Límites de Consistencia de una Masa del Suelo – Excel

En esta práctica de laboratorio de suelos se determina los límites y estados de consistencia de una masa del suelo.  Aplicado a partículas pasantes por el tamiz Nº 40 que incluye las arenas finas, limos y arcillas.

Los límites de consistencia permiten identificar y clasificar un suelo, así como también dan información respecto a las propiedades cohesivas de un suelo y la cantidad de agua capilar que puede retener.

Para este ensayo se debe tener conceptos claros de plasticidad y consistencia:

En suelos se le llama Plasticidad a la propiedad que tienen algunos suelos de deformarse sin agrietarse, ni producir rebote elástico.

Por otro lado, la Consistencia es el grado de cohesión de las partículas de un suelo y su resistencia a aquellas fuerzas exteriores que tienden a deformar o destruir su estructura.

Estados de Consistencia

En 1911, Albert Atterberg  propone los siguientes estados de consistencia:

» Estado Semi- líquido: En este estado de humedad el suelo no ofrece resistencia a soportar cargas o esfuerzos.

» Estado Plástico: El suelo ofrece un rango de valores de resistencia, dependiendo de la humedad, con la característica del material a no agrietarse, con capacidad de moldearse y cambiar de forma (acepta deformaciones).

» Estado Semi-sólido: El suelo ofrece alta capacidad a soportar cargas con la característica que se contrae cuando pierde humedad. El material se agrieta y no se puede moldear, se desmorona y pierde plasticidad.

» Estado sólido: Alta resistencia a soportar cargas, el suelo puede perder humedad sin disminución del volumen por secado.

Límites de Consistencia

Además, definió la frontera de los cuatro estados de consistencia en términos de “límites”:

» Límite líquido (%LL o %WL): Es la frontera entre los estados semi-líquido y plástico. Contenido de humedad a partir del cual el suelo arcilloso ofrece una nula o baja resistencia.

» Límite Plástico (%Lp o %Wp): Frontera entre los estados plástico y semisólido. Contenido de humedad por debajo del cual el suelo pierde su plasticidad.

» Límite de contracción (%Lc o %Wc): Frontera entre los estados sólidos y semi-sólido. Contenido de humedad por debajo del cual el suelo pierde humedad sin cambiar de volumen.

La representación gráfica de los estados de consistencia se hace de la siguiente manera:

La humedad del suelo (%W) es en condición saturada.

Determinación el Laboratorio de los Límites de Consistencia

» Materiales: Muestra de material pasante por el tamiz Nº 40. (arenas finas, limos y arcillas). La muestra debe estar humedecida por aproximadamente 12 horas

Límite Líquido (%LL o %WL)

Cuando el contenido de humedad de un suelo, para el cual dos secciones de una misma muestra separadas por una ranura de dimensiones standard, alcanzan apenas a tocarse, sin unirse, al someterla al impacto de 25 golpes bien definidos en el aparato de Arthur Casagrande.

La Copa de Casagrande consiste en una copa de bronce o latón y una base de hule duro. La copa se deja caer sobre la base por una leva operadora por una manivela.

Para la prueba del límite líquido se coloca la muestra de suelo en la copa. Se corta una ranura en el centro de la muestra, usando el ranurador.

Luego con la leva operadora por la manivela, se levanta la copa y se deja caer desde una altura de 10mm a un ritmo de 2 golpes por segundo.

El contenido de agua, en porcentaje requerido para cerrar una distancia de 12,7 mm a lo largo del fondo de la ranura a los 25 golpes se define como límite líquido.

Casagrande (1932) concluyó que cada golpe en la copa de casagrande, corresponde a una resistencia cortante del suelo de aproximadamente 1gr/cm² (0,1kN/m²).

Por consiguiente, el límite líquido de un suelo fino, da el contenido de agua para el cual la resistencia cortante del suelo es aproximadamente de 25 gr/cm² (2,5 kN/m²).

Se determina el límite líquido realizando el ensayo de 3 a 5 veces para diferentes contenidos de humedad.

El numero de golpes debe encontrarse entre el rango de 15 a 35 golpes.

Luego se construye la curva de fluidez, es decir, el contenido de humedad (%W) en escala natural, vs. el número de golpe a escala logarítmica y, entrando a la gráfica con 25 golpes se determina el limite líquido %WL.

Límite Plástico (%LP o %WP)

Es el mínimo contenido de quedad que permite amasar un suelo en cilindros de 3 milímetros de diámetro sin que se rompan o desmorone.

El límite plástico se determina realizando de 2 a 3 veces el ensayo a la muestra a estudiar, hallándose el contenido de humedad promedio:

La importancia práctica, es debido a que la manipulación del suelo y en la ejecución de obras de tierra, en el estado plástico es más fácil. La excavación del material se realiza con el menor trabajo.

Límite de Contracción (%LC o %WC)

Es el contenido de humedad para el cual cesa la disminución del volumen de la masa de suelo, aún cuando el contenido de agua continúe disminuyendo (evaporándose).

La masa de suelo se contrae conforme se pierde gradualmente el agua del suelo. Con pérdida continua de agua se alcanza una etapa de equilibrio en la que más pérdida de agua conducirá a que no halla cambio de volumen.

El contenido de agua, en porcentaje, bajo el cual el cambio de volumen de la masa del suelo cesa, se le define como el límite de contracción.

La muestra de suelo se coloca en una capsula de dimensiones y peso conocido. Se da unos golpecitos sobre la mesa para sacar todos los vacíos que se introducen al colocar la muestra, luego se deja secar a temperatura ambiente por un lapso de 6 días, por último, se introduce en el horno y se seca la muestra, determinándose el peso final y el volumen final de la muestra.

El límite de contracción se determina por medio de:

Por lo tanto:

Índice de Plasticidad

Es la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico.

Aquellos suelos que no poseen límite plástico no tienen plasticidad (NP) como por ejemplo la arena. El índice de plasticidad de un suelo es una medida de su capacidad de desarrollar cohesión. Mientras mayor sea la plasticidad, valores más elevados podrá alcanzar la cohesión del suelo.

Índice de Contracción

Es la diferencia entre los límites plásticos y de contracción.

Índice de Liquidez o Fluidez

Es la relación agua – plasticidad.

Donde:

Wn = Contenido de humedad natural del suelo.

• Si Wn = Wp => IL=0 (suelo con alta resistencia). La consistencia del suelo es semi-dura.
• Si Wn < Wp => IL<0 (suelo con muy alta resistencia). La consistencia del suelo es dura muy dura.
• Si Wn > Wp => IL>1 (suelo con resistencia nula). La consistencia del suelo es fluida.