3. Limites De Atterberg.docx

LABORATORIO DE MATERIALES CERÁMICOS Práctica número 3: Límites de Atterberg Alison Ortiz - 1529309, Viviana Trochez - 1325815, Laura Zarate - 1324290, Andrea Muñoz - 1432543 Universidad del Valle, Escuela de Ingeniería de Materiales, Ingeniería de Materiales, Cali, Colombia

Resumen: En esta práctica de laboratorio se realizó la clasificación de dos tipos de suelos, uno extraído de la tierra y el otro fue una mezcla de caolín y bentonita. El laboratorio se realizó por medio del límite de Atterberg, en el cual utilizando la Cazuela de Casagrande se determinó el límite líquido de las muestras homogeneizadas y amasando otra parte de las mezclas se determinó el límite plástico. Con el límite líquido y plástico se calculó el límite de retracción y el índice de plasticidad. Como resultado se obtuvo que el suelo extraído de la tierra es de un material limoso inorgánico y se obtuvieron para las muestras de suelo, bentonita, caolín y mezcla los siguientes valores de límite líquido para 60,25%, 748,06%, 59,31% y 88,76% respectivamente, límite plástico 36.38%, 74,37%, 28,08% y 37,79% respectivamente y valores de Índice de plasticidad de 27,00%, 739,62%, 34,31% y 34,31% Respectivamente. Palabras claves: limite liquido, limite plástico, Cazuela de Casagrande, índice de plasticidad, Bentonita, Caolín. I. INTRODUCCIÓN El ensayo de límites de Atterberg se realiza para humedades para el cual el suelo presenta un caracterizar el comportamiento del suelo fino, esto se comportamiento plástico. La plasticidad del suelo realiza buscando que un suelo de grano fino pueda depende de los elementos finos que contenga. existir según su humedad en sus cuatro estados, líquido, plástico, semisólido, sólido. Transiciones de Tabla 1. valores de límites de atterberg para minerales estado: de arcilla. Líquido-Plástico: límite líquido Un suelo pasa de tener estado líquido a plástico de acuerdo a la cantidad de agua, comportamiento similar al de un fluido viscoso. Plástico-Semisólido: límite plástico El suelo pasa de un estado plástico a un estado semisólido, dependiendo dela cantidad de agua, humedad, esto hace que el suelo se vuelva más quebradizo. Semisólido-Sólido: límite de retracción El suelo pasa de un estado semisólido a un estado sólido, este deja de contraerse al perder humedad.

Figura 1. Límites de atterberg Los límites de atterberg son valores de humedad de los suelos que se usan para la identificación y clasificación de los suelos. Con el contenido de agua se produce un cambio entre estados, esto cambia de un suelo a otro por lo tanto es necesario tener en cuenta el rango de

La diferencia entre el límite líquido y el límite plástico se llama índice de plasticidad(IP), representa el grado de plasticidad del suelo. II. MARCO TEÓRICO Caolín es una arcilla perteneciente a los silicatos estratificados, siendo esta especialmente un disilicato alumínico dihidratado. Suele denominarse silicato se alúmina hidratado, la formación del caolín se debe principalmente a la descomposición del Feldespato por la acción del agua y del dióxido de carbono. Se usa en la fabricación de porcelanas; ampliamente usado en la industria papelera como carga y recubrimiento, reduciendo la porosidad y dando suavidad y brillo a la superficie; En la fabricación de refractarios; vidrio; en la industria de plásticos donde es usado como relleno y auxiliar en procesos de

filtración; Pinturas; cosméticos; construcción; en la industria química para elaborar otros productos a partir de este.

haberlo dejado caer 25 veces desde una altura de 1 cm.

Figura 4. Cazuela de Casagrande. Figura pequeña cantidad de caolín seco

2.

