Límites de Atterberg.
En 1911, el agricultor sueco Atterberg dividió toda la gama de estado del suelo (de líquido a estado sólido) en cuatro etapas, que se conoce como los límites de Atterberg o límites de consistencia.
1. El estado líquido,
2. El estado plástico,
3. El estado semi-sólido, y
4. El estado sólido.
El estableció límites arbitrarios, conocidos como límites de consistencia o límites de Atterberg, para estas divisiones en términos de contenido de agua.
Por lo tanto, los límites de consistencia son el contenido de agua en el que la masa del suelo pasa de un estado a otro.
La siguiente figura muestra los cuatro estados con los límites de consistencia apropiados.
Los límites de Atterberg que son más útiles para fines de ingeniería son el límite de líquido, el límite de plástico y el límite de encogimiento. Estos límites se expresan como porcentaje de contenido de agua.
Límite de líquido.
Límite de líquido se define como el contenido mínimo de agua en porcentaje en bases secas en las que el suelo cambia su estado de líquido a estado plástico.
Con referencia al dispositivo de límite de líquido estándar, se define como el contenido mínimo de agua en el que una parte del suelo cortada por una ranura de dimensiones estándar, fluirá juntas para una distancia de 12 mm bajo un impacto de 25 golpes en el dispositivo.
Límite de plástico.
El límite del plástico se define como el contenido mínimo del agua en el porcentaje en las bases secas en las cuales un suelo entra en estado semi-sólido al estado plástico.
Límite de encogimiento.
El límite de encogimiento se define como el contenido máximo de agua en el que una reducción en el contenido de agua no causará una disminución en el volumen de una masa de suelo.
Es el contenido de agua más bajo en el que el suelo todavía puede estar completamente saturado.
Indice de plasticidad.
El rango de consistencia dentro del cual un suelo exhibe propiedades plásticas se denomina rango de plástico y se indica por índice de plasticidad.
El índice de plasticidad se define como la diferencia numérica entre el límite de líquido y el límite de plástico de un suelo: P. I = LL – PL.
En el caso de los suelos arenosos, el límite de plástico debería determinarse primero. Cuando no se podría determinar el límite de plástico, el índice de plasticidad se despliega como NP (no plástico).
Cuando el límite de plástico es igual o mayor que el límite de líquido, el índice de plasticidad se despliega como cero.
Plasticidad.
La plasticidad se define como esa propiedad de un suelo que le permite deformarse rapidamente, sin ruptura, sin rebote elástico, y sin cambio de volumen.
Según la teoría de Goldschmidt, la plasticidad se debería a la presencia de escamas finas como partículas que llevan en sus superficies cargas electro-magneticas.
Las moléculas de agua son bipolares y se orientan como pequeños imanes en el campo magnético junto a la superficie de las partículas del suelo.
El agua se vuelve muy viscosa cerca de las partículas, pero a medida que aumenta la distancia, la viscosidad del agua disminuye hasta que a cierta distancia existe el agua corriente.
Cuando hay suficiente agua (correspondiente al estado de consistencia del plástico), las partículas están separadas por un agua similar a la melaza que permite que las partículas se deslizen entre sí a nuevas posiciones sin ninguna tendencia a volver a sus posiciones anteriores, sin cambio en el volumen de vacíos, y sin perjudicar la cohesión.
Índice de consistencia.
El índice de consistencia o la consistencia relativa se define como la relación del límite de líquido menos el contenido de agua natural al índice de plasticidad de un suelo: C. I = LL – W/PI, donde w es el contenido de agua natural del suelo.
El índice de consistencia es útil en el estudio del comportamiento del campo de grano fino Suelos.
Por lo tanto, si el índice de consistencia de un suelo es igual a la unidad, es en el límite de plástico.
Del mismo modo, un suelo con CI igual a cero está en su límite de líquido. Si excede la unidad, el suelo está en un estado semi-sólido y será rígido.
Un índice de consistencia negativa indica que el suelo tiene un contenido de agua natural mayor que el límite de líquido y por lo tanto se comporta igual que un líquido.
Indice de liquidez.
