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 de Atterberg 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 encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al agregarsele 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

La arcilla, por ejemplo al agregarle agua, pasa gradualmente del estado sólido al estado plástico y finalmente al estado líquido.

L. Contracción L. Plástico

L. Líquido

0 W% 100 W%

Fig. 5.13 Límites de Atteberg

Semi - Sólido

PlásticoSólido Contracción

Líquido

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.

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 calcular los limites de Atterberg el suelo se tamiza por la malla Nº40 y la poción retenida es descartada.

Según su contenido de agua en forma decreciente, un suelo susceptible de ser plástico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definido por Atterberg.

1.- Estado líquido, con las propiedades y apariencias de una suspensión.

2.-Estado Semilíquido, con las propiedades de un fluido viscoso.

3.-Estado Plástico, en que el suelo se comporta plásticamente.

4.-Estado semi sólido, en el que el suelo tiene la apariencia de un sólido, pero aún disminuye de volumen al estar sujeto a secado.

Es importante que las muestras seleccionadas para determinar los límites sean lo más homogéneas que se pueda lograr. A este respecto, ha de tenerse en cuenta, que el aspecto de una arcilla inalterada es muy engañoso; a simple vista puede no presentar la menor indicación de estratificación, ni cambio de color y ello no obstante, su contenido natural de humedad puede variar grandemente en diferentes zonas de la misma muestra extraída del terreno, con correspondientes variaciones apreciables en los límites líquidos.

Este método establece el procedimiento para determinar el límite líquido de los suelos mediante el método mecánico.

Aparatos a) Plato de evaporación: De porcelana un diámetro

aproximado de 120 mm. b) Espátula: Con una hoja flexible de

aproximadamente 75mm de largo y 20mm de ancho.

c) Aparato de límite líquido (Ver Fig.5.14) : 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 resistencia tal que una bolita de acero de 8 mm de diámetro, dejada caer libremente desde una altura de 25 cm rebote entre 75% y 90%.

d) Acanalador: Combinación de acanalador y calibre, construido de acuerdo con el plano y dimensiones de uno de los tipos indicados en Fig.5.15.

e) Recipientes. Para las muestras de contenido de humedad.

f) Balanza. Con una precisión de 0.01(g)

g) Probeta. Con una capacidad de 25 ml.

h) Horno. Con los requerimientos de Nch 1515 Of 77.

d) Acanalador: Combinación de acanalador y calibre, construido de acuerdo con el plano y dimensiones de uno de los tipos indicados en Fig.5.15.

e) Recipientes. Para las muestras de contenido de humedad.

f) Balanza. Con una precisión de 0.01(g)

g) Probeta. Con una capacidad de 25 ml.

h) Horno. Con los requerimientos de Nch 1515 Of 77.

Herramienta tipo ASTM para hacer la ranura

Herramienta tipo Casagrande para hacer la ranura

Fig. 5.14 Aparato de Límite Líquido

La muestra de ensaye debe tener un tamaño igual o mayor que 100(g) del material que pasa por el tamiz de 0.5 (ASTM NO40) obtenido de acuerdo con la norma AASHTO 387-80

Nota: Cuando se efectúa además la determinación del límite de contracción, aumentar el tamaño de muestra requerida para dicho ensaye.

- Ajustar la altura de la caída de la taza, se gira la manivela hasta que la taza se eleve a su mayor altura. Utilizando el calibrador de 10 mm (adosado al ranurador), se verifica que la distancia entre el punto de percusión y la base sea de 10 mm exactamente. De ser necesario, se aflojan los tornillos de fijación y se mueve el ajuste hasta obtener la altura de caída requerida. Si el ajuste es correcto se escuchará un ligero campanilleo producido por la leva al golpear el tope de la taza; si la taza se levanta por sobre el calibre o no se escucha ningún sonido debe realizarse un nuevo ajuste.

