Cap v limites consistencia_gm suelos_2020_ii

1
Límites de Consistencia
2021
MSc. Jorge Dueñas
Facultad de Geología Geofísica y Minas
UNSA
www.unsa.edu.pe
Email: jduenasr@unsa.edu.pe
2
Límites de Atteberg e Índices
de Consistencia

2
Tipos de Suelos
• Arcilla
 Se utiliza como revestimiento
de relleno sanitario para evitar
que el agua superficial se filtre
a través del relleno y continúe
hacia las fuentes de agua
subterráneas.
 Porque el agua no se mueve
muy bien a través de la
arcilla.
 Arena
 Se utiliza como material de
relleno donde se desea drenaje
y como material de
amortiguación debajo de losas
de concreto y tuberías.
 Porque el agua se mueve
bastante bien por la arena.
¿Por qué la consistencia de los suelos es
tan importante?
Porque los suelos se comportan de manera
diferente según el contenido de humedad;
Sólido,
Semisólido,
Plástico,
Líquido

4
¿Qué son los límites de Atterberg y para qué se utilizan?
Defina términos importantes.
• Los límites de Atterberg son los contenidos de agua, que
definen el grado de firmeza y consistencia de un suelo cohesivo.
• Límite Líquido, LL => Contenido de agua en el que el suelo
comienza a actuar como un líquido viscoso.
• Límite Plástico, PL => Contenido de agua por debajo del cual el
suelo no plastifica.
• Límite de Contracción, SL => Contenido de agua por debajo del
cual un secado adicional no produce cambios de volumen.
Índice de plasticidad.
PI = LL - PL
El índice de plasticidad representa el
rango de contenido de agua en el que el
suelo es plástico y estable.

5
10
Límites de Atterberg
La presencia de agua en los suelos de grano fino puede afectar
significativamente en el comportamiento geomecánico del suelo, por lo que se
necesita cuantificar estos índices a fin de identificar los efectos que pueden
generar en una determinada obra civil.
(Holtz and Kovacs, 1981)
En porcentaje

6
11
Límite Líquido, LL
Estado
Líquido
Límite Plástico, PL
Estado
Plástico
Límite de Contracción
(Shrinkage Limit), SL
Estado
Semisólido
Estado
Sólido
Suelo Seco
Suelo tipo
fluido
Incrmento
del
contenido
de
agua
• Límite Líquido (LL): humedad del suelo en el límite entre el estado semilíquido y
plástico
• Límite Plástico (LP): humedad del suelo en el límite entre plástico y semisólido
• Límite de Contracción (LS ): humedad máxima para la cual una reducción de la
humedad no causa variación en el volumen.

7
Línea A = 0,73 ( LL - 20 )
Línea U = 0,90 ( LL - 8 )
Carta de Plasticidad
14
Límite Líquido
Método del Penetrómetro
de Cono
(BS 1377: Parte 2: 1990:4.3)
•Este método ha sido desarrollado
por el Laboratorio de
Investigación de Transporte y
Carretera, Reino Unido.
•Ensayo Multipunto
•Un solo punto
Método de Casagrande
(ASTM D4318-95a)
•El profesor Casagrande
estandarizó la prueba y
desarrolló el dispositivo de
límite líquido.
•Ensayo Multipunto
•Un solo punto

8
15
Ensayo de corte
dinámico
Resistencia al corte es de
aprox. 1,7 ~ 2,0 kPa.
Succión de los poros es de
aprox 6,0 kPa.
(review by Head, 1992; Mitchell, 1993).
Tamaño de partícula y
agua
•Tamiz No.40 (0.425 mm).
•Uso del agua desionizada.
• El tipo y la cantidad de
cationes pueden afectar
significativamente los
resultados medidos.
Límite Líquido
16
N=25 golpes
Distancia de
cierre= 12.7mm (0.5
in)
(Holtz and Kovacs,
1981)
El contenido de agua (en porcentaje), son necesarias para cerrar una distancia de 0,5
pulgadas (12,7 mm) a lo largo de la parte inferior de la ranura después de 25 golpes
se define como el límite líquido

9
17
 
.
log
)
(
/
log
,
1
2
2
1
cont
N
I
w
value
positive
a
choose
N
N
w
w
I
index
Flow
F
F





