LIMITE DE CONTYRACCION

Consistencia del Suelo - Límites de Atterberg - Límite de Contracción

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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”.

En el estado semisólido, los vacíos están completamente llenos de agua. La superficie libre de agua se localiza dentro de la superficie de la muestra y la tensión superficial ejerce en la superficie exterior de la muestra una presión distribuida uniforme, comparable a la presión externa actuando como una presión hidrostática en cada punto perpendicular a la superficie externa de la muestra. Por esta razón el aire no puede entrar en la arcilla ya que la presión ejercida por la tensión superficial es más pequeña que la presión requerida para comprimir o contraer la arcilla.

En el límite líquido la presión ejercida por la tensión superficial del agua o “presión capilar” es prácticamente igual a cero. En el límite plástico ya suma varias atmósferas y durante el proceso de contracción en el estado semisólido su valor es todavía más grande. Finalmente, llega el punto donde la fuerza requerida para producir el cambio de volumen es tan grande como el máximo valor que la “presión capilar” puede posiblemente suponer. Si se sigue evaporando agua, la superficie de agua capilar se retira al interior de la muestra y el aire puede ingresar al suelo, en consecuencia, el color del suelo cambia de oscuro a claro. El contenido de agua, cuando se produce el cambio de color, es el límite de contracción. El límite de contracción depende obviamente de dos factores: la compresibilidad del suelo y el máximo valor de presión capilar.

El Límite de Contracción es el contenido de humedad al que un suelo pasa de consistencia dura (seco) a friable (húmedo) (ver figura 1).

Figura 1. Estados de Consistencia y Contracción de un Suelo con Alto Contenido de Arcilla.

Límite de Contracción (ASTM D-427)

Una muestra de suelo secada lentamente (sometida a desecación), formará un menisco capilar entre los granos individuales del suelo. Como resultado, los esfuerzos entre los granos (esfuerzos efectivos o intergranulares), aumentarán y el suelo disminuirá de volumen. A medida que la contracción continúa, el menisco se hace más pequeño y los esfuerzos capilares se incrementan, lo cual reduce aún más el volumen. Se llega hasta un punto donde no hay mayor reducción de volumen, pero el grado de saturación es esencialmente 100 %. El contenido de agua al cual esto ocurre se define como límite de contracción (LC, SL o wS).

En este punto, el menisco capilar comienza a retraerse bajo la superficie del suelo y el color de la superficie cambia de uno resplandeciente a una apariencia uniforme (el mismo efecto se observa cuando un suelo dilatante se retrae bajo la superficie, que adquiere apariencia uniforme (parda) debido a la reflectividad en los cambios en superficie).

También puede decirse que el límite de contracción es el menor contenido de humedad al que una muestra de suelo no reducirá volumen con posterior secado.

Determinación 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. En la figura 2 se ilustra este procedimiento. Una pequeña cantidad de suelo de masa total Mi se coloca en un pequeño recipiente de volumen conocido Vi y se permite un secado lento. Luego de tener la masa seca al horno Ms, el volumen se suelo seco Vd se mide pesando la cantidad de mercurio que la muestra de suelo desplaza. El límite de contracción se calcula a partir de alguna de las siguientes expresiones:

Ambas ecuaciones corresponden a las dos partes de la figura 2 y puede ser fácilmente derivada de la figura y los diagramas de fase del suelo.

Figura 2. Determinación del Límite de Contracción basado en:

(a) Masa total. (b) Contenido de humedad.

Aunque el límite de contracción fue una popular prueba de clasificación durante los años 20, está sujeta a considerable incertidumbre y por ello no se practica más. El ensayo tiene algunas características indeseables: involucra errores como resultado de burbujas de aire en la muestra de suelo seco, agrietamiento durante el secado, pesado y otras medidas de error y el peligro de envenenamiento al operador con mercurio. Casagrande sugirió secar muestras grandes y medir físicamente sus dimensiones para evitar el problema del envenenamiento por mercurio.

Uno de los mayores problemas con el límite de contracción, es que la cantidad de contracción depende no solo del tamaño del grano, sino de la fábrica inicial del suelo. El estándar, por ejemplo la designación ASTM D427; del procedimiento, es comenzar con un límite de humedad cercano al límite líquido. Sin embargo, especialmente con arcillas limosas y arenosas, frecuentemente se produce un límite de contracción mayor que el límite plástico, lo cual carece de sentido. Casagrande sugiere que el contenido inicial de agua sea ligeramente mayor que el límite plástico, si es posible, pero debe admitirse que es imposible evitar atrapar burbujas de aire.

Si el suelo está en estado natural inalterado, entonces el límite de contracción es frecuentemente mayor que el límite plástico debido a la estructura del suelo. Esto es especialmente cierto para arcillas altamente sensibles según Karlsson (1977). En la tabla a continuación se presenta la sensibilidad de la arcilla respecto del límite de contracción.

Si se utiliza el aparato de Casagrande y se inicia la prueba ligeramente por encima del límite plástico, entonces se obtienen los siguientes resultados cuando los límites de Atterberg se grafican cerca a la línea A en la carta de plasticidad, el límite de contracción

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