UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARTINFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL EAP. DE INGENIERIA CIVIL

Lmites de Atterberg o Lmites de Consistencia

MONOGRAFA Elaborado en el curso de Mecnica de Suelos I

ALUMNOS Coral Macedo Jess Gian Marco Gamboa Sinarahua James Heredia Mendoza Edinson Llanos Peso Alexis Pinchi Flores Marco Antonio Snchez Gil Diego Paolo

Tarapoto Per 2011

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AGRADECIMIENTO

Nuestro ms profundo agradecimiento por su gran capacidad que es hoy de tanta ayuda para nuestro grupo y para nuestra formacin como Ingenieros Civiles, sus enseanzas nos proporcionaron la motivacin para la ejecucin del trabajo monogrfico. Desde ya muchas gracias Ingeniero Enrique N. Martnez Quiroz.

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INDICEPg. AGRADECIMIENTO ---------------------------------------------------------------------INDICE ----------------------------------------------------------------------2 3 5 6 6 6 7 7 7 8 9 10 11 12 12 12 12 13 13 14 15 1517

1. INTRODUCCION ----------------------------------------------------------------------2. OBJETIVOS -----------------------------------------------------------------------

2.1 Objetivos General ----------------------------------------------------------------2.2 Objetivos Especficos -----------------------------------------------------------3. FUNDAMENTO TEORICO ----------------------------------------------------------3.1 Limites de Atterberg o Lmites de Consistencia --------------------------3.1.1 Generalidades ------------------------------------------------------------3.1.2 Plasticidad y Lmites de Consistencia ------------------------------3.1.3 Utilizacin Prctica de los Lmites de Atterberg ------------------3.2 Limite Lquido (LL) --------------------------------------------------------------3.2.1 Determinacin del lmite liquido ------------------------------------3.3 Limite Plstico (LP) -------------------------------------------------------------3.3.1 Determinar del lmite Plstico (LP) ---------------------------------3.4 Limite de contraccin (LC) ----------------------------------------------------3.4.1 Determinacin del lmite de contraccin -------------------------3.5 Determinacin del ndice plstico (IP) -------------------------------------3.6 Ecuacin de la curva de fluidez o ndice de fluencia (IF) -------------3.7 ndice de tenacidad (IT) ------------------------------------------------------3.8 ndice de consistencia (Kw) --------------------------------------------------3.9 ndice de fluidez o ndice de liquidez (IL) --------------------------------3.10 Relacin entre el lmite lquido (LL) e ndice plstico (IP). ----------

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3.11 La plasticidad ------------------------------------------------------------------3.12 Resistencia al esfuerzo cortante (): -------------------------------------3.13 Equipo para prcticas. ------------------------------------------------------CONCLUSIONES ----------------------------------------------------------------------RECOMENDACIONES ---------------------------------------------------------------BIBLIOGRAFIA -------------------------------------------------------------------------ANEXOS ----------------------------------------------------------------------------------

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INTRODUCCIN

Si hablamos de Lmites de Consistencia, se definen tres lmites principales: lquidos y plsticos, que han sido ampliamente utilizados en todas las regiones del mundo, principalmente como objetivos de identificacin y clasificacin de suelos; y lmites de contraccin. Relacionados con estos lmites, se definen los siguientes ndices: ndice de plasticidad, ndice de fluidez, ndice de tenacidad, ndice de liquidez, tambin conocida como Relacin humedad-plasticidad. Son definiciones que sern desarrolladas en el desarrollo de la monografa. Dichos lmites dependen exclusivamente del contenido de agua. As un suelo se puede encontrar en un estado slido, semislido, plstico, semilquido y lquido. El contenido de agua con que se produce el cambio de estado vara de un suelo a otro y en Mecnica de Suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plstico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad). As se presenta nuestro inters sobre los Lmites de Consistencia y la realizacin del trabajo monogrfico. Con ayuda de referencias bibliogrficas, como internet, sitios de consulta y libros de Mecnica de Suelos, se obtuvo datos necesarios para ejecutar el trabajo. He aqu el resultado de la recoleccin de datos para la presentacin de la monografa

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2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo General Proporcionar informacin sobre los Lmites de Atterberg o Consistencia, que sirven de valiosa ayuda en el desarrollo de la Mecnica de Suelos y en general, para el Ingeniero Civil.

2.2 Objetivos Especficos Dar a conocer definiciones sobre Lmite lquido, Lmite plstico, Lmite de retraccin o contraccin ndice de plasticidad, ndice de fluidez, ndice de tenacidad, ndice de liquidez. Importancia del Lmite lquido, Lmite plstico, Lmite de retraccin o contraccin ndice de plasticidad, ndice de fluidez, ndice de tenacidad, ndice de liquidez y su importancia en la Mecnica de Suelos.

