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INFORME N°3: DETERMINACIÓN DE LOS LIMITES DE CONSISTENCIA O DE ATTERBERG DE LOS SUELOS

GRUPO 4: EDER MONTES MERCADO VICTOR GIRALDO EIDER MARQUEZ NISPERUSA ANDRES FELIPE TUIRAN

ENTREGADO A: ING. JORGE UPARELA

UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL SINCELEJO, SUCRE 2020

TABLA DE CONTENIDO PÁGS INTRODUCCION -------------------------------------------------------------------------------- 3 OBJETIVOS --------------------------------------------------------------------------------------

4

MARCO TEORICO-------------------------------------------------------------------------------- 5 MATERIALES Y EQUIPOS ------------------------------------------------------------------

7

PROCEDIMIENTO -----------------------------------------------------------------------------

8-11

CÁLCULOS Y RESULTADOS --------------------------------------------------------------

12-10

ANÁLISIS DE RESULTADOS ---------------------------------------------------------------

11

CONCLUSIONES ------------------------------------------------------------------------------REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ------------------------------------------------------ANEXOS-------------------------------------------------------------------------------------------

12 13 14

CUESTIONARIO -------------------------------------------------------------------------------- 15-16

INTRODUCCION Las propiedades del suelo de grano fino (como la arcilla no estructurada) dependen en gran medida de la humedad. El agua forma una película alrededor del grano, cuyo espesor puede determinar el diferente comportamiento del material. Cuando el contenido de agua es alto, la suspensión está realmente muy concentrada y no tiene resistencia estática al esfuerzo cortante. Cuando se pierde humedad, la resistencia aumenta hasta alcanzar un estado plástico que se puede formar fácilmente. Si continúa secándose, el suelo tendrá propiedades sólidas y podrá resistir una compresión y tensión considerables. El ingeniero Atterberg a través de estudio de laboratorio determinó las fronteras entre estos estados, de la siguiente manera Limite líquido, es el contenido de humedad del suelo en el límite entre el estado líquido y plástico. Limite plástico, es el contenido de humedad del suelo en el límite entre los estados semisólido y plástico. Índice de plasticidad, es la diferencia entre los límites líquido y plástico, es decir, el rango de humedad del cual el suelo se mantiene plástico. Para la obtención de estos límites se necesita de una muestra de suelo que pase por el tamiz Nº40, lo que indica que no solo se trabaja con la parte fina del suelo (> malla Nº200), sino que se incluyen igualmente la fracción de arena fina.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: -Aprender a determinar e interpretar el límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad de una muestra de suelo y la variación de su contenido de humedad.

OBJETIVOS ESPECIFICOS: -Aprender a realizar de manera adecuada la práctica de límites de Atterberg de un suelo haciendo una descripción previa en condiciones naturales. -Determinar experimentalmente los diferentes límites de consistencia de un suelo (limite líquido, límite plástico, índice de plasticidad). -Establecer las diferencias de consistencia de un suelo a diferentes contenidos de humedad. -Comprender la importancia de los límites de Atterberg en el estudio de las propiedades mecánicas del suelo. -Poder realizar una clasificación del suelo apropiada a través de las tres primeras practicas ya realizadas.

MARCO TEORICO LIMITES DE ATTERBERG Pueden definirse como los límites de los contenidos de humedad que caracterizan los cuatro estados de consistencia de un suelo de grano fino: estado sólido, estado semisólido, estado plástico y estado semilíquido o viscoso. El límite entre los estados sólido y semisólido se denomina límite de retracción, el límite entre los estados semisólido y plástico se llama límite plástico y el límite entre los estados plástico y semilíquido, límite líquido. Así de este modo, un suelo de grano fino puede pasar de un estado de consistencia a otro en función del contenido en humedad. En el siguiente cuadro se muestra de forma gráfica como a medida que aumenta el contenido en agua del suelo se va pasando de un estado a otro y los límites Atterberg que hay entre ellos.

