UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIAPAS, UNACH

CAMPUS TUXTLA

FACULTAD DE INGENIERÍA

Comportamiento de suelos

Límites de consistencia

Presentado por

Gordillo Abadía Andrés.

Guzmán Mancilla Karen Itzel.

Velasco reyes José Antonio

Fecha:

00 de Marzo del 2016

Índice

Objetivo..........................................................................................................................................1

Introducción...................................................................................................................................2

Marco teórico.................................................................................................................................3

Límites de Consistencia o de Atterberg.......................................................................................3

Desarrollo.....................................................................................................................................10

1.- Prueba de límite líquido.........................................................................................................10

2.- Prueba de límite plástico........................................................................................................17

3.- Prueba de límite de contracción............................................................................................22

Conclusión....................................................................................................................................27

Referencia Bibliográfica..............................................................................................................28

AYSEN, A..............................................................................................................................28

JUAREZ BADILLO, E. Y RICO RODRÍGUEZ, A..............................................................28

SCT.........................................................................................................................................28

1

Objetivo

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

los materiales que pasan la malla N° 40 (0.425 mm), cuyos resultados se utilizan principalmente

para la identificación y 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 25 g/c m2; éste se considera como la frontera entre los estados semilíquido y plástico. El

limite 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. Y por último, el

límite de contracción o contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción

adicional de volumen o contracción en el suelo; éste se considera como la frontera entre los

estados semisólido y sólido.

1

Introducción

Los límites de consistencia o límites de Atterberg suelen utilizarse para poder

describir el comportamiento de los suelos finos, aunque cabe mencionar que su comportamiento

varía a lo largo del tiempo. Estos límites propuestos por Albert Mauritz Atterberg. Son tres.

Límite liquito este consiste cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado

líquido.

Límite plástico este se da cuando el suelo pasa de un estado semisólido a uno

plástico.

Límite de retracción o contracción sucede cuando el suelo pasa de un estado

semisólido a uno sólido y se contrae al perder su humedad.

Los límites de consistencia nos ayudan a describir las propiedades del suelo

formado por las partículas finamente divididas que dependen en gran parte de la humedad. El

agua forma una película alrededor de los granos y su espesor puede ser determinante de

comportamientos diferentes del material.

En general estos límites son de suma importancia en la clasificación de los suelos

finos, gracias a ellos podemos determinar el tipo de suelo en el que nos encontramos trabajando,

esto será de gran utilidad en la labor del ingeniero civil.

2

Marco teórico

Límites de Consistencia o de Atterberg

La condición física de la mezcla de suelo y agua está denotada por

la Consistencia. La Consistencia se define como la resistencia al flujo, que está relacionado con

la fuerza de atracción entre partículas y es más fácil de sentir físicamente que de describir

cuantitativamente.

En estas condiciones podemos definir los límites de Atterberg como:

Límite Líquido: 

El Límite Líquido LL es el contenido de humedad por encima del cual la mezcla

suelo-agua pasa a un estado líquido. En este estado la mezcla se comporta como un fluido

viscoso y fluye bajo su propio peso. Por debajo de éste contenido de humedad la mezcla se

encuentra en estado plástico. Cualquier cambio en el contenido de humedad a cualquier lado de

LL produce un cambio en el volumen del suelo.

Límite Plástico:

El Límite Plástico LP es el contenido de humedad por encima del cual la mezcla

suelo-agua pasa a un estado plástico. En este estado la mezcla se deforma a cualquier forma

bajo ligera presión. Por debajo de éste contenido de humedad la mezcla está en un estado

semisólido. Cualquier cambio en el contenido de humedad a cualquier lado de LP produce un

cambio en el volumen del suelo.

3

Límite de Contracción:

El Límite de Contracción es el contenido de humedad por encima del cual la

mezcla suelo-agua pasa a un estado semisólido. Por debajo de éste contenido de humedad la

mezcla se encuentra en estado sólido. Cualquier incremento en el contenido de humedad está

asociado con un cambio de volumen pero una reducción en el contenido de humedad no produce

un cambio de volumen. Este es el mínimo contenido de humedad que provoca saturación

completa del a mezcla suelo-agua. El volumen permanece constante mientras la mezcla pasa del

estado seco a LC moviéndose desde saturación 0 % a 100 %. En el lado húmedo de LC el

volumen de la mezcla se incrementa linealmente con el contenido de humedad.

