Propiedades de la arcilla

TEMA 3 – Propiedades de la arcillas.
Límites. Clasificación de suelos
Plasticidad
Definición: en geotecnia, la plasticidad es la capacidad de un suelo de deformarse rápidamente
sin cambio de volumen, sin rotura por agrietamiento y sin recuperación elástica al cesar la
carga.
Las arcillas no siempre son plásticas, depende de su humedad. Las arcillas serán plásticas
cuando tengan una humedad suficiente.
La plasticidad es una propiedad coloidal, debida a las fuerzas superficiales entre partículas.
Está relacionada con el tipo de mineral arcilloso y con la cantidad del mismo (proporción en el
suelo).
El acero se deforma plásticamente aumentado de volumen. Un suelo se agrieta cuando las
fuerzas entre partículas no son suficientes para mantenerlas juntas. Las arcillas son plásticas.
Para cuantificar la plasticidad en el laboratorio podemos utilizar dos métodos: los límites de
Atterberg (para suelos con apreciable plasticidad) y el equivalente de arena.
Equivalente de arena
Es un método sencillo pero aproximando. No nos permite determinar directamente la
plasticidad. Nos permite determinar cuánta arcilla hay en un suelo y, a partir de ahí, diremos
que el suelo tiene una u otra plasticidad. No tiene tanta precisión como los límites de
Atterberg pero nos permite operar sobre suelos poco plásticos o sobre suelos que casi no
tienen arcilla.
El equivalente de arena (E. A.) lo empleamos en suelos de una naturaleza bastante granular
(áridos) o en aquellos que tienen pocos finos. Estos suelos suelen ser suelos artificiales: áridos
para hormigón, mezclas bituminosas, suelo-cemento, zahorras, etc. Con este ensayo sabremos
cuántos finos nos están contaminando la fracción gruesa.
Cuando tenemos una arcilla o un limo muy poco plástico, es muy poco deformable y nos
cuesta diferéncialo de una arena, usaremos este ensayo para determinar su presencia.
Para realizar este ensayo, introducimos una muestra de nuestro suelo en una solución
dispersante (agua + hexametafosfato) y, todo ello, en una probeta. Agitamos la probeta para
asegurarnos la dispersión de las partículas del suelo en la disolución. Dejamos decantar y, por
la Ley de Stokes, las partículas decantarán según su peso. Así, tendremos decantadas las
arenas en la parte inferior de la probeta y, encima de éstas, decantarán los finos. Anotamos la
lectura de arena y la lectura de arcilla, como se indica en el dibujo:
1-1
by FMT
lectura de arcilla
lectura de arena
El equivalente de arena será:
‫ܧ‬. ‫ܣ‬. (%) =
‫ܽ݊݁ݎܽ ݁݀ ܽݎݑݐܿ݁ܮ‬
× 100
‫݈݈ܽ݅ܿݎܽ ݁݀ ܽݎݑݐܿ݁ܮ‬
Si multiplicamos al numerador y al denominador por el área de la sección de la probeta,
estaremos calculando la relación entre el volumen de arena y el volumen del total del suelo. El
E. A. nos dice cuánta arena, en porcentaje, hay en nuestro suelo.
Cuando E. A. = 100, no habrá arcilla en nuestra muestra y, cuando E. A. = 0, no habrá arena en
la muestra. Cuanto mayor sea el E. A., menor será la contaminación por finos.
Límites de Atterberg
Deben su nombre a un químico sueco. Son medidas límite de humedad que nos permiten
estableces las diferencias de comportamientos en una arcillas. Son hitos que nos permiten
definir con precisión el comportamiento de una arcilla.
Los podemos utilizar cuando el suelo, en apariencia, es plástico. Cuanto más plástico, más
eficiente es este ensayo.
Estos límites son: límite líquido (wL), límite plástico (wP) y límite de retracción (wR o wS). Los dos
primeros nos permiten obtener bastante información sobre las propiedades de un suelo, el
último no tiene mucho interés.
Podemos representar estos límites de un suelo y los estados en los que se encontraría en
función de la humedad:
ΔV=0
sólido frágil
(*1)
Arcilla
seca
sólido plástico
(*3)
(*2)
Límite de
retracción
(ωR o ωS)
líquido viscoso
Límite
plástico
(ωP)
líquido perfecto
(*4)
Límite
líquido
(ωL)
(*5)
Límite de
viscosidad
ω
A continuación se describen las características del suelo en cada uno de estos tramos:
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(*1)
en este tramo no se producen variaciones de volumen en el suelo.