Los ensayos se realizan en el laboratorio y miden la cohesión del terreno y su contenido de humedad, para ello se forman pequeños cilindros de espesor con el suelo. Siguiendo estos procedimientos se definen tres límites: Límite líquido: cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado líquido. Para la determinación de este límite se utiliza la copa de Casagrande. Límite plástico: cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado plástico. Límite de retracción o contracción: cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado sólido y se contrae al perder humedad. Un suelo está en estado líquido (arcilla o limo muy húmedos) cuando se comporta como un Fluido viscoso, deformándose por su propio peso y con resistencia al corte casi nulo. Al perder agua, ese suelo pierde su fluidez, pero continúa deformándose plásticamente; dado que pierde su forma, sin agrietarse. Si se continúa con el proceso de secado (de la arcilla o limo), el suelo

alcanza el estado semisólido, si al intentar el moldearlo se desmorona. Si se seca aún más, hasta un punto en el cual su volumen ya no se reduce por la pérdida de agua y el color toma un tono más claro, el estado del suelo se define como sólido. El estado plástico se presenta en un rango estrecho de humedades, comprendidas entre los límites líquido (LL) y plástico (LP). Este rango genera el Índice de Plasticidad “IP”, definido así:

En consecuencia, los límites de Atterberg son contenidos de humedad del suelo, para suelos finos (limos, arcillas), solamente. Los índices son rangos de humedad. Índice de fluidez (If): Medida de la consistencia o la facilidad relativa con que un suelo puede deformarse espontáneamente dada por la relación numérica entre: a) La diferencia entre el contenido de agua de un suelo y su límite plástico, y b) su índice de plasticidad.

La plasticidad de un suelo se atribuye a la deformación de la capa de agua adsorbida alrededor de los minerales y en las arcillas, por su forma aplanada (lentejas) y pequeño tamaño, es alta, dependiendo, la plasticidad del suelo, del contenido de arcilla. Skempton (1953) expresó esta relación matemáticamente con la actividad A de la arcilla, mediante la fórmula 4.3, así:

LIMITE LIQUIDO: Es el contenido de humedad (LL) requerido para que una muestra en el aparato de Casagrande cierre una ranura de ½’’ de amplitud a los 25 golpes, generados en la cápsula de bronce, con un ritmo de dos golpes por segundo LIMITE PLASTICO: Es el menor contenido de humedad (Wp) para el cual el suelo se deja moldear. Esto se dice cuándo, tomando bolas de suelo húmedo, se pueden formar rollitos de 1/8’’ sobre una superficie plana, lisa y no absorbente. Sin agrietarse, el suelo no alcanza el LP, y si se presentan múltiples grietas tampoco se tiene el LP. LIMITE DE CONTRACCION: Contenido de humedad para el cual el suelo sometido a secado, mantiene constante su peso. Se coloca en una cápsula el suelo húmedo (w > wL) y se determina su peso Wi y su volumen Vi, siendo Vi también el volumen de la cápsula. Se seca el suelo en la estufa y se obtiene su peso Wf y volumen Vf. El problema está en obtener Vf, el cual se logra conociendo el peso del mercurio desplazado por el suelo seco, operación que es delicada; así se tiene:

LR=

( W 0 −W f )−( V 0−V f )∗γW Wf

*100

MATERIALES Y EQUIPOS -Muestra de suelo que pasa el tamiz N°40 (0,425mm). -Aparato de Casa Grande. -Solera plana. -Ranurador trapezoidal. -Espátulas. -Balanza con sensibilidad de 0,01gr. -Horno con temperatura constate de 100 a 110°C. -Recipientes para almacenaje. -Lamina de vidrio. -Agua y panolas.

