Laboratorio de Mecánica de Suelos I – 2015 - I

I.- OBJETIVOS

1.1.- OBJETIVO GENERAL

Determinar el límite líquido que se emplea para clasificar un suelo, de acuerdo a su plasticidad.

1.2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS

Comprender la determinación de límites líquidos de un suelo dentro del laboratorio. Determinar la humedad del suelo por medio del secado al horno, donde la humedad

de un suelo es la relación expresada en porcentaje entre el peso del agua existente en una determinada masa de suelo y el peso de las partículas sólidas.

Establecer la humedad correspondiente a 25 golpes. Instruir al estudiante en la correcta utilización del aparato de Casagrande y en el

procedimiento descubierto por Atterberg para hallar dicho límite. Conocer la utilización de los instrumentos de un laboratorio de suelos.

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II.- REFERENCIAS NORMATIVAS

NTP 339. 129

ASTMD – 4318

La norma ASTM D 4318 nos enseña a cómo realizar métodos de ensayo que son para la determinación del límite líquido, límite plástico, y el índice de plasticidad de los suelos.

AASHTO T 89

MTC E 110

Mecánica de suelos - Límites de consistencia - Parte 1: Determinación del Límite líquido.

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III.- ALCANCE

Es método, describe el procedimiento para determinar el límite líquido de los suelos. El limite liquido de un suelo es el contenido de agua este tiene y se lo determina cuando el

suelo pasa del estado plástico al estado líquido.

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IV.- INTRODUCCIÓN

Para poder obtener de forma sencilla algunas características o propiedades de los suelos, los límites de Atterberg o límites de consistencia son de gran utilidad. Son estos los que nos permiten trabajar con suelos finos como limos y arcillas, pudiendo de este modo encontrarse en un estado sólido, semisólido, plástico y líquido.

Es gracias a estos límites que en la actualidad la experiencia acumulada en las determinaciones es suficiente para tener una idea bastante clara del tipo de suelo que se está analizando y de las propiedades que el mismo posee. Su gran facilidad de ejecución en el laboratorio permite obtener de manera sencilla y bastante rápida una identificación del suelo.

El límite líquido se define como la frontera entre el estado plástico y estado líquido Por su parte el límite plástico es definido como la frontera entre los estados semisólido y plástico. Para poder obtener estos datos es fundamental conocer el contenido de humedad del suelo, ya que es por medio de este factor que las partículas de suelo se mantienen unidas, influyendo directamente en su resistencia.

En el presente informe se dará a conocer el procedimiento y resultados de un ensayo realizado en el laboratorio donde se analizó los límites líquido y plástico de una muestra de suelo fino, específicamente limo, basándose en procedimientos autorizados por la normativa chilena vigente.

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V.- MARCO TEÓRICO:

DEFINICIÓN:

Es la frontera comprendida entre el estado líquido y plástico, definiéndose como el contenido de humedad que requiere el suelo previamente re moldeado, expresado en porcentajes.

LOS LÍMITES DE ATTERBERG O LÍMITES DE CONSISTENCIA

Se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos finos. El nombre de estos es debido al científico sueco Albert Mauritz Atterberg (1846-1916).

Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden existir cuatro estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo se encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al agregársele agua poco a poco va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y finalmente líquido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados límites de Atterberg.

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:

Para medir la plasticidad de una arcilla se han desarrollado varios criterios, de los cuales uno solo, el debido a Atterberg, que hizo ver, que en primer lugar, la plasticidad no era una propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su contenido de agua. Una arcilla (como con la que hemos estado trabajado) muy seca puede tener la consistencia de un ladrillo, con plasticidad nula, y esa misma, con gran contenido de agua, puede presentar las propiedades de un lodo semilíquido o, inclusive, las de una suspensión líquida. Entre ambos extremos existe un intervalo del contenido de agua en que la arcilla se comporta plásticamente. En segundo lugar Atterberg hizo ver que la plasticidad de un suelo exige, para ser expresada en forma conveniente, la utilización de dos parámetros. (Juárez Badillo y RicoRodríguez, 1989).

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Según su contenido de agua en orden decreciente, un suelo susceptible de ser plástico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definidos por Atterberg:

1.- Estado líquido, con las propiedades y apariencia de una suspensión.

2.- Estado semilíquido, con las propiedades de un fluido viscoso

3.- Estado plástico, en que el suelo se comporta plásticamente

4.- Estado semisólido, en el que el suelo tiene la apariencia de un sólido, pero aún disminuye de volumen al estar sujeto a secado.

