INTRODUCCIN

Las propiedades de un suelo formado por partculas finamente divididas, como

una arcilla no estructurada, dependen en gran parte de la humedad. El agua forma

una pelcula alrededor de los granos y su espesor puede ser determinante del

comportamiento diferente del material. Cuando el contenido de agua es muy

elevado, en realidad se tiene una suspensin muy concentrada, sin resistencia

esttica al esfuerzo cortante; al perder agua va aumentando esa resistencia hasta

alcanzar un estado plstico en que el material es fcilmente moldeable; si el

secado contina, el suelo llega a adquirir las caractersticas de un slido pudiendo

resistir esfuerzos de compresin y tensin considerable.

Los lmites de Atterberg son ensayos de laboratorio normalizados que permiten

obtener los lmites del rango de humedad dentro del cual el suelo se mantiene en

estado plstico. Con ellos, es posible clasificar el suelo en la Clasificacin

Unificada de Suelos (Unified Soil Classification System, USCS) y tambin en la

Clasificacin de la AASHTO de carreteras. Es vlida para suelos finos y para la

porcin de finos de suelos granulares. Son algunas de las propiedades ndices de

estos suelos.

Los suelos que poseen algo de cohesin, segn su naturaleza y cantidad de agua,

pueden presentar propiedades que permitan clasificarlos en el estado slido, semi-

slido, plstico o semi-lquido. El lmite bajo el cual se produce el cambio de

estado puede llegar a variar de un suelo a otro, relacionndose con el contenido

de agua.

Esta prctica constituye un aspecto relevante dentro del campo de la Ingeniera

Civil en donde se busca determinar los Lmites de Atterberg de una muestra de

suelo, lo que para nosotros como futuros ingenieros resulta de gran utilidad para

ponerlos en prctica cuando nuestro campo lo amerite.

OBJETIVOS

GENERAL

Determinar de los lmites de consistencia o de Atterberg de una muestra de

suelo.

ESPECIFICOS

Aprender a realizar el procedimiento de la determinacin de los lmites lquido y plstico de una muestra de suelo.

Determinar experimentalmente los diferentes lmites de consistencia de un suelo.

Establecer las diferencias de consistencia de un suelo a diferentes contenidos de humedad.

MARCO TEORICO

Consistencia significa grado de firmeza y en los suelos vara de un estado slido

cuando estn secos a un estado lquido viscoso cuando su contenido de agua

aumenta considerablemente. Los lmites de Atterberg son parmetros que sirven

para la clasificacin de los suelos cohesivos y resultan muy tiles en el rea de la

Geotcnia para poder identificar las arcillas segn su consistencia y

comportamiento. De esta forma se puede predecir su capacidad portante frente a

las cargas, sus propiedades de consolidacin y compactacin y sus posibles

asentamientos y expansiones.

Dentro de los lmites de Atterberg encontramos el lmite lquido, que corresponde

al contenido de humedad del suelo en el lmite entre el estado lquido y plstico, el

lmite plstico, que es el contenido de humedad del suelo en el lmite entre los

estados semi-slido y plstico, de igual forma encontramos el ndice de Plasticidad

(IP) que es la diferencia entre los lmites lquido y plstico, es decir, el rango de

humedad dentro del cual el suelo se mantiene plstico. El ndice de plasticidad se

relaciona con la facilidad de manejo del suelo, por una parte, con el contenido y

tipo de arcilla presente en el suelo, por otra, se obtiene de la diferencia entre el

lmite lquido y el lmite plstico:

IP = LL LP > 10 plstico.

IP = LL LP < 10 no plstico.

En la actualidad, los lmites de Atterberg corresponden a las procedimientos que

con ms frecuencia se practican en los laboratorios de Geotcnia. Gracias a que

permiten realizar determinaciones sencillas y rpidas, permiten una pronta

identificacin de los suelos y la seleccin adecuada de muestras para ser

sometidas a ensayos ms rigurosos. Los lmites de Atterberg pertenecen, junto al

anlisis granulomtrico, a ensayos de identificacin. Por un lado, el anlisis

granulomtrico nos permite conocer la magnitud cuantitativa de la fraccin fina, y

por otro lado, los lmites de Atterberg nos indican su calidad, completando as el

conocimiento del suelo.

