4. Determinación del límite líquido 4.1 General El límite líquido es la humedad establecida empíricamente en la cual un suelo pasa del estado líquido al estado plástico. Este valor provee un medio para clasificar un suelo, especialmente cuando se conoce también el límite plástico. Se especifican dos métodos principales. El primero es el método del cono de penetración, que es fundamentalmente más satisfactorio que el método alternativo, porque es esencialmente un ensaye estático que depende de la resistencia del suelo. Es también más fácil de realizar y da resultados más reproducibles. El segundo es el m étodo de Casagrande, mucho más antiguo, que se ha utilizado por muchos años como base para la clasificación de suelos y correlaciones con propiedades ingenieriles. Este método introduce efectos dinámicos y es más susceptible a discrepancias entre diferentes operadores. Para ambos tipos de ensaye ensaye se da un procedimiento alternativo a “un punto”, el cual puede puede dar resultados con menor precisión. El método de preparación de la muestra es el mismo para ambos tipos de ensaye. 4.2 Preparación de la muestra 4.2.1 General. Siempre que sea posible el ensaye debe llevarse a cabo con suelo en su estado natural. Este método es practicable directamente con muchos suelos arcillosos, sólo deben permitir removerse con la mano cualquier partícula gruesa presente en la muestra, por ejemplo aquellas retenidas en la malla de 425 μm. De otro modo las partículas gruesas deben removerse con el método de cribado por vía húmeda. En el método definitivo (cono) no se debe permitir que el suelo se seque antes de la prueba. Debe indicarse donde sea necesario usar el secado con aire. Los procesos de secado y disgregación deben cumplir con lo establecido en los puntos 7.3.4, 7.3.5 y 7.4.3 de la norma BS 1377: Parte 1: 1990. Los requerimientos de la parte 1 de esta norma, donde sean apropiados, deben aplicarse a este método de ensaye. 4.2.2 Equipo 4.2.2.1 Mallas de tamaños 425 μm y 2 mm, con recipiente. 4.2.2.2 Equipo para determinación del contenido de agua, como se especifica en 3.2.2 4.2.2.3 Un cuchillo afilado 4.2.2.4 Un instrumento para triturar el suelo cohesivo 4.2.2.5 Dos espátulas 4.2.2.6 Un recipiente hermético resistente a la corrosión, lo suficientemente grande para contener de 200 a 300 g de suelo húmedo.
4.2.2.7 Una lámina plana de vidrio. Un tamaño conveniente sería de 10 mm de espesor y alrededor de 500 mm de lado (cuadrada). 4.2.2.8 Una botella que contenga agua destilada que cumpla con el punto 5.1 de la norma BS 1377: Parte 1: 1990. 4.2.2.9 Un recipiente resistente a la corrosión con capacidad de 600 ml ó 1000 ml. 4.2.2.10 Un agitador de vidrio 4.2.3 Espécimen de suelo natural 4.2.3.1 De un suelo en estado natural que contenga muy poco o nada de material retenido en la malla de 425 μm, tome una muestra representativa de alrededor de 500 g. Córtela en pequeños pedazos usando un cuchillo o desfibrador y remueva las partículas gruesas con la mano o con pinzas. 4.2.3.2 Si hubieran partículas gruesas determine su masa y la masa de la muestra utilizada. NOTA: Estos pesajes permiten reportar una proporción aproximada de material grueso, si fuera requerido. 4.2.3.3 Traslade el suelo a la lámina plana de vidrio. Agregue agua destilada y mezcle completamente el suelo con dos espátulas hasta que la masa sea una pasta espesa homogénea. 4.2.3.4 Coloque la pasta en un recipiente hermético y déjela ahí por un periodo de 24 horas o lo suficiente para permitir que el agua impregne el suelo. NOTA: Un periodo de maduración de 24 horas es recomendable para la mayoría de los suelos pero puede aceptarse un periodo más corto para suelos con bajo contenido de arcilla. Suelos muy limosos pueden ensayarse inmediatamente después del mezclado. 4.2.4 Espécimen cribado 4.2.4.1 Tome una muestra de suelo de tamaño suficiente que se tenga un espécimen de ensaye con un peso de al menos 300 g que pase la malla de 425 μm. 4.2.4.2 De la muestra tome un espécimen representativo y determine su contenido de agua , w n (en %), como se especifica en 3.2
4.2.4.3 Pese el resto de la muestra con una precisión de 0.01 g ( ms) 4.2.4.4 Coloque la muestra pesada en un recipiente con agua destilada, apenas lo suficiente para sumergirla. No debe añadírsele un dispersante. Revuelva hasta que se forme una mezcla espesa. 4.2.4.5 Cuele la mezcla a través de una coladera o coladeras asentadas en una malla de 425 μm, asentada en un recipiente. Use una cantidad mínima adicional de agua destilada para lavar los finos a través de las mallas hasta el recipiente, o hasta un contenedor más grande, si fuera necesario, hasta que el agua que pasa la malla de 425 μm esté virtualmente clara.