Una

Bentonita es un mineral de alta superficie específica basado en una arcilla en estado natural de la familia esmectita, cuyo principal componente mineralógico es la montmorillonita, básicamente es un silicato de aluminio hidratado en el cual algunos átomos de aluminio y sílice, son reemplazados por otros átomos como el magnesio y el hierro. Tiene un tamaño de partícula inferior al 0,03% al del grado medio de la caolinita. Se utiliza en lodos de perforación de pozos petrolíferos, agente ligante en arenas de fundición y en la formación de pastillas de mineral de hierro, cemento para paredes de canales, cementos para tuberías de entubación en pozos de petróleo, espesante en grasas lubricantes y composiciones incombustibles, cosméticos, agentes decolorantes, relleno en cerámica, refractarios y recubrimientos de papel, modificador de asfalto, abrillantadores y abrasivos.

Figura 5. Muestras del suelo. Límite plástico (PL): Es el contenido en agua, expresado en porcentaje, donde el suelo pasa de un estado plástico a un estado semisólido, lo cual hace que el suelo pierda su capacidad y se vuelva más quebradizo. El PL se define como la humedad más baja con la que pueden formarse con un suelo cilindros de 3 mm de diámetro, rodando dicho suelo entre los dedos de la mano y una superficie lisa, hasta que los cilindros empiecen a resquebrajarse.

Figura 6. Forma de amasar y resultado. Mediante la siguiente ecuación se puede determinar el porcentaje de humedad del suelo, con cual se puede determinar cada límite:

%𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 = Figura 3. Bentonita con una pequeña cantidad de agua(iniciando la homogeneización ) Límite líquido (LL): Es el contenido de agua, expresado en porcentaje respecto al peso del suelo seco, que delimita la transición entre el estado líquido y plástico de un suelo. Se define como el contenido de agua necesario para que la ranura de un suelo ubicado en el equipo de Casagrande, se cierre después de

(𝐻𝐻+𝐻𝐻)−(𝐻𝐻+𝐻𝐻) (𝐻𝐻+𝐻𝐻)−𝐻𝐻

(1)

Donde (PR+MH) es el peso del recipiente más la masa húmeda, (PR+MS) es el peso del recipiente más la masa seca y (PR) es el peso del recipiente. Límite de Retracción (SL): Es el contenido en agua donde el suelo pasa de un estado semisólido a un estado sólido, deja de contraerse al perder humedad. Este límite de retracción, se calcula mediante la

siguiente ecuación con ayuda del límite líquido y el límite plástico.

𝐻𝐻 =

2,5𝐻𝐻+45𝐻𝐻 ∗ 𝐻𝐻−𝐻𝐻+45

100 (2)

La propiedad que hace posible que los suelos se deformen hasta cierto límite sin romperse es el índice de plasticidad (IP), que se calcula por medio de la siguiente ecuación. 𝐻𝐻 = 𝐻𝐻 − 𝐻𝐻 (3) También se sabe que Atterberg, encontró que la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico, representaba una medida satisfactoria del grado de plasticidad de un suelo. Luego sugirió que estos dos límites sirvieran de base en la clasificación de los suelos plásticos. En el siguiente gráfico se muestra la carta de plasticidad usada para determinar el tipo de suelo. este gráfico lo realizó Casagrande estudiando la relación existente entre el índice de plasticidad y el límite líquido para una gran variedad de suelos.

● ● ● ●

Espátula. Ranurador normalizado. Balanza. Horno.

b. Procedimiento Experimental: ● Límite líquido. Inicialmente se mezcló la muestra de suelo extraído de la tierra con agua en la vasija hasta obtener una mezcla homogénea y se llenó la cazuela de Casagrande formando una superficie horizontal usando la espátula. En el llenado se dieron algunos golpes para que el material se esparciera y para poder eliminar las burbujas de aire de la mezcla. Posteriormente, se realizó una ranura en la mezcla suelo-agua, manteniendo perpendicular el ranurador a la superficie de la copa de bronce, se hizo rotar la manivela de la cazuela a una velocidad constante y se contó el número de golpes necesarios para cerrar la ranura de la parte inferior de la cazuela. Desde la zona en que se cerró la ranura, se extrajo la mezcla para determinar su humedad. Finalmente, se colocó la muestra en un frasco, se peso en una balanza digital y se llevó a un horno a 100° C aproximadamente. Este procedimiento se realizó cuatro veces y los datos se registraron en la tabla 1. Tabla 2. Datos límite líquido del suelo extraído de la tierra.