Los Límites de Atterberg son mundialmente utilizados en la clasificación de

suelos finos. Encontrar relaciones entre estos límites y las propiedades del suelo ha sido materia

de investigación durante muchos años. Terzaghi & Peck (1967) sugirieron la proporción directa

entre LL y la compresibilidad del suelo. Sherard (1953) reportó un comportamiento similar

mientras investigaba los efectos de las propiedades índices en el comportamiento de presas de

tierra. Whyte (1982) sugirió un método basado en la extrusión para la determinación de LP y

encontró que la relación de resistencia en LP comparada con la relación de resistencia en LL es

de aproximadamente 70. Según Skempton & Northy (1953) ésta relación es de aproximadamente

100. Una colección comprensiva de ecuaciones relacionando los índices de compresibilidad y la

plasticidad del suelo fue reportada por Bowles (1996). Estas relaciones pueden ser útiles en la

orientación de las primeras etapas de un estudio de factibilidad previas a la ejecución de la

exploración del suelo y ensayos de su resistencia.

4

LL para minerales de arcilla puede varias desde 50 para la caolinita a 60 para la ilita y hasta 700

para la montmorillonita. La caolinita e ilita exhiben LP medio de 25 a 35, mientras la

montmorillonita puede tener LP de 100.

LP es altamente influenciado por el contenido orgánico del suelo ya que elevan su

valor sin aumentar LL, por esto suelos con alto contenido orgánico presentan IP bajo y LL

elevado.

LL y LP dependen de la cantidad y tipo de arcilla en el suelo. IP depende solo de la cantidad de

arcilla (de allí la relación de Skempton para definir la actividad de la arcilla, basada en IP).

Índices obtenidos a partir de los Límites de Atterberg

Los parámetros de correlación más útiles, obtenidos a partir de la determinación

de los límites de Atterberg son : el índice de plasticidad IP, el índice de liquidez IL, el índice de

contracción IC y el grado de actividad de las arcillas Ac, los cuales se definen en la tabla  a

continuación :

INDICE DEFINICION CORRELACION

De Plasticidad IP = LL – LP Resistencia, compresibilidad,

compactabilidad, etc.

De Liquidez Compresibilidad, resistencia del

suelo y estado de esfuerzos.

De Contracción IC = LP – LC Potencial de contracción.

5

Actividad de las

Arcillas

Potencial de expansión y otros.

Tabla I.- Límites de Atterberg

Índice de Plasticidad IP:

Atterberg definió el índice de plasticidad para describir el rango de contenido de

humedad natural sobre el cual el suelo era plástico. El índice de plasticidad IP, es por tanto

numéricamente igual a la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico:

IP = LL - LP

El índice de plasticidad es útil en la clasificación ingenieril de suelos de grano fino

y muchas propiedades de ingeniería se han correlacionado de forma empírica con este. Un suelo

con un IP = 2 tiene una gama muy estrecha de plasticidad, por el contrario, un suelo con un IP

= 30 tiene características plásticas muy elevadas.

Con frecuencia, con fines de construcción se especifican suelos con un

determinado IP plasticidad que se encuentra por debajo de cierta cantidad dada. Puesto que los

suelos que conforman la subrasante para carreteras y autopistas se mejorarán necesariamente en

alguna ocasión, los departamentos de caminos casi siempre requieren que la base de

pavimentación de las carreteras tenga un IP < 4.

En general, los suelos arcillosos, resbaladizos, que pueden remoldearse con

facilidad y laminarse en tiras largas, tienen un IP elevado y son materiales inadecuados como

base de carreteras.

6

A menudo se utiliza cemento para agregar resistencia al suelo in situ. Por lo

común, la cantidad utilizada está entre 5 - 10 % de la tierra utilizada, teniendo resistencias entre

300 - 800 psi.

A menudo se emplea cal para mejorar las características de los suelos arcillosos.

Por lo común, estos últimos son pobres y su subrasante es inestable para soportar la base de

pavimentación, poseen un IP elevado. La adición de cal reduce el IP y se puede duplicar la

resistencia de la arcilla compactada. La cal tiende a desecar el suelo, cuando la arcilla esté

demasiado mojada para poder compactarla.

En la siguiente tabla se presenta la calificación del rango de plasticidad del suelo

de acuerdo con el valor de IP.PLASTICIDAD DESCRIPCION DEL

SUELO

RANGO IP

NULA Limo 0 - 3

BAJA Limo con trazas de arcilla 4 - 15

MEDIA Limo arcilloso

Arcilla limosa

Arcillas y limos orgánicos

16 - 30

ALTA Arcilla limosa

Arcilla

> 31

7

Tabla II.- Calificación del rango de plasticidad del suelo de acuerdo al IP

Bajos valores de IP se son indeseables porque se considera que el suelo cambia

rápidamente (en términos de agua adicional) de un comportamiento semisólido a uno líquido.

