Lab. 3 Limites de Atterberg

Gómez Santiago, Cárdenas Jonathan Universidad del Valle

LIMITES DE ATTERBERG Resumen:

1.

INTRODUCCION.

Los límites de Atterberg o también conocidos como límites de consistencia se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos finos, como arcillas o limos. Estos límites adquieren el nombre de Atterberg debido al científico sueco Albert Mauritz Atterberg (1846-1916) quien a inicios del siglo XX decidió estudiar las propiedades físicas de los suelos en función de su granulometría y llegó a publicar sus estudios y resultados obtenidos en las revistas científicas más importantes de la época [1]. Los límites están basados en el concepto de que en un suelo que presenta granulometría fina, limos o arcillas, solo pueden existir  cuatro estados de consistencia según la cantidad de humedad que estos posean. De tal forma que un suelo se encuentra en estado sólido cuando está seco y al irle añadiendo agua, el suelo va pasando lentamente a los estados semisólido, plástico y finalmente líquido. Los contenidos de humedad en los  puntos de transición de un estado a otro son los que se denominan como límites de Atterberg o límites de consistencia. El ensayo usado en esta practica mide la cohesión de la muestra de suelo y su contenido de humedad, consiste en formar   pequeños cilindros de 3mm de diámetro con la muestra de suelo mezclada con un poco de agua, sobre una superficie no absorvente y hacerlo hasta que el cilindro comience a romperse, cuando pasa de estado plástico a estado solido, en este punto es cuando se determina el limite plástico de la muestra de suelo. EL limite liquido, liquido, por otro lado, se determina determina cuando el suelo pasa de estado semilíquido a estado plástico, para poder determinar el  punto en lo que esto pasa, se utiliza la cuchara de Casagrande en la cual se pone una

muestra de suelo mezclada con un poco de agua y luego de hacer una pequeña abertura en ella se aplican cierto numero de golpes a la cuchara hasta que la abertura se cierre, cuando esto pase, es el momento de calcular  el limite liquido. 1.1

OBJETIVOS. 



Aprender a determinar los limites de consistencia. Conocer los procedimientos de cohesion y de cuchara de Casagrande  para determinar determinar los limites de Atterberg.

2. MARCO TEORICO. Cohesión: Es la fuerza debida a la atraccion molecular por las partículas de arcilla que  presentan carga superficial superficial y atraccion de masas por las fuerzas de Van der Waals [2]. En la cohesión tambien interbienen otros factores como compuestos orgánicos y compuestos quimicos. Adhesion: Esta propiedad se debe a la tension superficial que presentan las  partículas que componen un suelo y el agua que entra en contacto con ellas. No obstante, una incremento en la cantidad de agua no implica un incremento semejante en la adhesion, ya que, una cantidad excesiva de agua hace que ésta disminuya. Limite Plastico: Es el limite de un suelo en el que éste pasa de un estado semisolido a un estado solido. La forma de determinarlo consiste en tomar una muestra del suelo y humedeserla, si la muestra esta seca, para formar una masa que pueda ser maleable. De dicha masa se toman pequeñas porciones elipsoidales y se las hace rodar entre la mano y una superficie no absorbente hasta obtener  un cilindro de diametro uniforme (3mm) algo que no debe tardar mas de dos minutos, si

1

Gómez Santiago, Cárdenas Jonathan Universidad del Valle llegado este tiempo el cilindro no se ha empezado a desmoronar, se debe romper el cilindro y formar una nueva masa eleipsoidal  para repetir el procedimiento hasta que el cilindro comience a desmoronarse al llegar a los 3mm de diametro. Cuando esto al fin suceda, se debe poner el cilindro en un recipiente, de peso conocido Wr, para ser   pesado para obtener su peso Wt y  posteriormente ingresado al horno para eliminar así el agua presente en la muestra de tal manera que se conosca el peso de solidos de la muestra Ws y peso del agua presente en ella Wl. El limite plastico, se encontrara entonces con la siguiente formula:

debe anotar el numero de golpes que se requirieron para que pasara. A continuacion se toma una porcion de la muestra presente en la cuchara, cuyo ancho sea de aproximadamente de 1 pulgada de  borde a borde, a esta muestra se le registrara su peso Wt poniendola en un recipiente de  peso conocido Wr y finalmente se pondra al horno por 24 horas a unos 105 ± 5 °C para así determinar el peso unicamente de los solidos de la muestra, junto con el recipiente, Ws. De esta forma se podra calcular el limite liquido con la siguiente formula:     

