Universidad Austral de ChileValdiviaFacultad de IngenieríaEscuela de Ingeniería Civil en Obras Civiles

Determinación del Límite Líquido y el Límite Plástico

Ensayo Nº1 de Mecánica de Suelos II

Integrantes: Cristian Barría Almonacid

Felipe Lavado Palma

Christian Martínez Reyes

Oscar Rojas Velásquez

Grupo: Jueves V periodo

Profesor: Luis Collarte Concha

Fecha entrega: 19/10/2012

Introducción

El presente informe hace referencia a la obtención de los límites líquido y límite plástico a

partir de una muestra de suelo entregado, trabajando en el laboratorio LEMCO ubicado en

las inmediaciones de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Austral de Chile.

Para la obtención de éstos resultados nos basaremos en los procedimientos establecidos en

la NCh 1515.Of79 que hace referencia a la determinación de la humedad, la

NCh1517/1.of79 que trata de la determinación del límite líquido y la NCh1517/2.of79 con

la que determinamos el límite plástico.

La obtención de éstas cualidades tan importantes en el análisis y uso de determinados

suelos, nos permite adquirir una experiencia trascendental al momento de enfrentarnos en

futuras situaciones ingenieriles, las cuales requieren que tengamos éste tipo de

conocimientos y podamos tomar las decisiones adecuadas en eventuales escenarios en que

nos veamos enfrentados respecto a la adecuada utilización y necesidades de un suelo.

Una de las aplicaciones para este ensayo se encuentra en la geotecnia, en donde, a partir de

los resultados obtenidos del límite líquido y límite plástico, podemos obtener un parámetro

de vital importancia en una obra de ingeniería que es el índice de plasticidad, el cual es un

indicador de una de las propiedades más importantes en los suelos finos.

Objetivos

Podemos plantear los siguientes objetivos para el ensayo nº1:

Realizar el ensayo de límites de consistencia, tomando como guía la normalización

vigente en Chile (NCh 1517-1 Of79, NCh 1517-2 Of79 y la NCh 1515 Of79).

Posterior a ello obtendremos los límites de consistencia en forma numérica según

los datos obtenidos en el ensayo y la normalización vigente, los datos que se

obtendrán son los siguientes:

El límite líquido de un suelo fino.

El límite plástico de un suelo fino.

Y finalmente el índice de plasticidad del suelo.

Realizar un gráfico semi-logarítmico correspondiente a la relación entre el

contenido de humedad y el límite líquido de una muestra de suelo para distintas

cantidad de golpes, encontrar una relación que permita encontrar el contenido de

humedad con 25 golpes.

Y por último clasificar el suelo utilizando de la carta de plasticidad y el sistema

unificado de clasificación de suelo según Arthur Casagrande.

Análisis teórico del problema

El problema que se nos presenta es cómo analizar un tipo de suelo, con el fin de poder clasificarlo,

mediante ensayos que nos darán datos con los cuales podamos cumplir nuestros objetivos.

Respecto a los ensayos

Estados de consistencia: 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 fronteras en esos

estados se han realizado muchas investigaciones, siendo las más conocidas las de Terzaghi

y  Atterberg.

Límite Líquido: humedad, expresada como porcentaje de la masa de suelo seco en estufa,

de un suelo remoldeado en el límite entre los estados líquidos y plásticos.

Límite Plástico: humedad, expresada como porcentaje de la masa de suelo seco en estufa,

de un suelo remoldeado en el límite entre los estados plásticos y semisólidos.

Índice de plasticidad: la diferencia entre los dos porcentajes de humedad límites, límite de

plasticidad y límite líquido, se llama número o índice de plasticidad. Tanto los límites de

plasticidad como también el correspondiente número de plasticidad o índice de plasticidad

varían, obviamente de terreno a terreno, en función principalmente de la textura y más

precisamente del contenido de coloides inorgánicos.

En relación al tipo de suelos:

Sistema unificado de clasificación USCS: El sistema de clasificación USCS está basado

en la determinación en laboratorio de la distribución del tamaño de partículas, el límite

líquido y el índice de plasticidad. Este sistema de clasificación también se basa en la gráfica

de plasticidad, que fue obtenida por medio de investigaciones realizadas en laboratorio por

A. Casagrande (1932).

Carta de plasticidad

Sobre la línea A corresponden Arcillas Inorgánicas.

Bajo la línea A corresponden Limos y Arcillas Orgánicas.

Con todos estos datos es posible obtener la clasificación del tipo de suelo que fue entregado

en el laboratorio.