(*2)
el agua va a provocar que la arcilla se expanda. El suelo empieza a comportarse como
un sólido. Hay fuerzas de cohesión.
(*3)
la arcilla es moldeable. Se producen deformaciones suaves. El suelo cumple las tres
condiciones de plasticidad (…).
(*5)
tenemos una suspensión. Las partículas son independientes unas de otras.
Límite líquido: se determina con la Cuchara de Casagrande. Éste es un procedimiento en el que
empleamos una cuchara de bronce de dimensiones fijadas y en el que procedemos de la
siguiente forma:
-
Amasamos la muestra con una cierta humedad. Tomaremos una muestra por encima
del WL y otra por debajo.
Llenamos una parte de la cuchara con la muestra.
Realizamos un canal dividiendo en dos la muestra con un acanalador.
Comenzamos a rotar la manivela, provocando el golpeo en la base de la cuchara.
Contamos los golpes que son necesarios para que el surco se cierre 13 mm.
Si hemos necesitado exactamente 25 golpes, la humedad del suelo ensayado será w = wL. En
general, realizamos el ensayo con dos muestras de humedades distintas, una que necesita
entre 15 y 20 golpes para cerrar el surco y otra que necesite entre 30 y 35. De esta forma
obtenemos dos valores, que interpolaremos para calcular el valor de humedad buscado.
Si tenemos un suelo con un WL muy alto, el suelo será muy compresible (sometido a mucha
carga durante un tiempo prolongado, reducirá notablemente su volumen), bastante
impermeable y los cambios de humedad provocarán en el variaciones de volumen apreciables.
Límite plástico: humedad por debajo de la cual es suelo comienza a perder cohesión por falta
de humedad. Pasa de ser un sólido plástico a un sólido frágil. Este límite se calcula en el
laboratorio por el siguiente procedimiento de ensayo:
-
Se amasa la muestra con una humedad por encima del límite plástico esperable.
Se forma un pequeño cilindro con nuestro suelo, haciendo que ruede entre las manos
y una superficie lisa.
Si al llegar a un diámetro de 3mm el cilindro se rompe, entonces la muestra se
encuentra en el límite plástico.
Si la muestra no se agrieta al alcanzar este diámetro significa que todavía es
moldeable, por lo que se vuelve a repetir la operación tantas veces como sea
necesario. Según amasamos la muestra, vamos extrayendo agua de la muestra
progresivamente.
Definimos el índice de plasticidad como la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico:
‫ܫ‬௉ = ‫ݓ‬௅ − ‫ݓ‬௉
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by FMT
Es el intervalo de humedades en el que el suelo tiene consistencia plástica.
Al disminuir el tamaño de las partículas de una especie mineralógica, aumentan ‫ݓ‬௅ , ‫ݓ‬௉ y ‫ܫ‬௉ .
En la carta de Casagrande:
línea A: ‫ܫ‬௉ = 0,73 (‫ݓ‬௅ − 20)
suelos afines de mismo origen geológico.
El índice de fluidez nos permite conocer la influencia de la humedad en la resistencia al corte
de un suelo amasado. Se define como:
‫ܫ‬ி =
‫ݓ‬−‫ݓ‬
‫ܫ‬௉
No tiene ningún significado físico. Se puede establecer una relación entre el índice de fluidez y
la resistencia al corte de un suelo amasado.
No obstante, este índice es más cualitativa que cuantitativo, no debe utilizarse para hacer
cálculos mecánicos ni para diseñar.
Cuando W = WL, el índice de fluidez valdrá IF = 1 y, cuando W = WP, el índice de fluidez valdrá
IF = 0. Este índice nos dice si estamos más cerca del límite líquido o del límite plástico.
El límite de retracción, WS, es muy caro de obtener y tiene poco interés. En este límite, los
poros todavía están llenos de agua y se define como:
‫ݓ‬ௌ = ‫ݓ‬௜ ∙
(ܸ௜ − ܸௗ ) ∙ ߛ௪
∙ 100
‫ܫ‬௉
=== CARTA DE CASAGRANDE ===
=== TABLA DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS USCS ===
(Unified Soil Clasification Sistem)
=== TABLAS DE ASTM, AASHTO Y PROBLEMAS ===
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Cristalografía de las arcillas
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