Para actividades de construcción la condición deal deseada es un IP elevado y bajo LL. Pero

deben tomarse precauciones porque suelos con elevado IP pueden ser potencialmente

expansivos.

Las arcillas varían mucho en sus características físicas y químicas. Debido a las

partículas extremadamente finas, es difícil investigar a profundidad sus propiedades, pero

algunas de estas propiedades se pueden expresar en términos de plasticidad utilizando pruebas

estándar.

Tanto LL como IP se ven afectados por la cantidad de arcilla, y el tipo de

minerales de arcilla presentes.

Un LL e IP altos indican un suelo hidrófilo y por lo tanto más susceptible a los

cambios en el contenido de humedad, que puede conducir a agrietamientos.

Es importante recordar aquí la definición de plasticidad, entendida como aquella

propiedad del suelo que le permite ser deformado rápidamente sin romperse, sin rebote elástico y

sin cambio de volumen. Según la teoría de Goldschmith, la plasticidad se debe a la presencia de

partículas muy delgadas con cargas electro-magnéticas en su superficie. Las moléculas de

agua son bipolares y se orientan como pequeños imanes con el campo magnético cercano a la

superficie de las partículas de suelo. El agua es altamente viscosa en proximidad a las partículas

del suelo, pero a medida que la distancia se amplía, la viscosidad disminuye hasta la distancia en

donde hay agua normalmente.

8

Cuando hay suficiente agua (correspondiendo con el estado plástico de

consistencia) las partículas son separadas por molasas de agua que permiten a las partículas

deslizarse entre sí y adoptar nuevas posiciones, sin presentar tendencia a regresar a su posición

original, sin cambio de volumen de vacíos y sin afectar la cohesión

(Aysen, 2002)

9

Desarrollo

1.- Prueba de límite líquido

1.1.- Equipo

1.1.1.- Malla N° 40

1.1.2.- Copa de Casagrande

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

Figura 1.- Copa de Casagrande

1.1.3.- Balanza

Con aproximación de 0,1 g para muestras entre 100 y 1000 g.

1.1.4.- Horno

Eléctrico, con termostato capaz de mantener una temperatura constante de 105 ±

5°C.

1.1.5.- Recipientes

10

Con dimensiones suficientes para contener las porciones de la muestra que serán

probadas, de material resistente a la corrosión y a las altas temperaturas.

1.1.6.- Paño

1.1.7.- Agua

De preferencia destilada

1.1.8.- Espátula flexible

De acero inoxidable, de 7.5 cm de longitud y 2 cm de ancho, con punta redonda.

1.2.- Preparación de la muestra

1.2.1.- Se cribo el material por la malla N° 40, obteniendo 400 g del material que pasó

dicha malla, y luego fue depositado en un recipiente.

Figura 2.- Pesado del material que pasó por la malla N° 40

1.2.2.- Se agregó agua al recipiente hasta saturar la muestra y se dejó en reposo durante

24 horas.

11

Figura 3.- Muestra saturada inicialmente

Figura 4.- Muestra saturada después de las 24 horas

1.3.- Procedimiento de prueba

1.3.1.- Se mezcló bien la muestra saturada con la espátula y se colocó en la copa de

Casagrande la cantidad suficiente para que, se alcanzara un espesor de 10 mm

aproximadamente en el centro de la copa, se extendió el material con la espátula

quitando el material sobrante.

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Figura 5.- Colocación de la muestra en la copa de Casagrande

1.3.2.- Se hizo una abertura en la parte central del material contenido en la copa, con el

ranurador, haciendo una pasada firme tratando que fuera en un solo movimiento

normal a la superficie de la copa.

Figura 6.- Abertura en la parte central del material con el ranurador

13

1.3.3.- Después del colocado y ranurado del material, se acciono la manivela de la copa

de Casagrande tratando que se hicieran dos golpes por segundo, se registró el

número de golpes que se necesitaron para cerrar la ranura.

Figura 7.- Accionando la manivela de la copa hasta cerrar la ranura

1.3.4.- Una vez cerrada la ranura, con la espátula se tomó una porción del material,

poniéndola en un recipiente y se pesó inmediatamente antes de que sufriera

perdidas de humedad.

Figura 8.- Muestras tomadas con diferentes contenidos de agua

1.3.5.- Una vez que se tomó la porción requerida para determinar su contenido de agua, el

material restante se retiró de la copa de Casagrande, y se lavó y seco tanto la copa

como el ranurador.

