CONCEPTOS TEÓRICOS

GEOTECNIA
Trabajo Práctico: LÍMITES DE CONSISTENCIA O LÍMITES DE ATTERBERG.
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BEVILACQUA, Gustavo L.
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CONCEPTOS TEÓRICOS.
Una de las características mas importantes de las arcillas de su plasticidad. La magnitud de
la plasticidad que presenta una arcilla depende de su composición mineralogía y contenido de
humedad. Además, la consistencia de una arcilla natural varia de acuerdo con el contenido de
humedad, desde un estado sólido en condición seca, pasando por un estado semisólido para
bajos contenidos de humedad en que el suelo se desmorona y no presenta plasticidad, pasando
también por un estado plástico para alto contenido de humedad, hasta llegar finalmente a un
estado esencialmente líquido para contenidos de humedad muy altos.
El contenido de humedad para el cual la consistencia cambia de un estado a otro varia de
una arcilla a otra, dependiendo de la cantidad y del tipo de mineral de la arcilla presente. Puesto
que la humedad es una propiedad que se mide fácilmente, se desarrollo un método de
clasificación de las arcillas basados en estos contenidos de humedad límites.
Como el cambio de un estado de consistencia a otro es gradual, para satisfacer los
requerimientos de un sistema de clasificación estándar fue necesario establecer límites
arbitrarios entre los diferentes estados. Esto se denominan “LIMITES DE ATTERBERG”, que se
muestran en la figura siguiente.
Ws
estado
sólido
Wp
Estado semisólido
o sin plasticidad
Wl
Estado
plástico
Estado
Líquido
Incremento de humedad.
Es importante destacar que los límites de ATTERBERG son simplemente contenidos de
humedad.
Donde:
Ws = límite de retracción, que se define como el cambio del estado sólido al estado
semisólido o estado no plástico.
Wp = límite plástico, que se define como el cambio entre el estado no plástica y el
estado plástico.
Wl = límite líquido, que se define como el cambio del estado plástico al estado
líquido.
ENSAYO: LÍMITE LÍQUIDO “Wl”
Definición: Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un
material plástico, y esta a punto de cambiar su comportamiento al de un fluido viscoso (plasticidad,
se define como la propiedad de un suelo por la cual se deforma rápidamente, sin rebote elástico, sin
variación de volumen, desmoronarse ni agrietarse)
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Es una medida de la resistencia al corte de un suelo para un determinado contenido de
humedad. Empíricamente se demuestra que el límite líquido representa un valor de resistencia al
corte entre 20 y 25 gr/cm2 ó 2 y 2.5 kpa
Pero el objetivo primordial, por el cual se lo utiliza ampliamente en todas las regiones del
mundo es a los efectos de identificar y clasificar los suelos.
Para poder establecer valores comparables y reproducibles de estos límites, se propuso que el
límite líquido (Wl) se definiera arbitrariamente como el contenido de humedad al cual una masa
de suelo húmedo colocado en un recipiente en forma de cazuela de bronce, separada en dos por
la acción de una herramienta para hacer la ranura patrón, y dejarla caer desde una altura de un
centímetro, sufra después de dejarla caer 25 veces un cierre de la ranura en una longitud de 13
mm.
Pueden enumerarse algunas variables que afectan el resultado de la prueba o el número de
golpes requerido para cerrar la ranura patrón en una longitud de 13 mm.
1. tamaño de la masa del suelo contenido en la cazuela de bronce (espesor y cantidad)
2. Velocidad con que se dan los golpes ( debería ser de 120 revoluciones / smin.)
3. Estado de limpieza de la cazuela, antes de colocar la pasta de suelo.
4. Tipo de material utilizado como base del aparato ocea la superficie contra la cual se
debe golpear la cazuela.
