Los 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 .
Dependiendo de su contenido de agua , el suelo puede aparecer en uno de cuatro estados: sólido, semisólido, plástico y líquido. En cada estado, la consistencia y el comportamiento del suelo son diferentes y, en consecuencia, también lo son sus propiedades de ingeniería. Por lo tanto, el límite entre cada estado se puede definir en función de un cambio en el comportamiento del suelo. Los límites de Atterberg se pueden utilizar para distinguir entre limo y arcilla y para distinguir 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 límites 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 austríaco 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, cuando están húmedos, retienen agua y algunos se expanden en volumen ( arcilla esmectita ). La cantidad de 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 estos son los suelos que se expanden y se encogen cuando varía el contenido de humedad. Las arcillas y los limos interactúan con el agua y, por lo tanto, cambian de tamaño y tienen diferentes resistencias al corte . Por lo tanto, estas pruebas se utilizan ampliamente en las etapas preliminares del diseño de cualquier estructura para garantizar que el suelo tendrá la cantidad correcta de resistencia al corte y no demasiado cambio en el volumen a medida que se expande y se encoge con diferentes contenidos de humedad.
El límite de contracción (SL) es el contenido de agua en el que una mayor pérdida de humedad no dará como resultado una mayor reducción de volumen. [2] La prueba para determinar el límite de contracción es la ASTM International D4943. El límite de contracción se utiliza con mucha menos frecuencia que los límites de líquido y plástico.
El límite plástico (PL) se determina al extender un hilo de la porción fina de un 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 en el que su comportamiento es plástico, este hilo conservará su forma hasta un diámetro muy estrecho. Luego, la muestra se puede volver a moldear y repetir la prueba. A medida que el contenido de humedad disminuye debido a la evaporación, el hilo comenzará a romperse en diámetros mayores.
El límite plástico se define como el contenido de humedad gravimétrico en el que el hilo se rompe a un diámetro de 3,2 mm (aproximadamente 1/8 de pulgada). Se considera que un suelo no es plástico si un hilo no se puede extender hasta 3,2 mm con cualquier humedad posible. [3]
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 estado 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 prueba estándar que se describen a continuación.
La prueba de límite líquido original de Atterberg consistía en mezclar una porción de arcilla en un cuenco de porcelana de fondo redondo de 10 a 12 cm de diámetro. Se cortaba una ranura en la porción de arcilla con una espátula y luego se golpeaba el cuenco muchas veces contra la palma de una mano. Posteriormente, Casagrande estandarizó el aparato (incorporando un mecanismo de leva rotado por manivela para estandarizar la acción de caída) y los procedimientos para que la medición fuera más repetible. Se coloca tierra en la parte del dispositivo en forma de copa de metal (copa de 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 goma dura 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 en el que se necesitan 25 gotas de la copa para hacer que la ranura se cierre en una distancia de 12,7 milímetros (0,50 pulgadas) se define como el límite líquido. La prueba se realiza normalmente 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 de límite líquido se define mediante el método de prueba estándar ASTM D 4318. [4] El método de prueba también permite realizar la prueba con un contenido de humedad donde 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]
Otro método para medir el límite líquido es la prueba del cono de caída , también llamada prueba del penetrómetro de cono. Se basa en la medición de la penetración en el suelo de un cono de acero inoxidable estandarizado con un ángulo de vértice, una longitud y una masa específicos. Aunque la prueba de Casagrande se utiliza ampliamente en América del Norte, la prueba del cono de caída es mucho más frecuente en Europa y en otros lugares debido a que depende menos del operador a la hora de determinar el límite líquido. [6]
Ventajas sobre el método Casagrande
Los valores de estos límites se utilizan de varias maneras. También existe una estrecha relación entre los límites y las propiedades del suelo, como la compresibilidad , la permeabilidad y la resistencia . Se cree que esto es muy útil porque, como la determinación de límites es relativamente sencilla, es más difícil determinar estas otras propiedades. Por lo tanto, los límites de Atterberg se utilizan para identificar la clasificación del suelo y permitir correlaciones empíricas para algunas otras propiedades de ingeniería.
El índice de plasticidad (IP) es una medida de la plasticidad del suelo. El índice de plasticidad es el tamaño del rango de contenido de agua donde el suelo exhibe propiedades plásticas. El IP es la diferencia entre los límites líquido y plástico (IP = LL-PL). Los suelos con un IP alto tienden a ser arcillosos, aquellos con un IP bajo tienden a ser limosos y aquellos con un IP de 0 (no plásticos) tienden a tener poco o nada de limo o arcilla.
Descripciones de suelos basadas en PI: [8]
El índice de liquidez (LI) se utiliza para escalar el contenido de agua natural de una muestra de suelo hasta el límite. Se puede calcular como una relación entre la diferencia entre el contenido de agua natural, el límite plástico y el límite líquido: LI=(W-PL)/(LL-PL), donde W es el contenido de agua natural.
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. El suelo en el límite líquido tendrá un índice de consistencia de 0, el suelo en el límite plástico tendrá un índice de consistencia de 1 y si W > LL, Ic es negativo. Eso significa que el suelo está en estado líquido. Además, la suma del índice de Liquidez y el índice de Consistencia es igual a 1 (uno).
La curva obtenida de la gráfica del contenido de agua contra el logaritmo de 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 ' If es la pendiente de la curva de flujo y se denomina "Índice de flujo" [9]
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 fluidez. Nos da una idea de la resistencia al corte del suelo. [9]
La actividad del suelo es la relación entre el índice de plasticidad y la fracción de tamaño de arcilla . Si la actividad es inferior a 0,75, el suelo es inactivo. Si la actividad supera 1,4, el suelo se considera activo. Si la actividad se encuentra dentro de los valores anteriores, el suelo será moderadamente activo. [10]
