METODOS PARA DETERMINAR LIMITES ATTERBERG

 

Consistencia y Plasticidad

Se denomina plasticidad a la propiedad que presentan algunos suelos de modificar su consistencia (o dicho de otra forma, su resistencia al corte) en función de la humedad.

Existe una relección entre la plasticidad de un suelo y su cohesión. La plasticidad es una propiedad exclusiva de los suelos finos (arcillas y limos), siendo producto de las relaciones electroquímicas que se establecen entre las superficies de los elementos que forman el agregado que compone el suelo (partículas elementales de limo o arcilla). Los suelos granulares, formados exclusivamente por elementos de granulometría gruesa (arena, gravilla, grava o cantos) no presentan plasticidad.

Limites de Atterberg

Albert Mauritz Atterberg definió para el uso en agronomía cuatro estados en los que puede encontrarse un suelo plástico en función de su consistencia, que varía según la humedad: sólido, semisólido, plástico y líquido.

Un suelo plástico seco se encuentra en estado sólido; al incrementar su humedad varía de forma gradual su consistencia hasta llegar al estado líquido. Los umbrales de humedad que separan cada uno de los estados son denominados límites de Atterberg.

Metodo para determinar Limite de Contraccion. NCh1517/3 – 1979

1 Alcance y campo de aplicacion

1.1 Esta norma establece el procedimiento para determinar el límite de contracción de los suelos.

2 Referencias

• NCh1022   Tamices de ensayo de tela de alambre y plancha perforada – Dimensiones nominales de abertura.
• NCh1509    Mecánica de suelos – Preparación de muestras en estado seco.
• NCh1517/1 Mecánica    de   suelos   –    Límites    de   consistencia –    Parte   1:   Determinación del límite líquido.

 3 Aparatos para determinar el Límite de Contracción

3.1   Plato de evaporación

De porcelana, de aproximadamente 140 mm de diámetro.

3.2 Espátula

O cuchillo, con una hoja flexible de aproximadamente 75 mm de largo por 20 mm de ancho.

3.3 Molde

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

3.4 Regla de enrase

 De acero, de aproximadamente 150 mm de largo.

3.5 Taza de vidrio

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

3.6 Placa de vidrio

 Con tres puntas para sumergir la muestra en el mercurio (ver figura 1).

3.7 Probeta

 Con una capacidad de 25 ml y graduada a 0,2 ml.

3.8 Balanza

Con una precisión de 0,01 g.

3.9 Mercurio

Suficiente para llenar la taza de vidrio.

4 Acondicionamiento para determinar el Límite de Contracción

La muestra de ensayo debe tener un tamaño en masa de aproximadamente 30g.

• Si sólo se requiere determinar el límite de contracción, tomar la muestra de ensayo del material completamente homogeneizado que pasa por el tamiz NCh de 0,5 mm obtenido de acuerdo con NCh 1509.
• 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 para 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 en un 10%.

• Curar la muestra durante el tiempo necesario para que las fases líquidas y sólidas 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 ensayo de la porción de suelo acondicionada según NCh1517/1.

5 Procedimiento de ensayo para determinar el Límite de Contracción

Calibración del molde

• Pesar y registrar la masa del molde vacío (mm), aproximando a 0,01g.
• 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 ( Hg = 13,55 g/cm3). Registrar dicha capacidad como volumen de la pastilla de suelo húmedo (Vh) aproximando a 0,01 ml.

Prueba

• Recubrir el interior del molde con una capa delgada de lubricante (por ejemplo, vaselina o aceite de silicón) para prevenir la adherencia del suelo al molde.
• Colocar una porción de suelo húmedo de aproximadamente un tercio de la capacidad del molde en el centro de éste 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 esté completamente compactado y todo el aire atrapado suba a la superficie.
• Agregar material y compactar hasta que el molde esté completamente lleno y con un exceso de suelo por sobre el borde.
• Enrasar con la regla y limpiar restos de suelo adherido al exterior del molde.
• Inmediatamente de enrasado, pesar el molde con el suelo Restar la masa del molde determinando la masa de 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 ensayo 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 estufa a 110 ± 5ºC hasta masa constante.

NOTA – El secado en estufa a 110 ± 5ºC 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 estufa a aproximadamente 60ºC.