5. Ajuste o calibración de la altura de caída de la cazuela (debe ser exactamente de 1cm)
6. Tipo de herramienta ranuradadora utilizada
Los ensayos de límites de ATTERBERG deben hacerse sobre suelos tamizados a través de la
malla Nº 40. comúnmente, el suelo traído del campo se encuentra en un estado de humedad muy
alto para pasar a través de la malla Nº 40. Es entonces posible secar al aire el suelo para obtener
la fracción de suelo que pasa e tamiz 40. Si en cambio, el suelo es secado a estufa el valor del
límite líquido obtenido por este procedimiento, generalmente disminuye, y por consiguiente debe
evitarse como técnica.
Debido a que la determinación del límite líquido siguiendo la definición (% de humedad
correspondiente al cierre de 13mm de la ranura realizada con la herramienta patrón luego de 25
golpes) seria realmente fortuito el poder encontrar este contenido de humedad en un tiempo
razonable, se han investigado alternativas metodológicas que insumen menos tiempo.
En una de estas variables, se sigue el siguiente procedimiento: si el surco no se cierra a los 25
golpes, sino antes o después de ellos y el número de golpes esta comprendido entre 10 y 40, se
toma una muestra del suelo de la parte en que se han juntado los bordes, y se determina su
humedad.
A continuación se repite el ensayo añadiendo mas agua, o extendiendo la pasta para que se
seque, con vista a obtener otro punto en el entorno de 25 golpes.
Este procedimiento se repite entre 3 y 6 veces (distribuyendo a ambos lados de los 25 golpes)
se dibuja en un diagrama semilogarítmico en la que figura en abcisa el log. del Nº de golpes y
en ordenada la humedad. El lugar
geométrico de los puntos resultantes
W%
insinúan una variación de
comportamiento lineal. Se traza la
recta que mejor se adapta a estos
puntos, y donde corta a la ordenada
correspondiente a los 25 golpes, se
lee la humedad del límite líquido.
Log del Nº de golpes
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otra alternativa es establecer a partir de un solo ensayo el límite líquido, utilizando la
siguiente ecuación:
N
Wl  WN . .tg
 25 
donde WN = Contenido de humedad al número de golpes
“N” obtenido en el ensayo.
Para esta serie de valores de límite líquido, se encontró que tg = 0.121 resulto una buena
aproximación, de donde se puede expresar la anterior ecuación como:
N
Wl  WN . .0.121
 25 
Bastaría, entonces, con la realización de una sola determinación a los efectos de poder
encontrar el límite líquido. Este método que se clasifico por mucho tiempo como aproximado,
era ejecutado haciendo dos extracciones de suelo de la cápsula y por ende dos determinaciones
de humedad, a los efectos de lograr reducir el error en la determinación de humedad.
El resultado de este método se dibuja en una escala doble logarítmica. En la parte inferior de
la misma, hay una línea de puntos y corresponde a una pendiente de 0.21 (tg = 0.121)
A partir del punto que representa el promedio de las humedades se traza una paralela a la
recta descripta anteriormente hasta cortar a la ordenada correspondiente a los 25 golpes.
Naturalmente lo más exacto es trazar la paralela a la recta dada que mejor se adapte al
máximo número de puntos, pero hay que llegar a un equilibrio con la economía. Por lo cual
ahora se utiliza a tres puntos, encontrando la paralela que mejor se adapte o trazando paralelas
por cada punto y promediar las ordenadas a 25 golpes.INSTRUMENTAL.
Cascador de casagrande: consta de un casquete esférico (de bronce), que gira entorno a
un eje unido a una base y manivela con excéntrico, que eleva el casquete.
El casquete tiene un radio exterior de 54 cm, espesor 2mm, y pesa 200 gr.
foto
Acanalador: Elemento usado para dividir en dos partes la muestra de suelo colocada en
el casquete, y tiene una forma trapecial.
