Hispanopedia WikiLos límites de Atterberg son una medida básica del contenido crítico de agua de un suelo de grano fino : su límite de contracción , límite plástico y límite líquido .
Según su contenido de agua , el suelo puede presentarse en cuatro estados: sólido, semisólido, plástico y líquido. En cada estado, la consistencia y el comportamiento del suelo son diferentes, y, por consiguiente, también lo son sus propiedades geotécnicas. Así, el límite entre cada estado se define en función de un cambio en el comportamiento del suelo. Los límites de Atterberg se utilizan para distinguir entre limo y arcilla , así como entre diferentes tipos de limos y arcillas. El contenido de agua en el que el suelo cambia de un estado a otro se conoce como límite de consistencia o límite de Atterberg.
Estos límites fueron creados por Albert Atterberg , un químico y agrónomo sueco , en 1911. [ 1 ] Posteriormente fueron refinados por Arthur Casagrande , un ingeniero geotécnico austriaco y colaborador cercano de Karl Terzaghi (ambos pioneros de la mecánica de suelos ).
Las distinciones en los suelos se utilizan para evaluar el suelo sobre el que se construirá una estructura. Los suelos, al humedecerse, retienen agua, y algunos se expanden ( arcilla esmectita ). La magnitud de la expansión está relacionada con la capacidad del suelo para absorber agua y su composición estructural (el tipo de minerales presentes: arcilla , limo o arena ). Estas pruebas se utilizan principalmente en suelos arcillosos o limosos, ya que son los que se expanden y contraen con las variaciones de humedad. Las arcillas y los limos interactúan con el agua, cambiando así de tamaño y presentando diferentes resistencias al corte . Por lo tanto, estas pruebas se utilizan ampliamente en las etapas preliminares del diseño de cualquier estructura para asegurar que el suelo tenga la resistencia al corte adecuada y que su volumen no varíe demasiado al expandirse y contraerse con diferentes niveles de humedad.
Pruebas de laboratorio
Límite de contracción
El límite de retracción (LR) es el contenido de agua a partir del cual una mayor pérdida de humedad no produce una reducción de volumen. [ 2 ] La prueba para determinar el límite de retracción es ASTM International D4943. El límite de retracción se utiliza con mucha menos frecuencia que los límites de líquidos y plásticos.
Límite de plástico
El límite plástico (LP) se determina extendiendo un hilo de la porción fina del suelo sobre una superficie plana y no porosa. El procedimiento se define en la norma ASTM D 4318. Si el suelo tiene un contenido de humedad que le confiere un comportamiento plástico, este hilo conservará su forma hasta alcanzar un diámetro muy reducido. La muestra puede entonces ser remoldeada y la prueba repetida. A medida que disminuye el contenido de humedad debido a la evaporación, el hilo comenzará a romperse al alcanzar diámetros mayores.
El límite plástico se define como el contenido de humedad gravimétrica en el que el hilo se rompe a un diámetro de 3,2 mm (aproximadamente 1/8 de pulgada). Un suelo se considera no plástico si no se puede enrollar un hilo hasta 3,2 mm con ningún nivel de humedad. [ 3 ]
Límite líquido
El límite líquido (LL) se define conceptualmente como el contenido de agua en el que el comportamiento de un suelo arcilloso cambia del estado plástico al líquido . Sin embargo, la transición del comportamiento plástico al líquido es gradual en un rango de contenidos de agua, y la resistencia al corte del suelo no es realmente cero en el límite líquido. La definición precisa del límite líquido se basa en los procedimientos de ensayo estándar que se describen a continuación.
El método de Casagrande
La prueba original del límite líquido de Atterberg consistía en mezclar una porción de arcilla en un recipiente de porcelana de fondo redondo de 10 a 12 cm de diámetro. Se hacía una ranura en la porción de arcilla con una espátula y luego se golpeaba el recipiente varias veces contra la palma de una mano. Posteriormente, Casagrande estandarizó el aparato (incorporando un mecanismo de leva con manivela para estandarizar la acción de caída) y los procedimientos para hacer la medición más repetible. Se coloca tierra en la parte metálica del dispositivo (copa Casagrande) y se hace una ranura en su centro con una herramienta estandarizada de 2 milímetros (0,079 pulgadas) de ancho. La copa se deja caer repetidamente 10 mm sobre una base de caucho duro a una velocidad de 120 golpes por minuto, durante los cuales la ranura se cierra gradualmente como resultado del impacto. Se registra el número de golpes necesarios para que la ranura se cierre. El contenido de humedad necesario para que 25 gotas de la copa cierren la ranura a lo largo de una distancia de 12,7 milímetros (0,50 pulgadas) se define como el límite líquido. Normalmente, la prueba se realiza con varios contenidos de humedad, y el contenido de humedad que requiere 25 golpes para cerrar la ranura se interpola a partir de los resultados de la prueba. La prueba del límite líquido se define mediante el método de prueba estándar ASTM D 4318. [ 4 ] Este método también permite realizar la prueba con un contenido de humedad en el que se requieren de 20 a 30 golpes para cerrar la ranura; luego se aplica un factor de corrección para obtener el límite líquido a partir del contenido de humedad. [ 5 ]
Prueba del cono de caída
Otro método para medir el límite líquido es el ensayo del cono de caída , también llamado ensayo de penetración de cono. Se basa en la medición de la penetración en el suelo de un cono estandarizado de acero inoxidable con un ángulo de vértice, una longitud y una masa específicos. Si bien el ensayo de Casagrande se utiliza ampliamente en Norteamérica, el ensayo del cono de caída es mucho más frecuente en Europa y otras regiones debido a que depende menos del operador para determinar el límite líquido. [ 6 ]
Ventajas sobre el método Casagrande
- Es más fácil realizarlo en el laboratorio.
