Límites de Consistencia

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1 Introducción Los suelos que poseen algo de cohesión, según su naturaleza y cantidad de agua, pueden presentar propiedades que lo incluyan en el estado sólido, semi-sólido, plástico o semi-líquido. El contenido de agua o humedad límite al que se produce el cambio de estado varía de un suelo a otro. El método usado para medir estos límites se conoce como método de Atterberg y los contenidos de agua o humedad con los cuales se producen los cambios de estados, se denominan límites de Atterberg. Ellos marcan una separación arbitraria, pero suficiente en la práctica, entre los cuatro estados mencionados anteriormente. 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 se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden existir 4 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. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados límites de Atterberg. En el presente Informe se dará a conocer el método utilizado en la medición correspondiente del Límite Líquido, Límite Plástico, e Índice de Plasticidad, correspondiente al Ensaye de Atterberg, considerando la consistencia de un suelo que disminuirá o aumentará dependiendo de la cantidad de su componente líquido. Una vez disminuida la humedad en el suelo arcilloso líquido, pasará gradualmente a estado plástico.

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Práctica de limites de consistencia correspondiente a la materia de comportamiento de suelos de la Universidad Autónoma de Chiapas.

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Introducción

Los suelos que poseen algo de cohesión, según su naturaleza y cantidad de agua,

pueden presentar propiedades que lo incluyan en el estado sólido, semi-sólido,

plástico o semi-líquido. El contenido de agua o humedad límite al que se produce el

cambio de estado varía de un suelo a otro.

El método usado para medir estos límites se conoce como método de Atterberg y

los contenidos de agua o humedad con los cuales se producen los cambios de

estados, se denominan límites de Atterberg. Ellos marcan una separación arbitraria,

pero suficiente en la práctica, entre los cuatro estados mencionados anteriormente.

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 se basan en el concepto de que

en un suelo de grano fino solo pueden existir 4 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. Los contenidos de humedad en los puntos

de transición de un estado al otro son los denominados límites de Atterberg.

En el presente Informe se dará a conocer el método utilizado en la medición

correspondiente del Límite Líquido, Límite Plástico, e Índice de Plasticidad,

correspondiente al Ensaye de Atterberg, considerando la consistencia de un suelo

que disminuirá o aumentará dependiendo de la cantidad de su componente líquido.

Una vez disminuida la humedad en el suelo arcilloso líquido, pasará gradualmente

a estado plástico.

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Marco Teórico

-Generalidades.

Los límites de Atterberg o límites de consistencia 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 puede encontrar en

un estado sólido, semisólido, plástico, semilíquido y líquido. La arcilla, por ejemplo

al agregarle agua, pasa gradualmente del estado sólido al estado plástico y

finalmente al estado líquido.

El contenido de agua con que se produce el cambio de estado varía de un suelo a

otro y 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.

El método usado para medir estos límites de humedad fue ideado por Atterberg a

principios de siglo a través de dos ensayos que definen los límites del estado

plástico.

Los límites de Atterberg son propiedades índices de los suelos, con que se definen

la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo.

-Plasticidad y Límites de consistencia.

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. Para definir las

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fronteras en esos estados se han realizado muchas investigaciones, siendo las más

conocidas las de Terzaghi y Atterberg.

Para calcular los límites de Atterberg el suelo se tamiza por la malla Nº40 y la poción

retenida es descartada.

