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Universidad Austral de ChileValdiviaFacultad de IngenieríaEscuela de Ingeniería Civil en Obras Civiles
Determinación del Límite Líquido y el Límite Plástico
Ensayo Nº1 de Mecánica de Suelos II
Integrantes: Cristian Barría Almonacid
Felipe Lavado Palma
Christian Martínez Reyes
Oscar Rojas Velásquez
Grupo: Jueves V periodo
Profesor: Luis Collarte Concha
Fecha entrega: 19/10/2012
Introducción
El presente informe hace referencia a la obtención de los límites líquido y límite plástico a
partir de una muestra de suelo entregado, trabajando en el laboratorio LEMCO ubicado en
las inmediaciones de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Austral de Chile.
Para la obtención de éstos resultados nos basaremos en los procedimientos establecidos en
la NCh 1515.Of79 que hace referencia a la determinación de la humedad, la
NCh1517/1.of79 que trata de la determinación del límite líquido y la NCh1517/2.of79 con
la que determinamos el límite plástico.
La obtención de éstas cualidades tan importantes en el análisis y uso de determinados
suelos, nos permite adquirir una experiencia trascendental al momento de enfrentarnos en
futuras situaciones ingenieriles, las cuales requieren que tengamos éste tipo de
conocimientos y podamos tomar las decisiones adecuadas en eventuales escenarios en que
nos veamos enfrentados respecto a la adecuada utilización y necesidades de un suelo.
Una de las aplicaciones para este ensayo se encuentra en la geotecnia, en donde, a partir de
los resultados obtenidos del límite líquido y límite plástico, podemos obtener un parámetro
de vital importancia en una obra de ingeniería que es el índice de plasticidad, el cual es un
indicador de una de las propiedades más importantes en los suelos finos.
Objetivos
Podemos plantear los siguientes objetivos para el ensayo nº1:
Realizar el ensayo de límites de consistencia, tomando como guía la normalización
vigente en Chile (NCh 1517-1 Of79, NCh 1517-2 Of79 y la NCh 1515 Of79).
Posterior a ello obtendremos los límites de consistencia en forma numérica según
los datos obtenidos en el ensayo y la normalización vigente, los datos que se
obtendrán son los siguientes:
El límite líquido de un suelo fino.
El límite plástico de un suelo fino.
Y finalmente el índice de plasticidad del suelo.
Realizar un gráfico semi-logarítmico correspondiente a la relación entre el
contenido de humedad y el límite líquido de una muestra de suelo para distintas
cantidad de golpes, encontrar una relación que permita encontrar el contenido de
humedad con 25 golpes.
Y por último clasificar el suelo utilizando de la carta de plasticidad y el sistema
unificado de clasificación de suelo según Arthur Casagrande.
Análisis teórico del problema
El problema que se nos presenta es cómo analizar un tipo de suelo, con el fin de poder clasificarlo,
mediante ensayos que nos darán datos con los cuales podamos cumplir nuestros objetivos.
Respecto a los ensayos
Estados de consistencia: Los estados de consistencia de una masa de suelo plástico en
función del cambio de humedad son sólidos, semisólido, líquido y plástico. Estos cambios
se dan cuando la humedad en las masas de suelo varía. Para definir las fronteras en esos
estados se han realizado muchas investigaciones, siendo las más conocidas las de Terzaghi
y Atterberg.
Límite Líquido: humedad, expresada como porcentaje de la masa de suelo seco en estufa,
de un suelo remoldeado en el límite entre los estados líquidos y plásticos.
Límite Plástico: humedad, expresada como porcentaje de la masa de suelo seco en estufa,
de un suelo remoldeado en el límite entre los estados plásticos y semisólidos.
Índice de plasticidad: la diferencia entre los dos porcentajes de humedad límites, límite de
plasticidad y límite líquido, se llama número o índice de plasticidad. Tanto los límites de
plasticidad como también el correspondiente número de plasticidad o índice de plasticidad
varían, obviamente de terreno a terreno, en función principalmente de la textura y más
precisamente del contenido de coloides inorgánicos.
En relación al tipo de suelos:
Sistema unificado de clasificación USCS: El sistema de clasificación USCS está basado
en la determinación en laboratorio de la distribución del tamaño de partículas, el límite
líquido y el índice de plasticidad. Este sistema de clasificación también se basa en la gráfica
de plasticidad, que fue obtenida por medio de investigaciones realizadas en laboratorio por
A. Casagrande (1932).
Carta de plasticidad
Sobre la línea A corresponden Arcillas Inorgánicas.