MATERIALES Y EQUIPOS

Aparato de Casagrande, incluyendo la solera plana y el ranurador trapezoidal.

Esptulas flexibles.

Atomizador.

Balanza con sensibilidad de 0.01gr.

Horno con temperatura constante de 100 a 110 C.

Recipientes de humedad con su tapa

Lamina de vidrio o acrlico

PROCEDIMIENTO

TAMAO DE LA MUESTRA DEL ENSAYO.

La muestra de ensayo debe tener un tamao igual o mayor que 100(g) del material

que pasa por el tamiz de 0,425 mm (astm n 40) obtenido de acuerdo con la

norma aashto 387-80.

AJUSTE Y CONTROL DEL APARATO DE LMITE LQUIDO.

Ajustar la altura de la cada de la taza, se gira la manivela hasta que la taza se

eleve a su mayor altura. Utilizando el calibrador de 10mm (adosado al ranurador),

se verifica que la distancia entre el punto de percusin y la base sea de 10mm

exactamente. De ser necesario, se aflojan los tornillos de fijacin y se mueve el

ajuste hasta obtener la altura de cada requerida. Si el ajuste es correcto se

escuchar un ligero campanilleo al golpear el tope de la taza; si la taza se levanta

por sobre el calibre o no se escucha ningn sonido debe realizarse un nuevo

ajuste.

Verificar peridicamente los aspectos siguientes:

Que no se produzca juego lateral de la tasa por desgaste del pasador que la

sostiene;

Que los tornillos que conectan la taza con el apoyo estn apretados;

Que el desgaste de la taza no sobrepase la tolerancia de masa.

Que el desgaste de la base no exceda de 0,1mm de profundidad. Cuando

suceda esto, debe pulirse nuevamente verificando que se mantiene la resistencia.

Que el desgaste de los soportes no llegue al punto de quedar apoyados en sus

tornillos de fijacin;

Que el desgaste del ranurador no sobrepase las tolerancias dimensionales.

Previo a cada ensayo se verificar que la taza y la base estn limpias y secas.

ACONDICIONAMIENTO DE LA MUESTRA

Colocar la muestra en el plato de evaporacin, agregar agua destilada y mezclar

completamente mediante la esptula. Continuar la operacin durante el tiempo y

con la cantidad de agua destilada necesaria para asegurar una mezcla

homognea.

Curar la muestra durante el tiempo necesario para que las fases lquida y slida se

mezclen homogneamente.

PREPARACIN DEL MATERIAL.

Se utiliza nicamente la parte del suelo que pasa por la malla n 40 (0,42mm).

Si la muestra contiene tamaos mayores que 0,42mm, se deben eliminar los

tamaos mayores evitando todo exceso de secamiento de la muestra (sea en el

horno o en el aire). Se procede a agregar o retirar agua segn sea necesario,

revolver la muestra hasta obtener una pasta semi-lquida homognea en trminos

de humedad.

Para los limos y suelos arenosos con poco contenido de arcilla el ensayo se podr

realizar inmediatamente despus de agregar agua, siguiendo el procedimiento

indicado en el prrafo anterior. Para los limos arcillosos ser necesario conservar

la pasta aproximadamente 4 horas en un recipiente cubierto. para las arcillas este

tiempo deber aumentarse a 15 o ms horas para asegurar una humedad

uniforme de la muestra.

DETERMINACIN DEL LMITE LQUIDO.

En la prctica, el lmite lquido se determina sabiendo que el suelo remoldeado a w

= wl tiene una pequea resistencia al corte (aproximadamente 0,02 kg/cm2) de tal

modo que la muestra de suelo remoldeado necesita de 25 golpes para cerrar en

pulgada dos secciones de una pasta de suelo de dimensiones especificadas ms

adelante.

