2. Los límites de Atterberg o límites de consistencia se utilizan
para caracterizar el comportamiento de los suelos finos. El nombre
de estos es debido al científico sueco Albert Mauritz Atterberg.
(1846-1916).
Los límites de Atterberg se basan en el concepto de que los suelos
finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en
diferentes estados, dependiendo del contenido de agua.
Así, un suelo se encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al
agregarsele agua poco a poco va pasando sucesivamente a los estados
de semisólido, plástico, y finalmente líquido. Los contenidos de
humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los
denominados límites de Atterberg
La arcilla, por ejemplo al agregarle agua, pasa gradualmente del
estado sólido al estado plástico y finalmente al estado líquido.
4. En mecánica de suelos interesa fundamentalmente
conocer el rango de humedades, para el cual el suelo
presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta
deformaciones sin romperse (plasticidad), es decir, la
propiedad que presenta los suelos hasta cierto límite
sin romperse.
5. Plasticidad es la propiedad que tienen algunos suelos
de deformarse sin agrietarse, ni producir rebote elástico.
Los suelos plásticos cambian su consistencia al variar
su contenido de agua. De ahí que se puedan determinar
sus estados de consistencia al variar si se conoce las
fronteras entre ellas.
Los estados de consistencia de una masa de suelo
plástico en función del cambio de humedad son sólidos,
semisólido, líquido y plástico. Estos cambios se dan
cuando la humedad en las masas de suelo varía.
6. Para calcular los limites de Atterberg el suelo se tamiza por
la malla Nº40 y la poción retenida es descartada.
7. Según su contenido de agua en forma decreciente, un
suelo susceptible de ser plástico puede estar en
cualquiera de los siguientes estados de consistencia,
definido por Atterberg.
1.- Estado líquido, con las propiedades y apariencias de
una suspensión.
2.-Estado Semilíquido, con las propiedades de un fluido
viscoso.
3.-Estado Plástico, en que el suelo se comporta
plásticamente.
4.-Estado semi sólido, en el que el suelo tiene la
apariencia de un sólido, pero aún disminuye de volumen
al estar sujeto a secado.
8. Es importante que las muestras seleccionadas
para determinar los límites sean lo más
homogéneas que se pueda lograr. A este
respecto, ha de tenerse en cuenta, que el
aspecto de una arcilla inalterada es muy
engañoso; a simple vista puede no presentar la
menor indicación de estratificación, ni cambio
de color y ello no obstante, su contenido natural
de humedad puede variar grandemente en
diferentes zonas de la misma muestra extraída
del terreno, con correspondientes variaciones
apreciables en los límites líquidos.
9.
10. Este método establece el procedimiento para
determinar el límite líquido de los suelos mediante el
método mecánico.
Aparatos
a) Plato de evaporación: De porcelana un diámetro
aproximado de 120 mm.
b) Espátula: Con una hoja flexible de aproximadamente
75mm de largo y 20mm de ancho.
c) Aparato de límite líquido (Ver Fig.5.14) : Taza de
bronce con una masa de 200±20(g) montada en un
dispositivo de apoyo fijado a una base de plástico duro
de una resistencia tal que una bolita de acero de 8 mm
de diámetro, dejada caer libremente desde una altura
de 25 cm rebote entre 75% y 90%.
11. d) Acanalador: Combinación de acanalador y calibre,
construido de acuerdo con el plano y dimensiones de
uno de los tipos indicados en Fig.5.15.
e) Recipientes. Para las muestras de contenido de
humedad.
f) Balanza. Con una precisión de 0.01(g)
g) Probeta. Con una capacidad de 25 ml.
h) Horno. Con los requerimientos de Nch 1515 Of 77.
12. d) Acanalador: Combinación de acanalador y calibre,
construido de acuerdo con el plano y dimensiones de
uno de los tipos indicados en Fig.5.15.
e) Recipientes. Para las muestras de contenido de
humedad.
f) Balanza. Con una precisión de 0.01(g)
g) Probeta. Con una capacidad de 25 ml.
h) Horno. Con los requerimientos de Nch 1515 Of 77.
15. La muestra de ensaye debe tener un
tamaño igual o mayor que 100(g) del
material que pasa por el tamiz de 0.5 (ASTM
NO40) obtenido de acuerdo con la norma
AASHTO 387-80
Nota: Cuando se efectúa además la
determinación del límite de contracción,
aumentar el tamaño de muestra requerida
para dicho ensaye.