o
o
4.2.4.6 Recoja el material retenido en las mallas, séquelo a temperatura de 105 C a 110 C y péselo con una precisión de 0.01 g ( mr ). 4.2.4.7 Permita que las partículas de suelo, dentro del agua de los finos, se asienten y después de un intervalo apropiado vacíe toda el agua clara por encima de la suspensión. 4.2.4.8 Permita que la suspensión se seque parcialmente en una corriente de aire caliente, protegida del polvo, hasta que se forme una pasta dura. Alternativamente, el exceso de agua puede removerse por filtración mediante aspiración o presión. NOTA: Una consistencia adecuada corresponde a una penetración no mayor de 15 mm con el equipo de cono de penetración para límite líquido o no menor que 50 golpes con el equipo de Casagrande. 4.2.5 Cálculos. Para el suelo cribado calcule la masa seca md (en g) de la muestra inicial, con la ecuación:
100 = ൬ ௗ 100+ ൰
௦
donde
, es el contenido de agua (en %); ௦ , es la masa de la muestra, como se determinó en 4.3.4.3 (en g). Calcule el porcentaje de partículas que pasan la malla de 425 μm, pa con la ecuación:
=൬
ௗ − ൰100% ௗ
donde
, es la masa de la muestra, como se determinó en 4.2.4.6 (en g). 4.3 Método del cono de penetración (método definitivo) 4.3.1 General. Este método cubre la determinación del límite líquido de una muestra de suelo en su estado natural, o de una muestra de suelo de la cual se ha removido el material retenido en la malla de 425 μm. NOTA: El método utilizando el cono de penetración se prefiere a aquel empleando la copa de Casagrande, ya que el ensaye con cono es más fácil de llevar a cabo y es capaz de proporcionar resultados más reproducibles. Es más fácil mantener en un ajuste correcto el equipo del cono y el procedimiento de ensaye depende mucho menos del juicio del operador. Los resultados obtenidos con el cono pueden diferir ligeramente de aquellos con la copa de Casagrande, pero en la mayoría de los casos, hasta límites líquidos de 100%, estas diferencias no son significativas y serán inferiores que las variaciones normales que pueden obtenerse por medio de la copa de Casagrande.