PROCEDIMIENTO LIMITE LÍQUIDO 1. Se pulverizo una cantidad suficiente de suelo secado al aire, para obtener una muestra representativa del material que pase a través del tamiz N° 40 de alrededor de 250 ± 10g, obtenido de acuerdo con la norma AASHTO 387-80. No es conveniente secar el suelo al horno para pasarlo a través del tamiz N° 40, pues esta práctica reduce el valor real de los límites líquidos y plásticos del suelo. 2. A continuación, se verifico que la altura de caída del aparato de Casagrande sea exactamente de 1 cm (±0.1 mm). Utilizando el calibrador de 10mm adosado al ranurador. De ser necesario, se aflojarían los tornillos de fijación y se mueve el ajuste hasta obtener la altura de caída requerida. Si el ajuste es correcto se escuchará un ligero campanilleo al golpear el tope de la taza; si la taza se levanta por sobre el calibre o no se escucha ningún sonido debe realizarse un nuevo ajuste. 3. Colocamos el suelo en un recipiente de porcelana, añadimos una pequeña cantidad de agua y mezclamos hasta obtener un color uniforme. Una mezcla pobre del conjunto suelo-agua es generalmente causa adicional de error en el ensayo. 4. Cuando el color es uniforme en toda la mezcla y ésta adquiere una apariencia cremosa, su estado es adecuado en general. Se debe continuar añadiendo pequeñas cantidades adicionales de agua y mezclando cada vez hasta obtener una mezcla homogénea. Cuando se encuentre el suelo en un punto de consistencia (pegajosidad) tal que se pueda estimar (o simplemente hacer un ensayo de prueba) que tomará alrededor de 50 golpes para cerrar la ranura en una longitud de 12.7 mm, remover alrededor entre 20g y 30g de esta muestra para la determinación del límite plástico. 5. Se adiciona un poco más de agua de manera que la consistencia permitió un número de golpes para la falla en el rango de 30 a 40. 6. Colocamos en el aparato de Casagrande una pequeña cantidad de suelo con ayuda de una espátula metálica hasta la profundidad adecuada para el trabajo de la herramienta ranuradora. Emparejamos la superficie de la pasta de suelo, y mediante el uso de la ranuradora, cortamos una ranura clara, recta, que separe completamente la masa de suelo en dos partes. 7. Accionamos la manivela a una velocidad de dos (2) vueltas por segundo y contar el número de golpes necesarios para el cierre de la ranura. Si se permite una demora innecesaria en este proceso, y la humedad ambiental del laboratorio es baja se puede secar la superficie de la muestra, lo cual afectará el conteo de los golpes. Este efecto mostrará cuando se dibujen los datos una tendencia errática de los puntos en el plano. 8. Se tomó una muestra para medir el contenido de humedad. La muestra se tomó de la zona donde se cerró la ranura y tenía cerca de 40 g. 9. Removimos los restos de suelo del aparato Casagrande y se devolvió al recipiente donde se había preparado la muestra. Posteriormente se limpia el aparato Casagrande 10. Adicionamos una pequeña cantidad de agua al recipiente de porcelana de preparación de suelo y mezclar cuidadosamente hasta obtener una coloración homogénea y consistencia para

obtener un número de golpes entre 25 y 30 aproximadamente. Repetimos los pasos del 6 en adelante. 11. Se repitió la secuencia para dos (2) ensayos adicionales con número de golpes entre 20 y 25 y entre 15 y 20, respectivamente para un total de cuatro determinaciones en el ensayo. 12. Se pesan las cuatro muestras de humedad obtenidas en los diferentes ensayos, y se colocan los recipientes en un horno a 110°C para que se seque durante la noche.

Para determinar el contenido de humedad •

Pesar el recipiente vacío: WR

•

Pesar el recipiente con la muestra tomada de la cazuela: WR + S.H.

•

Pesar el recipiente con la muestra seca: WR + S.S.

•

Suelo seco: S.S. = (WR + S.S.) – WR

•

Agua: Ww = (WR + S.H.) – (WR + S.H.)