16. - Ajustar la altura de la caída de la taza, se gira la
manivela hasta que la taza se eleve a su mayor
altura. Utilizando el calibrador de 10 mm (adosado
al ranurador), se verifica que la distancia entre el
punto de percusión y la base sea de 10 mm
exactamente. De ser necesario, se aflojan los
tornillos de fijación y se mueve el ajuste hasta
obtener la altura de caída requerida. Si el ajuste es
correcto se escuchará un ligero campanilleo
producido por la leva al golpear el tope de la taza;
si la taza se levanta por sobre el calibre o no se
escucha ningún sonido debe realizarse un nuevo
ajuste.
17. Que no se produzca juego lateral de la taza por
desgaste del pasador que la sostiene;
Que los tornillos que conectan la taza con el
apoyo estén apretados;
Que el desgaste de la taza no sobrepase la
tolerancia de masa.
Que el desgaste de la base no exceda de 0,1
mm de profundidad. Cuando suceda esto, debe
pulirse nuevamente verificando que se
mantiene la resistencia.
18. Que el desgaste de los soportes no llegue al
punto de quedar apoyados en sus tornillos
de fijación;
Que el desgaste del ranurador no sobrepase
las tolerancias dimensionales.
Previo a cada ensaye se verificará que la
taza y la base estén limpias y secas.
19. - Colocar la muestra en el plato de evaporación.
Agregar agua destilada y mezclar completamente
mediante la espátula. Continuar la operación durante el
tiempo y con la cantidad de agua destilada necesaria
para asegurar una mezcla homogénea.
- Curar la muestra durante el tiempo necesario para que
las fases líquida y sólida se mezclen homogéneamente.
Nota: en suelos de alta plasticidad este plazo no debe
ser menor que 24 h. En suelos de baja plasticidad este
plazo puede ser mucho menor y en ciertos casos puede
eliminarse.
20. - Colocar el aparato de límite líquido sobre una base
firme.
- Cuando se ha mezclado con suficiente agua para
obtener una consistencia que requiera
aproximadamente 15 a 20 golpes para cerrar la ranura,
tomar una porción de la mezcla ligeramente mayor a la
cantidad que se someterá a ensaye.
- Colocar esta porción en la taza con la espátula,
centrada sobre el punto de apoyo de la taza con la
base; comprimirla y extenderla mediante la espátula,
evitando incorporar burbujas de aire en la mezcla.
Enrasar y nivelar a 10 mm en el punto de máximo
espesor. Reincorporar el material excedente al plato de
evaporación.
21. - Dividir la pasta de suelo pasando el acanalador
cuidadosamente a lo largo del diámetro que pasa por el eje de
simetría de la taza de modo que se forme una ranura clara y
bien delineada de las dimensiones especificadas. El acanalador
de Casagrande se debe pasar manteniéndolo perpendicular a la
superficie interior de la taza. En ningún caso se debe aceptar el
desprendimiento de la pasta del fondo de la taza; si esto ocurre
se debe retirar todo el material y reiniciar el procedimiento. La
formación de la ranura se debe efectuar con el mínimo de
pasadas, limpiando el acanalador después de cada pasada.
- Colocar el aparato sobre una base firme, girar la manivela
levantando y dejando caer la taza con una frecuencia de dos
golpes por segundo hasta que las paredes de la ranura entren
en contacto en el fondo del surco a lo largo de un tramo de 10
mm. Si el cierre de la ranura es irregular debido a burbujas de
aire, descartar el resultado obtenido. Repetir el proceso hasta
encontrar dos valores sucesivos que no difieran en más de un
golpe. Registrar el número de golpes requerido (N).
22. - Retirar aproximadamente 10 g del material que se
junta en el fondo del surco. Colocar en un recipiente y
determinar su humedad (w)
- Transferir el material que quedo en la taza al plato de
evaporación. Lavar y secar la taza y el ranurador.
- Repetir las operaciones precedentes por lo menos en
dos pruebas adicionales empleando el material reunido
en el plato de evaporación. El ensaye se debe efectuar
de la condición más húmeda a la mas seca. La pasta
de suelo se bate con la espátula de modo que vaya
secando homogéneamente hasta obtener una
consistencia que requiera de 15 a 35 golpes para cerrar
la ranura.
23. Calcular y registrar la humedad de cada prueba
Construir un gráfico semilogarítmico, con una humedad
(w) como ordenada en escala aritmética y el número de
golpes (N) como abscisa en escala logarítmica.