Equipos y materiales

Plato de evaporación: De porcelana, con un diámetro de aproximadamente 120 mm.

Espátula: Con una hoja flexible de aproximadamente 75 mm de largo y 20 mm de ancho.

Aparato de limite líquido (aparato de Casagrande): Taza de bronce con una masa de

200 +/- 20 g montada en un dispositivo de apoyo fijado a una base de plástico duro de una

resiliencia tal que una bolita de acero de 8 mm de diámetro, dejada caer libremente desde

una altura de 25 cm rebote entre un 75% y 90%.

Acanalador: Combinación de acanalador y calibre, construido con dimensiones

especificadas en la norma NCh 1517-1 Of79. En este ensayo se utilizó el acanalador

ASTM.

Recipientes: Herméticos para la muestra de contenido de humedad, tales como juegos de

vidrio reloj. Resistentes a la corrosión con tal que no altere la masa de la muestra.

Balanza: Con una precisión de 0,01 g.

Probeta: Con una capacidad de 25 ml.

Superficie de amasado: Placa de vidrio esmerilado.

Patrón de comparación: Alambre o plástico de 3 mm de diámetro.

Estufa: Con circulación de aire y temperatura regulable.

Metodología

La muestra se nos fue presentada al momento de iniciar el ensayo I, pero hay que tener en

cuenta que como dice la norma, se necesita de un acondicionamiento previo. La muestra de

suelo extraída debe ser igual o mayor a 100g y que pase por el tamiz ASTM Nº40. Como se

dijo anteriormente, la muestra se acondiciona en el plato de evaporación, agregando agua

destilada mezclando todo con la espátula y homogeneizar.

Límite Líquido:

Existen dos métodos para obtener el límite líquido del suelo, el método mecánico (usado

generalmente y el que usaremos) y método puntual (el cual se usa solo en faenas).

El aparato de límite líquido debe calibrarse, este procedimiento también estaba hecho con

anterioridad pero debemos verificar que el aparato no tenga un juego entre sus piezas, que

los tornillos estén bien apretados, que la cuchara este bien pulida, limpia y seca y por

último que no haya desgaste del aparato.

Ahora con la mezcla lista se coloca un poco de ella en el aparato, con la espátula se nivela y

comprime, con tal de evitar burbujas de aire en la mezcla. El resto de material se deja en el

plato de evaporación. Inmediatamente después, se pasa el acanalador con cuidado por el eje

simétrico de la cuchara, dejando una clara ranura bien delineada. En caso de haber

desprendimiento de material se reinicia este procedimiento.

Sobre una base firme se gira la manivela del aparato a una velocidad de dos golpes por

segundos, hasta que las paredes del fondo de la ranura se junten en un tramo de 10 mm. Si

el cierre es irregular, se descarta y se procede otra vez. En caso de que se proceda bien se

extraen 10 grs. de ese material y se coloca en el recipiente hermético para luego determinar

su humedad. El resto de material vuelve al plato de evaporación y se lava y seca los

aparatos usados para repetir todo el proceso para determinar el límite líquido. La obtención

de datos es de mínimo 3 muestras, pueden ser más pero no menos.

Límite Plástico:

También se debe acondicionar la muestra a ensayar, al igual que en la determinación del

límite líquido, además la muestra se de curar (agregar agua) para que la fase líquida y

sólida se mezclen de forma homogénea.

Los pasos son, tomar una porción (1 cm3) de la muestra la cual se amasa entre las manos,

para luego rodarla de tal forma de generar una bolita para luego formar cilindros en el

vidrio esmerilado, cuando lleguen a tener un diámetro de aproximadamente 3 mm, doblar y

repetir la operación con tal de que la humedad de la muestra vaya disminuyendo y que el

cilindro se disgregue y no pueda ser reamasado ni reconstruido.

Las muestras van siendo colocadas en el recipiente tarado, para luego determinar y registrar

su humedad de acuerdo a la norma NCh 1515 Of79. El proceso se repite hasta obtener 3

muestras en total. En cada recipiente se junto aproximadamente 6 grs de material para cada

muestra.

Todos los recipientes, tanto los del ensayo de límite líquido y de límite plástico, deben ser

colocados en un horno a 110 +/- 5 ºC, por aproximadamente 15 o 16 horas (de un día a

otro. Luego se llenan los datos en el registro técnico para ser procesados.