W (%) = (A / (WR + S.S.) – WR)) * 100

LÍMITE PLÁSTICO 1. Se divide en varios pedazos o porciones pequeñas la muestra de 20 a 30 g de suelo que se había separado con anterioridad durante la preparación de la muestra para Límite Líquido. 2. Posteriormente se enrolla el suelo con la mano extendida sobre una placa de vidrio, con presión suficiente para moldearlo en forma de cilindro o hilo de diámetro uniforme por la acción de unos 80 a 90 golpes o movimientos de mano por minuto (un golpe= movimiento hacia adelante y hacia atrás). 3. Cuando el diámetro del cilindro llego a 3mm (1/8 de pulgada) se rompió en pequeños pedazos, y con ellos se moldearon nuevamente unas bolas o masas que a su vez se vuelven a

enrollar. El proceso de hacer bolas o masas de suelo y enrollarlas debe continuarse alternativamente hasta cuando el cilindro de suelo se rompa bajo la presión de enrollamiento y no permita que se le enrolle adicionalmente. Si el cilindro se desmorona a un diámetro superior a 3mm, esta condición es satisfactoria para definir el límite plástico si el cilindro se había enrollado con anterioridad hasta más o menos 3mm. La falla del cilindro se puede definir de la siguiente manera: a) Simplemente por separación en pequeños pedazos b) Por desprendimiento de escamas de forma tubular (cilindros huecos) de dentro hacia afuera del cilindro o hilo de suelo c) Pedacitos sólidos en forma de barril de 6 a 8 mm de largo (para arcillas altamente plásticas) Para producir la falla no es necesario reducir la velocidad de enrollado y/o la presión de la mano cuando se llega a 3 mm de diámetro. Los suelos de baja plasticidad son una excepción en este sentido, en estos casos la bola inicial debe ser del orden de 3mm antes de empezar a enrollar con la mano. 4. Esta secuencia se debe repetir el número de veces que se requiera para producir suficientes pedazos de cilindro que permitan llenar dos (2) recipiente de humedad, 5. Se pesan los dos recipientes y se colocaron dentro del horno a 110°C para que se seque durante la noche. Determinar la masa del recipiente más la muestra seca

Determinar el contenido de humedad •

Pesar el recipiente vacío: WR

•

Pesar el recipiente con la muestra tomada de la cazuela: WR + S.H.

•

Pesar el recipiente con la muestra seca: WR + S.S.

•

Suelo seco: S.S. = (WR + S.S.) – WR

•

Agua: Ww = (WR + S.H.) – (WR + S.H.)

•

W (%) = (A / (WR + S.S.) – WR)) * 100

LÍMITE DE CONTRACCIÓN (MÉTODO DE LA PARAFINA) 1. Se tomaron cerca de 40 o 50gr de material usado para el ensayo de los límites líquido y plástico. Este material debe pasar a través del tamiz N° 40. Colocando el material en un recipiente plástico, se adiciona agua y se mezcla con una espátula hasta obtener una pasta de suelo con una humedad superior al límite líquido. 2. Se determina la masa de la cápsula para el límite de contracción, primero vacía y llena con agua, para determinar su volumen (V). 3. Se cubre ligeramente la parte interior de la cápsula con una capa de vaselina. Esta capa prevendrá que el suelo se adhiera a la cápsula y se agriete mientras se seque en el horno. Se mide la masa de la cápsula con la capa de vaselina. 4. Llena la cápsula con la pasta de suelo hasta la tercera parte. Se golpea suavemente la cápsula con el mango de la espátula permitiendo que la pasta de suelo fluya hasta las paredes de la cápsula y permita salir las burbujas de aire. Se adiciona una segunda capa de suelo igual a la primera, y de nuevo se golpea suavemente la muestra para liberar el aire atrapado. Adicionamos más suelo hasta llenar la cápsula. Retiramos el exceso de material de la cápsula con la espátula y se limpia el material adherido en la parte externa de la cápsula. Determinando la masa de la cápsula más el suelo húmedo. 5. Se coloca la cápsula dentro del horno a 110°C para que se seque durante la noche. Sacamos la cápsula del horno, se deja enfriar y determinar la masa de la cápsula más el suelo seco. Tomamos la muestra de suelo seco y átela a 40 cm de cuerda de pescar (nylon). 6. Se sumerge la muestra de suelo en un recipiente de parafina caliente. La parafina debe ser calentada justo a la temperatura de derretimiento. Repetimos el proceso de inmersión varias veces hasta que la muestra esté totalmente cubierta de parafina. Si la muestra es frágil y tiene tendencia a desintegrarse, se usa una pequeña brocha para cubrirla con parafina antes de sumergirla completamente en el recipiente con la parafina caliente. 7. Después que la parafina se ha solidificado sobre la muestra, determinamos la masa de la muestra seca más parafina. 8. Tomando una probeta y llenando con agua hasta un volumen determinado. Se coloca la probeta con el agua sobre una superficie plana y tomando la muestra por la cuerda de pescar e introduciéndola en la probeta. Se anota el valor del volumen del agua en la probeta con la muestra sumergida