N
w
•Multipuntos
Das, 1998
18
•Un punto
• Asume una pendiente constante
de la curva del flujo.
• La pendiente es el resultado
estadístico de 767 pruebas de
límite líquido.
Limitaciones:
•  es un coeficiente empírico, por
lo que no siempre es 0.121.
• Los buenos resultados se pueden
obtener en el rango de 20 a 30
golpes.
121
.
0
tan
25
tan












content
moisture
ing
correspond
w
blows
of
number
N
N
w
LL
n
n

10
19
Método del Penetrómetro de Cono
Dispositivo
(Head, 1992)
Este método ha sido desarrollado por el Laboratorio de Investigación
de Transporte de USA.
20
•Método Multipunto
Water content w%
Penetration
of
cone
(mm)
20 mm
LL

11
21
44
094
.
1
40
LL
,
094
.
1
Factor
%,
40
w
,
mm
15
depth
n
Penetratio






(Review by Head, 1992)
•Método de un Punto (relación empírica)
Ejemplo:
22
Comparación
Littleton and Farmilo, 1977 (from Head, 1992)
Una buena
correlación entre
los dos métodos
pueden ser
observados cuando
LL es menor a 100.

12
23
Límite Plástico-PL
Es la humedad a partir de la cual un suelo deja de tener un
comportamiento frágil para pasar a tenerlo plástico, es decir, la
humedad límite entre el estado sólido y el plástico. A partir de esta
humedad, el suelo puede sufrir cambios de forma irreversibles sin
llegar a fracturar, y por debajo de esta el suelo no presenta
plasticidad.
Es el contenido de agua en el que un “hilo” de suelo con 3,2 mm de
diámetro empieza a desmoronarse.
ASTM D4318-95a, BS1377: Parte 2:1990:5.3
(Holtz and Kovacs,
1981)
Cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado plástico.
24
Límite de Contracción o Retracción -SL
El contenido de agua
en el que el volumen
de suelo deja de
cambiar y se
contrae al perder
humedad.
(Das, 1998)
SL

13
25
(Das,
1998)
Volúmen del Suelo: Vi
Masa del Suelo: M1
Volúmen del Suelo : Vf
Masa del Suelo : M2
)
100
)(
(
M
V
V
)
100
(
M
M
M
(%)
w
(%)
w
SL
w
2
f
i
2
2
1
i








 








 




Límite de Contracción -SL
26
• "Aunque el límite de contracción fue una clasificación popular
durante la década de 1920, la cual está sujeta a una gran
incertidumbre y por lo tanto ya no es comúnmente llevada a
cabo."
• "Uno de los mayores problemas con el ensayo de límite de
contracción es que la cantidad de contracción no sólo depende de
el tamaño de grano, sino también en la fábrica inicial del suelo. El
procedimiento habitual es empezar con el contenido de agua
cerca del límite líquido. Sin embargo, especialmente con arcillas
arenosos y limosos, esto a menudo resulta en un límite de
contracción mayor que el límite de plástico, el cual no tiene
sentido. Casagrande sugiere que el contenido inicial de agua debe
ser ligeramente mayor que el PL, si es posible, pero hay que
admitir que es difícil evitar atrapar burbujas de aire. "(De Holtz
y Kovacs, 1981)
Límite de Contracción -SL

14
27
Valores Típicos del Límite de Atterberg
(Mitchell, 1993)
28
Índices
Índice Plástico PI
• Para describir el rango de
contenido de agua sobre la
cual un suelo es plástico
• PI = LL – PL
Índice Líquido LI
• Para escalar el contenido
natural de agua de una
muestra de suelo a los límites.
content
water
the
is
w
PL
LL
PL
w
PI
PL
w
LI





LI <0 (A), brittle fracture if sheared
0<LI<1 (B), plastic solid if sheared
LI >1 (C), viscous liquid if sheared
Liquid Limit, LL
Liquid State
Plastic Limit, PL
Plastic State
Shrinkage Limit, SL
Semisolid State
Solid
State
PI
A
B
C

15
29
Sensitividad St (para arcillas)
da
nodisturba
te
cor
sistencia
disturbada
sistencia
da
nodisturba
sistencia
St
tan
Re
)
(
Re
)
(
Re

(Holtz and Kavocs, 1981)
Partícula
de arcilla
Agua
w > LL
Índices
30
Actividad A
• (Skempton, 1953)
mm
arcilla
fraccción
peso
arcilla
fracción
PI
A
002
.
0
:
)
(
%