• Pesar el molde con el suelo Restar la masa del molde determinando la masa de suelo seco (ms). Registrar aproximando a 0,01 g.
• Determinar el volumen de la pastilla de suelo seco como se indica (ver figura 2):

a. 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;

b. 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 ésta tope firmemente contra el borde de la (Es esencial que no quede aire atrapado bajo el trozo de suelo ni bajo la placa de vidrio);

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

6 Expresión de resultados

• Calcular la humedad del suelo en el momento en que fue moldeado de acuerdo con la formula siguiente, aproximando al 0,1%:

en que:

w     =     humedad del suelo en el momento que fue moldeado, %;

mh     =     masa del suelo húmedo, g;

ms     =     masa del suelo seco, g.

• Calcular el límite de contracción del suelo de acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando al 1%:

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);

r _w   =    densidad del agua, g/cm3 (g/ml);

ms  =     masa del suelo seco, g.

 

Metodo para determinar Limite Liquido. NCh1517/1.Of1979.

1.- Alcance y campo de aplicacion

• Esta norma establece el procedimiento para determinar el límite líquido de los suelos mediante el método mecánico. Complementariamente se incluye el método puntual.
• En general se debe aplicar el método mecánico.
• El método puntual es aplicable solamente en control de faenas, cuando se ha determinado previamente la curva de flujo por el método mecánico y cuando las especificaciones particulares para el suelo a ensayar así lo indiquen. En ningún caso el método puntual es aplicable a la investigación o estudio de Suelo.

2.- Referencias

• NCh15O9 Mecánica de suelos – Preparación de muestras en estado seco.
• NCh1515  Mecánica de suelos – Determinación de la humedad.

 

3.- Aparatos para determinar el Limite Liquido

 

3.1 Plato de evaporación

De porcelana, con un diámetro de aproximadamente 120 mm.

3.2 Espátula

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

3.3 Aparato de Limite Liquido (ver figura 1)

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 un 90%.

3.4 Acanalador

Combinación de acanalador y calibre, construido de acuerdo con  el plano  y dimensiones de uno de los tipos indicados en figura 3.

3.5 Recipientes

Herméticos para la muestra de contenido de humedad, tales como juegos de vidrio reloj.

3.6 Balanza

Con una precisión de 0,01 g.

3.7 Probeta

Con una capacidad de 25 ml.

3.8 Procedimiento de Ajuste y control del aparato de Límite Líquido

3.8.1 Ajustar la altura de 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 de 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.

3.8.2 Verificar periódicamente los aspectos siguientes:

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

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

c Que el desgaste de la taza no sobrepase la tolerancia de masa  especificada en  3.2;

d. 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 resiliencia especificada en 3.2;

e. Que el desgaste de los soportes no llegue al punto de quedar apoyados en sus tornillos de fijación; y

f. Que el desgaste del ranurador no sobrepase las tolerancias dimensionales especificadas en la figura

3.8.3 Previo a cada ensayo verificar que la taza y la base estén limpias y secas.

 

4.- Acondicionamiento de la muestra de ensayo para determinar el Limite Liquido

• 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 destila da necesarios 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.

5.- Procedimiento para determinar el Limite Liquido

• Colocar el aparato de límite liquido sobre una base firme.
• Cuando se ha mezclado 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 ensayo.
• Colocar esta porción en la taza con la espátula, centrada sobre el punto de apoyo de la taza con la base; comprimirla y extenderla en la posición indicada en la  figura  2  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.

NOTA – El nivelado a 10 mm implica un volumen de material de » 16 cm3  y una longitud de surco,  medida  sobre la superficie nivelada, de » 63 mm.

• 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 En ningún caso se debe aceptar el desprendimiento de la pasta de el  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    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    Colocar en un recipiente hermético y determinar su humedad (w) de acuerdo con NCh1515.
• Transferir el material que quedó 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  ensayo  se  debe  efectuar de la condición más húmeda a la mas seca. Al efecto 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.
• NOTA – Se recomienda efectuar este ensayo en cámara húmeda Si no se cuenta con este equipo deben tomarse las precauciones necesarias para reducir la evaporación.

6.- Expresion de resultados

6.1 Calcular y registrar la humedad de cada prueba (w) de acuerdo con NCh1515 .

• Construir un gráfico semilogarítmico con la 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 liquido (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.