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1.3.6.- Se le agregaba más agua y en ocasiones se tuvo que secar al aire la muestra, para

tener diferentes contenidos de agua, de acuerdo al número de golpes con el que se

cerraba la ranura.

1.3.7.- Se repitieron los pasos anteriores para obtener 5 determinaciones con rango de

golpes como se muestra en la tabla siguiente:

Determinación Rango de golpes

1 5 a 10

2 10 a 15

3 15 a 20

4 20 a 25

5 25 a 30

Tabla 1.- Rango de numero de golpes

1.3.8.- Para cada determinación se tomó medición del peso tanto del recipiente sin

muestra como del recipiente con la muestra.

1.3.9.- Una vez que obtuvimos las 5 determinaciones una por cada rango de golpes, se

metieron al horno para su secado durante 24 horas, pasando ese tiempo se sacaron

del horno y se pesaron una a una las muestras.

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Figura 9.- Las 5 muestras secadas al horno

1.4.- Cálculos y resultados

Se calcula y reporta como resultado de la prueba lo siguiente:

No. Golpes

Masa

recipiente

+ suelo

húmedo (g)

Masa

recipiente

+ suelo

seco (g)

Recipiente

(g)

Masa del

suelo seco

(g)

Masa del

agua (g)

Contenido

de agua w

(%)

9 23.75 18.95 12.69 6.26 4.80 76.68

13 23.87 19.04 12.59 6.45 4.83 74.88

16 23.61 17.41 9.00 8.41 6.20 73.72

25 25.17 18.32 8.88 9.44 6.85 72.56

28 24.67 17.89 8.40 9.49 6.78 71.44

25

Tabla 2.- Resultados de la prueba

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Grafica 1.- Limite liquido

¿=¿ 72.1 %

Donde:

¿=¿ Límite líquido

2.- Prueba de límite plástico

2.1.- Equipo

2.1.1.- Balanza

Con aproximación de 0,1 g para muestras entre 100 y 1000 g.

2.1.2.- Horno

Eléctrico, con termostato capaz de mantener una temperatura constante de 105 ±

5°C.

1 10 10068

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

Límite líquido

Número de golpes

Cont

enid

o de

agu

a (%

)

17

2.1.3.- Recipientes

Con dimensiones suficientes para contener las porciones de la muestra que serán

probadas, de material resistente a la corrosión y a las altas temperaturas.

2.1.4.- Paño

2.1.5.- Placa de vidrio

Con dimensiones mínimas de 40 x 40 cm por lado y 0.6 cm de espesor

2.1.6.- Agua

De preferencia destilada

2.1.7.- Alambre de acero

De 3 mm de diámetro y 10 cm de longitud

2.2.- Preparación de la muestra

2.2.1.- De la muestra preparada para la prueba de límite líquido, se tomó una porción de

material de aproximadamente una tercera parte del total.

2.3.- Procedimiento de prueba

2.3.1.- Con el material se tomó una porción y se hizo una pequeña esfera de diámetro

aproximado de 12 mm, se moldeo sobre la palma de la mano y manipulándola con

los dedos.

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Figura 10.- Manipulación de muestra para hacer la esfera

Figura 11.- Esfera de 12 mm de diámetro aproximadamente

2.3.2.- Se siguió manipulando la esfera hasta formar un cilindro y se colocó sobre la placa

de vidrio para seguir reduciendo su diámetro pero sin que perdiera humedad, con

la ayuda da de una paca de vidrio pequeña de 10 x 10 cm se siguió reduciendo el

diámetro del cilindro hasta alcanzar un diámetro cercano a 3 mm.

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Figura 12.- Reducción del diámetro del cilindro

2.3.3.- Una vez alcanzado los 3 mm de diámetro se notó que el cilindro no se rompió, por

lo que se tuvo que devolver el cilindro a la porción de material restante y repetir el

proceso, esperando que su contenido de agua disminuyera.

2.3.4.- Una vez que el cilindro alcanzo los 3 mm de diámetro se rompió en tres secciones

simultáneamente se colocó en un recipiente y se pesó.

Figura 13.- Las tres secciones del cilindro con un diámetro de 3 mm

2.3.5.- Se repitió el proceso dos veces más para obtener un resultado más seguro, una vez

que tuvimos las tres muestras pesadas, se metieron al horno para su secado.

2.3.6.- Pasando 24 horas el material se retiró del horno y se pesaron cada una de las

muestras.