Bajo la línea A corresponden Limos y Arcillas Orgánicas.
Con todos estos datos es posible obtener la clasificación del tipo de suelo que fue entregado
en el laboratorio.
Equipos y materiales
Plato de evaporación: De porcelana, con un diámetro de aproximadamente 120 mm.
Espátula: Con una hoja flexible de aproximadamente 75 mm de largo y 20 mm de ancho.
Aparato de limite líquido (aparato de Casagrande): 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 90%.
Acanalador: Combinación de acanalador y calibre, construido con dimensiones
especificadas en la norma NCh 1517-1 Of79. En este ensayo se utilizó el acanalador
ASTM.
Recipientes: Herméticos para la muestra de contenido de humedad, tales como juegos de
vidrio reloj. Resistentes a la corrosión con tal que no altere la masa de la muestra.
Balanza: Con una precisión de 0,01 g.
Probeta: Con una capacidad de 25 ml.
Superficie de amasado: Placa de vidrio esmerilado.
Patrón de comparación: Alambre o plástico de 3 mm de diámetro.
Estufa: Con circulación de aire y temperatura regulable.
Metodología
La muestra se nos fue presentada al momento de iniciar el ensayo I, pero hay que tener en
cuenta que como dice la norma, se necesita de un acondicionamiento previo. La muestra de
suelo extraída debe ser igual o mayor a 100g y que pase por el tamiz ASTM Nº40. Como se
dijo anteriormente, la muestra se acondiciona en el plato de evaporación, agregando agua
destilada mezclando todo con la espátula y homogeneizar.
Límite Líquido:
Existen dos métodos para obtener el límite líquido del suelo, el método mecánico (usado
generalmente y el que usaremos) y método puntual (el cual se usa solo en faenas).
El aparato de límite líquido debe calibrarse, este procedimiento también estaba hecho con
anterioridad pero debemos verificar que el aparato no tenga un juego entre sus piezas, que
los tornillos estén bien apretados, que la cuchara este bien pulida, limpia y seca y por
último que no haya desgaste del aparato.
Ahora con la mezcla lista se coloca un poco de ella en el aparato, con la espátula se nivela y
comprime, con tal de evitar burbujas de aire en la mezcla. El resto de material se deja en el
plato de evaporación. Inmediatamente después, se pasa el acanalador con cuidado por el eje
simétrico de la cuchara, dejando una clara ranura bien delineada. En caso de haber
desprendimiento de material se reinicia este procedimiento.
Sobre una base firme se gira la manivela del aparato a una velocidad de dos golpes por
segundos, hasta que las paredes del fondo de la ranura se junten en un tramo de 10 mm. Si
el cierre es irregular, se descarta y se procede otra vez. En caso de que se proceda bien se
extraen 10 grs. de ese material y se coloca en el recipiente hermético para luego determinar
su humedad. El resto de material vuelve al plato de evaporación y se lava y seca los
aparatos usados para repetir todo el proceso para determinar el límite líquido. La obtención
de datos es de mínimo 3 muestras, pueden ser más pero no menos.
Límite Plástico:
También se debe acondicionar la muestra a ensayar, al igual que en la determinación del
límite líquido, además la muestra se de curar (agregar agua) para que la fase líquida y
sólida se mezclen de forma homogénea.
Los pasos son, tomar una porción (1 cm3) de la muestra la cual se amasa entre las manos,
para luego rodarla de tal forma de generar una bolita para luego formar cilindros en el
vidrio esmerilado, cuando lleguen a tener un diámetro de aproximadamente 3 mm, doblar y
repetir la operación con tal de que la humedad de la muestra vaya disminuyendo y que el
cilindro se disgregue y no pueda ser reamasado ni reconstruido.
Las muestras van siendo colocadas en el recipiente tarado, para luego determinar y registrar
su humedad de acuerdo a la norma NCh 1515 Of79. El proceso se repite hasta obtener 3
muestras en total. En cada recipiente se junto aproximadamente 6 grs de material para cada
muestra.
Todos los recipientes, tanto los del ensayo de límite líquido y de límite plástico, deben ser
colocados en un horno a 110 +/- 5 ºC, por aproximadamente 15 o 16 horas (de un día a
otro. Luego se llenan los datos en el registro técnico para ser procesados.