Dibujar los puntos correspondientes a los resultados de
cada una de las tres (o más) pruebas efectuadas y
construir una recta (curva de flujo) que pase tan
aproximadamente como sea posible por dichos puntos.
Expresar el límite líquido (WL) del suelo como la
humedad correspondiente a la intersección de la curva
de flujo con la abscisa de 25 golpes, aproximando al
entero más próximo.
24. - Proceder según lo anterior, excepto que la muestra debe
prepararse para obtener una consistencia que requiera 20
a 30 golpes para cerrar la ranura. Deben observarse a lo
menos dos resultados consecutivos consistentes antes de
aceptar una prueba. Registrar el numero de golpes
requerido (N). La muestra para determinar la humedad
debe tomarse sólo para la prueba más aceptada. El
ensaye debe efectuarse desde la condición más seca del
suelo.
- Calcular y registrar la humedad de la prueba aceptada
(w) .
- El punto obtenido se debe confrontar con la curva de
flujo determinada previamente para el mismo tipo de
suelo.
25. Este método establece el procedimiento
para determinar el límite plástico y el índice
de plasticidad de los suelos.
Terminología
Límite plástico: humedad expresada
como porcentaje de la masa de suelo seco
en horno, de un suelo re moldeado en el
límite entre los estados plásticos y
semisólido.
26. - Plato de evaporación. De porcelana, con un
diámetro de aproximadamente 120 mm.
- Espátula. Con una hoja flexible de
aproximadamente 75 mm de largo y 20 mm de
ancho.
- Superficie de amasado. Placa de vidrio
esmerilado.
- Recipientes. Para muestras de contenido de
humedad.
27. - Balanza. Con una precisión de 0,01 g.
- Probeta. Con una capacidad de 25 ml.
- Patrón de comparación. Alambre o
plástico de 3 mm de diámetro.
- Horno. Con los requerimientos de NCh
1515 Of79..
Tamaño de la muestra de ensaye
Debe tener un tamaño en masa de
aproximadamente 20 g.
28. - Si solo se requiere determinar el límite plástico, tomar
la muestra de ensaye del material completamente
homogeneizado que pasa por el tamiz de 0,5 mm,
colocar en el plato de evaporación y mezclar
completamente con agua destilada mediante la
espátula hasta que la pasta se vuelva suficientemente
plástica para moldearla como una esfera.
- Curar la muestra durante el tiempo necesario para
que las fases líquida y sólida se mezclen
homogéneamente.
Nota: En suelos de alta plasticidad este plazo no debe
ser menor que 24 h. En suelos de baja plasticidad este
plazo puede ser mucho menor y en ciertos casos puede
eliminarse.
29. - Si se requiere determinar ambos límites,
líquido y plástico, tomar la muestra de ensaye
de la porción de suelos acondicionada Nch
1517. Tomar esta muestra en aquella etapa en
que la pasta de suelo se vuelva suficientemente
plástica para moldearla como una esfera. Si el
material esta seco, agregar agua destilada y
homogeneizar completamente; si esta muy
húmedo, amasarlo de modo que seque al
contacto con las manos hasta alcanzar la
consistencia requerida.
30. - Tomar una porción de la muestra de ensaye
acondicionada de aproximadamente 1 cm³;
- Amasar la muestra entre las manos y luego hacerla
rodar con la palma de la mano la base del pulgar sobre
la superficie de amasado conformando un cilindro solo
con el peso de mano;
- Cuando el cilindro alcance un diámetro de
aproximadamente 3 mm, doblar, amasar nuevamente y
volver a conformar el cilindro;
- Repetir la operación hasta que el cilindro se
disgregue al llegar a un diámetro de aproximadamente
3 mm, en trozos de orden de 0,5 a 1 cm de largo, y no
pueda ser reamasado ni reconstruido.
31. Nota 1: Si esta disgregación se produce cuando tiene un
diámetro mayor que 3 mm, puede considerarse como un
punto final satisfactorio siempre que el material haya
podido conformar previamente un cilindro de 3 mm.
Nota 2: En ningún caso debe procurarse obtener la
disgregación exactamente a los 3 mm de diámetro de
cilindro (por ejemplo reduciendo la velocidad y/o la
velocidad del amasado).
- Reunir las fracciones del cilindro disgregado y colocarlas
en un recipiente . Determinar y registrar su humedad (w) .l
32. - Repetir las etapas anteriores con dos porciones más
de la muestra de ensaye.