    

  

 

 

Para tener una mayor precisión en encontrar  el limite plastico, se debe realizar la prueba de tenacidad a varias muestras del suelo y el Limite Plaastico sera el promedio de los limites plasticos obtenidos para cad muestra. Limite Liquido: El limite liquido solo se  puede determinar para muestras de suelo las cuales pasen el tamiz No. 40 algo que se ha establecido para la prueba a realizar. A la muestra de suelo obtenida, que pase el tamiz  No. 40, se le debe agregar cierta cantidad de agua, que en lo posible no debe contener  ningun tipo de material organico o mineralogico en ella, revolviendo de forma alternada y rapida con una espatula para homogeneizar la muestra. Esto se hará hasta que la muestra tome una consistencia maleable Posteriormente se debe colocar  cierta cantidad de la muestra en la copa de Casagrande de tal forma que la altura de la muestra en el punto mas bajo de la copa sea de 10mm.

Como paso a seguir se hará una abertura en la muestra, con un ranurador, en la parte central de la cuchara de Casagrande. Cuando esto se haya realizado, se accinara el equipo, girando la manibela, para ocacionar golpes en la cuchara y por ende en la muestra, lo cual, a cierto numero de golpes, ocacionara que las dos mitades se unan. Cuando esto pase, se

  

 

 

Este procedimiento se debera repetir para otras porciones de la muestra de suelo original, ya que, el limite liquido se considera como la humedad presente en la muestra de suelo cuando este pasa del estado liquido al estado plastico con 25 golpes en la cuchara de Casagrande y generalmente esto no se  presenta a los 25 golpes, por tanto se debe crear una curva de dispercion con los resultados obtenidos y de esa forma enconctrar la humedad del suelo a los 25 golpes (el lilite liquido). 3. METODO.

En la clasificación granulométrica por  tamizado solo se tienen en cuenta las  partículas gruesas, es decir, partículas con diámetro que comprenden mayores o iguales 0.075 mm que corresponde a la separación o entramado del tamiz #200, todo el material que atraviese este tamiz deberá realizársele otro procedimiento para su clasificación como ya se explico en la sección 1. Dado lo anterior, se hizo una eliminación parcial del material fino, procedimiento que corresponde a ubicar todo el material en el tamiz #200 e irle adicionando agua para “lavar” l os agregados finos que contenga. Este  procedimiento se realiza hasta que el agua que pase por el tamiz sea incolora indicando así que ya no existen finos en ese tamiz. Luego de haber lavado el material, se procede

2

Gómez Santiago, Cárdenas Jonathan Universidad del Valle a pesarlo nuevamente para conocer su peso inicial, así como se aprecia en la Figura No.2.

 Fig. No. 3 Torre de tamices desde el tamiz de ½” al tamiz  #200 en la parte inferior sucedido por una base con fondo.  Fig. No2 Peso inicial de la muestra de suelo luego de haber   sido lavado y llevado al horno.

Seguidamente, se procede a tamizar el material, para ello se contó con varios tamices de tamaños que iban desde el de 2” hasta el #200. Para nuestra practica, ya que no contamos con la maquinaria necesaria para obtener un tamizado optimo se procedió a hacerlo manual, poniendo la muestra de suelo en el tamiz de mayor diámetro que en este caso era de 2” y verificar en que tamiz se  presentaba el primer retenido de partículas. El tamiz en el que se presentó el primer retenido fue el tamiz de ½” y a partir de este formo la torre de tamices hasta el tamiz #200, mostrado en la figura No. 3.