Que no se produzca juego lateral de la taza por desgaste del pasador que la sostiene;

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

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

Que el desgaste de la base no exceda de 0,1 mm 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 fijación;

Que el desgaste del ranurador no sobrepase las tolerancias dimensionales.

Previo a cada ensaye se verificará que la taza y la base estén limpias y secas.

- Colocar la muestra en el plato de evaporación. Agregar agua destilada y mezclar completamente mediante la espátula. Continuar la operación durante el tiempo y con la cantidad de agua destilada necesaria para asegurar una mezcla homogénea.

- Curar la muestra durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida se mezclen homogéneamente.

Nota: en suelos de alta plasticidad este plazo no debe ser menor que 24 h. En suelos de baja plasticidad este plazo puede ser mucho menor y en ciertos casos puede eliminarse.

- Colocar el aparato de límite líquido sobre una base firme.

- Cuando se ha mezclado con suficiente agua para obtener una consistencia que requiera aproximadamente 15 a 20 golpes para cerrar la ranura, tomar una porción de la mezcla ligeramente mayor a la cantidad que se someterá a ensaye.

- Colocar esta porción en la taza con la espátula, centrada sobre el punto de apoyo de la taza con la base; comprimirla y extenderla mediante la espátula, evitando incorporar burbujas de aire en la mezcla. Enrasar y nivelar a 10 mm en el punto de máximo espesor. Reincorporar el material excedente al plato de evaporación.

- Dividir la pasta de suelo pasando el acanalador cuidadosamente a lo largo del diámetro que pasa por el eje de simetría de la taza de modo que se forme una ranura clara y bien delineada de las dimensiones especificadas. El acanalador de Casagrande se debe pasar manteniéndolo perpendicular a la superficie interior de la taza. En ningún caso se debe aceptar el desprendimiento de la pasta del fondo de la taza; si esto ocurre se debe retirar todo el material y reiniciar el procedimiento. La formación de la ranura se debe efectuar con el mínimo de pasadas, limpiando el acanalador después de cada pasada.

- Colocar el aparato sobre una base firme, girar la manivela levantando y dejando caer la taza con una frecuencia de dos golpes por segundo hasta que las paredes de la ranura entren en contacto en el fondo del surco a lo largo de un tramo de 10 mm. Si el cierre de la ranura es irregular debido a burbujas de aire, descartar el resultado obtenido. Repetir el proceso hasta encontrar dos valores sucesivos que no difieran en más de un golpe. Registrar el número de golpes requerido (N).

- Retirar aproximadamente 10 g del material que se junta en el fondo del surco. Colocar en un recipiente y determinar su humedad (w)

- Transferir el material que quedo en la taza al plato de evaporación. Lavar y secar la taza y el ranurador.

- Repetir las operaciones precedentes por lo menos en dos pruebas adicionales empleando el material reunido en el plato de evaporación. El ensaye se debe efectuar de la condición más húmeda a la mas seca. La pasta de suelo se bate con la espátula de modo que vaya secando homogéneamente hasta obtener una consistencia que requiera de 15 a 35 golpes para cerrar la ranura.

Calcular y registrar la humedad de cada prueba Construir un gráfico semilogarítmico, con una

humedad (w) como ordenada en escala aritmética y el número de golpes (N) como abscisa en escala logarítmica.

Dibujar los puntos correspondientes a los resultados de cada una de las tres (o más) pruebas efectuadas y construir una recta (curva de flujo) que pase tan aproximadamente como sea posible por dichos puntos.

Expresar el límite líquido (WL) del suelo como la humedad correspondiente a la intersección de la curva de flujo con la abscisa de 25 golpes, aproximando al entero más próximo.

- Proceder según lo anterior, excepto que la muestra debe prepararse para obtener una consistencia que requiera 20 a 30 golpes para cerrar la ranura. Deben observarse a lo menos dos resultados consecutivos consistentes antes de aceptar una prueba. Registrar el numero de golpes requerido (N). La muestra para determinar la humedad debe tomarse sólo para la prueba más aceptada. El ensaye debe efectuarse desde la condición más seca del suelo.