- Los resultados del penetrómetro de cono no dependen de la habilidad ni del criterio del operador. Por lo tanto, los resultados obtenidos son más fiables.
- Los resultados pueden utilizarse para estimar la resistencia al corte no drenada de los suelos. [ 7 ]
Límites derivados
Los valores de estos límites se utilizan de diversas maneras. Existe una estrecha relación entre los límites y las propiedades del suelo, como la compresibilidad , la permeabilidad y la resistencia . Esto resulta muy útil, ya que, si bien la determinación de los límites es relativamente sencilla, resulta más difícil determinar estas otras propiedades. Por lo tanto, los límites de Atterberg se utilizan para identificar la clasificación del suelo y permiten establecer correlaciones empíricas para otras propiedades geotécnicas.
Índice de plasticidad
El índice de plasticidad (IP) es una medida de la plasticidad del suelo. El índice de plasticidad representa el rango de contenido de agua en el que el suelo presenta propiedades plásticas. El IP es la diferencia entre los límites líquido y plástico (IP = LL - PL).
Descripciones de suelos basadas en PI: [ 8 ]
- (0) – No plástico
- (<7) – Ligeramente plástico
- (7-17) – Plástico mediano
- (>17) – Altamente plástico
Índice de liquidez
El índice de liquidez (IL) se utiliza para ajustar el contenido de agua natural de una muestra de suelo al límite. Se calcula como la relación entre la diferencia entre el contenido de agua natural, el límite plástico y el límite líquido: IL = (W - PL) / (LL - PL), donde W es el contenido de agua natural.
Índice de consistencia
El índice de consistencia (Ic) indica la consistencia (firmeza) de un suelo. Se calcula como CI = (LL-W)/(LL-PL), donde W es el contenido de agua existente. Un suelo en el límite líquido tendrá un índice de consistencia de 0, un suelo en el límite plástico tendrá un índice de consistencia de 1, y si W > LL, Ic es negativo. Esto significa que el suelo está en estado líquido. Además, la suma del índice de liquidez y el índice de consistencia es igual a 1.
Índice de flujo
La curva obtenida a partir del gráfico del contenido de agua en función del logaritmo de los golpes al determinar el límite líquido es casi recta y se conoce como curva de flujo.
La ecuación para la curva de flujo es: W = - I f Log N + C
Donde 'I f es la pendiente de la curva de flujo y se denomina "Índice de flujo" [ 9 ]
Índice de dureza
La resistencia al corte de la arcilla en el límite plástico es una medida de su tenacidad. Es la relación entre el índice de plasticidad y el índice de flujo. Nos da una idea de la resistencia al corte del suelo. [ 9 ]
Actividad
La actividad del suelo es la relación entre el índice de plasticidad y la fracción de tamaño de arcilla . Si la actividad es menor que 0,75, la arcilla del suelo es inactiva. Si la actividad supera 1,25, la arcilla del suelo se considera activa. Si la actividad se encuentra dentro de los valores anteriores, la arcilla del suelo se denomina normal. [ 10 ]
Notas
- ↑ "Breve historia de la mecánica de suelos sueca" . Archivado del original el 25 de marzo de 2007. Consultado el 15 de enero de 2007 .
- ↑ "Prueba de límite de contracción" (PDF) . Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos . Archivado del original (PDF) el 2 de enero de 2007. Consultado el 21 de diciembre de 2006 .
- ↑ Jamal, Haseeb. "Los límites de Atterberg" . AboutCivil.Org . Consultado el 22 de septiembre de 2019 .
- ↑ "ASTM D4318 - 10 Métodos de prueba estándar para el límite líquido, el límite plástico y el índice de plasticidad de los suelos" . ASTM. 2010. Consultado el 18 de febrero de 2011 .
- ↑ Seed HB, WOODWARD RJ, Lundgren R (1967). "Aspectos fundamentales de los límites de Atterberg" . Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division . 92 (SM4): 63– 64. doi : 10.1061/JSFEAQ.0000685 .
- ↑ BS 1377 parte 2
- ↑ Llano-Serna, Marcelo A.; Contreras, Luis F. (2019-03-15). "El efecto de la rugosidad superficial y la velocidad de corte durante la calibración del cono de caída" . Géotechnique . 70 (4): 332– 342. doi : 10.1680/jgeot.18.P.222 . ISSN 0016-8505 . S2CID 134061032 .
- ↑ Sowers, 1979
- 1 2 Jamal, Haseeb. "Clasificación de suelos según los límites de Atterberg: límite líquido, límite plástico, retracción" . www.aboutcivil.org . Consultado el 1 de julio de 2020 .
- ↑ Skempton, AW (1953). "La "actividad" coloidal de las arcillas" (PDF) . Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica. Archivado (PDF) del original el 2 de octubre de 2021. Consultado el 18 de junio de 2022 .
Referencias
- Propiedades físicas del suelo: mecánica
- Seed, HB (1967). "Aspectos fundamentales de los límites de Atterberg". Journal of Soil Mechanics and Foundations Div., 92(SM4), Recuperado de ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LOS LÍMITES DE ATTERBERG
- Das, BM (2006). Principios de ingeniería geotécnica. Stamford, CT: Thomson Learning College.
- Sowers, 1979. Introducción a la mecánica de suelos y cimentaciones: Ingeniería geotécnica, 4.ª ed., Macmillan, Nueva York. (citado en Coduto, 1999. Ingeniería geotécnica: Principios y prácticas. Prentice Hall, Nueva Jersey).
- Ensayos en laboratorios geotécnicos