1) se deber iniciar el ensayo preparando una pasta de suelo en la cpsula de

porcelana con una humedad ligeramente superior al lmite lquido, para lo cual

recibirn indicaciones del instructor

2) desmontar y secar la cpsula de la mquina de Casagrande, asegurndose que

ella se encuentre perfectamente limpia y seca antes de iniciar el procedimiento,

3) montar la cpsula en su posicin para el ensayo,

4) colocar entre 50 y 70g de suelo hmedo en la cpsula, alisando la superficie a

una altura de 1cm con la esptula, cuidando de no dejar burbujas de aire en la

masa de suelo,

5) usando el acanalador separar el suelo en dos mitades segn el eje de simetra

de la cpsula; para una arcilla, el surco se puede hacer de una vez; los limos

pueden exigir 2 o 3 pasadas suaves antes de completarlo, siendo este

procedimiento an ms complejo cuando se trata de suelos orgnicos con raicillas,

6) girar la manivela de manera uniforme a una velocidad de dos revoluciones/seg;

continuar hasta que el surco se cierre en de longitud; anotar el nmero de

golpes, cuando ste sea inferior a 40,

7) revolver el suelo en la cpsula de casagrande con la esptula y repetir las

operaciones 5) y 6).

8) tomar una muestra de aproximadamente 5 g de suelo en la zona donde se cerr

el surco y pesarla de inmediato para obtener su contenido de humedad, lo que

permitir obtener un punto en el grfico semi-logartmico de humedad v/s nmero

de golpes que se describe ms adelante,

9) vaciar el suelo de la cpsula de casagrande a la de porcelana (que todava

contiene la mezcla de suelo inicial), continuar revolviendo el suelo con la esptula

(durante el cual el suelo pierde humedad) y en seguida repetir las etapas (2) a (8),

10) repetir etapas (2) a (9), 3 a 4 veces, hasta llegar a un nmero de golpes de 15

a 20.

Determinacin del lmite plstico wp

El lmite plstico es el contenido de humedad para el cual el suelo se fractura al

ser amasado en bastoncitos de dimetro 1/8 (3 mm) cuando se amasa una

pequea porcin de suelo entre la palma de la mano y una superficie lisa.

1) Utilizar una porcin del material que queda del ensayo del lmite lquido

2) en los suelos muy plsticos wp puede ser muy diferente de wl; para evitar

excesivas demoras en el ensayo con los suelos muy plsticos, es necesario secar

el material al aire durante un cierto tiempo extendindolo sobre la placa de vidrio o

amasndolo sobre toalla de papel; se le puede igualmente colocar sobre el horno

(a temperatura baja), al sol, o bien bajo una ampolleta elctrica; en cualquier caso

es necesario asegurarse que se seque de manera uniforme.

3) tomar una bolita de suelo de 1cm3 y amasarla sobre el vidrio con la palma de la

mano hasta formar bastoncitos de 3mm de dimetro.

4) reconstruir la bolita de suelo, uniendo el material con fuerte presin de las

puntas de los dedos y amasar nuevamente un bastoncito hasta llegar al lmite

plstico.

5) el lmite plstico, wp, corresponde al contenido de humedad para el cual un

bastoncito de 3 mm, as formado, se rompe en trozos de 0,5 a 1cm de largo, si no

se est seguro de haber alcanzado wp, es recomendable amasar una vez ms el

bastoncito.

6) pesar inmediatamente el bastoncito as formado para determinar su contenido

de humedad.

7) realizar 2 o 3 ensayos repitiendo etapas (3) a (6) y promediar; diferencias entre

2 determinaciones no debern exceder a 2%.

RESULTADOS

Muestra con contenidos orgnicos

Muestra= 200g

Ensayo de casa grande: limite lquido

Rango

de

golpes

n

golpes

w

capsula w(cap+mhum)(g) W(cap+mseca)

w

muestra

seca

w

agua

contenido

de

humedad

(10-20) 14 18.7 29 27 8.3 2 25

(20-30) 28 18.7 43.5 41.25 22.55 2.25 13.1

(30-40) 32 18.7 37.3 35.230 16.53 5.07 7.5

Para la humedad hacemos uso de la ecuacin

Numero de golpes W (%)

14 25

28 13.1

32 7.5

Figura 1: Curva de flujo

Para determinar LL= 13%

Ensayo del lmite plstico

w

capsula w(cap+mhum)(g) W(cap+mseca)

w

muestra

seca

w

agua

Contenido

de

humedad

(%)

Contenido

de

humedad

(%)

promedio

18.7 19.6 18.1 0.6 0.2 33.3 38

18.7 19.6 18 0.7 0.3 42.8

LL=14%

LP= 38%

Se calcula ndice de plasticidad

IP= LL-LP

IP= 14% - 38% = 24%

Con el Lmite lquido y el ndice de plasticidad nos vamos a la carta de

plasticidad

Figura 2: Cara de plasticidad.