En el mango posee un borde que se utiliza para calibrar el cascador.
foto
Espátula: Se utiliza para colocar la muestra en el casquete y luego nivelarla
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PROCEDIMIENTO:
1. Se toma una muestra de suelo, que fue puesta a secar al aire, la semana anterior
teniendo presente que este debe estar pulverizado de manera tal que no contenga
grumos, puesto que estos causarían un error, debido a que no pasarían por el tamiz Nº
40, quedando retenidos coma granos.
2. Tamizar el suelo a través del tamiz Nº 40, aproximadamente un peso de 200 gs.
3. Se mezcla el suelo con una pequeña cantidad de agua hasta obtener un color
uniforme, una vez que la masa es homogénea se coloca parte de ella en la cazuela del
aparato de Casagrande.
4. Una vez puesta la muestra de suelo en la cazuela, se empareja la superficie con una
espátula, y mediante el uso de la herramienta ranuradora cortar una ranura clara,
recta, que separe completamente la masa de suelo en dos partes.
5. Se le da vuelta a la manivela del aparato, a razon de dos golpes por segundos hasta
que las paredes del suelo se unan en su base, con una longitud de aproximadamente
13 mm de separación entre las uniones mencionadas.
6. Si el número de golpes necesarios para que se unan las partes, es superior a 40 ó
inferior a 10, se debe desechar la muestra y comenzar de nuevo con el ensayo,
agregando suelo con menor contenido de humedad, ó añadir agua según corresponda,
hasta lograr que el número de golpes necesario para unir el suelo caiga entre los
limites estipulados.
7. Es más comodo empezar con una muestra tal que el Nº de golpes sea mayor (menos
fluida), para luego ir aumentando el % de humedad, incorporándole agua a la mezcla
y por ende se va disminuyendo el Nº de golpes necesarios para unir 12 mm la ranura.
8. Cuando el número de golpes es válido, se toma una muestra de suelo de donde se
cerró la ranura para determinarle el contenido de humedad.
9. Cuando se halla tomado al menos una muestra con mas de 25 golpes y otra con
menos de 25 golpes, se da por terminado el ensayo, sin descartar ninguna de las
pruebas realizada entre medio de estos valores, ya que son todos útiles.
CALCULO:
1. Se determina el contenido de humedad.
2. Dibujar en un papel doble logarítmico, los puntos correspondientes a cada ensayo, y
trazar una recta paralela a la de trazo, que mejor se adapte a todos los puntos
marcados.
3. Puede calcularse también aritméticamente, a partir de la formula siguiente:
N
Wl  WN . .0.121
 25 
ENSAYO: LÍMITE PLÁSTICO “Wp”
El límite plástico se ha definido arbitrariamente como el contenido de humedad del suelo al
cual un cilindro o bastoncito se rompe o resquebraja, cuando se enrolla a un diámetro de 3 mm. o
aproximadamente de 3 mm. Esta prueba es bastante más subjetiva que el ensayo del límite líquido,
pues la definición del resquebrajamiento y del diámetro de 3 mm estará sujeta a la interpretación
de cada operario.
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El diámetro puede establecerse por comparación con un alambre común del mismo diámetro.
Se ha encontrado que los valores del límite plástico para un mismo tipo de suelo se pueden
reproducir, por diferentes laboratoristas, dentro de un rango del 1 al 3 0/00.PROCEDIMIENTO:
Se utilizará una muestra del mismo suelo utilizado para el límite líquido según las siguientes
operaciones:
1. Se toma aproximadamente 15 gr. de suelo que pasa por el tamiz Nº 40 (ya que esta
última era una condición para el límite líquido), y también debe ser preferentemente
del ensayo realizado del límite antes mencionado.
2. Amasar hasta que se pueda formar una bola o elipsoide de suelo sin que se pegue
demasiado a los dedos.
3. Rolar el suelo con los dedos sobre una placa de vidrio o sobre un pedazo de papel,
colocado a su vez sobre una superficie lisa, con presión suficiente para moldearlo en
forma de cilindro o hilo de diámetro uniforme.