Teniendo ya la muestra en los tamices a usar, se prosiguió sacudiendo tamiz por tamiz sobre un fondo en el que se almacenaban las  partículas que pasaban, luego estas se ponían en el tamiz siguiente y el proceso se repetía nuevamente hasta llegar así, al tamiz #200. Al final se encontró pesaron las cantidades del suelo retenidas en cada tamiz y se pusieron en la mesa del laboratorio para poder apreciarlas  por separado, así como se puede apreciar en la Figura No.3 a continuación.

 Fig. No. 3 clasificación de la muestra según su tamaño.

Los resultados de la clasificación granulométrica por tamizado de la muestra de material se registraron en la Tabla No.1

3

Gómez Santiago, Cárdenas Jonathan Universidad del Valle mostrada en el anexo 1. Tomando los resultados obtenidos, y usando las ecuaciones  No.2 y 3 se completo la tabla No.1 y contando ya con los datos de tamaño de  partículas y %Pasa, se genero una curva granulométrica y basándose la tendencia de esta, se podría dar una idea de las características del material.

4. RESULTADOS.

Curva Granulometrica 100 90 80 70

   a    s60    a    P    % 50

40 30 20 10 0 10 1 0.1 Tamaño de Particulas mm

0,078

D30 mm

0,2

D60 mm

0,87

Cu

11,1538462

Cc

0,58944

LL

42%

LP

30%

Ip

12%

Tabla No.2 Diámetros efectivos y coeficientes de curvatura y uniformidad.

Continuando con el análisis granulométrico de la muestra de suelo se graficó la curva granulométrica a partir de los datos consignados en la Tabla No.1 del anexo, mostrada a continuación en la figura No. 4.

100

D10 mm

0.01

 Fig. No. 4. Curva granulométrica de la muestra de  suelo

A partir de la grafica granulométrica mostrada en la figura anterior, se procede a determinar los diámetros efectivos D10, D30, D60 y con ellos y usando las ecuaciones No. 4 y No. 5 se calculan los coeficientes de curvatura y de uniformidad, datos que se consignan en la Tabla No.2 junto los valores de Limite liquido (LL) y limite plástico (Lp) dados en clase y el índice de plasticidad calculado a partir de ellos y la ecuación No.e, a continuación.

5. DISCUCIONES.

En primera instancia comparando el peso inicial de la muestra (Winicial=301 gr) y el  peso final (la sumatoria de los pesos de los materiales retenidos en los tamices posterior  al tamizado) (Wtotal= 276,63g) se encontró que en el proceso de muestreo se perdieron 24.3 gr, de los cuales, 24.23 gr se eliminaron de la muestra en el proceso de lavado y 0.07 gr que se perdieron en el proceso de tamizado, lo cual indica que se presentó un error del 0,02% en el tamizado, un error  aceptable, ya que se tiene que para que el método de tamizado sea eficaz, el error  causado por perdida de material en el proceso no debe ser mayor al 1%, de lo contrario la  prueba debe volver a repetirse. Ya que el error fue menor al 1%, el valor de pesos retenidos debe corregirse, sumando el valor  que se perdió (0,07 gr) al mayor valor de peso retenido de la muestra, dado que al peso mayor le representara un cambio menor en el  porcentaje retenido. Basándose en la tendencia de la curva granulométrica y tomando como referencias las curvas granulométricas de ciertos tipos de material mostrados en la Fig No.5 en el anexo 2, se estima que es un suelo poco uniforme hasta podría decirse mal graduado, reafirmando esta idea, acertada por cierto, valiéndose del coeficiente de uniformidad de Allen (Cu=11.1538462) y el coeficiente de curvatura (Cc=0.58944), con lo cuales se  puede determinar que la muestra de suelo es  poco uniforme dado que su coeficiente de uniformidad se encuentra entre 5 y 20, pero,