Figura 7. Carta de plasticidad.

No. Golpes (N)

18

19

23

27

Peso recipiente vacío [g]

16,73

15,23

14,55

14,23

Peso recipiente + muestra húmeda [g]

35,67

35,40

34,88

34,42

Peso recipiente + muestra seca [g]

28,22

27,55

27,11

26,93

Log (N)

1,25

1,28

1,36

1,43

% Humedad

64,80

63,70

61,90

59,00

III. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL a. Materiales y equipos: ● Suelo (limo secado al aire y pasado por el tamiz 40). ● Caolín. ● Bentonita. ● Agua destilada. ● Frascos pequeños metálico. ● Una vasija mediana. ● Cazuela de Casagrande.

Con los datos obtenidos anteriormente se procede a realizar un gráfico del porcentaje de humedad en función del Log (N) y a partir de la ecuación de este gráfico se calculó el límite líquido.

Peso recipiente + muestra húmeda [g] 54,8

47

55,3 38,4 35,9 37,3 61 36,1

33

Peso recipiente + muestra 41,9 33,0 43,7 26,6 24,5 26,5 46, 29,9 seca [g] 5 4 6 7 1 7 11 2 26,52 Log (N)

1,15 1,25 1,54 0,95 1,4 1,42

% Humedad

1,1 8 1,42 1,54

68,7 89,6 220, 681, 707, 679, 112 63,4 2 6 23 98 45 11 ,12 5 85,26

Figura 8. Gráfico para hallar el límite líquido del suelo extraído de la tierra. Este mismo procedimiento se realizó para el caolín, la bentonita y para la mezcla 90% caolín - 10% bentonita. Los datos obtenidos para estas muestras se registran en la tabla 2 y la tabla 3 y su respectivas gráficas en la figura 6 y la figura 7. Tabla 3. Datos límite líquido del caolín, bentonita y mezcla de la segunda práctica.

Muestra

Caolín

No. Golpes (N) Peso recipiente vacío [g]

14

18

Caolín + Bentonita

Bentonita 35

9

25

26

15

26

Figura 9. Gráfico para hallar el límite líquido del caolín, bentonita y mezcla.

35

23,2 17,4 38,5 24,9 24,9 32, 20,1 5 7 2 5 22,9 9 83 8 18,92

Tabla 4. Datos límite líquido del caolín, bentonita y mezcla de la tercera práctica. Muestra

Caolín

No. Golpes (N)

Peso recipiente vacío [g]

Peso recipiente + muestra húmeda [g]

Peso recipiente + muestra seca [g]

Log (N)

% Humedad

14

17,30

35,50

28,20

1,15

66,97

21

4,00

24,10

16,40

1,32

62,1

37

4,20

22,80

16,30

1,57

53,72

3

5,40

18,80

6,80

0,48

857,14

12

8,00

17,40

9,10

1,08

754,54

Bentonita

Caolín + Bentonita

31

8,40

17,80

9,50

1,49

754,54

8

4,10

12,00

7,70

0,90

119,44

20

4,10

16,90

9,90

1,30

120,69

38

18,20

34,70

26,00

1,58

111,54

% Humedad

33,30

33,20

Este mismo procedimiento se realizó para el caolín, la bentonita y para la mezcla 90% caolín - 10% bentonita. Los datos obtenidos para estas muestras se registran en la tabla 4. Tabla 5. Datos límite plástico del caolín, bentonita y mezcla tercera práctica .