Los requerimientos de la parte 1 de esta norma, donde sean apropiados, deben aplicarse a este método de ensaye. 4.3.2 Equipo 4.3.2.1 Una lámina plana de vidrio. Un tamaño conveniente sería de 10 mm de espesor y alrededor de 500 mm de lado (cuadrada). 4.3.2.2 Dos espátulas, 4.3.2.3 Un penetrómetro como el usado en el ensaye de material bituminoso, que cumpla con la norma BS 2000: Parte 49. 4.3.2.4 Un cono de acero inoxidable o de aluminio de aproximadamente 35 mm de largo, con o
una superficie lisa y pulida, y un ángulo de 30±1 . Para asegurar que la punta permanece lo suficientemente afilada para los propósitos de esta prueba, el cono debe reemplazarse si, después del uso continuo de la punta, esta no puede sentirse si se roza ligeramente con la punta del dedo, cuando la punta del cono se introduce a través de un agujero de 1.5±0.02 mm de diámetro, perforado en una placa de metal de 1.75±0.1 mm de espesor. La masa del cono junto con su eje de deslizamiento debe ser de 80.0±0.1 g (mire la figura 1). NOTA: El efecto de la aspereza de la superficie es más significativo que aquél por pequeñas variaciones en el ángulo del cono o el achatamiento de la punta. 4.3.2.5 Una o más copas de metal con diámetro de 55±2 mm y 40±2 mm de profundidad, con el borde superior paralelo a la base plana. 4.3.2.6 Una cápsula de evaporación, de 150 mm de diámetro. 4.3.2.7 Equipo para la determinación del contenido de agua, como se especifica en el punto 3.2.2. 4.3.2.8 Una botella de lavado o frasco, que contenga agua destilada que cumpla con el punto 5.1 de la parte 1 de esta norma. 4.3.2.9 Un recipiente hermético resistente a la corrosión. 4.3.2.10 Una regleta de metal de alrededor de 100 mm de largo o una espátula de hoja recta. 4.3.2.11 Un cronómetro o reloj legible a 1 s. 4.3.3 Procedimiento 4.3.3.1 Tome una muestra de alrededor de 300 g de la pasta de suelo preparada como se indica en 4.2.3 (condición natural) o en 4.2.4 (suelo cribado) y colóquela en la lámina de vidrio. 4.3.3.2 Mezcle la pasta por al menos 10 min utilizando las dos espátulas. Si es necesario, agregue más agua destilada, tanta como para que la primera lectura de penetración del cono esté alrededor de 15 mm.
NOTA: Algunos suelos, por ejemplo las arcillas de alta plasticidad y suelos residuales, tal vez requieran hasta 40 minutos de mezclado continuo inmediatamente antes del ensaye, para obtener resultados confiables. Si existe duda, deben llevarse a cabo ensayes comparativos. 4.3.3.3 Empuje una porción de la mezcla de suelo dentro de la copa con una espátula, teniendo cuidado de no atrapar aire. Retire el exceso de suelo (enrase) con la regleta para obtener una superficie lisa. 4.3.3.4 Con el cono de penetración bloqueado en la posición elevada, baje el montaje de soporte de tal forma que la punta del cono toque apenas la superficie del suelo. Cuando el cono esté en la posición correcta un movimiento ligero de la copa marcará apenas la superficie del suelo. Descienda el vástago del reloj indicador (similar a un manómetro, mide desplazamientos lineales) para contactar el eje del cono y registrar la lectura del reloj al 0.1 mm más cercano. 4.3.3.5 Libere el cono por un periodo de 5±1 s. Si el equipo no está implementado con un dispositivo de liberación y bloqueo automático, tenga cuidado de no sacudir el equipo durante esta operación. Después de bloquear el cono en la nueva posición, descienda el vástago del reloj indicador hasta hacer contacto con el eje del cono y anote la lectura del reloj indicador al 0.1 mm más cercano. Registre la diferencia entre el inicio y el final de la caída como la penetración del cono. 4.3.3.6 Levante y retire el cono, límpielo cuidadosamente para evitar rayarlo. 4.3.3.7 Agregue un poco más de suelo húmedo a la copa, teniendo cuidado de no atrapar aire, alise la superficie como se indica en 4.3.3.3 y repita de los puntos 4.3.3.4 al 4.3.3.6. 4.3.3.8 Si la diferencia entre la primera y segunda lecturas de penetración es no mayor que 0.5 mm, anote el promedio de las dos penetraciones y proceda al punto 4.3.3.9. Si la segunda penetración es mayor que 0.5 mm y menor que 1 mm, diferente de la primera, realice una tercer prueba. Si el intervalo general es entonces no mayor que 1 mm, anote el promedio de las tres penetraciones y proceda al punto 4.3.3.9. Si el intervalo general entre las tres lecturas es mayor que 1 mm, retire el suelo de la copa, vuelva al mezclarlo y repita desde 4.3.3.3 a 4.3.3.8, hasta que se obtengan resultados consistentes, después proceda a 4.3.3.9. 4.3.3.9 Tome una muestra para contenido de agua de alrededor de 10 g del área penetrada por el cono y determine su humedad como se indica en 3.2 de esta norma. 4.3.3.10 Repita de 4.3.3.3 a 4.3.3.9 al menos tres veces más, usando la misma muestra de suelo en la cual se han agregado incrementos de agua destilada secuencialmente. Proceda de la condición más seca a la más húmeda del suelo. La cantidad de agua agregada deberá ser tal que el intervalo aproximado de valores de penetración, de 15 mm a 25 mm, sea cubierto por los cuatro o más ensayes realizados, distribuidos uniformemente. Cada vez que el suelo sea retirado de la copa para añadirle agua, lave y seque la copa.