CALCULOS Y RESULTADOS

Determinación del límite liquido:  Se determina el contenido de humedad en cada uno de los ensayos: Wd =¿ 100 w= Ww Para el ensayo Nº1: 7.45 ∗100=40.577 % w= 18.36 De la misma manera se determinan para los siguientes ensayos.  Se realiza una interpolación lineal con la finalidad de conocer el límite liquido el cual está definido como el contenido que humedad con el cual el surco se cierra a los 25 golpes, entonces se tiene: 31 −25 40,33−L . L. = 31−20 40,33− 43,23 L. L .=41.88 %

O se puede obtener observando la gráfica, así:

# Golpes Vs w 48.00

contenido de humedad %

46.00 44.00 42.00 40.00 38.00 36.00 10

15

20

25

30

cantidad de golpes (n)

eterminación del límite plástico: Se determinan los contenidos de humedad en cada ensayo de la misma forma que e hizo con el limite líquido, entonces se tiene que: L. P .=

∑ wi 2

Donde: ∑wi = sumatoria del contenido de humedad de cada uno de los ensayos. n = número de ensayos realizados. Por lo tanto: L. P .=

25,68 + 26,21 2

L. P .=25,95 %

Determinación del índice de plasticidad: I . P .=L . L .− L . P I . P .=41.88 %−25.95 % I . P .=15.93 %

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ANÁLISIS DE RESULTADOS Se logró determinar los límites de consistencia de un suelo, los resultados fueron: limite liquido (L.L.) = 41.88%, limite plástico (L.P.) = 25.95%, índice de plasticidad (I.P.) = 15.93%. Con todos estos datos ya se podría realizar una clasificación del suelo ya sea por la USCS (Unified Soil Classification system) o por la ASSHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials).

CONCLUSIONES -El límite líquido como el límite plástico dependen del contenido de humedad presentes en el suelo. -A medida que aumenta el límite liquido de los suelos, aumenta su plasticidad y compresibilidad. -El índice de plasticidad indica una buena indicación de la compresibilidad, mientras mayor sea el I.P. mayor será la compresibilidad del suelo, lo que permitirá determinar una adecuada compactación. -La determinación de límite líquido y el límite plástico deben realizarse simultáneamente para que se puedan establecer correlaciones validas entre los resultados obtenidos. -Los límites de Atterberg proporcionan información de gran ayuda a la hora de la clasificación del suelo.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 

Braja M. Das, Fundamentos de Ingeniería geotécnica.



Jean Pìerre Bardet, Experimental Soil Mechanics.



Bowles, Joseph. Manual de Laboratorios de Mecánica de Suelos.



Normas ASTM D 4318-95a



Normas AASHTO (T 89 y T 90)



Guía de laboratorios de Geotecnia I, Laboratorio de Mecánica de Suelos y pavimentos, Universidad de Sucre.



https://es.slideshare.net/mobile/AngeloAlvarezsifuentes/informedemecanicadesueloslaboratorionumero2-ensayo-de-...