Límite Líquido (LL). Es la frontera comprendida entre los estados Semi-líquido y

Plástico, definiéndose como el contenido de humedad que requiere un suelo

previamente remoldeado, en el que al darle una forma trapecial sus taludes fallen

simultáneamente, cerrándose la ranura longitudinalmente 13mm., sin resbalar sus

apoyos, al sufrir el impacto de 25 golpes consecutivos, con una frecuencia de 2

golpes por segundo, en la Copa de Casagrande, teniendo una altura de caída de 1

cm. El Límite Liquido, se define también como el contenido de humedad que

requiere un suelo para presentar una resistencia al esfuerzo cortante de

aproximadamente 25 gr/cm2 independientemente de su mineralogía. El límite

líquido está definido, como el contenido de humedad con el cual una masa de suelo

colocada en un recipiente en forma de cuchara (aparato de Casagrande), se separa

con una herramienta patrón (ranurador), se deja caer desde una altura de 1 cm. y

sufre el cierre de esa ranura en 1 cm. después de 25 golpes de la cuchara contra

una base de caucho dura o similar. Casagrande (1932), determinó que el límite

líquido es una medida de resistencia al corte del suelo a un determinado contenido

de humedad y que cada golpe necesario para cerrar el surco, corresponde a un

esfuerzo cortante cercano a 1 gr/cm

Límite Plástico (LP). Es definido como la frontera comprendida entre el estado

plástico y semi-sólido. Se define como el contenido de humedad que posee un

cilindro de material en estudio de 11 cm. de longitud y 3.2 mm de diámetro (formado

al girarlo o rolarlo con la palma de la mano sobre una superficie lisa) al presentar

agrietamientos en su estructura. El límite plástico se ha definido arbitrariamente

como el contenido de humedad del suelo al cual un cilindro de éste, se rompe o

resquebraja al amasado presentando un diámetro de aproximadamente 3 mm. Esta

prueba es bastante subjetiva, es decir, depende del operador, el cual debe ayudarse

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con un alambre u otro material de 3 mm de diámetro para hacer la comparación y

establecer el momento en que el suelo se resquebraja y presenta el diámetro

especificado.

Límite de Contracción (LC). Es la denominación que recibe arbitrariamente el

material que se encuentra entre los estados semi-sólido y sólido, quedando definido

su valor con el contenido de humedad que tiene el suelo, en el cual tras un secado

posterior ya no provoca disminución de volumen.

-Objetivo.

Estas pruebas permiten conocer las características de plasticidad de la porción de

los materiales para terracerías que pasan la malla N°40 (0.425 mm), cuyos

resultados se utilizan principalmente para la identificación clasificación de los

suelos. Las pruebas consisten en determinar el límite líquido, es decir, el contenido

de agua para el cual un suelo plástico adquiere una resistencia al corte de 2,45 KPa

(25 g/cm2); éste se considera como la frontera entre los estados semilíquido y

plástico. El límite plástico o el contenido de agua para el cual un rollito se rompe en

tres partes al alcanzar un diámetro de 3 mm; éste se considera como la frontera

entre los estados plástico y semisólido. El índice plástico se calcula como la

diferencia entre los límites líquido y plástico.

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Desarrollo de la práctica.

-Equipo y materiales.

El equipo para la ejecución de las pruebas estará en condiciones de operación,

calibrado, limpio y completo en todas sus partes. Todos los materiales por emplear

serán de calidad, considerando siempre la fecha de su caducidad.

1.- Malla N°40

Fabricada con alambres de bronce o de acero inoxidable, tejidos en forma de

cuadrícula, con abertura nominal de 0,425 mm, que cumpla con las tolerancias

indicadas en la Tabla 1 del Manual M·MMP·1·06, Granulometría de Materiales

Compactables para Terracerías. El tejido estará sostenido mediante un bastidor

circular metálico, de lámina de bronce o latón, de 206 ± 2 mm de diámetro interior y

68 ± 2 mm de altura, sujetando la malla rígida y firmemente mediante un sistema de

engargolado de metales, a una distancia de 50 mm del borde superior del bastidor.

2.- Copa de Casagrande

Calibrada para una altura de caída de 1 cm, provista de un ranurador plano, con las

características que se indican en la Figura 1 de este Manual.

3.- Balanza

De 2 000 g de capacidad y aproximación de 0,01 g.

4.- Horno

Eléctrico o de gas, con termostato capaz de mantener una temperatura constante

de 105 ± 5°C.