Nota 3: Se recomienda efectuar las tres
determinaciones tratando de conseguir una humedad
ligeramente mayor que el límite y ligeramente menor
que el límite, respectivamente.
Nota 4: Se recomienda efectuar este ensaye en
cámara húmeda. Si no se cuenta con este equipo
deben tomarse las precauciones necesarias para
reducir la evaporación
33. - Calcular el límite plástico (Wp) como el promedio de las
tres determinaciones efectuadas sobre la muestra de
ensaye. Dichas determinaciones no deben diferir entre si
en mas de 2 puntos. Cuando no se cumpla esta condición
se debe repetir todo el ensaye.
- Calcular el índice de plasticidad de acuerdo con la
formula siguiente:
IP = WL - Wp
En que:
IP= índice de plasticidad del suelo, %
WL = límite liquido del suelo, %; y
WP = límite plástico del suelo, %.
34. - Cuando no pueda determinarse uno de los dos
límites (WL ó Wp). o la diferencia es negativa,
informar el índice de plasticidad como NP (no
plástico)
- Calcular el índice líquido de acuerdo con la
formula siguiente:
IL = (W - WP)/ IP
en que:
IL = índice líquido del suelo;
W = humedad (natural) del suelo,%;
WP = límite plástico del suelo, %;
IP = índice de plasticidad del suelo, %.
35. - Calcular el índice de consistencia de acuerdo con la
formula siguiente:
IC = (WL - W) / IP
En que:
IC = índice de consistencia del suelo;
WL = límite líquido del suelo, %;
W = humedad (natural) del suelo, %;.
IP = índice de plasticidad del suelo, %.
Precisión
- Repetibilidad. Dos resultados obtenidos por un mismo
operador sobre la misma muestra, en el mismo
laboratorio, usando los mismos aparatos, y en días
diferentes, se consideraran dudosos si ellos difieren en
mas de un 10% del promedio de ambos.
- Reproductibilidad. Dos resultados obtenidos por
operadores diferentes, en laboratorios diferentes, se
considerarán dudosos si difieren en más de 18% de su
promedio.
36. Alcance y Aplicación.
Este método establece el procedimiento para
determinar el límite de contracción de los
suelos.
Terminología
Límite de contracción: humedad máxima de un
suelo para la cual la una reducción de la
humedad no causa disminución de volumen de
suelo.
37. Aparatos
- Plato de evaporación. De porcelana, de
aproximadamente 140 mm de diámetro.
- Espátula. O cuchillo, con una hoja flexible de
aproximadamente 75 mm de largo por 20 mm de
ancho.
- Molde. Cilíndrico, metálico o de porcelana, con el
fondo plano y de aproximadamente 45 mm de
diámetro y 13 mm de altura.
- Regla de enrase. De acero, de aproximadamente
150 mm de largo.
- Taza de vidrio. De aproximadamente 60 mm de
diámetro y 30 mm de altura, con su borde superior
pulido y esencialmente paralela a la base.
38. - Placa de vidrio. Con tres puntas para
sumergir la muestra en el mercurio
- Probeta. Con una capacidad de 25 mm y
graduada a 0.2 ml
- Balanza. Con una precisión de 0.01 g.
- Mercurio. Suficiente para llenar la taza de
vidrio.
- Horno. Con los requerimientos de la
norma NCh 1515 Of 77
39. Calibración del molde.
- Pesar y registrar la masa del molde vacío
(mm), aproximado a 0.1 g.
- Determinar la capacidad del molde en cm3
(ml) llenándolo con mercurio, enrasando con
una placa de vidrio y midiendo el volumen de
mercurio que llena el molde por pesada y
dividiendo por la densidad del mercurio (ﻻ Hg=
13.55 g/cm3). Registrar dicha capacidad como
volumen de la pastilla de suelo húmedo (Vn)
aproximando a 0.01 ml. Tamaño de la muestra
de ensaye.
Debe tener un tamaño en masa de
aproximadamente 30 g.
40. Acondicionamiento de la muestra de ensaye.
- Si solo se requiere determinar el límite de
contracción, tomar la muestra de ensaye del material
completamente homogeneizado que pasa por el tamiz
de 0.5 mm obtenido de acuerdo con la norma AASHTO
387-80.
- Colocar la muestra en el plato de evaporación y
mezclar completamente con agua destilada en una
cantidad suficiente para llenar completamente los
huecos del suelo y dejar el suelo suficientemente
pastoso para colocarlo en el molde sin inclusión de
burbujas de aire.