4.3.3.11 Si alguna vez, durante la realización del proceso anterior, el suelo debe dejarse un tiempo en la lámina de vidrio, cubra el suelo con la cápsula de evaporación o con un paño húmedo, para evitar que el suelo se seque. 4.3.4 Cálculos y expresión de resultados (Vea la forma 2.C al final del documento) 4.3.4.1 Calcule el contenido de agua de cada espécimen de ensaye como se especifica en el punto 3.2 de esta norma. 4.3.4.2 Grafique la relación entre el contenido de agua y la penetración del cono, con el porcentaje de contenido de agua en las abscisas y las penetraciones del cono en las ordenadas, ambas en escalas aritméticas. 4.3.4.3 Dibuje la línea recta que mejor se ajuste a los puntos graficados. 4.3.4.4 De la gráfica lineal trace una línea del contenido de agua a un punto decimal correspondiente a una penetración del cono de 20 mm. 4.3.4.5 Exprese el contenido de agua correspondiente a una penetración del cono de 20 mm como el número entero más cercano y repórtelo como el límite líquido ( w L) de la muestra de suelo. 4.3.4.6 Exprese el porcentaje de material que pasa la malla de 425 μm correctamente al número entero más cercano (vea 4.2.5) 4.3.5 Reporte del ensaye. El reporte debe afirmar que el ensaye fue llevado a cabo conforme a la norma BS 1377: Parte 2: 1990 y debe contener la siguiente información: (a) el método de ensaye empleado; (b) el límite líquido; (c) el porcentaje de material retenido en la malla de 425 μm; (d) el historial del material; por ejemplo el clima de la fecha de ensaye, o después del lavado por cribado o después del cualquier proceso; (e) la información requerida por la cláusula 9 de la norma BS 1377: Parte 1: 1990.
Todas las dimensiones están en milímetros Figura 1. Detalles del cono para la determinación del límite líquido
4.4 Método del cono de penetración a “un punto” 4.4.1 General. Este método permite determinar el límite líquido de un suelo a partir de una sola medida del contenido de agua. Este método permite obtener un resultado cuando sólo se dispone de una pequeña cantidad de suelo. NOTA 1: El método a un punto, usando el cono de penetración, probablemente de resultados menos confiables que aquellos obtenidos por el método de cuatro puntos (vea 4.3) y por lo tanto, es apropiado sólo cuando son aceptables resultados posiblemente menos precisos. NOTA 2: Si se sospecha que el límite líquido es mayor que alrededor de 120%, debe seguirse el método especificado en 4.3, utilizando el tamaño apropiado de muestra. Los requerimientos de la parte 1 de esta norma, donde sean apropiados, deben aplicarse a este método de ensaye. 4.4.2 Equipo. El equipo debe ser el mismo indicado en 4.3.2 4.4.3 Procedimiento 4.4.3.1 Tome una muestra de alrededor de 100 g de la pasta de suelo preparada como se indica en 4.2.3 (condición natural) o en 4.2.4 (suelo cribado) y colóquela en la lámina de vidrio. NOTA: Para muchos suelos la influencia de acortar u omitir el tiempo de curado (impregnación o saturado de la muestra) lleva a errores que pueden ser mayores que aquellos inherentes a este proceso rápido. 4.4.3.2 Mezcle homogéneamente la pasta con el agua destilada usando dos espátulas. Ajuste el contenido de agua a aquel correspondiente a una penetración del cono entre 15 mm y 25 mm, y lo más cerca posible a 20 mm. Esto puede verificarse con el dispositivo del cono de penetración si es necesario. Mezcle la pasta por al menos 10 minutos. NOTA: Algunos suelos, por ejemplo las arcillas de alta plasticidad y suelos residuales, tal vez requieran hasta 40 minutos de mezclado continuo inmediatamente antes del ensaye, para obtener resultados confiables. Si existe duda, deben llevarse a cabo ensayes comparativos. 