- Calcular y registrar la humedad de la prueba aceptada (w) .

- El punto obtenido se debe confrontar con la curva de flujo determinada previamente para el mismo tipo de suelo.

Este método establece el procedimiento para determinar el límite plástico y el índice de plasticidad de los suelos.

Terminología Límite plástico: humedad expresada

como porcentaje de la masa de suelo seco en horno, de un suelo re moldeado en el límite entre los estados plásticos y semisólido.

- 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.

- Superficie de amasado. Placa de vidrio esmerilado.

- Recipientes. Para muestras de contenido de humedad.

- Balanza. Con una precisión de 0,01 g.

- Probeta. Con una capacidad de 25 ml.

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

- Horno. Con los requerimientos de NCh 1515 Of79..

Tamaño de la muestra de ensaye Debe tener un tamaño en masa de

aproximadamente 20 g.

- Si solo se requiere determinar el límite plástico, tomar la muestra de ensaye del material completamente homogeneizado que pasa por el tamiz de 0,5 mm, colocar en el plato de evaporación y mezclar completamente con agua destilada mediante la espátula hasta que la pasta se vuelva suficientemente plástica para moldearla como una esfera.

- Curar la muestra durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida se mezclen homogéneamente.

Nota: En suelos de alta plasticidad este plazo no debe ser menor que 24 h. En suelos de baja plasticidad este plazo puede ser mucho menor y en ciertos casos puede eliminarse.

 

- Si se requiere determinar ambos límites, líquido y plástico, tomar la muestra de ensaye de la porción de suelos acondicionada Nch 1517. Tomar esta muestra en aquella etapa en que la pasta de suelo se vuelva suficientemente plástica para moldearla como una esfera. Si el material esta seco, agregar agua destilada y homogeneizar completamente; si esta muy húmedo, amasarlo de modo que seque al contacto con las manos hasta alcanzar la consistencia requerida.

- Tomar una porción de la muestra de ensaye acondicionada de aproximadamente 1 cm³;

- Amasar la muestra entre las manos y luego hacerla rodar con la palma de la mano la base del pulgar sobre la superficie de amasado conformando un cilindro solo con el peso de mano;

- Cuando el cilindro alcance un diámetro de aproximadamente 3 mm, doblar, amasar nuevamente y volver a conformar el cilindro;

- Repetir la operación hasta que el cilindro se disgregue al llegar a un diámetro de aproximadamente 3 mm, en trozos de orden de 0,5 a 1 cm de largo, y no pueda ser reamasado ni reconstruido.

Nota 1: Si esta disgregación se produce cuando tiene un diámetro mayor que 3 mm, puede considerarse como un punto final satisfactorio siempre que el material haya podido conformar previamente un cilindro de 3 mm.

Nota 2: En ningún caso debe procurarse obtener la disgregación exactamente a los 3 mm de diámetro de cilindro (por ejemplo reduciendo la velocidad y/o la velocidad del amasado).

- Reunir las fracciones del cilindro disgregado y colocarlas en un recipiente . Determinar y registrar su humedad (w) .l

- Repetir las etapas anteriores con dos porciones más de la muestra de ensaye.

Nota 3: Se recomienda efectuar las tres determinaciones tratando de conseguir una humedad ligeramente mayor que el límite y ligeramente menor que el límite, respectivamente.

Nota 4: Se recomienda efectuar este ensaye en cámara húmeda. Si no se cuenta con este equipo deben tomarse las precauciones necesarias para reducir la evaporación

- Calcular el límite plástico (Wp) como el promedio de las tres determinaciones efectuadas sobre la muestra de ensaye. Dichas determinaciones no deben diferir entre si en mas de 2 puntos. Cuando no se cumpla esta condición se debe repetir todo el ensaye.