El índice de liquidez o la relación agua-plasticidad es la relación, expresada en porcentaje, del contenido de agua natural de un suelo menos su límite de plástico, a su índice de plasticidad:
LI = W – PL/PI. Donde w es el contenido de agua natural del suelo.
Determinación del límite líquido del suelo.
El límite de líquido se determina en el laboratorio con la ayuda del aparato estandar de límite líquido diseñado por Casagrande.
El aparato consiste en una base de goma dura con la dureza de B.S. 21-25, sobre la cual una taza de latón reposa a la altura deseada.
La Copa de latón puede ser levantada y bajada para caer sobre la base de goma con la ayuda de una leva operada por un mango.
La altura de la caída de la Copa se puede ajustar con la ayuda de los tornillos de ajuste.
Antes de comenzar la prueba, la altura de caída de la copa se ajusta a 1 cm.
Se utilizan dos tipos de herramientas de ranurado;
(1) la herramienta Casagrande (BS), y
(2) la Herramienta ASTM .
La herramienta Casagrande consiste en una ranura de tamaño 2 mm de ancho en la parte inferior, 11,0 mm de ancho en la parte superior y 8 mm de altura.
Mientras que la herramienta ASTM consiste en una ranura de 2 mm de ancho en la parte inferior, 13,6 mm en la parte superior y 10 mm de profundidad.
La herramienta ASTM se utiliza sólo para suelos más arenosos donde la herramienta Casagrande tiende a desgarrar los lados de la ranura.
Aparato.
1. Aparato Casagrande.
2. Tamiz no. 40 (ASTM).
3. Espátula.
4. Contenedores.
5. Bandeja.
6. Horno eléctrico.
7. Equilibrio.
Procedimiento.
1. Alrededor de 120 g de la muestra que pasa a través del tamiz se mezcla a fondo con agua destilada en el plato de evaporación o en una placa de mármol para formar una pasta uniforme.
2. Una porción de la pasta se coloca en la taza sobre el lugar donde la taza descansa sobre la base, se aprieta hacia abajo y se extiende en la posición y la ranura se corta en la palmadita del suelo.
3. El mango se gira a una velocidad de aproximadamente 2 revoluciones por segundo, y el número de golpes se cuenta hasta que las dos partes de la muestra de suelo entran en contacto en la parte inferior de la ranura a lo largo de una distancia de 10 Mm.
Algunos suelos tienden a deslizarse en la superficie de la copa en lugar de fluir. Si esto ocurre, el resultado debe desecharse y la prueba se repite hasta que no se produzca el flujo.
4. Después de registrar el número de golpes, aproximadamente 10 gramos del suelo cerca de la ranura cerrada se toma para la determinación del contenido de agua.
Dado que es difícil ajustar el contenido de agua exactamente igual al límite de líquido cuando la ranura debe cerrarse en 25 golpes, el límite de líquido se determina mediante el trazado de un gráfico entre el número de golpes como abscisas en una escala logarítmica y el agua correspondiente contenido como ordenada.
Para trazar la curva de flujo, se deben tomar al menos de cuatro a cinco juegos de lectura en el rango de 10 a 50 golpes.
El contenido de agua correspondiente a 25 golpes se toma como límite de líquido.
En el siguiente video se puede visualizar este proceso para una mejor comprensión de este.
Determinación del límite de plástico del suelo.
Aparato.
1. Vidrio PLAT (2 x 2 pies).
2. Espátula.
3. Tamiz no. 40 (ASTM).
4. Horno eléctrico.
5. Equilibrio.
Procedimiento.
1. Para determinar el límite del plástico, la muestra de suelo que pasa tamiz de 425 micrones se mezcla a fondo con agua destilada hasta que la masa del suelo se convierte en plástico suficiente para moldearse fácilmente con los dedos.
2. La masa plástica del suelo se debe dejar para el tiempo suficiente para permitir que el agua penetre a través de la masa del suelo.
3. Una bola se forma con cerca de 8 g de esta masa plástica del suelo y rodado entre los dedos y una placa de cristal (o placa de mármol) con la presión justa suficiente para rodar la masa en un hilo de rosca del diámetro uniforme a través de su longitud.