4. Si al llegar, el cilindro al diámetro de unos 3 mm no se ha agrietado, de vuelve ha
hacer una bola de suelo y se repite el proceso hasta que se desmorone o agriete,
precisamente con dicho diámetro.
Aquellos suelos en que es muy difícil o imposible obtener el límite plástico (arenas o
limos arenosos), se los denomina como: no plásticos.
5. Colocar los cilindros en un pesafiltro, y continuando la operación hasta obtener una
cantidad suficiente de bastoncitos. El pesafiltro se debe mantener cerrado para no
perder la humedad de la muestra mientras se preparan los demás bastoncitos.
6. Pesa el pesafiltro y anotar su peso húmedo.
7. Llevar la muestra a estufa, durante 24 hs. teniendo presente que se debe destapar el
recipiente en esta última para que así pueda perder la humedad, y posteriormente
pesando esta, se puede determinar por diferencia de pesadas el porcentaje de
humedad correspondiente al límite plástico.
CALCULO:
Límite plástico:
Ww
Wp 
.100
Wd
donde:
Wp = límite plástico.
Ww = peso del agua.
Wd = peso del suelo seco.
Índice de plasticidad:
Ip = Wl - Wp
donde:
Ip = Índice de plasticidad.
Wl = límite líquido.
Wp = límite plástico
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LÍMITE DE CONTRACCIÓN: Es el porcentaje de humedad para el cual el suelo, en el
proceso de secado, mantiene su volumen constante (el suelo no se contrae).
INSTRUMENTAL:
 Cápsula metálica de volumen conocido, con un diámetro igual a 43 mm; altura
interior 12.7 mm.
 Recipiente cilindrico de vidrio con un diámetro igual a 50.8 mm, altura igual a 25
mm, borde superior parejo y paralelo a la base.
 Placa de vidrio plana de 76 mm de arista, con tres puntas metálicas salientes
PROCEDIMIENTO:
1. Se toma 50 gr. de suelo que pasa por el tamiz Nº 40, con una humedad
aproximada al límite líquido.
2. Se llena la cápsula con la muestra, comenzando por las orillas para que no
queden burbujas de aire, las que alteran el volumen.
El llenado se produce en tres etapas, golpeando la capsula en cada una de ellas,
en una superficie de caucho, para evacuar el aire, el excedente se retira con una
regla metálica, y se limpia el recipiente por fuera.
3. Se pesa el conjunto, recipiente mas suelo húmedo (P).
4. Se deja secar el suelo a temperatura ambiente durante 24 hs. (hasta que
cambie el color de la muestra, tomando un tono claro); llevándolo luego a
estufa a 110 ºC, hasta peso constante.
5. Se determina el volumen de la cápsula (igual volumen del suelo húmedo),
llenándolo por su alrededor de mercurio (Hg), se remueve el exceso y se pesa
la masa del mercurio, luego:
V 
PHg
 Hg
este volumen se anota como volumen de suelo húmedo
6. Se mide el volumen de la pastilla de suelo, para esto se sumerge la misma en
mercurio, midiendo el mercurio desalojado; este se anota como volumen de
suelo seco.
Se usa mercurio por que no moja al suelo.
Se sumerge la pastilla en un recipiente lleno de mercurio. Se presiona
fuertemente la placa de vidrio sobre el borde del vaso, las puntas metálicas no
distorsionan la medida de la pastilla, ya que las mismas estan incluidas en el
volumen inicial del mercurio.
7. El límite de contracción se calcula:
Wc  W 

V  Vs w .100
Ps
donde: Wc = porcentaje de humedad que quedo en el momento de contraerse.
W = porcentaje de humedad calculado
V = volumen del suelo húmedo
Vs = volumen del suelo secado a estufa
w = peso especifico del agua
Ps = peso del suelo seco
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(V – Vs).w indica el peso del agua que ocupa el volumen retraído
el segundo termino ((V – Vs).w / Ps)x100indica el % evaporado.