Nota: La humedad necesaria para alcanzar la
consistencia requerida en suelos desmenuzables es
igual o ligeramente superior a wL y en suelos plásticos
puede exceder a wL hasta un 10%.
41. - Curar la muestra durante el tiempo necesario para
que las fases líquida y sólida se mezclen
homogéneamente.
Nota: En suelos de alta plasticidad este plazo no debe
ser menor que 24 h. En suelos de baja plasticidad este
plazo puede ser mucho menor y en algunos casos
puede eliminarse.
- Si se requiere determinar además el límite líquido,
tomar la muestra de ensaye de la porción de suelo.
42. - Recubrir el interior del molde con una capa delgada
de lubricante (por ejemplo, vaselina o aceite de silicón
para prevenir la adherencia de suelo al molde).
- Colocar una porción de suelo húmedo de
aproximadamente un tercio de la capacidad del molde
en el centro de este y extenderlo hasta los bordes,
golpeando el molde contra una superficie firme
recubierta con papel secante o similar.
- Agregar una porción similar a la primera y golpear el
molde hasta que el suelo este completamente
compactado y todo el aire atrapado suba a la superficie.
43. - Agregar material y compactar hasta que el molde este
completamente lleno y con exceso de suelo sobre el
borde.
- Enrasar con la regla y limpiar posibles restos de suelo
adherido al exterior del molde.
- Inmediatamente de enrasado, pesar el molde con el
suelo compactado. Restar la masa del molde
determinando la masa del suelo húmedo (mh).
Registrar aproximando a 0.01 g.
- Dejar secar lentamente al aire hasta que la pastilla de
suelo moldeado se despegue de las paredes del molde
o hasta que cambie de color oscuro a claro.
44. Nota: Se recomienda efectuar el ensaye, hasta el inicio
del secado, en cámara húmeda. Si no se cuenta con
este dispositivo se deben tomar todas las precauciones
necesarias para reducir la evaporación.
- Secar en horno a 1105 oC hasta masa constante.
Nota: El secado en horno a 1105 oC no entrega
resultados fiables en suelos que contienen yeso u otros
minerales que pierden fácilmente el agua de hidratación
o en suelos que contienen cantidades significativas de
materia orgánica. En estos casos es recomendable el
secado en horno a aproximadamente 60 oC.
- Pesar el molde con el suelo seco. Restar la masa del
molde determinando la masa del suelo seco (ms).
Registrar aproximando a 0.01 g.
- Determinar el volumen de la pastilla de suelo seco.
45. - Llenar la taza con mercurio hasta que desborde,
enrasar presionando con la placa de vidrio y limpiar los
restos de mercurio adheridos al exterior de la taza;
- Colocar la taza llena de mercurio sobre el plato de
evaporación, colocar el trozo de suelo sobre la
superficie del mercurio y sumergirlo cuidadosamente
mediante las puntas de la placa de vidrio hasta que
esta tope firmemente contra el borde de la taza. (Es
esencial que no quede aire atrapado bajo el trozo de
suelo ni bajo la placa de vidrio); y
- Medir el volumen de mercurio desplazado por el trozo
de suelo por pesada y dividiendo por la densidad del
mercurio (ﻻHg = 13,55 g/cm³ ), registrarlo como volumen
del trozo de suelo seco ( Vs), aproximando a 0,01cm³
(0,01ml).
46. - Calcular la humedad del suelo en el momento en que
fue moldeado de acuerdo con la fórmula siguiente,
aproximando al 0.1 %
w =( ( mh - ms ) / ms ) * 100
En que :
w = humedad del suelo en el momento que fue
moldeado, % ;
mh = masa del suelo húmedo, g ; y
ms= masa del suelo seco, g.
- Calcular el límite de contracción, del suelo de acuerdo con
la fórmula siguiente, aproximando al 1 %.
wS = w – ( ( (Vh - Vs ) * ﻻw) / ms ) * 100
47. wS = w – ( ( (Vh - Vs ) * ﻻw) / ms ) * 100
En que :
wS = límite de contracción, %;
w = humedad del suelo en el momento que fue
moldeado, %;
Vh = volumen de la pastilla de suelo húmedo,
cm3 (ml);
Vs = volumen de la pastilla de suelo seco, cm3
(ml);
ﻻw = densidad del agua, gr/cm3(gr/ml) ; y
ms = masa del suelo seco, g.