Resultados y datos procesados
Los datos obtenidos fueron procesados en una planilla Excel, con tal de obtener una
ecuación para la curva que se obtiene con el número de golpes y la humedad. Serán
presentados a continuación y respaldados en el registro técnico que fue entregado en el
laboratorio. La expresión de resultados tanto del límite líquido como del límite plástico se
realizó como las normas vigentes lo dicen.
Límite Líquido (LL):
Muestra Nº Golpes
Masa Cap y Mat Húmedo
(grs)
Masa Cap y Mat Seco
(grs)
Masa Cap (grs)
Masa Agua (grs)
Masa Mat Seco
(grs)
%Humedad
1 20 32,97 30,29 23,31 2,68 6,98 38,3952 19 32,8 30,07 22,75 2,73 7,32 37,2953 27 33,15 30,48 23,23 2,67 7,25 36,828
Tabla nº1. Límite líquido.
La masa de agua fue obtenida restando:
mA=mh−ms
Donde:
mA= Masa del agua, grs.
mh= Masa de la capsula mas material húmedo, grs.
ms= Masa de la capsula mas material seco, grs.
La masa del material seco fue obtenida restando:
m=ms−mr
Donde:
m= Masa del material seco, grs.
ms= Masa de la capsula mas material seco, grs.
mr= Masa de la capsula o recipiente, grs.
Para el cálculo del contenido de humedad (w) de cada muestra, se utilizó la norma NCh
1515 Of79. En donde dice que la humedad se calcula como la pérdida de masa de la
muestra de acuerdo con la siguiente fórmula, aproximando al 0,1%:
w=[ ( mh−ms )/ (ms−mr ) ]∗100
Donde:
w= Humedad, %.
mh= Masa de la capsula mas material húmedo, grs.
ms= Masa de la capsula mas material seco, grs.
mr= Masa de la capsula o recipiente, grs.
Como se muestra en la tabla nº1 de arriba se obtuvo:
Muestra 1:
w1=[ (32,97−30,29 ) / (30,29−23,31 ) ]∗100
w1=38,395 %
Muestra 2:
w2=[ (32,8−30,07 )/ (30,07−22,75 ) ]∗100
w2=37,295 %
Muestra 3:
w3=[ (33,15−30,48 ) / (30,48−23,23 ) ]∗100
w3=36,828 %
Con estos datos y los de la tabla nº1 se obtiene una curva de fluidez, la cual posee una
ecuación que se obtiene en Excel para así poder determinar el límite líquido, el cual sería la
humedad que se obtiene a los 25 golpes. También es posible realizar la tendencia de la
curva de forma manual en el registro técnico, dibujando los puntos y construyendo una
recta que pase tan cerca por esos puntos.
El gráfico construido es semilogarítmico, o sea el eje de las ordenadas (humedad) en escala
aritmética y el número de golpes en el eje de las abscisas en escala logarítmica:
10 10036
36.5
37
37.5
38
38.5
39
f(x) = − 0.119342105263158 x + 40.1315263157895
Curva de Fluidez
Número de golpes (N)
Porc
enta
j de
hum
edad
(w e
n(%
)
Ahí podemos observar que la ecuación de la recta que se adapta a nuestros datos es la
siguiente:
y=−0,119 x+40,13
Donde:
y es igual a la humedad en %.
x es el número de golpes.
Ocupamos un x=25 golpes quedando lo siguiente:
y=−0,119(25)+40,13
y=37,155 %
Ese resultado se aproxima al entero más próximo como indica la norma NCh 1517-1 Of79,
por lo que nuestro límite líquido de la muestra es 37%.
wL=37 % Límite Líquido
Límite Plástico (LP):
Muestra
Masa Cap y Mat Húmedo
(grs)Masa Cap y Mat
Seco (grs)
Masa Cap (grs)
Masa Agua (grs)
Masa Mat Seco (grs) %Humedad
1 28,79 27,52 22,99 1,27 4,53 28,035
2 30,18 28,7 23,66 1,48 5,04 29,365
3 29,49 28,11 23,07 1,38 5,04 27,381Límite Plástico 28,26
Tabla nº2. Límite plástico.
Se puede observar que ningún dato de la humedad (límite plástico de cada muestra) se
supera en más de un 2% entre si, tal como lo estipula la norma NCh 1517-2 Of79. Por lo
que ese ensayo es correcto y no es necesario repetir.
Al igual que en la obtención del límite líquido, la masa de agua fue obtenida restando:
mA=mh−ms
Donde:
mA= Masa del agua, grs.
mh= Masa de la capsula mas material húmedo, grs.
ms= Masa de la capsula mas material seco, grs.