4

Gómez Santiago, Cárdenas Jonathan Universidad del Valle aun no se considera bien graduado, ya que,  para esto su coeficiente de uniformidad debería ser mayor a 20. También podemos apreciar que no es un suelo bien graduado guiándonos con el resultado de coeficiente de curvatura, ya que este no se encuentra entre los valores de 1 y 3, sino que es menor a 1. Además, a partir de los datos de %Pasa consignados en la Tabla No.1 del anexo 1,  podemos decir que la muestra es de un suelo grueso, ya que, el %Pasa del tamiz #200 es mucho menor al 50% del total de la muestra, también, podemos decir que el suelo es una arena, ya que, el %Pasa del tamiz #4 es superior al 60% del peso total del suelo y que su contenido de finos esta entre un 5% a un 12%, del total de la muestra. Clasificación de material: dado que el  porcentaje que pasa por el tamiz #4 es mayor  al 60% se clasifica con una arena (S), con respecto a la fracción fina del material, ya que, el porcentaje que pasa por el tamiz #200 está entre valores del 5% al 12%, su Cu es 11.15 y su Cc es 0.58944, lo cual indican que el suelo estudiado es una arena de mala gradación o graduación (SP), posteriormente se entra a determinar la clasificación del suelo  por medio de la carta de plasticidad, dado que el limite liquido del suelo es menor a 50% se dice que es un suelo de baja plasticidad, además como su índice plástico de laboratorio es del orden de 12% y el índice  plástico descrito por la carta de plasticidad es de 16.06, este se ubicaría en la sección de limos de baja compresibilidad (ML), lo que clasificaría el suelo como una arena-arcillosa mal gradada de baja compresibilidad (SPSM).

6. CONCLUSIONES.

El muestreo granulométrico por tamizado se debe aplicar con sumo cuidado ya que si a  partir de este proceso se presentan perdidas de material superiores al 1% del peso total de la muestra, el proceso debe volver a repetirse, algo que en un muestreo granulométrico real,

sería perjudicial, ya que, se perdería tiempo valioso. Hallar la curva granulométrica a partir de los valores obtenidos en el muestreo granulométrico por tamizado, es de gran importancia para poder clasificar un suelo, no solo por su tamaño si no también por su gradación, algo que se puede apreciar solo con ver la gráfica, sin necesidad de conocer  los valores de sus coeficientes o sus diámetros efectivos, ya que, ciertos tipos de suelos poseen curvas granulométricas características.

7. REFERENCIAS.

[1]

¿Quién fue Albert Atterberg? http://geodiendo.com/2010/01/limites -de-atterberg.html .

[2]

Fuerzas de Van Der Waals, http://quimicalibre.com/fuerzas-de-van-derwaals/

5

Gómez Santiago, Cárdenas Jonathan Universidad del Valle

6

ANEXO No.1 Tamices

Tamaño mm

Retenido g

Retenido corregido g

Pasa g

%Retenido Corregido

%Pasa

1/2"

12,5

3,32

3,32

297,68

1,102990033

98,89701

3/8"

9,5

9,82

9,82

287,86

3,262458472

95,6345515

#4

4,75

30,92

30,92

256,94

10,27242525

85,3621262

#8

4

28,22

28,22

228,72

9,375415282

75,986711

#16

1,18

31,43

31,43

197,29

10,44186047

65,5448505

#30

0,6

41,13

41,13

156,16

13,66445183

51,8803987

#50

0,3

42,88

42,88

113,28

14,24584718

37,6345515

#100

0,15

40,91

40,91

72,37

13,59136213

24,0431894

#200

0,075

44,38

44,45

27,92

14,76744186

9,27574751

Pasa 200

0,063

27,92

27,92

300,93

301

Sumatoria

ANEXO N 2.

A: Arena muy uniforme B: Suelo bien graduado C y D: Arcillas (curvas obtenidas con hidrómetro)

9,275747508