5.- Desecador

De cristal, de tamaño adecuado según las dimensiones de los recipientes que

contendrán las muestras de prueba, con cloruro de calcio anhidro como elemento

desecador.

6.- Vaso o recipiente

De 0,5 L de capacidad.

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7.- Capsula de porcelana

De 12 cm de diámetro.

8.- Espátula flexible

De acero inoxidable, de 7,5 cm de longitud y 2 cm de ancho, con punta redonda.

9.- Cuentagotas

De vidrio o metal.

10.- Vidrios de Reloj

Refractarios para el secado del material.

11.- Paño

De material absorbente, de 60 x 60 cm.

12.- Placa de vidrio

Con dimensiones mínimas de 40 × 40 cm por lado y 0,6 cm de espesor.

13.- Alambre de acero

De 3 mm de diámetro y 10 cm de longitud.

-Calibración del equipo.

Antes de cada prueba se verificará que la

altura de caída de la copa de Casagrande

sea de 1 cm, utilizando para ello el mango

calibrado del ranurador, que tiene

precisamente esa dimensión. Si la altura de

caída es diferente, el aparato debe

corregirse mediante los tornillos de ajuste.

-Preparación de la muestra.

- De la muestra del material se aparta, de acuerdo con el procedimiento

indicado en el Manual M·MMP·1·03, Secado, Disgregado y Cuarteo de Muestras,

una porción de tamaño tal que, una vez cribada en forma manual por la malla N°40

(0,425 mm), se obtengan aproximadamente 300.g del material que pase esa malla;

éste se coloca en una charola.

Figura 1. Calibración de Copa de Casagrande.

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- Se separan aproximadamente 250 g, de acuerdo con lo indicado en el Manual

M·MMP·1·03, Secado, Disgregado y Cuarteo de Muestras; se obtiene y se registra

la masa del material separado, con aproximación de 0,01 g.

- Se coloca el material separado en un recipiente apropiado, se le agrega el

agua necesaria para saturar el material y se deja en reposo durante

aproximadamente 24 h, en un lugar fresco, cubriendo el recipiente con un paño que

se mantendrá húmedo a fin de reducir al mínimo la pérdida de agua por

evaporación.

Determinación del Límite Líquido.

Procedimiento de prueba:

1.- De la fracción del material preparada se

toma una porción de aproximadamente 150

g que se coloca en la cápsula de porcelana

donde se homogeneiza utilizando la

espátula. En esta ocasión, para

homogenizar el material, esté se colocó

sobre un vidrio.

2.- En la copa de Casagrande, se coloca

una cantidad suficiente de material para

que, una vez extendido con la espátula, se

alcance un espesor de 8 a 10 mm en la

parte central de la copa, considerando lo

siguiente:

- Para evitar que el material colocado

sobre la copa sea insuficiente, es conveniente

poner una cantidad ligeramente mayor y eliminar el sobrante al enrasarlo con la

espátula.

Figura 2. Homogenización del material.

Figura 3. Material colocado en la Copa.

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- Para extender el material se procede del centro hacia los lados sin aplicar

una presión excesiva y con el mínimo de pasadas de la espátula.

3.-Mediante una pasada firme del ranurador se

hace una abertura en la parte central del material

contenido en la copa, para lo cual, el ranurador

se mantendrá siempre normal a la superficie

interior de la copa.

4.-Inmediatamente después de colocado y

ranurado el material, se acciona la manivela del

aparato para hacer caer la copa a razón de dos

golpes por segundo, y se registra el número de

golpes necesarios para lograr que los bordes

inferiores de la ranura se pongan en contacto en

una longitud de 13.mm.

5.-Logrado lo anterior se toma con la espátula

aproximadamente 10 g de material de la porción

cerrada de la ranura y, para determinar su

contenido de agua Wn, se colocan en un vidrio de reloj del que previamente se ha

determinado su masa.