Resultados y datos procesados

Los datos obtenidos fueron procesados en una planilla Excel, con tal de obtener una

ecuación para la curva que se obtiene con el número de golpes y la humedad. Serán

presentados a continuación y respaldados en el registro técnico que fue entregado en el

laboratorio. La expresión de resultados tanto del límite líquido como del límite plástico se

realizó como las normas vigentes lo dicen.

Límite Líquido (LL):

Muestra Nº Golpes

Masa Cap y Mat Húmedo

(grs)

Masa Cap y Mat Seco

(grs)

Masa Cap (grs)

Masa Agua (grs)

Masa Mat Seco

(grs)

%Humedad

1 20 32,97 30,29 23,31 2,68 6,98 38,3952 19 32,8 30,07 22,75 2,73 7,32 37,2953 27 33,15 30,48 23,23 2,67 7,25 36,828

Tabla nº1. Límite líquido.

La masa de agua fue obtenida restando:

mA=mh−ms

Donde:

mA= Masa del agua, grs.

mh= Masa de la capsula mas material húmedo, grs.

ms= Masa de la capsula mas material seco, grs.

La masa del material seco fue obtenida restando:

m=ms−mr

Donde:

m= Masa del material seco, grs.

ms= Masa de la capsula mas material seco, grs.

mr= Masa de la capsula o recipiente, grs.

Para el cálculo del contenido de humedad (w) de cada muestra, se utilizó la norma NCh

1515 Of79. En donde dice que la humedad se calcula como la pérdida de masa de la

muestra de acuerdo con la siguiente fórmula, aproximando al 0,1%:

w=[ ( mh−ms )/ (ms−mr ) ]∗100

Donde:

w= Humedad, %.

mh= Masa de la capsula mas material húmedo, grs.

ms= Masa de la capsula mas material seco, grs.

mr= Masa de la capsula o recipiente, grs.

Como se muestra en la tabla nº1 de arriba se obtuvo:

Muestra 1:

w1=[ (32,97−30,29 ) / (30,29−23,31 ) ]∗100

w1=38,395 %

Muestra 2:

w2=[ (32,8−30,07 )/ (30,07−22,75 ) ]∗100

w2=37,295 %

Muestra 3:

w3=[ (33,15−30,48 ) / (30,48−23,23 ) ]∗100

w3=36,828 %

Con estos datos y los de la tabla nº1 se obtiene una curva de fluidez, la cual posee una

ecuación que se obtiene en Excel para así poder determinar el límite líquido, el cual sería la

humedad que se obtiene a los 25 golpes. También es posible realizar la tendencia de la

curva de forma manual en el registro técnico, dibujando los puntos y construyendo una

recta que pase tan cerca por esos puntos.

El gráfico construido es semilogarítmico, o sea el eje de las ordenadas (humedad) en escala

aritmética y el número de golpes en el eje de las abscisas en escala logarítmica:

10 10036

36.5

37

37.5

38

38.5

39

f(x) = − 0.119342105263158 x + 40.1315263157895

Curva de Fluidez

Número de golpes (N)

Porc

enta

j de

hum

edad

(w e

n(%

)

Ahí podemos observar que la ecuación de la recta que se adapta a nuestros datos es la

siguiente:

y=−0,119 x+40,13

Donde:

y es igual a la humedad en %.

x es el número de golpes.

Ocupamos un x=25 golpes quedando lo siguiente:

y=−0,119(25)+40,13

y=37,155 %

Ese resultado se aproxima al entero más próximo como indica la norma NCh 1517-1 Of79,

por lo que nuestro límite líquido de la muestra es 37%.

wL=37 % Límite Líquido

Límite Plástico (LP):

Muestra

Masa Cap y Mat Húmedo

(grs)Masa Cap y Mat

Seco (grs)

Masa Cap (grs)

Masa Agua (grs)

Masa Mat Seco (grs) %Humedad

1 28,79 27,52 22,99 1,27 4,53 28,035

2 30,18 28,7 23,66 1,48 5,04 29,365

3 29,49 28,11 23,07 1,38 5,04 27,381Límite Plástico 28,26

Tabla nº2. Límite plástico.

Se puede observar que ningún dato de la humedad (límite plástico de cada muestra) se

supera en más de un 2% entre si, tal como lo estipula la norma NCh 1517-2 Of79. Por lo

que ese ensayo es correcto y no es necesario repetir.

Al igual que en la obtención del límite líquido, la masa de agua fue obtenida restando:

mA=mh−ms

Donde:

mA= Masa del agua, grs.

mh= Masa de la capsula mas material húmedo, grs.

ms= Masa de la capsula mas material seco, grs.