Y la masa del material seco fue obtenida restando:
m=ms−mr
Donde:
m= Masa del material seco, grs.
ms= Masa de la capsula mas material seco, grs.
mr= Masa de la capsula o recipiente, grs.
Para obtener cada % de humedad se utilizó la norma NCh 1515 Of79. Con la siguiente
ecuación:
w=[ ( mh−ms )/ (ms−mr ) ]∗100
Donde:
w= Humedad, %.
mh= Masa de la capsula mas material húmedo, grs.
ms= Masa de la capsula mas material seco, grs.
mr= Masa de la capsula o recipiente, grs.
Como se muestra en la tabla nº2, las humedades son:
Muestra 1:
w1=[ (28,79−27,52 )/ (27,52−22,99 ) ]∗100
w1=28,035 %
Muestra 2:
w2=[ (30,18−28,7 )/ (28,7−23,66 ) ]∗100
w2=29,365 %
Muestra 3:
w3=[ (29,49−28,11) / (28,11−23,07 ) ]∗100
w3=27,381 %
Por lo que nuestro límite plástico sería el promedio de los 3 resultados, ya que ninguno
supera los 2% de diferencia entre sí, el resultado es 28,26%. Al no referirse la norma a la
aproximación de este resultado, se deja como la forma anterior.
wP=27,381 % Límite Plástico
Al necesitar del índice de plasticidad para poder clasificar nuestro suelo, la norma NCh
1517-2 Of79 nos indica utilizar la fórmula siguiente:
I P=wL−wP
Donde:
I P= Índice de plasticidad del suelo, %.
wL=Límite líquido del suelo, %.
wP= Límite plástico del suelo, %.
Por lo que nos queda, según nuestros datos:
I P=37−28,26
I P=8,74 %
Y si lo comparamos con el índice de plasticidad según la ecuación de la línea A de la carta
de plasticidad, tenemos:
I Pde línea A=0,73 (¿−20 )
I Pde línea A=0,73 (37−20 )
I Pde línea A=12,41%
Con todos estos datos y gracias al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (USCS),
procedemos a clasificar nuestro suelo.
Dado que claramente el índice de plasticidad del suelo se encuentra “bajo” la línea A de la
carta de plasticidad. Sabiendo también que nuestro suelo es un suelo fino y que el límite
líquido es menor al 50%, según la carta nuestro suelo sería clasificado como un Limo de
Baja Plasticidad (ML).
Conclusiones
A partir de los resultados obtenidos durante la realización del procedimiento
establecido en las normas de límite de consistencia, pudimos obtener una clasificación
certera del suelo el cual trabajamos. En donde podemos clasificar la muestra como un limo
ML, es decir se encuentra bajo la línea A de la carta de plasticidad, con lo que podemos
decir que corresponde a un limo de baja plasticidad.
Destacamos la importancia que conlleva una correcta aplicación de los métodos
establecidos en las normas, además de una adecuada utilización de los instrumentos
principalmente en el trabajo con la Cuchara de Casagrande, en donde se deben definir bien
los parámetros para determinar la cantidad de golpes y obtener de manera más certera el
gráfico semi-logarítmico; correspondiente a la relación entre el contenido de humedad y el
límite líquido de una muestra de suelo. Para así obtener una clasificación cercana a la
realidad.
También podemos recalcar la importancia de una obtención certera de los límites de
consistencia, ya que son de vital importancia en los estudios de suelos para una posterior
edificación sobre éstos u otros fines en donde se requieran éstos análisis. Ya que a partir de
la clasificación de los suelos podemos analizar la reacción que puede tener éste en función
de diferentes variables como el contenido de humedad. Y también nos permite obtener la
información necesaria para realizar estudios y cálculos como por ejemplo para análisis
sísmicos.
Bibliografía
Instituto Nacional De Normalización. INN. Mecánica de suelos. Determinación de
la humedad. Norma chilena oficial Nch1515 of 79
Instituto Nacional De Normalización. INN. Mecánica de suelos. Límites de
consistencia. Parte 1: Determinación del límite líquido. Norma chilena oficial Nch
1517/1 of 79.
Instituto Nacional de Normalización. INN. Mecánica de suelos. Limites de
consistencia. Parte 2: Determinación del límite plástico. Norma chilena oficial Nch
1517/2 of 79.
Sitios web
http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/04/sistema-de-clasificacion-unificado-uscs.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Unified_Soil_Classification_System