Figura 10. Gráfico para hallar el límite líquido del caolín, bentonita y mezcla de la tercera práctica . ● Límite Plástico: Se realizó una mezcla de suelo extraído de la tierra con agua hasta obtener una consistencia plástica. A esta mezcla se le realizó el procedimiento anterior utilizando la cazuela de Casagrande para determinar la humedad, que fue cercana a 35 golpes. Posteriormente, se secó con las manos y se formaron cilindros de aproximadamente 3 mm de diámetro, los cuales se desbarataron y se volvieron a formar hasta que empezaron a desmoronarse. Una vez hecho esto se tomó esa muestra, se colocó en un frasco, se peso en una balanza y se llevo al horno. Este procedimiento se realizó dos veces y los datos se registraron en la tabla 4. Tabla 4. Datos límite plástico suelo extraído de la tierra. Peso recipiente vacío [g]

18,98

Peso recipiente + muestra húmeda [g]

26,15

Peso recipiente + muestra seca [g]

24,36

Material

Caolín

Bentonita

Caolín + Bentonita

Peso recipiente vacío [g]

4,10

4,20

13,30

Peso recipiente + muestra húmeda [g]

4,60

5,50

14,50

Peso recipiente + muestra seca [g]

4,50

5,10

14,20

% Humedad

25,00

44,44

33,33

IV. RESULTADOS Y ANÁLISIS De las figuras 5 y 7 se obtienen gráficas que presenta un comportamiento lineal evidenciándose una relación de directa proporcionalidad entre las variables relacionadas, lo que nos permite encontrar la ecuación de la recta para cada una de las muestras, las cuales son:

15,96

21,01

19,75

Muestra

Ecuación

Suelo

y = -30,91x + 103,46

Caolín

y = -31,69x + 103,61

Bentonita

y = -106,69x + 897,21

Caolín + Bentonita

y = -10,61x + 103,59 Muestra

Con las ecuaciones anteriores se determinaron los límites líquidos para un valor de 25 golpes, cuyos valores son:

Muestra

𝐻𝐻 =

2,5𝐻𝐻 + 45𝐻𝐻 𝐻𝐻 − 𝐻𝐻 + 45 ∗ 100

Suelo

36,38%

Caolín

28,08%

Bentonita

74,37%

Caolín + Bentonita

37,79%

LL = m * Log(25) + b

Suelo

60,25%

Caolín

59,31%

Bentonita

748,06%

Caolín + Bentonita

88,76%

Las arcillas son eminentemente plásticas. Esta propiedad se debe a que el agua forma una envoltura sobre las partículas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas. Esta es la razón de porque la bentonita absorbe grandes cantidades de agua. Algunas arcillas encuentran su principal campo de aplicación en el sector de los absorbentes, ya que pueden absorber agua u otras moléculas en el espacio interlaminar o en los canales estructurales que posee en su estructura, ya que la capacidad de absorción de las arcillas está directamente relacionada con las características texturales (superficie específica y porosidad). El límite plástico del suelo se determinó utilizando el promedio de los porcentajes de humedad de las muestras, el cual fue de 33,25%. Por otro lado, para la muestra de caolín, bentonita y caolín+bentonita se usaron los valores del porcentaje de humedad de la tabla 4.

Las bentonitas sódicas suelen tener límites líquidos mayores a 633% ([7]Siguín del Dedo, Froufe Carlos and Navarrete Arévalo, 1987) puesto a que son arcillas altamente hinchables, teniendo en cuenta esto y los resultados obtenidos de 748,06% se puede afirmar que se está en presencia de una bentonita sódica.