 

Metodo para determinar Limite Plastico. NCh1517/2 – 1979

1 Alcance y campo de aplicación

1.1 Esta norma establece el procedimiento para determinar el límite plástico y el índice de plasticidad de los suelos.

2 Referencias

• NCh1022   Tamices de ensayo de tela de alambre y plancha perforada – Dimensiones nominales de abertura.
• NCh1509    Mecánica de suelos – Preparación de muestras en estado seco.
• NCh1517/1 Mecánica de suelos – Límites de consistencia – Parte 1: Determinación del límite líquido.

3 Aparatos para determinar el Límite Plástico

3.1 Plato de evaporación

De porcelana, con un diámetro de aproximadamente 120 mm.

3.2 Espátula

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

3.3 Superficie de amasado

Placa de vidrio esmerilado.

3.4 Recipientes

Herméticos para la muestra de contenido de humedad, tales como juegos de vidrio reloj.

3.5 Balanza

Con una precisión de 0,01 g.

3.6 Probeta

Con una capacidad de 25 ml.

3.7 Patrón de comparación

Alambre o plástico de  3 mm de diámetro.

4 Acondicionamiento para determinar el Límite Plástico

La muestra  debe tener un tamaño en masa de aproximadamente 20 g.

• Si sólo se requiere determinar el límite plástico, tomar la muestra de ensayo del material completamente homogeneizado que pasa por el tamiz de 0,5 mm obtenido de acuerdo con NCh1509. 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
• 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 ensayo de la porción de suelo acondicionada según NCh1517/1. Tomar esta muestra en aquella etapa en que la pasta de suelo se vuelva suficientemente plástica para moldearla como una esfera. Si el material está seco, agregar agua destilada y homogeneizar completamente; si está muy húmedo, amasarlo de modo que seque al contacto con las manos hasta alcanzar la consistencia

5 Procedimiento para determinar el Limite Plastico

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a. tomar una  porción  de  la  muestra  de  ensayo  acondicionada  de  aproximadamente  1 cm³;

b. amasar la muestra entre las manos y luego hacerla rodar con la palma de la mano o la base del pulgar sobre la superficie de amasado conformando un cilindro;

c. cuando el cilindro alcance un diámetro de aproximadamente 3 mm, doblar, amasar nuevamente y volver a conformar el cilindro;

d. repetir la operación hasta que el cilindro se disgregue al llegar a un diámetro de aproximadamente 3 mm y no pueda ser reamasado ni reconstituido;

NOTAS

1 Si esta disgregación se produce cuando el cilindro 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

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 presión del amasado).

e. reunir las fracciones del cilindro disgregado y colocar en un recipiente tarado. Determinar y registrar su humedad (w) de acuerdo con NCh1515;

f. repetir las etapas a) a e) con dos porciones más de la muestra de ensayo.

NOTAS

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

2. Se recomienda efectuar este ensayo en cámara húmeda. Si no se cuenta con este equipo deben tomarse las precauciones necesarias para reducir la evaporación.

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6 Expresion de resultados

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6.1Calcular el límite plástico (wp) como el promedio de las tres determinaciones efectuadas sobre la muestra de ensayo. Dichas determinaciones no deben diferir entre sí en más de un 2%. Cuando no se cumpla esta condición se debe repetir todo el ensayo.

6.2 Calcular el índice de plasticidad de acuerdo con la fórmula siguiente:

IP = wL – wP

en que:

IP        =    índice de plasticidad del suelo, %;

wL       =    límite líquido del suelo, %;

wP      =    límite plástico del suelo, %.

6.3 Cuando no pueda determinarse uno de los dos límites (WL  o WP ), informar el índice de plasticidad como NP (no plástico).

6.4 Calcular el índice líquido de acuerdo con la fórmula siguiente:

en que:

I L	=	índice líquido del suelo;
w	=	humedad (natural) del suelo, %;
wP	=	límite plástico del suelo, %;
I p	=	índice de plasticidad del suelo, %.

6.5 Calcular el índice de consistencia de acuerdo con la fórmula siguiente:

en que:
IC	=	índice de consistencia del suelo;
wL	=	límite liquido del suelo, %;
w	=	humedad (natural) del suelo %;
I p	=	índice de plasticidad del suelo, %.