en por ciento con respecto al peso seco de la muestra secada al horno, para el cual los suelos cohesivos pasan de un estado semisólido a un estado plástico. Para determinar el límite plástico, generalmente se hace uso del material que, mezclado con agua, ha sobrado de la prueba del límite líquido y al cual se le evapora la humedad por mezclado hasta tener una mezcla plástica que sea fácilmente moldeable. La formación de los rollitos se hace usualmente sobra una hoja de papel totalmente seca, para acelerar la pérdida de humedad del material; también es frecuente efectuar el rolado sobre una placa de vidrio. Cuando los rollitos llegan a los 3mm, se doblan y presionan, formando una pastilla que vuelve a rolarse, hasta que en los 3mm justos ocurra el desmoronamiento y agrietamiento; en tal momento se determinará rápidamente su contenido de agua, que es el límite plástico.

El límite plástico se calcula con la siguiente ecuación: L. P .=

Ph−Ps Pw x 100= x 100 Ps Ps

Donde: L.P.= Humedad correspondiente al límite plástico en %. Ph= Peso de los trocitos de filamentos húmedos en gramos.

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Ps= Peso de los trocitos de filamentos secos en gramos. Pw= Peso del agua contenida en los filamentos pesados en gramos.

El limite plástico es muy afectado por el contenido orgánico del suelo, ya que eleva su valor sin aumentar simultáneamente el límite líquido. Por tal razón los suelos con contenido orgánico tienen bajo índice plástico y límites líquidos altos. Índice de Plasticidad: Se denomina índice de plasticidad o índice plástico (I.P.) a la diferencia numérica entre los límites líquido y plástico, e indica el margen de humedades dentro del cual se encuentra en estado plástico tal como lo definen los ensayos. Tanto el límite líquido como el límite plástico dependen de la cantidad y tipo de arcilla del suelo, sin embargo, el índice plástico depende generalmente de la cantidad de arcilla del suelo. Comparando el índice de plasticidad con el que marcan las especificaciones respectivas se puede decir si un determinado suelo presenta las características adecuadas para cierto uso.

Límite de Contracción: El límite de contracción (L.C.) de un suelo se define como el porciento de humedad con respecto al peso seco de la muestra, con el cual una reducción de agua no ocasiona ya disminución en el volumen del suelo. La diferencia en el límite plástico y el límite de contracción se llama índice de contracción (I.C.) y señala el rango de humedad para el cual el suelo tiene una consistencia semisolida El método original de Atterber para la determinación del límite de contracción de un suelo consistía en la realización de mediciones frecuentes de la longitud y peso de un mismo prisma, hasta que ya no se observara ninguna disminución de la longitud.

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Teniendo en cuenta que la gran mayoría de los suelos no presentan, prácticamente, disminución de volumen durante el proceso de secado abajo del límite de contracción, Terzaghi sugirió un método más simple de determinación, que esencialmente, consiste en medir el peso y el volumen de una muestra seca si tuviese sus vacíos llenos de agua. El procedimiento que debe de seguirse en la determinación del límite de contracción (L.C.) es el siguiente: Un recipiente de vidrio o lucita se llena de mercurio hasta derramarse y se enrasa cuidadosamente, cubriéndolo con una placa del mismo material provista de tres patas. A continuación, se coloca el recipiente en otro mayor; la muestra seca se deposita sobra la superficie de mercurio y se sumerge presionándola con las patas de la placa, hasta que dicha placa vuelve a quedar bien ajustada sobre el recipiente; las patas impiden que la muestra se ladee, manteniéndola sumergida. La cantidad de mercurio desplazada se recoge y se pesa, calculando así su volumen, si se conoce el peso específico del mercurio, que para fines prácticos puede tomarse como 13.56.

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La Public Road Administration, de los EE.UU. ha desarrollado otro método para la determinación del límite de contracción de los suelos, en el cual no se requiere contar con el peso específico relativo de los sólidos. Según este procedimiento, el suelo se remoldea hasta una consistencia cercana al límite líquido, añadiendo agua si es preciso; con este suelo se llena una capsula de volumen conocido. La superficie del suelo se alisa perfectamente con una espátula y se protege con una placa de vidrio; pesada la muestra se seca en un horno, hasta obtener peso constante, que se anota. El volumen de la muestra ya seca se determina con el método de mercurio.

De la gráfica anterior puede obtenerse el límite de contracción aplicando la definición de contenido de agua: LC ( )=100

W 1−Ws−( V 1−V 2 ) γ 10 A =100 Ws Ws

Donde: V1= Volumen de la muestra húmeda, igual al volumen de la capsula. W1= Peso de la muestra húmeda.

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V2= Volumen de la muestra seca. Ws= Peso de la muestra seca.

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Conclusión: La plasticidad es el contenido de agua con que se produce el cambio de estado y varía de un suelo a otro, lo que interesa es conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta deformaciones sin romperse. El método usado para medir estos límites de humedad fue ideado por Atterberg a principios de siglo a través de dos ensayos que definen los límites del estado plástico. Los límites de Atterberg son propiedades índices de los suelos, con que se definen la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo. En Ingeniería Civil es importante conocer la plasticidad de los suelos, así como cada uno de sus límites para determinar el uso que se le dará a cada uno de estos.

Bibliografía Crespo Villalaz, C. (2004). Mecánica de Suelos y Cimentaciones. México: Limusa. Juárez Badillo, E. (2005). Mecánica de suelos 1: Fundamentos de la mecánica de suelos. México: Limusa.