6.-Una vez que se ha tomado la porción requerida para la determinación del

contenido de agua, el material restante se reintegra a la cápsula de mezclado, para

lavar y secar la copa y el ranurador. (Peso de la cápsula= 14.94 gramos).

7.-Inmediatamente, mediante el cuentagotas, se agrega agua al material en la

cápsula y se homogeneiza con la espátula. Este procedimiento se repite hasta

completar cuatro determinaciones. La cantidad de agua que se adicione al material

será tal que las cuatro determinaciones queden comprendidas entre 10 y 35 golpes

Figura 4. Ranura del material.

Figura 5. Pesado de Cápsula.

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en la copa de Casagrande, siendo necesario obtener dos valores por arriba y dos

por abajo de los 25 golpes, ya que para consistencias menores de 10 golpes es

difícil identificar el momento de cierre de la ranura en la longitud especificada y para

más de 35 golpes se dificulta la ejecución de la prueba.

Precauciones tomadas.

Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observan las siguientes

precauciones:

- Que la prueba se realice en un lugar cerrado, con ventilación indirecta, limpio

y libre de corrientes de aire, de cambios de temperatura y de partículas que

puedan provocar la alteración del material.

- Que todo el equipo esté perfectamente limpio y funcional, especialmente la

copa y el ranurador deberán estar limpios, calibrados y sin indicios de

desgaste.

- Que las dimensiones del ranurador que se utilice sean las especificadas.

- Que al efectuar la prueba, la ranura se cierre debido al flujo provocado por

los golpes y no al deslizamiento de la muestra sobre la copa o a la presencia

de burbujas de aire entre el material y la copa, originadas por una mala

colocación de éste y que ocasionan que fluya con mayor facilidad.

- Que la cantidad de material colocado en la copa sea suficiente para tener un

espesor mínimo de 8 mm en el centro de la copa.

- Que la caída de la copa se efectúe a un ritmo uniforme de dos golpes por

segundo.

- Que la forma, dimensiones y ubicación de la ranura sean las indicadas.

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Resultados.

Después de realizar cada paso se obtienen los datos que a continuación se

presentan:

CAPSULA NUMERO

NUMERO DE

GOLPES

PESO DE LA CAPSULA +

SUELO HUMEDO (gr)

PESO DE LA CAPSULA +

SUELO SECO (gr)

PESO DEL

AGUA (gr)

PESO DE LA

CAPSULA (gr)

PESO DEL SUELO

SECO (gr)

CONTENIDO DE AGUA (%)

1 5 23.67 21.1 2.57 14.94 6.16 41.72077922

2 16 30.86 28.33 2.53 14.94 13.39 18.89469754

3 29 53 43.56 9.44 14.94 28.62 32.98392732

4 32 41.71 34.57 7.14 14.94 19.63 36.37289862

Para 25 golpes: y= (-3.551) ln (25)+42.449

y= 31.02% = Límite Líquido.

y = -3.551ln(x) + 42.449

15

20

25

30

35

40

45

1 10

Límite Líquido

Número de Golpes.

CO

NT

EN

IDO

DE

AG

UA

%

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Determinación del Líquido Plástico.

Procedimiento de prueba:

1.-De la fracción del material preparada se toma una porción de tamaño tal que se

pueda formar una pequeña esfera de aproximadamente 12 mm de diámetro, la que

se moldea con los dedos para que pierda

agua y se manipula sobre la palma de la mano

para formar un cilindro.

2.-A continuación el cilindro se hace girar con

los dedos de las manos sobre la placa de

vidrio para reducir su diámetro hasta que sea

aproximadamente de 3 mm en toda su

longitud, entendiéndose por "ciclo" un movimiento de la mano hacia adelante y hacia

atrás, hasta volver a la posición de partida.