Figura 3: Smbolos de grupos para suelos Limosos y arcillosos

CL: Arcilla de baja plasticidad.

ANALISIS DE RESULTADOS

Las propiedades de un suelo formado por partculas finamente divididas, como

una arcilla no estructurada, dependen en gran parte de la humedad. El agua forma

una pelcula alrededor de los granos y su espesor puede ser determinante del

comportamiento diferente del material.

Al realizar la anterior prctica se pudo determinar el Limite Liquido (LL=14%), el

limite plstico (Lp= 38%) y el ndice de plasticidad igual al 24% para darle el

nombre a la muestro de suelo ensayada en el laboratorio.

Tomando como referencia el Sistema Unificado De Clasificacin De Suelos Y conforme a los valores obtenidos de ndice de plasticidad y limite lquido, se ubican en la carta de plasticidad, arrojado como resultado que la muestra de suelos sometida anlisis de laboratorio puede corresponder a un suelo arcilloso de baja plasticidad, conclusin sacada al notar que el limite liquido es menor al 50%. Por tanto se sabe que la consistencia de las arcillas tienen un amplio rango, donde la plasticidad es la ms comn dentro de este tipo de suelos que depende de la composicin mineralgica y del contenido de humedad, en el caso de la muestra de suelo ensayada es un material de baja plasticidad es decir puede presentar deformaciones pero que no pasa a un estado fluido.

PREGUNTAS

Cul es la razn por la cual se recomienda no secar al horno el material que pasa bajo la malla N 200 al hacer los lmites de Atterberg?

Respuesta: Para que al momento de culminar la prctica de laboratorio y la muestra sea secada, poder determinar la humedad exacta para cada lmite.

Un suelo in situ tiene un contenido de humedad que corresponde a su lmite lquido. podra tener una resistencia al corte superior a 0,02kg/cm2? Explique

Respuesta: Si podra ya que el lmite lquido segn Atterberg corresponde a una resistencia al corte de 0,02 Kg/cm2 aproximadamente.

Qu factores considera usted que pueden afectar los valores de lmites de Atterberg de un mismo depsito de suelo fino?

Respuesta: Primeramente encontramos los ensayos realizados por las personas, los cuales pueden presentar errores en su realizacin, adems, el tiempo cuando se toma la muestra, si se deja perder mucha humedad antes de realizar el ensayo, tambin un factor que puede afectar es que cada da la humedad del suelo vara, ya sea porque gan humedad ocasionado por lluvias o por el contrario se puede perder humedad.

Bajo qu condiciones podra usar agua de mar para humedecer una muestra de arcilla?

Respuesta: Si se demuestra que los agente qumicos como los sulfatos presentes en este tipo de agua no reaccionan con los componentes de la arcilla variando su consistencia y por ende sus lmites.

Por qu no deben mezclarse diferentes capas de suelos de una muestra estratificada? Respuesta: Porque al mezclarse vara la granulometra natural de cada estrato, adems de sus caractersticas y sus lmites de Atterberg.

CONCLUSIONES

En sntesis, luego de culminar la presente prctica podemos deducir que los

lmites de Atterberg nos permiten conocer o identificar de forma sencilla algunas

de las propiedades de los suelos, adems los podemos encontrar en diferentes

estados ya sea lquido, plstico, semi-slido y slido. Algunos materiales tal y

como sucede en el caso de las arcillas al adicionarle agua pueden llegar a cambiar

su estado y pasar de un estado slido a uno.

Al realizar esta prctica, se cumplieron los objetivos trazados al comienzo pues se

logr determinar la humedad que soporta una muestra de suelo para resistir

deformaciones hasta un lmite donde no se rompa. A partir de los resultados

obtenidos podemos decir que

BIBLIOGRAFIA

Bardet, Jean Perre. Experimental Soil Mechanics

Bowles, Joseph. Manual de laboratorios de mecnica de suelos

Das, Braja M. Fundamentos de Ingeniera geotcnica

Normas ASTM. (D 4318-95a)

Normas AASHTO (T 89 y T 90)