Y la masa del material seco fue obtenida restando:

m=ms−mr

Donde:

m= Masa del material seco, grs.

ms= Masa de la capsula mas material seco, grs.

mr= Masa de la capsula o recipiente, grs.

Para obtener cada % de humedad se utilizó la norma NCh 1515 Of79. Con la siguiente

ecuación:

w=[ ( mh−ms )/ (ms−mr ) ]∗100

Donde:

w= Humedad, %.

mh= Masa de la capsula mas material húmedo, grs.

ms= Masa de la capsula mas material seco, grs.

mr= Masa de la capsula o recipiente, grs.

Como se muestra en la tabla nº2, las humedades son:

Muestra 1:

w1=[ (28,79−27,52 )/ (27,52−22,99 ) ]∗100

w1=28,035 %

Muestra 2:

w2=[ (30,18−28,7 )/ (28,7−23,66 ) ]∗100

w2=29,365 %

Muestra 3:

w3=[ (29,49−28,11) / (28,11−23,07 ) ]∗100

w3=27,381 %

Por lo que nuestro límite plástico sería el promedio de los 3 resultados, ya que ninguno

supera los 2% de diferencia entre sí, el resultado es 28,26%. Al no referirse la norma a la

aproximación de este resultado, se deja como la forma anterior.

wP=27,381 % Límite Plástico

Al necesitar del índice de plasticidad para poder clasificar nuestro suelo, la norma NCh

1517-2 Of79 nos indica utilizar la fórmula siguiente:

I P=wL−wP

Donde:

I P= Índice de plasticidad del suelo, %.

wL=Límite líquido del suelo, %.

wP= Límite plástico del suelo, %.

Por lo que nos queda, según nuestros datos:

I P=37−28,26

I P=8,74 %

Y si lo comparamos con el índice de plasticidad según la ecuación de la línea A de la carta

de plasticidad, tenemos:

I Pde línea A=0,73 (¿−20 )

I Pde línea A=0,73 (37−20 )

I Pde línea A=12,41%

Con todos estos datos y gracias al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (USCS),

procedemos a clasificar nuestro suelo.

Dado que claramente el índice de plasticidad del suelo se encuentra “bajo” la línea A de la

carta de plasticidad. Sabiendo también que nuestro suelo es un suelo fino y que el límite

líquido es menor al 50%, según la carta nuestro suelo sería clasificado como un Limo de

Baja Plasticidad (ML).

Conclusiones

A partir de los resultados obtenidos durante la realización del procedimiento

establecido en las normas de límite de consistencia, pudimos obtener una clasificación

certera del suelo el cual trabajamos. En donde podemos clasificar la muestra como un limo

ML, es decir se encuentra bajo la línea A de la carta de plasticidad, con lo que podemos

decir que corresponde a un limo de baja plasticidad.

Destacamos la importancia que conlleva una correcta aplicación de los métodos

establecidos en las normas, además de una adecuada utilización de los instrumentos

principalmente en el trabajo con la Cuchara de Casagrande, en donde se deben definir bien

los parámetros para determinar la cantidad de golpes y obtener de manera más certera el

gráfico semi-logarítmico; correspondiente a la relación entre el contenido de humedad y el

límite líquido de una muestra de suelo. Para así obtener una clasificación cercana a la

realidad.

También podemos recalcar la importancia de una obtención certera de los límites de

consistencia, ya que son de vital importancia en los estudios de suelos para una posterior

edificación sobre éstos u otros fines en donde se requieran éstos análisis. Ya que a partir de

la clasificación de los suelos podemos analizar la reacción que puede tener éste en función

de diferentes variables como el contenido de humedad. Y también nos permite obtener la

información necesaria para realizar estudios y cálculos como por ejemplo para análisis

sísmicos.

Bibliografía

Instituto Nacional De Normalización. INN. Mecánica de suelos. Determinación de

la humedad. Norma chilena oficial Nch1515 of 79

Instituto Nacional De Normalización. INN. Mecánica de suelos. Límites de

consistencia. Parte 1: Determinación del límite líquido. Norma chilena oficial Nch

1517/1 of 79.

Instituto Nacional de Normalización. INN. Mecánica de suelos. Limites de

consistencia. Parte 2: Determinación del límite plástico. Norma chilena oficial Nch

1517/2 of 79.

Sitios web

http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/04/sistema-de-clasificacion-unificado-uscs.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Unified_Soil_Classification_System