3.-Si al alcanzar un diámetro de 3 mm el cilindro no se rompe en tres secciones

simultáneamente, significa que su contenido de agua es superior al del límite

plástico (ωP). En tal caso se junta nuevamente todo el material para formar la

pequeña esfera, manipulándola con los dedos para facilitar su pérdida de agua y

lograr una distribución uniforme de la misma, hasta que el cilindro se rompa en tres

segmentos precisamente en el momento de

alcanzar dicho diámetro, el cual se verifica

comparándolo contra el alambre de referencia.

4.-Rapido se colocan sobre un vidrio de reloj los

fragmentos del cilindro y se determina el

contenido de agua de ese material. Para mayor

seguridad en los resultados, la prueba se

efectuará por triplicado, obteniendo para cada

una de las determinaciones, el contenido de agua.

Figura 6. Formación de Cilindros.

Figura 7. Pesado de Cilindros.

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Resultados.

𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑐𝑎𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎 + 𝑝𝑒𝑠𝑜 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜 = 16.79 𝑔𝑟

𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎 = 14.94 𝑔𝑟

𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 + 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑐𝑎𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎 = 15.94 𝑔𝑟

𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 0.85 𝑔𝑟

𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 = 1 𝑔𝑟

𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜 =𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜× 100 =

0.85

1× 100 = 85%

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Clasificación del Suelo.

0% Grava; 0% Arena; 100% Finos. LL= 31.02% LP=85% Lp=

1. Suelo de partículas finas. Más del 50% pasa por la malla N° 200. (100%)

2. Se determinó el Límite Líquido y el Límite Plástico. (LL= 31.02% y LP= 85%)

3. L. Límite Líquido menor de 50.

4. Debajo de la “Línea A” en la carta de plasticidad.

5. Según la carta de plasticidad, se define al suelo como Inorgánico, por tanto es

“ML” (Limo inorgánico).

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Conclusión.

En esta práctica, referente a los límites de consistencia, se pudieron observar los

cambios que presenta el suelo al aplicarle agua, en el límite líquido utilizamos la

copa de Casagrande; con este método, que consiste en 4 muestras de suelo que

se colocan en un vidrio de reloj pasando el ranurador en medio de la muestra

seguido de aplicarle golpes a la muestra y contar los golpes hasta que la muestra

se contraiga, después de someter las muestras y realizar los cálculos requeridos

llegamos a la conclusión de que el suelo es un limo inorgánico de baja

compresibilidad, determinando esto con la carta de plasticidad.

Para el límite plástico también llegamos a un resultado efectivo debido a que las

diferencias del contenido de agua en los dos rollitos de muestra obtenida fueron de

un 85 %. Este proceso se hizo con la misma muestra del límite liquido pero aquí

moldeábamos dos rollitos de suelo hasta lograr una altura de 3 milímetros con una

longitud aproximada de 15 centímetros para así someterla a una temperatura de

110ºc y después hacer una diferencia de sus contenidos de agua.

Y finalmente tenemos el límite de contracción en donde se observa como el suelo

cambia sus medidas ya que estas se reducen y obtiene una resistencia al perder la

humedad después de someterla a una temperatura de 110·c durante 24 horas.

Esta es una práctica muy importante, debido a que nos muestra el camino hacia la

determinación del material que se encuentra en una determinada área. Debido a

que nosotros al realizar un proyecto tenemos que hacer una visita al lugar donde se

realizara dicho proyecto entonces lo que podemos observar con el recorrido es una

idea del suelo que se encuentra en ese lugar pero en el laboratorio se afirma si en

realidad es o no el suelo que se suponía.

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Bibliografía

-FacultadesInstitutos. (2010). Límites de Consistencia. 2013, de UCN Sitio web:

http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/mecanica4.htm

-Fes Aragón. (2012). Límites de Consistencia. 2013, de Fes Aragón Sitio web:

http://mecanicadesuelosaragon.blogspot.mx/2011/11/limites-de-consistencia-

o-de-atterberg.html