Límites de Atterberg y Plasticidad

Límites de Atterberg: Fueron definidos en 1911 de manera arbitraria. Son tres límites para definir los cuatro estados de la materia en los suelos:

1. Estado líquido: Un suelo está en estado líquido cuando se comporta como un fluido viscoso, deformándose por su propio peso y con una resistencia a la cizalladura casi nula.
2. Estado plástico: Al perder agua, el suelo pierde fluidez, pero continúa deformándose plásticamente sin agrietarse.
3. Estado semisólido: Si se seca aún más, el suelo alcanza el estado semisólido. Al moldearse, se romperá.
4. Estado sólido: Si llegamos al punto en el que su volumen no se reduce más y el color toma un tono más claro, es el estado sólido.

La transición entre estados se define de la siguiente manera:
Sólido — (Límite de retracción, w_r) — Semisólido — (Límite plástico, w_p) — Plástico — (Límite líquido, w_l) — Líquido.

Índice de Plasticidad (IP)

El estado plástico se da en un rango estrecho de humedades, comprendido entre el límite líquido y el límite plástico. Ese rango se conoce como Índice de Plasticidad. Es un rango de humedades comprendido entre el límite líquido y el plástico: IP = wL - wP.

Propiedades Físicas y Ensayos

ENSAYO:

Humedad

Es la relación en porcentaje (%) entre el peso del agua de los poros de la muestra y el peso seco de la muestra: w = ww / ws.

Contenido de Humedad

El ensayo se realiza sobre una muestra inalterable, utilizando un recipiente para humedad y un horno. Primero se pesa la cápsula de humedad sola y luego la cápsula de humedad con la muestra. Posteriormente, se deja secar. La humedad afecta directamente a la estabilidad de volumen, la resistencia mecánica, la permeabilidad, la durabilidad y la compresibilidad del suelo.

Densidad Aparente

Es la relación entre el peso total de la muestra y el volumen aparente.

Porosidad (n)

Es la relación entre el volumen de huecos y el volumen total: n = e / (1 + e).

Índice de Poros (e)

Es la relación entre el volumen de huecos y el volumen de la muestra seca: e = n / (1 - n).

Análisis Granulométrico por Tamizado

Referencia: Foto 4.

Permeabilidad y Movimiento del Agua

Permeabilidad

Es la capacidad del terreno de dejar pasar agua a través de él. K es el coeficiente de permeabilidad, que representa el caudal que se filtra a través de una sección del terreno.

• Gravas limpias: Más de 10^-1.
• Arenas limpias: De 10^-1 a 10^-4.
• Arenas muy finas: De 10^-4 a 10^-7.

La permeabilidad depende del tamaño de las partículas, la granulometría, la porosidad, la saturación y la viscosidad del agua. Para hallar el coeficiente K, se realizan ensayos de laboratorio (permeámetro de carga fija y carga variable) y ensayos de campo.

Ley de Darcy

Describe, con base en experimentos de laboratorio, las características del movimiento del agua a través de un medio poroso. La expresión es la siguiente:

Q = k · ((h3 - h4) / L) · A = k · i · A

Comportamiento Mecánico del Suelo

Consolidación de Suelos

Proceso por el cual el suelo saturado, al ser sometido a compresión, disminuye su volumen expulsando agua de sus poros. Dependiendo de la permeabilidad del suelo, puede ser instantáneo o durar años. Si el suelo se coacciona lateralmente, se produce una consolidación unidireccional. Existen tres tipos: consolidación inicial (expulsión de alguna burbuja de aire), consolidación primaria y secundaria.

Compactación de Suelos

Consiste en disminuir el volumen de huecos con el objetivo de aumentar su densidad seca, aplicando energía de compactación. El Ensayo de Compactación Proctor determina la densidad seca máxima en relación con su humedad. Se compacta una porción de suelo en un cilindro variando la humedad para obtener la curva que relaciona la humedad y la densidad seca máxima a una determinada energía. El punto máximo de esta curva es la densidad seca máxima.

Ensayo de Proctor

Existen dos tipos de ensayo Proctor normalizados: el «Ensayo Proctor Estándar» y el «Ensayo Proctor Modificado». La diferencia entre ambos se encuentra en la energía utilizada; la razón de que haya dos ensayos distintos no es más que la modernización de uno con respecto al otro. El punto máximo de la curva corresponde a la densidad seca máxima en las ordenadas y a la humedad óptima en las abscisas.

Sifonamiento

Fenómeno por el cual, cuando la presión total e intersticial del agua son iguales, la presión efectiva se anula, no pudiendo por tanto el suelo transmitir acciones; esto es lo que ocurre con las arenas movedizas. Si el flujo es ascendente, la tensión neutra intersticial del poro aumenta, lo que hace disminuir las tensiones efectivas. Cuando la tensión efectiva es nula, se produce el sifonamiento.

Factores que Condicionan la Expansividad

Se deben a propiedades intrínsecas del terreno:

1. Naturaleza del suelo: Para que en un suelo se produzca expansividad, es necesario que el suelo sea de naturaleza expansiva.
2. Composición electroquímica: Depende de la composición del agua y la interacción agua-arcilla. Los cationes se fijan a las partículas de la arcilla debido a la diferencia de las cargas que presentan. Según el radio iónico del catión absorbido por la arcilla, influirá el cambio de volumen.
3. Factores externos: Para que se desencadene el efecto, es necesario que se produzca un importante cambio en el estado tensional del suelo. Este cambio se produce por variaciones de humedad (variación climática, presencia de vegetación, etc.).