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3. FUNDAMENTO TERICO 3.1 Limites de Atterberg o Lmites de Consistencia 3.1.1 Generalidades Por consistencia se entiende el grado de cohesin de las partculas de un suelo y su resistencia a aquellas fuerzas exteriores que tienden a deformar o destruir su estructura. Los lmites de Atterberg o Lmites de consistencia se basan en el concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo del contenido de agua. Segn su contenido de agua en forma decreciente, un suelo susceptible de ser plstico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definido por Atterberg: Estado lquido, con las propiedades y apariencias de una suspensin. Estado Semilquido, con las propiedades de un fluido viscoso. Estado Plstico, en que el suelo se comporta plsticamente. Estado semi slido, en el que el suelo tiene la apariencia de un slido, pero an disminuye de volumen al estar sujeto a secado.

El contenido de agua con que se produce el cambio de estado vara de un suelo a otro y en Mecnica de Suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plstico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad), es decir, la propiedad que presenta los suelos hasta cierto lmite sin romperse. El mtodo usado para medir estos lmites de humedad fue ideado por el cientfico sueco Albert Mauritz Atterberg (1846-1916) a principios de siglo (1911), a travs de dos ensayos que definen los lmites del estado plstico. Los lmites de Atterberg son propiedades ndices de los suelos, con que se definen la plasticidad y se utilizan en la identificacin y clasificacin de un suelo. Los Lmites de Atterberg son difciles de interpretar cualitativamente, pero esta dificultad no es obstculo para su uso. Se debe concebir como lmites aproximados entre los diversos estados en los que pueden presentarse los suelos de grano fino y no se debe tratar de buscar un significado al valor exacto de estos lmites.

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3.1.2 Plasticidad y Lmites de Consistencia Albert Atterberg defini como plasticidad la capacidad que tena un suelo de ser deformado sin agrietarse, ni producir rebote elstico. A su vez observ que los suelos arcillosos en condiciones hmedas son plsticos y se vuelven muy duros en condiciones secas, que los limos no son necesariamente plsticos y se vuelven menos duros con el secado, y que las arenas son desmenuzables en condiciones sueltas y secas. Tambin observ que existan arcillas altamente plsticas y otras de baja plasticidad. Los lmites establecidos por Atterberg para diferenciar los distintos estados de consistencia son: Lmite de cohesin. Es la cantidad de humedad por el cual las boronas de un suelo son capaces de pegarse unas a otras. Lmite de pegajosidad. Es el contenido de humedad con el cual el suelo comienza a pegarse en la superficie metlica tales como la cuchilla y la esptula. Lmite de contraccin. Es el conjunto de humedad por debajo del cual no se produce reduccin adicional de volumen o contraccin en el suelo. Lmite plstico. Es el contenido de humedad considerar el suelo como material no plstico. Lmite lquido. Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un material plstico. A este nivel de contenido de humedad el suelo est en el vrtice de cambiar su comportamiento al de un fluido viscoso.

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Es importante que las muestras seleccionadas para determinar los lmites sean lo ms homogneas que se pueda lograr. El contenido natural de humedad puede variar grandemente en diferentes zonas de la misma muestra extrada del terreno, con correspondientes variaciones apreciables en los lmites lquidos.

3.1.3 Utilizacin Prctica de los Lmites de Atterberg En la actualidad, los lmites de Atterberg son las determinaciones que con ms asiduidad se practican en los laboratorios de Mecnica del Suelo. Su utilidad deriva de que, gracias a la experiencia acumulada en miles de determinaciones, es suficiente conocer sus valores para poderse dar una idea bastante clara del tipo de suelo y sus propiedades. Como, por otra parte, se trata de determinaciones sencillas y rpidas, permiten una pronta identificacin de los suelos y la seleccin adecuada de muestras tpicas para ser sometidas a ensayos ms complicados. Los lmites de Atterberg pertenecen, junto al anlisis granulomtrico, al tipo de ensayos de identificacin. Pero, si el anlisis granulomtrico nos permite conocer la magnitud cuantitativa de la fraccin fina, los lmites de Atterberg nos indican su calidad, completando as el conocimiento del suelo. Frecuentemente se utilizan los lmites directamente en las especificaciones para controlar los suelos a utilizar en terraplenes.

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3.2 Limite Lquido (LL) El Limite Liquido es el contenido de agua tal que para un material dado, fija la divisin entre el estado casi lquido y plstico de un suelo.

Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un procedimiento normalizado en que una mezcla de suelo y agua, capaz de ser moldeada, se deposita en la Cuchara de Casagrande, y se golpea consecutivamente contra la base de la mquina, haciendo girar la manivela, hasta que la zanja que previamente se ha recortado, se cierra en una longitud de 12 mm (1/2"). Si el nmero de golpes para que se cierre la zanja es 25, la humedad del suelo (razn peso de agua/peso de suelo seco) corresponde al lmite lquido. Dado que no siempre es posible que la zanja se cierre en la longitud de 12 mm exactamente con 25 golpes, existen dos mtodos para determinar el lmite lquido: - graficar el nmero de golpes en coordenadas logartmicas, contra el contenido de humedad correspondiente, en coordenadas normales, e interpolar para la humedad correspondiente a 25 golpes. La humedad obtenida es el Lmite Lquido. - segn el mtodo puntual, multiplicar por un factor (que depende del nmero de golpes) la humedad obtenida y obtener el lmite lquido como el resultado de tal multiplicacin.

3.2.1 Determinacin del lmite liquido Para determinar el lmite lquido se emplea el aparato estandarizado de Casa grande. Para poder establecer valores definidos, reproducibles, de los lmites, se propuso que el lmite lquido se definiera arbitrariamente como el contenido de humedad al cul una masa de suelo hmeda colocada en un recipiente en forma de cpsula de bronce, separada en dos por la accin de una herramienta para hacer una ranura-patrn, y dejada caer desde una altura de un centmetro, sufra despus de dejarla caer 25 veces una falla o cierre de la ranura en una longitud de 12.7 mm. Algunas variables afectan el resultado de la prueba del lmite lquido o el nmero de golpes para cerrar la ranura-patrn en una longitud de 12.7 mm entre los cuales se cuentan:

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Tamao de la masa de suelo contenida en la cpsula de cobre (espesor y cantidad). Velocidad a la cual se le dan los golpes (debera ser 120 rpm.). Tiempo de reposo del suelo en la cazuela antes de comenzar la cuenta de golpes y estado de limpieza antes de colocar la pasta de suelo para el ensayo. Humedad del laboratorio y rapidez con la cual se hace el ensayo. Tipo de material utilizado como base del aparato, o sea, superficie contra la cual se debe golpear la cazuela (comnmente se utiliza caucho duro o mica). Ajuste o calibracin de la altura de cada de la cazuela (debe ser exactamente 1 cm). Tipo de herramienta utilizada para hacer la ranura (bien la recomendada por la ASTM o bien la llamada tipo Casa grande). Condicin general del aparato del lmite lquido (pasadores desgastados, conexiones que no estn firmemente apretadas).

Las variables anteriores pueden ser todas controladas por el operador. El lmite lquido es tambin afectado marcadamente por el tipo de suelo y otros factores adicionales. Para intentar reducir stas variables en el ensayo, se han desarrollado y se utilizan aparatos patrn, as como herramientas patrn para hacer la ranura.Para controlar la velocidad de golpeado del recipiente, se debe rotar la manivela a una velocidad aproximada de 120 rpm. o sea a una tasa de 120 golpes por minuto. La norma ASTM para sta prueba estipula el uso de agua destilada para la reparacin de la muestra. Sin embargo, la mayora de los laboratorios utilizan agua comn con unos resultados satisfactorios.

3.3 Limite Plstico (LP) Es el menor contenido de humedad wP para el cual el suelo se deja moldear. Esto se dice cundo, tomando bolas de suelo hmedo, se pueden formar rollitos de 1/8 sobre una superficie plana, lisa y no absorbente. Sin agrietarse el suelo, no hay LP, y con muchas tampoco se tiene el LP. Los valores tpicos entre arenas y arcillas se encuentran entre 5 y 30%. En arenas la prueba no es posible.

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3.3.1 Determinar del lmite Plstico (LP) Se moldea la mitad de la muestra en forma de elipsoide y, a continuacin, se rueda con los dedos de la mano sobre una superficie lisa, con la presin estrictamente necesaria para formar cilindros. Si antes de llegar el cilindro a un dimetro de unos 3.2 mm (1/8") no se ha desmoronado, se vuelve a hacer una elipsoide y a repetir el proceso, cuantas veces sea necesario, hasta que se desmorone aproximadamente con dicho dimetro. El desmoronamiento puede manifestarse de modo distinto, en los diversos tipos de suelo: En suelos muy plsticos, el cilindro queda dividido en trozos de unos 6 mm de longitud, mientras que en suelos plsticos los trozos son ms pequeos. La porcin as obtenida se coloca en vidrios de reloj o pesa-filtros tarados, se contina el proceso hasta reunir unos 6 g de suelo y se determina la humedad de acuerdo a la gua de Determinacin del contenido de humedad. Se repite, con la otra mitad de la masa, el proceso indicado.