• Arcillas normales: 0.75<A<1.25
• Arcillas inactivas: A<0.75
• Arcillas activas: A> 1.25
• Alta actividad:
•Grandes cambios de volumen cuando se
humedece
•Contracción larga cuando se seca
•Muy reactiva (químicamente)
Propósito
Tanto el tipo y la cantidad de
arcilla en los suelos
afectarán a los límites de
Atterberg.
Mitchell, 1993
Índices

16
31
Clasificación del Suelo
• Los límites de Atterberg por lo general están correlacionadas
con algunas propiedades de la ingeniería tales como: la
permeabilidad, compresibilidad, resistencia al corte, y otros.
• En general, las arcillas con alta plasticidad tienen baja permeabilidad, y son
difíciles de ser compactados.
• Los valores del SL pueden utilizarse como un criterio para evaluar y prevenir el
agrietamiento excesivo de los liners de arcilla en una presa o canal.
Aplicaciones en la Ingeniería
El límite de Atterberg
nos permite clasificar a
suelos arcillosos.
Ejemplos Prácticos

17
Dispositivo de prueba
de límite de líquido
Source: humboldtmfg.com
Coloque una porción de la pasta en la taza del
dispositivo de límite de líquido.
Nivele la mezcla para que tenga una profundidad
máxima de 1 cm.
Source: fhwa.dot.gov
Límite Líquido

18
máxima de 1 cm.
Dibuje la herramienta de ranurado a través de la
muestra a lo largo del eje simétrico de la copa,
sosteniendo la herramienta perpendicular a la copa.
Límite Líquido
máxima de 1 cm.
Para suelos normales de grano fino: la herramienta de
Casagrande se utiliza para cortar una ranura de 2 mm
de ancho en la parte inferior, 11 mm de ancho en la
parte superior y 8 mm de profundidad.
Para suelos arenosos: la herramienta ASTM se utiliza
para cortar una ranura de 2 mm de ancho en la parte
inferior, 13,6 mm de ancho en la parte superior y 10
mm de profundidad.
Límite Líquido

19
máxima de 1 cm.
Para suelos normales de grano fino: la herramienta de
Casagrande se utiliza para cortar una ranura de 2 mm
de ancho en la parte inferior, 11 mm de ancho en la
parte superior y 8 mm de profundidad.
Para suelos arenosos: la herramienta ASTM se utiliza
para cortar una ranura de 2 mm de ancho en la parte
inferior, 13,6 mm de ancho en la parte superior y 10
mm de profundidad.
Después de cortar la capa de suelo con una
herramienta de ranura adecuada, el mango se gira a
una velocidad de aproximadamente 2 revoluciones por
segundo y el no. de golpes contados, hasta que las
dos partes de la muestra de suelo entren en contacto
durante unos 10 mm de longitud.
Límite Líquido
herramienta de ranurado adecuada, el mango
se gira a una velocidad de aproximadamente 2
revoluciones por segundo y el no. de golpes
contados, hasta que las dos partes de la
muestra de suelo entren en contacto durante
unos 10 mm de longitud.
Source: denichsoiltest.com
Source :people.wku.edu
Límite Líquido

20
Tome aproximadamente 10 g de suelo cerca de
la ranura cerrada y determine su contenido de
agua.
Límite Líquido
agua.
La muestra de suelo de la taza se transfiere al
plato que contiene la pasta de suelo y se mezcla
bien después de agregar un poco más de agua.
Repite la prueba.
Límite Líquido

21
agua.
La muestra de suelo de la taza se transfiere al
plato que contiene la pasta de suelo y se mezcla
bien después de agregar un poco más de agua.
Repite la prueba.
Alterando el contenido de agua del suelo y
repitiendo las operaciones anteriores, obtenga
al menos 5 lecturas en el rango de 15 a 35
golpes. No mezcle el suelo seco para cambiar su
consistencia.
Límite Líquido
El límite de líquido se determina
trazando una "curva de flujo" en
un gráfico semilogarítmico, con el
Nro de golpes en la abscisa
(escala logarítmica) y el contenido
de agua en la ordenada y se traza
la mejor línea recta a través de los
puntos graficados.
Source: engineeringcivil.com
Límite Líquido

22
Se realiza una prueba de límite de líquido en una
muestra de arcilla que tiene un contenido de agua
del 37,2%. Si la muestra de arcilla requiere 30 golpes
para que la ranura alcance el cierre, ¿cuál es el límite
líquido de esta arcilla?
Ejemplo - Límite Líquido
 Dado: Wc = 37.2% , n = 30