- Calcular el índice de plasticidad de acuerdo con la formula siguiente:

IP = WL - WpEn que:

IP= índice de plasticidad del suelo, %WL = límite liquido del suelo, %; yWP = límite plástico del suelo, %.

- Cuando no pueda determinarse uno de los dos límites (WL ó Wp). o la diferencia es negativa, informar el índice de plasticidad como NP (no plástico)

- Calcular el índice líquido de acuerdo con la formula siguiente:

IL = (W - WP)/ IPen que:

IL = índice líquido del suelo;W = humedad (natural) del suelo,%;

WP = límite plástico del suelo, %;IP = índice de plasticidad del suelo, %.

- Calcular el índice de consistencia de acuerdo con la formula siguiente:

IC = (WL - W) / IPEn que:

IC = índice de consistencia del suelo;WL = límite líquido del suelo, %;

W = humedad (natural) del suelo, %;.IP = índice de plasticidad del suelo, %.

Precisión- Repetibilidad. Dos resultados obtenidos por un

mismo operador sobre la misma muestra, en el mismo laboratorio, usando los mismos aparatos, y en días diferentes, se consideraran dudosos si ellos difieren en mas de un 10% del promedio de ambos.

- Reproductibilidad. Dos resultados obtenidos por operadores diferentes, en laboratorios diferentes, se considerarán dudosos si difieren en más de 18% de su promedio.

Alcance y Aplicación.Este método establece el procedimiento

para determinar el límite de contracción de los suelos.

  TerminologíaLímite de contracción: humedad máxima de

un suelo para la cual la una reducción de la humedad no causa disminución de volumen de suelo.

 

Aparatos- Plato de evaporación. De porcelana, de

aproximadamente 140 mm de diámetro.- Espátula. O cuchillo, con una hoja flexible

de aproximadamente 75 mm de largo por 20 mm de ancho.

- Molde. Cilíndrico, metálico o de porcelana, con el fondo plano y de aproximadamente 45 mm de diámetro y 13 mm de altura.

- Regla de enrase. De acero, de aproximadamente 150 mm de largo.

- Taza de vidrio. De aproximadamente 60 mm de diámetro y 30 mm de altura, con su borde superior pulido y esencialmente paralela a la base.

- Placa de vidrio. Con tres puntas para sumergir la muestra en el mercurio

- Probeta. Con una capacidad de 25 mm y graduada a 0.2 ml

- Balanza. Con una precisión de 0.01 g. - Mercurio. Suficiente para llenar la

taza de vidrio. - Horno. Con los requerimientos de la

norma NCh 1515 Of 77

Calibración del molde. - Pesar y registrar la masa del molde

vacío (mm), aproximado a 0.1 g. - Determinar la capacidad del molde en

cm3 (ml) llenándolo con mercurio, enrasando con una placa de vidrio y midiendo el volumen de mercurio que llena el molde por pesada y dividiendo por la densidad del mercurio (ال Hg= 13.55 g/cm3). Registrar dicha capacidad como volumen de la pastilla de suelo húmedo (Vn) aproximando a 0.01 ml. Tamaño de la muestra de ensaye.

Debe tener un tamaño en masa de aproximadamente 30 g.

Acondicionamiento de la muestra de ensaye.

- Si solo se requiere determinar el límite de contracción, tomar la muestra de ensaye del material completamente homogeneizado que pasa por el tamiz de 0.5 mm obtenido de acuerdo con la norma AASHTO 387-80.

- Colocar la muestra en el plato de evaporación y mezclar completamente con agua destilada en una cantidad suficiente para llenar completamente los huecos del suelo y dejar el suelo suficientemente pastoso para colocarlo en el molde sin inclusión de burbujas de aire.

Nota: La humedad necesaria para alcanzar la consistencia requerida en suelos desmenuzables es igual o ligeramente superior a wL y en suelos plásticos puede exceder a wL hasta un 10%.