4.4.3.3 Empuje una porción de la mezcla de suelo dentro de la copa con una espátula, teniendo cuidado de no atrapar aire. Retire el exceso de suelo (enrase) con la regleta para obtener una superficie lisa. 4.4.3.4 Con el cono de penetración bloqueado en la posición elevada, baje el montaje de soporte de tal forma que la punta del cono toque apenas la superficie del suelo. Cuando el cono esté en la posición correcta un movimiento ligero de la copa marcará apenas la superficie del suelo. Descienda el vástago del reloj indicador (similar a un manómetro, mide desplazamientos lineales) para contactar el eje del cono y registrar la lectura del reloj al 0.1 mm más cercano. 4.3.3.5 Libere el cono por un periodo de 5±1 s. Si el equipo no está implementado con un dispositivo de liberación y bloqueo automático, tenga cuidado de no sacudir el equipo durante esta operación. Después de bloquear el cono en la nueva posición, descienda el vástago del
reloj indicador hasta hacer contacto con el eje del cono y anote la lectura del reloj indicador al 0.1 mm más cercano. Registre la diferencia entre el inicio y el final de la caída como la penetración del cono. 4.4.3.6 Levante y retire el cono, límpielo cuidadosamente para evitar rayarlo. 4.4.3.7 Agregue un poco más de suelo húmedo a la copa, teniendo cuidado de no atrapar aire, alise la superficie como se indica en 4.4.3.3 y repita de los puntos 4.4.3.3 al 4.4.3.6. 4.4.3.8 Repita de 4.4.3.4 a 4.4.3.7 hasta que dos ensayes consecutivos den una lectura de penetración del cono con una diferencia dentro de 0.5 mm. 4.4.3.9 Remueva el volumen de suelo, incluyendo la zona penetrada por el cono, de la copa. Colóquelo en un recipiente apropiado y determine su humedad como se especifica en 3.2. 4.4.4 Cálculos y expresión de resultados. Calcule el contenido de agua de la muestra de ensaye, como se especifica en 3.2 y exprese su resultado al primer punto decimal. Obtenga el factor correspondiente a la penetración del cono y al rango de humedad, de la tabla 1. Calcule el límite líquido con la ecuación: Límite líquido = contenido de agua x factor y exprese el resultado al número entero más cercano. 4.4.5 Reporte de ensaye. El reporte debe afirmar que el ensaye fue llevado a cabo conforme a la norma BS 1377: Parte 2: 1990 y debe contener la siguiente información: (a) el método de ensaye empleado; (b) el límite líquido; (d) el historial del material; por ejemplo el clima de la fecha de ensaye, o después del lavado por cribado o después del cualquier proceso; (e) la información requerida por la cláusula 9 de la norma BS 1377: Parte 1: 1990.
Tabla 1. Factores para el ensaye de límite líquido a un punto con cono de penetración* Penetración del cono Factores para diferentes intervalos de humedad Menos de 35% 35% a 50% Más de 50% mm 15 1.057 1.094 1.098 16 1.052 1.076 1.075 17 1.042 1.058 1.055 18 1.030 1.039 1.036 19 1.015 1.020 1.018 20 1.000 1.000 1.000 21 0.984 0.984 0.984 22 0.971 0.968 0.967 23 0.961 0.954 0.949 24 0.955 0.943 0.929 25 0.954 0.934 0.909 Plasticidad baja intermedia alta *Referencia: Clayton y Jukes, 1978