El límite de retracción se determinó por medio de la ecuación (2), cuyos valores fueron:

El índice de plasticidad se determinó usando la ecuación (3) cuyos valores fueron de: Muestra

IP = LL - LP

Suelo

27,00%

Caolín

34,31%

Bentonita

739,62%

Caolín + Bentonita

34,31%

Una manera para identificar el tipo de suelo trabajado es por medio del índice de plasticidad y el límite líquido, como se puede apreciar en la figura 4. Teniendo en cuenta que el suelo extraído de la tierra presenta un índice de plasticidad del 27% y un límite líquido del 60,25%, se puede decir que el suelo extraído de la tierra se trata de un limo inorgánico de alta compresibilidad y arcilla orgánica. Los datos obtenidos en la segunda sesión no son considerados fiables ni certeros debido a diversos errores experimentales que se procederá a exponer a continuación - Al menos una muestra se perdió en el proceso de secado en el horno y posterior pesado, se desconoce si el valor no se anotó o simplemente fue olvidada en algún sitio sin ser siquiera ser pesada. - La norma indica la toma de 4 a 5 testigos de humedad a la hora de averiguar el límite líquido, pues esta cantidad de datos brindará una aproximación mucho mayor al comportamiento real de la muestra - Los datos recolectados carecen casi de toda confiabilidad puesto que hubo un error humano en la rotulación y clasificación de las muestras tomadas y de una posterior clasificación de las muestras secas, puesto que con conocimiento del error anterior no se rectificaron los datos pesando la muestra seca y posteriormente el recipiente que la contenía para poder así juntar los datos de muestra

húmeda, muestra correspondiente.

seca

y

recipiente

[6] García Romero, E. and Suárez Barrios, M. (n.d.). LAS ARCILLAS: PROPIEDADES Y USOS. [online] Campus.usal.es. Available at: http://campus.usal.es/~delcien/doc/GA.PDF [Accessed 2 May 2018].

De acuerdo al resultado del índice de plasticidad obtenido en la práctica experimental (IP=27.00% ) y la carta de plasticidad (figura 4) se encontró que el suelo usado es una arcilla limosa o limo orgánico.

[7] Síguín del Dedo, D., Froufe Carlos, L. and Navarrete Arévalo, J. (1987). Capacidad de Retenciónde Agua de las Bentonitas y su Resistencia a la Degradación Térmica. Latin American Journal of Metallurgy and Materials, [online] (vol 7), pp.60-66. Available at: https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s& source=web&cd=4&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwi U5ab72jaAhUDwVkKHSuXClgQFghFMAM&url=http%3A% 2F%2Fwww.rlmm.org%2Farchives.php%3Ff%3D%2 Farchivos%2F7%25281%2529%2FRLMM%2520Art87V7N1p60.pdf&usg=AOvVaw3BcG_cd7r0HQbN1zo40WFf [Accessed 2 May 2018].

CONCLUSIONES

El desarrollo de buenas prácticas en el laboratorio permiten la obtención de resultados verídicos, repetibles y contrastables. Evitando inconvenientes tales como se tuvieron en la segunda sesión de esta práctica experimental Las arcillas, tienen una gran capacidad de absorción de agua, esto se puede ver específicamente en el comportamiento de la bentonita que alcanza a tener una impresionante capacidad para retener agua en su interior característica fundamental de una arcilla, esto se ve gracias a su estructura laminar que permite el gran almacenamiento del agua entre las láminas sin perder por completo sus propiedades de alta maleabilidad. REFERENCIAS [1] Límites de Atterberg, guía explicativa. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Recuperado de: http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/ manual_laboratorio/limites.pdf [2] Límites de Atterberg, capítulo 1. Universidad politécnica de Catalunya, Barcelona. Recuperado de: http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/3282/ 5/53973-5.pdf [3] Impadoc. (2018). Caolín | Mineral industrial no metálico. - Impadoc. [online] Available at: http://impadoc.com/caolin-producto-listo-para-repellopanete-yo-revoque/ [Accessed 2 May 2018]. [4] protokimica. (2018). FICHA TÉCNICA BENTONITA. [online] Available at: http://www.protokimica.com/archivos/Tarjetas/FTBENTONITA-10067.pdf [Accessed 1 May 2018]. [5] Protokimica. (2018). FICHA TÉCNICA CAOLÍN. [online] Available at: http://www.protokimica.com/archivos/Tarjetas/FTCAOLIN-10087.pdf [Accessed 1 May 2018].