Todo suelo posee propiedades físicas o mecánicas que se ven afectadas por el contenido de humedad, la graduación que posean, la ubicación geográfica y el grado de inclinación en que se encuentren.
Entre las propiedades físicas que más interesan están: la variación volumétrica, la resistencia mecánica, la granulometría y los límites de consistencia, los cuales definen el comportamiento mecánico de los suelos cuando estos están sometidos a cargas gravitacionales.
- Variaciones volumétricas
Los suelos cuando se encuentran en presencia del agua, sin importar el grado de compactación, en que se encuentre esta se filtrará y generará expansión en la masa de suelo, a este fenómeno se le denomina hinchamiento. En esta nueva condición, con el tiempo el agua se evaporara por efecto del sol y la masa de suelo se contraerá, siendo este proceso los que puedan dañar las estructuras debido a las presiones que se generan con la expansión y la contracción de los suelos. De aquí la importancia de identificar y/o clasificar a los suelos expansivos para poder dar el mejor tratamiento para que estos fenómenos no se den y si se dan, sea de forma controlada.
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- Resistencia mecánica
Un parámetro muy importante de determinar en los suelos es la humedad, ya que de esta depende en gran parte la resistencia a la carga que un suelo posee, así también la estabilidad. Un suelo que se encuentre saturado de agua tenderá a fallar por el fenómeno de licuefacción. Debe entenderse que la saturación se puede obtener en campo en épocas de invierno cuando llueve por periodos de hasta 5 días o más, el efecto de un suelo saturado se puede visualizar en hundimientos, grietas e hinchamientos.
- Granulometría
Cuando se habla de granulometría es hablar de la cantidad parcial de partículas que componen un suelo; es decir, es el porcentaje de partículas existentes de un tamaño con respecto a toda la masa de suelo. La granulometría de un suelo depende de sus propiedades físicas y mecánicas, que determinan la resistencia a las cargas a las que son sometidas.
Curva granulométrica
En un suelo cualquiera, se tiene partículas de todos los tamaños constituyendo las gravas, arenas, limos y arcillas (Tabla 2.1), entonces, la granulometría define la proporción relativa de cada fracción de partículas en los suelos.
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Para facilitar el análisis de los suelos se hace uso de la curva granulométrica que indica, para cada diámetro de partícula D, el porcentaje en peso de partículas menores que D. En la Figura 2.13 se muestran varias curvas granulométricas típicas. Una curva muy tendida indica una graduación continua de tamaños de partículas, mientras que una caída vertical brusca para un cierto diámetro quiere decir que existe una gran cantidad de partículas de dicho diámetro.
Figura 2.13. Curvas granulométricas (grupo Geotecnia-Universidad de Cantabria)
- Límites de consistencia
Los límites de consistencia o límites de Atterberg se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos finos. El nombre de estos es atribuido al científico sueco Albert Mauritz Atterberg (1846-1916), quien se dedicó al estudio de las propiedades del suelo.
Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden existir cuatro estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo se encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al agregársele agua poco a poco va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y finalmente líquido. En la Figura 2.14, se muestran
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los cuatro diferentes estados de los suelos finos tomando en cuenta el contenido de agua para pasar de un estado a otro.
Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados límites de Atterberg, los cuales se clasifican en:
Límite Líquido (LL): Es el contenido de humedad expresado en porcentaje con respecto al peso seco de una muestra, con el cual el suelo cambia del estado líquido al plástico.
Límite Plástico (LP): Es el contenido de humedad expresado en porcentaje con respecto al peso seco de una muestra secada en horno y en el cual los suelos cohesivos pasan de un estado semisólido a un estado plástico.
Límite de Contracción o retracción (LC): Este límite determina el valor en el cual una disminución en el contenido de agua no ocasionará una disminución en su volumen. Este valor se define como el porcentaje de humedad con respecto al peso seco de la muestra.
Figura 2.14. Límites de Atterberg (ASTM)
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Índice de Plasticidad (IP = LL – LP)
Es el resultado de la resta del Límite de Líquido y Límite de Plástico, este valor representa el margen de humedades dentro del cual se encuentra en estado plástico un suelo, tal como se determina en los ensayos de laboratorios.
Carta de Casagrande
La investigación de Arthur Casagrande es la representación de los suelos en una carta de coordenadas del límite líquido vs. índice de plasticidad (LL-IP). Donde los parámetros anteriores se emplean para identificar los suelos arcillosos y limosos mediante el gráfico denominado Carta de Plasticidad de Casagrande.
El diagrama LL-IP (Figura 2.15) es dividido en cuatro zonas separadas por dos líneas: - La línea LL=50%, que separa los suelos de alta plasticidad (símbolo H) de
los de baja plasticidad (símbolo L).
- La línea A, de ecuación IP = 0,73(LL−20), esta línea separa las arcillas (símbolo C), que caen por encima de ella, de los limos (símbolo M) y los suelos orgánicos (símbolo O) que caen por debajo.
Cuando se ensayan muestras de un determinado suelo, suele haber diferencias entre ellas, al variar el contenido de finos, los puntos correspondientes suelen quedar agrupados en zonas alargadas, sensiblemente paralelas a la línea A (Figura 2.15).
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