- Curar la muestra durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida se mezclen homogéneamente.

Nota: En suelos de alta plasticidad este plazo no debe ser menor que 24 h. En suelos de baja plasticidad este plazo puede ser mucho menor y en algunos casos puede eliminarse.

- Si se requiere determinar además el límite líquido, tomar la muestra de ensaye de la porción de suelo.

- Recubrir el interior del molde con una capa delgada de lubricante (por ejemplo, vaselina o aceite de silicón para prevenir la adherencia de suelo al molde).

- Colocar una porción de suelo húmedo de aproximadamente un tercio de la capacidad del molde en el centro de este y extenderlo hasta los bordes, golpeando el molde contra una superficie firme recubierta con papel secante o similar.

- Agregar una porción similar a la primera y golpear el molde hasta que el suelo este completamente compactado y todo el aire atrapado suba a la superficie.

- Agregar material y compactar hasta que el molde este completamente lleno y con exceso de suelo sobre el borde.

- Enrasar con la regla y limpiar posibles restos de suelo adherido al exterior del molde.

- Inmediatamente de enrasado, pesar el molde con el suelo compactado. Restar la masa del molde determinando la masa del suelo húmedo (mh). Registrar aproximando a 0.01 g.

- Dejar secar lentamente al aire hasta que la pastilla de suelo moldeado se despegue de las paredes del molde o hasta que cambie de color oscuro a claro.

Nota: Se recomienda efectuar el ensaye, hasta el inicio del secado, en cámara húmeda. Si no se cuenta con este dispositivo se deben tomar todas las precauciones necesarias para reducir la evaporación.

- Secar en horno a 1105 oC hasta masa constante.

Nota: El secado en horno a 1105 oC no entrega resultados fiables en suelos que contienen yeso u otros minerales que pierden fácilmente el agua de hidratación o en suelos que contienen cantidades significativas de materia orgánica. En estos casos es recomendable el secado en horno a aproximadamente 60 oC.

- Pesar el molde con el suelo seco. Restar la masa del molde determinando la masa del suelo seco (ms). Registrar aproximando a 0.01 g.

- Determinar el volumen de la pastilla de suelo seco.

- Llenar la taza con mercurio hasta que desborde, enrasar presionando con la placa de vidrio y limpiar los restos de mercurio adheridos al exterior de la taza;

- Colocar la taza llena de mercurio sobre el plato de evaporación, colocar el trozo de suelo sobre la superficie del mercurio y sumergirlo cuidadosamente mediante las puntas de la placa de vidrio hasta que esta tope firmemente contra el borde de la taza. (Es esencial que no quede aire atrapado bajo el trozo de suelo ni bajo la placa de vidrio); y

- Medir el volumen de mercurio desplazado por el trozo de suelo por pesada y dividiendo por la densidad del mercurio (الHg = 13,55 g/cm³ ), registrarlo como volumen del trozo de suelo seco ( Vs), aproximando a 0,01cm³ (0,01ml).

- Calcular la humedad del suelo en el momento en que fue moldeado de acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando al 0.1 %

w =( ( mh - ms ) / ms ) * 100 En que : w = humedad del suelo en el momento que fue

moldeado, % ; mh = masa del suelo húmedo, g ; y ms= masa del suelo seco, g.- Calcular el límite de contracción, del suelo de

acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando al 1 %.

wS = w – ( ( (Vh - Vs ) * الw) / ms ) * 100

wS = w – ( ( (Vh - Vs ) * الw) / ms ) * 100 En que : wS = límite de contracción, %; w = humedad del suelo en el momento que

fue moldeado, %; Vh = volumen de la pastilla de suelo

húmedo, cm3 (ml); Vs = volumen de la pastilla de suelo seco,

cm3 (ml); w = densidad del agua, gr/cm3(gr/ml) ; yال ms = masa del suelo seco, g.