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Figura 14.- Las tres muestras secadas al horno

2.4.- Cálculos y resultados

Se calcula y reporta como resultado de la prueba lo siguiente:

#

Recipiente

Masa

recipiente

+ suelo

húmedo (g)

Masa

recipiente

+ suelo

seco (g)

Recipiente

(g)

Masa del

suelo seco

(g)

Masa del

agua (g)

Contenido

de agua w

(%)

6 18.28 17.75 16.00 1.75 0.53 30.29

2 19.48 18.86 16.99 1.87 0.62 33.16

32 10.38 9.82 8.12 1.70 0.56 32.94

Tabla 3.- Resultados de la prueba

LP=w1+w2+…+wn

n

LP=30.29+33.16+32.943

=32.13 %

IP=¿−LP

IP=72.1−32.13=39.97 %

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Donde:

LP=¿ Límite plástico

¿=¿Límite líquido

IP=¿ Índice plástico

2.4.1.- Resultados

¿=¿ 72.1 %

LP=¿ 32.13 %

IP=¿ 39.97 %

3.- Prueba de límite de contracción

3.1.- Equipo

3.1.1.- Horno

Eléctrico, con termostato capaz de mantener una temperatura constante de 105 ±

5°C.

3.1.2.- Recipiente para contracción

3.1.3.- Regla

De 10 cm o más de longitud

3.1.4.- Aceite

22

3.1.5.- Espátula

3.2.- Preparación de la muestra

3.2.1.- De la muestra preparada para la prueba de límite líquido, se tomó una porción de

material que cerro su ranura a los 25 golpes (esta prueba se hizo simultáneamente

con la de limite liquido).

3.3.- Procedimiento de prueba

3.3.1.- Al recipiente de contracción se le unto aceite en su interior, con el fin de que la

muestra no se adhiera al recipiente una vez secada.

Figura 15.- Recipiente de contracción, con aceite en sus paredes interiores

3.3.2.- Se llenó el recipiente con la muestra saturada en tres capas, golpeando el

recipiente en una superficie libre y plana, por cada capa que se llenaba se

golpeaba el recipiente, esto para desalojar las pequeñas cantidades de aire que

tiene el material o expulsar el aire que quedaba al llenar el recipiente.

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Figura 16.- Llenado del recipiente con la muestra

3.3.3.- Con la espátula una vez lleno el recipiente se enrazo, para desalojar los excesos de

material.

3.3.4.- Se dejó reposar el recipiente a temperatura ambiente antes de meterlo al horno,

para evitar fracturas y la medición fuera más exacta.

3.3.5.- Pasando 30 minutos aproximadamente se introdujo el recipiente al horno para su

secado.

3.3.6.- Pasando las 24 horas de secado, se sacó la muestra del horno dejándola enfriar por

un tiempo y se prosiguió a la medición de la muestra, anotando también la medida

del recipiente de contracción.

Figura 17.- Material secado en horno durante 24 horas

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Figura 18.- Medición del material seco

Figura 19.- Medición del recipiente de contracción

3.4.- Cálculos y resultados

Se calcula y reporta como resultado de la prueba lo siguiente:

CL=(1−Ls

Lo)∗100

CL=(1− 8.510.1 )∗100=15.84 %

Donde:

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CL=¿ Contracción lineal

Ls=¿Longitud de la muestra secada en horno

Lo=¿ Longitud del recipiente de contracción

2.4.1.- Resultados

CL=¿ 15.84 %

Ls=¿8.50 cm Lo=¿ 10.1 cm

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Conclusión

Los límites de consistencia nos sirven para identificar y clasificar el tipo de suelo

en el que nos encontramos trabajando, estos nos describen las características plásticas que puede

presentar el suelo.

Con el resultado obtenido podemos observar que nuestra muestra de suelo

presenta una alta plasticidad, esto quiere decir que el suelo puede ser manejado con facilidad sin

llegar a un punto de ruptura.

27

Por lo tanto nuestra muestra de suelo pertenece al grupo de suelos finos y se

puede encontrar entre el grupo de arcillas o limos.

Referencia Bibliográfica

AYSEN, A.

Soil Mechanics

En el texto: (Aysen, 2002)

Bibliografía: Aysen, A. (2002). Soil mechanics. Lisse, the Netherlands: A.A. Balkema Pub.

JUAREZ BADILLO, E. Y RICO RODRÍGUEZ, A.

Mecánica de suelos tomo 1

En el texto: (Juárez Badillo & Rico Rodríguez, 1963)

28

Bibliografía: Juárez Badillo, E., & Rico Rodríguez, A. (1963). Mecánica de suelos tomo 1.

México: Rabasa

SCT

En el texto: (2016)

Bibliografía: (2016). Retrieved 13 March 2016, from http://normas.imt.mx/normativa/M-MMP-1-

07-07.pdf

29