5.- Estado sólido, en que el volumen del suelo no varía con el secado.

Arbitrariamente Atterberg marcó las fronteras de los cuatro estados en que pueden presentarse los materiales granulares muy finos mediante la fijación de los límites siguientes: Líquido (LL), Plástico (LP), y de contracción (LC) y mediante ellos se puede dar una idea del tipo de suelo en estudio.

La frontera convencional entre el estado plástico y el semisólido fue llamada por Atterberg límite plástico. Para la determinación de esta prueba se realiza una prueba se rolan un fragmento de suelo hasta convertirlo en un cilindro. El agrietamiento a lo largo del cilindro nos dice que se encuentra en su estado plástico.

Existen además las siguientes fronteras convencionales entre los estados de consistencia anteriormente mencionados:

Límite líquido. Es la frontera entre el estado semilíquido y plástico, corresponde a una resistencia al corte de 25 g/cm2.

Límite plástico. Frontera entre el estado plástico y semisólido.

Al límite líquido y el límite plástico, de manera conjunta se les denomina límites de plasticidad.

Otro parámetro que es muy importante para la clasificación de suelos es el Índice de plasticidad, el cual se define como la diferencia del límite líquido y el límite plástico.Además de los límites de plasticidad (líquido y plástico) ya señalados, Atterberg definió otros límites de consistencia:

1.- El límite de adhesión, definido como el contenido de agua con el que la arcilla pierde sus propiedades de adherencia con una hoja metálica.

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2.- El límite de cohesión, definido como el contenido de agua con el que los grumos de arcilla ya que no se adhieren entre sí.

3.- El límite de contracción, frontera entre los estados de consistencia semisólido y sólido, definido con el contenido de agua con el que el suelo ya no disminuye su volumen al seguirse secando.

El único que nos importa para la Mecánica de suelos es el limite de contracción este límite se manifiesta visualmente por un característico cambio de color.

Para la determinación de los límites de plasticidad se emplea la Copa de Casa grande que es un recipiente de bronce o latón solidario del mismo material; el tacón y la copa giran en torno a un eje fijo unido a la base. Una excéntrica hace que la copa caiga periódicamente, golpeándose contra la base del dispositivo, que es, por especificación, de 1 cm, medido con una barra.

Es muy importante la determinación de los límites de consistencia ya que nos permite inferir el comportamiento mecánico e hidráulico de los suelos finos como son las arcillas, ello debido a que la plasticidad del suelo es un reflejo de la presencia de la fracción coloidal del suelo.

VI.- EQUIPO Y MATERIALES:

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Copa de casa grande. Balanza con aproximación de 0.01gr Horno a temperatura constante de 105°C Ranurador Plato de porcelana. Espátula. Malla N°40 Gotero. Triturador cubierto con goma (comba de goma) Capsulas de aluminio. Agua destilada.

VII.- PROCEDIMIENTO:

Pulverice ± 150gr de material seco con su triturador de goma limpio.

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Tamice la muestra pulverizada por la malla N°40, el cual se vacía en una capsula de porcelana, mezcle el suelo con agua hasta que su consistencia sea de una pasta uniforme y muy densa, cúbrala con una tela húmeda, debe humedecerse 24 horas antes de estas determinaciones.

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Se pesan las capsulas de aluminio (4 para el LL)

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Para el limite líquido, el suelo es mezclado en la capsula de porcelana, hasta que se vea una mezcla manejable, se coloca en la copa de Casagrande, distribuyendo el material del centro hacia los extremos, de tal manera que en el centro quede una superficie a nivel.

Se hace una ranura en la parte media del suelo, utilizando el ranurador, de tal forma que este vaya perpendicular a la copa de Casagrande.

Se procede a darle los golpes en la copa, con una frecuencia de 2 golpes por segundo, hasta que los taludes del material se unan en una longitud de 13 mm, los golpes son contados y son registrados en la columna de número de golpes.

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En cada uno de estos ensayos se toman muestra del centro de las copa, las cuales son pesadas y se anotan en el registro como: capsula + suelo húmedo.

Estas muestras son introducidas al horno para determinar el contenido de humedad en cada ensayo.

VIII.- CALCULO:

Determinación del Límite Líquido, por el Método de un Punto.