3.4 Limite de contraccin (LC) Frontera entre los estado de consistencia semi slido y solido definido con el contenido de humedad (agua) con el que el suelo ya no disminuye su volumen al seguirse secado. 3.4.1 Determinacin del lmite de contraccin La prctica se comienza con un volumen de suelo en condicin de saturacin completa, preferiblemente (pero no absolutamente necesario) a un contenido de humedad cercano o superior al lmite lquido. El suelo entonces se deja secar. Durante el secado se supone que bajo cierto valor lmite de contenido de humedad, cualquier prdida de humedad en el proceso est acompaada por una disminucin en el volumen global de la muestra ( o relacin de vacos). A partir de ste valor lmite en el contenido de humedad, no es posible producir cambios adicionales en el volumen del suelo por prdida adicional de agua de poros. Este valor inferior limitante en el contenido de humedad se denomina lmite de contraccin.

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Lo anterior significa fsicamente, que no se causar ningn volumen adicional por cambios subsecuentes en la humedad. Por encima del lmite de contraccin todos los cambios de humedad producen cambios de volumen en el suelo, ste cambio de volumen se puede expresar en trminos de relacin de vacos y el contenido de humedad. La relacin de contraccin da una indicacin de cunto cambio de volumen puede presentarse por cambios de la humedad de los suelos. La relacin de contraccin se define como la relacin del cambio de volumen del espcimen o muestra de suelo como un porcentaje de su volumen seco al cambio correspondiente en humedad por encima del lmite de contraccin expresado como un porcentaje del suelo seco obtenido luego de ser secado al horno. 3.5 Determinacin del ndice plstico (IP) Se puede definir el ndice de plasticidad de un suelo como la diferencia entre su lmite lquido y su lmite plstico. I.P.= L.L. L.P. Dnde: L.L. = Lmite Lquido P.L. = Lmite Plstico

3.6 Ecuacin de la curva de fluidez o ndice de fluencia (IF) Es la pendiente de la lnea que queda definido al unir los puntos de coordenadas w% vs NG, y queda definido mediante la siguiente ecuacin:

C: constante que representa la ordenada de la abscisa de 1 golpe W: contenido de humedad, como porcentaje del peso seco IF: ndice de fluidez pendiente de la curva de fluidez, igual a la variacin del contenido de agua correspondiente a un ciclo de la escala logartmica. NG: nmero de golpes en la copa de Casagrande

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3.7 ndice de tenacidad (IT) La tenacidad se conoce como aquella consistencia que presentan los suelos, cerca de LP. La potencialidad de la fraccin arcillosa de un suelo se identifica por la mayor o menor tenacidad del rollo de suelo al acercarse a LP y por la rigidez de la muestra al romperse finalmente entre los dedos. La debilidad del rollo en LP, y la rpida prdida de la coherencia de la muestra al rebasar este lmite, indican la presencia de arcilla inorgnica de baja plasticidad o de materiales tales como arcilla del tipo caoln y arcillas orgnicas que caen abajo de la lnea A. Las arcillas altamente orgnicas se sienten muy dbiles y esponjosas al tacto en LP. La resistencia de diferentes suelos arcillosos en LP no es constante, sino que puede variar ampliamente. En arcillas muy plsticas, la tenacidad en LP es alta, debindose aplicar fuerte presin con las manos para formar los rollos. Las arcillas de baja plasticidad son poco tenaces en LP. Algunos suelos finos y arenosos pueden, en apariencia, ser similares a las arcillas, pero no pueden formar rollos, entonces el lmite lquido es prcticamente igual al plstico y an menor, dando un IP negativo, luego no vale la pena obtener valores. La tenacidad en los suelos se mide con la siguiente formula:

IT

IP IF

3.8 ndice de consistencia (Kw) A partir de los valores de los lmites, lquido y plstico. As como de su contenido de humedad natural se puede determinar el grado de consistencia, e indica la consistencia del suelo en estado natural. Este valor es de gran importancia para las arcillas en el mismo orden que la densidad relativa en suelos arenosos.

K

LL nat . x100 LL LP14

Donde: LL: Lmite lquido : Contenido de humedad natural LP: Lmite plstico

S el contenido de humedad en estado natural es igual al lmite plstico, entonces el ndice de consistencia ser igual al 100%. Las arcillas pueden presentar la siguiente variacin de su consistencia: Kw< 0 Consistencia lquida 0