4. Cuando se alcanza un diámetro de 3 mm, el suelo se vuelve a moldear en una pelota.
5. Este proceso de laminado y re-moldeado se repite hasta que el hilo empiece a desmoronarlo a un diámetro de 3 mm.
6. Los hilos desmenuzado se conservan para determinar el contenido de agua.
7. La prueba se repite dos veces más con muestras frescas.
8. El límite plástico (PL) se toma como promedio de tres contenidos de agua.
El índice de plasticidad se calcula a partir de la relación: PI = LL – PL.
Mire el siguiente video para una mejor comprensión del procedimiento.
Determinación del límite de encogimiento del suelo.
Una expresión del límite de encogimiento del suelo se puede derivar con referencia a la figura de abajo.
Si se toma una muestra saturada de suelo (con un contenido de agua superior al límite de encogimiento) y se deja secar gradualmente,
su volumen seguirá disminuyendo hasta que una etapa vendrá después de la cual la reducción en el agua del suelo no resultará en una mayor reducción en el volumen total de la muestra de suelo.
El contenido de agua correspondiente a esa etapa se conoce como el límite de encogimiento.
La forma de la ecuación anterior sugiere inmediatamente el método para determinar el límite de encogimiento en el laboratorio.
Aparato.
El equipo para la determinación consiste en
(1) Un plato evaporador de porcelana, de unos 12 cm de diámetro con fondo plano,
(2) Un acero inoxidable plato de encogimiento, 45 mm de diámetro y 15 mm de altura, con fondo plano.
(3) Dos placas de vidrio, cada uno 75 x 75 mm, uno de vidrio liso y el otro con tres puntas metálicas, y
(4) Una copa de vidrio de 50 mm de diámetro y 25 mm de altura, con su borde superior, suelo liso y nivelado.
Vea el video a continuación para una mejor comprensión.
Procedimiento.
1. El volumen V1 del plato de encogimiento se determina primero rellenándolo con mercurio, quitando el exceso presionando una placa de vidrio plano sobre su parte superior y luego tomando la masa del plato lleno de mercurio.
2. La masa del mercurio contenida en el plato, dividida por su densidad (13,6 g/cm3) da el volumen del plato.
3. Alrededor de 50 g de suelo que pasa 425 micrones el tamiz se mezcla con agua destilada Suficiente llenar los huecos completamente y hacer el suelo pastoso suficiente para ser fácilmente trabajados en el plato de encogimiento sin la inclusión de burbujas de aire.
4. El interior del plato de encogimiento está recubierto con una capa delgada de vaselina.
5. Un volumen de suelo húmedo de aproximadamente un tercio del volumen del plato se coloca en su centro, y el suelo es causado a fluir hacia los bordes golpeándolo suavemente sobre una superficie dura.
6. El plato se rellena gradualmente añadiendo más suelo en cuotas seguidas por suavemente tocando para excluir la inclusión de aire.
7. El exceso de suelo se golpea con un borde recto, y todo el suelo adherido al exterior del plato se borra.
8. El plato lleno de tierra se pesa inmediatamente.
9. La masa M1, de la palmadita húmeda del suelo, del volumen v1, se conoce así restando la masa del plato vacío de la masa del suelo mojado más el plato tomado arriba.
10. El plato se coloca en el horno. La palmadita del suelo tendrá contracción volumétrica en el secado, como se muestra en la figura (b). El MD total de la palmadita seca del suelo se encuentra.
11. Para encontrar el volumen Vd de la palmadita seca del suelo, la taza de cristal primero se llena del mercurio, y el exceso de mercurio se quita presionando la placa de cristal con tres puntas firmemente sobre la tapa de la taza.
La Copa se borra de cualquier mercurio que pueda adherirse a su superficie exterior y se coloca en el plato evaporante.
La palmadita seca del suelo se coloca en la superficie del mercurio de la taza y es forzada cuidadosamente abajo por medio del vidrio con las puntas.
La masa del mercurio desplazada dividida por su densidad da el volumen Vd de la palmadita seca del suelo.
El límite de encogimiento se calcula a partir de la siguiente ecuación.
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