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La muestra debe prepararse con una consistencia talque requiera de 20 a 30 golpes para cerrar la ranura (debe haber por lo menos dos resultados consecutivos semejantes antes de aceptar una prueba, registrando el número de golpes), la humedad de la muestra, deberá tomarse de la prueba aceptada. Una vez determinado el contenido de humedad, el punto obtenido se debe confrontar con la curva de flujo predeterminada para el tipo de suelo.

SEGÚN LA ECUACIÓN DE LAMBE

Dónde:

LL: limite líquido

Wn: contenido de humedad

N: número de golpes

Determinación de Límite Líquido, por el Método Multipunto

Determinar el contenido de humedad de las muestras de suelo correspondientes a cada número de golpes. El número de golpes contra contenido de agua, obteniéndose 3 o más puntos, por los cuales se traza una línea recta por parte intermedia de ellos, a esta recta se le llama curva de fluidez; en 25 golpes, subimos e interceptamos la curva de fluidez y de ahí con la horizontal, leemos ese contenido de humedad, la que corresponderá al límite líquido

IX.- PROCEDIMIENTO DE CÁLCULOS:

DETERMINACION DEL LIMITE LÍQUIDO

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DATOS OBTENIDOS

ENSAYO N° 1

DETALLES 1 2Peso del recipiente + suelo húmedo (W1) 29.59gr. 27.35grPeso del recipiente + suelo seco (W2) 28.20gr 26.18grPeso del recipiente (W3) 23.42gr 22.14grPeso del suelo seco 4.78gr 4.04grPeso del agua 1.39gr 1.17grContenido de humedad (%) 29.08 28.96N° de golpes 27 27

CALCULANDO CONTENIDO DE HUMEDAD DEL 1

CALCULANDO CONTENIDO DE HUMEDAD DEL 2

CALCULANDO EL LIMITE LIQUIDO (LL)

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X.- CONCLUSIONES: Es evidente la relevancia de esta práctica ya que gracias a esto podemos tener una

visión acerca de los tipos de los suelos y sus características que pueden presentar los suelos al estar sujetos a carga.

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Los limites líquido y plástico cumplen un rol fundamental en la clasificación de suelos, pues son estos los que nos entregan características del mismo como lo es el contenido de humedad.

Cabe destacar que para obtener los resultados correctos, se debe ser bastante cuidadoso y contar con alguna experiencia en el tema, para asi no incurrir en errores que pueden afectar los resultados finales. Por lo demás el manejo de los instrumentos también debe ser el adecuado para que posteriormente los resultados permitan obtener una clasificación acorde a la muestra utilizada sin lugar a dudas.

Este procedimiento es muy útil para nosotros como ingenieros, ya que nos entrega datos necesarios para saber a qué suelo nos enfrentamos y si este será el adecuado al momento de construir.

Estas pruebas no son del todo exactas ya que existe el error humano pero se acercan mucho a la realidad en la obtención del límite liquido puede variar la velocidad de las vueltas o el criterio que se toma para medir la ½ pulgada, en la prueba del límite de contracción los golpes que se le dan o puede quedar atrapado alguna burbuja dándonos una medición diferente a la real.

XI.- RECOMENDACIONES

Antes de empezar en ensayo con la cuchara de Casagrande calibrar la distancia de la cuchara a (distancia=1cm).

Al aumentar la humedad a la muestra tener mucho cuidado porque se podría cometer el error de agregar demasiada agua, y así arruinar la muestra.

Al realizar la ranura pasar el ranurador en forma perpendicular y simétricamente. Al momento de ejecutar los golpes este debe de hacerse a velocidad constante y

según las normas descritas en las referencias. El operador debe ser el mismo pues un cambio del mismo puede significar un error

significativo por las revoluciones que pueden variar Se recomiendo dejar aproximadamente las 24 horas la muestra de suelo dentro del

horno ya que si se deja más tiempo la muestra se puede quemar y perder sus propiedades.

Colocar todos los aparatos en una mesa o base que no esté desnivelada para prevenir posibles errores.

Para la obtención de la muestra usar el tamiz Nº40.XII.- BIBLIOGRAFÍA:

Fuentes Textuales:

Manual de laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil JOSEPH BOWLES Mecánica de Suelos JUARES BADILLO

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Fuentes Electrónicas:

http://apuntesingenierocivil.blogspot.com/2011/03/limites-de-atterberg-ensayo-limite.html

http://www.ingenieracivil.com/2009/05/limite-liquido.html http://www.mtc.gob.pe/transportes/caminos/normas_carreteras/documentos/

manuales/mtc1109%20con%20rd.pdf

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