23
 Dado: Wc = 37.2% , n = 30
 Se calcula el límite líquido, LL:
 Dado: Wc = 37.2% , n = 30
 Se calcula el límite líquido, LL:
0
.
38
25
100
121
.
0










n
Wc
LL

24
De la muestra de 20 g, seleccione una
muestra de 1,5 a 2 g para la prueba.
denichsoiltest.com
Source: rdl.train.army.mil
Prueba de Límite Plástico
Enrolle la muestra de prueba entre la
palma o los dedos sobre la placa de
vidrio esmerilado hasta obtener una
rosca de diámetro uniforme.
denichsoiltest.com
Límite Plástico

25
Continúe enrollando el hilo hasta que
alcance un diámetro uniforme de 3,2 mm
o 1/8 pulg.
Cuando el hilo tenga un diámetro de 1/8
de pulgada, conviértalo en una bola.
denichsoiltest.com
Límite Plástico
o 1/8 pulg.
Repita los pasos 2 a 5 hasta que el hilo
se desmorone cuando alcance un
diámetro uniforme de 1/8 pulg.
denichsoiltest.com
Límite Plástico

26
o 1/8 pulg.
Repita los pasos 2 a 5 hasta que el hilo
se desmorone cuando alcance un
diámetro uniforme de 1/8 pulg.
Cuando el suelo alcanza el punto en el
que se desmorona, y cuando el hilo tiene
un diámetro uniforme de 1/8 ", está en
su límite plástico. Determine el contenido
de agua del suelo.
denichsoiltest.com
Límite Plástico
Una arcilla azul de 30 pies de espesor está debajo de
una arena densa. La arcilla tiene un límite plástico de
20, un índice de plasticidad de 40 y un contenido de
agua del 55%. • ¿Cuáles son las características de
resistencia de esta capa de arcilla azul? • Comente
sobre la idoneidad de la capa de arcilla para sostener
un edificio de oficinas de 8 pisos.
Ejm - Límite Plástico

27
Una arcilla azul de 30 pies de espesor está debajo de
una arena densa. La arcilla tiene un límite plástico de
20, un índice de plasticidad de 40 y un contenido de
agua del 55%. • ¿Cuáles son las características de
resistencia de esta capa de arcilla azul? • Comente
sobre la idoneidad de la capa de arcilla para sostener
un edificio de oficinas de 8 pisos.
 Dado: PL = 20, PI = 40, Wc = 55%
Una arcilla azul de 30 pies de espesor está debajo de una arena
densa. La arcilla tiene un límite plástico de 20, un índice de
plasticidad de 40 y un contenido de agua del 55%. • ¿Cuáles
son las características de resistencia de esta capa de arcilla
azul? • Comente sobre la idoneidad de la capa de arcilla para
sostener un edificio de oficinas de 8 pisos.
 Dado: PL = 20, PI = 40, Wc = 55%
 Calcule el Límite Líquido, LL:

28
 Dado: PL = 20, PI = 40, Wc = 55%
 LL = PL + PI = 60
 Dado: PL = 20, PI = 40, Wc = 55%
 LL = PL + PI = 60
 El contenido de agua está muy cerca del límite de líquido, por lo
que se espera que la resistencia de la arcilla azul sea pequeña.
Como resultado, la capa no es adecuada para soportar edificios de
altura media y alta.

29
Una capa de arcilla tiene un límite plástico de 40 y un
límite líquido de 75. ¿Cuál es el índice de plasticidad de
la capa? Comente la idoneidad de la capa como material
de base si la capa tiene un contenido de agua del 30%.
 Dado: PL = 40 LL = 75 wc = 30%

30
 Dado: PL = 40 LL = 75 wc = 30%
 Calculo del Indice Plástico, PI:
 Dado: PL = 40 LL = 75 wc = 30%
 Calculo del Indice Plástico, PI:
 PI = LL − PL PI = 35

31
 Dado: PL = 40 LL = 75 wc = 30%
 Paso 1 1: Calculo del PI:
 PI = LL − PL PI = 35
 Dado que el contenido de agua es menor que el límite plástico,
la capa de arcilla se comporta como semisólida. Indica que el
suelo tiene suficiente resistencia como material de cimentación
para soportar edificios de mediana a gran altura.
Preguntas?

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