Practica 7

Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos. DIC – UCLA.

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CAPITULO VII

DETERMINACION DE LIMITE LIQUIDO Y LIMITE PLASTICO.

OBJETIVOS • Aplicar los métodos de tres puntos de humedad y de un punto de humedad en la determinación

del límite líquido de la porción de suelo que pasa el tamiz N° 40. • Determinar el límite plástico de la porción de suelo que pasa el tamiz N° 40. • Obtener los índices asociados: índice plástico, índice de consistencia e índice de actividad de la

arcilla. • Identificar el tipo de suelo usando los sistemas de clasificación HRB y SUCS.

ASPECTOS GENERALES Por consistencia se entiende el grado de cohesión de las partículas de un suelo y su resistencia a fuerzas exteriores que tienden a deformar o destruir su estructura. La consistencia de un suelo amasado o remoldeado varía de acuerdo a su contenido de humedad. Bajo ese criterio, el científico sueco A. Atterberg encontró que la plasticidad no es una propiedad permanente en las arcillas sino que depende del contenido de humedad y definió una serie de estados y límites de consistencia.

Figura 7.1. Esquema de la variación de los estados y límites de consistencia de acuerdo al contenido de humedad del suelo.

ESTADOS Y LIMITES DE CONSISTENCIA DEFINIDOS POR ATTERBERG

Las fronteras entre los estados del suelo establecidas por Atterberg son un tanto arbitrarias y se conocen como límites de consistencia. Estos límites se expresan en función de contenidos de humedad.

Límite líquido

Es el contenido de humedad de un suelo cuya consistencia está en la frontera entre los estados líquido y plástico. Los materiales granulares tienen límites líquidos bajos o pueden no presentarlo. Los suelos de límite líquido alto son siempre de grano fino y contienen minerales que absorben agua, como es el caso de los minerales arcillosos.

Semilíquido

Plástico

Semisólido

Sólido

Líquido

Límite Líquido

Límite Plástico

Límite de Contracción

Humedad


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Límite plástico

Es el contenido de humedad de un suelo cuya consistencia está en la frontera entre los estados plástico y semisólido. Para contenidos de humedad menores que el límite plástico se considera que el suelo no se comporta plásticamente. El límite plástico tiene importancia práctica ya que los materiales en estado plástico se pueden trabajar con más facilidad, particularmente en la excavación y compactación de suelos. Los valores de los límites líquido y plástico han sido ampliamente utilizados en todas las regiones del mundo, principalmente con objetivos de identificación y clasificación de suelos. El límite líquido en ocasiones puede utilizarse para estimar asentamientos en problemas de consolidación, y ambos límites son algunas veces útiles en la predicción del contenido de humedad óptimo en estudios de compactación. ENSAYO DE LÍMITE LÍQUIDO

En este capítulo se estudian dos métodos para determinar el límite líquido de un suelo: el método de tres puntos de humedad y el método de un punto de humedad.

EQUIPO • Máquina para límite líquido, conocida como taza de Casagrande. • Acanalador y calibrador. • Secador eléctrico. • Frasco lavador. • Agua destilada. • Tamiz N° 40. • Horno eléctrico con control de temperatura hasta 105 ºC ± 5ºC. • Balanza con sensibilidad 0.01g. • Taza de porcelana, recipientes con cierre hermético y espátula. • Recipientes para determinación de humedad.

Figura 7.1. Equipo para realizar el ensayo de límite líquido.

PREPARACION DE LA MUESTRA • Tomar por cuarteo una muestra representativa de suelo previamente secado al aire y pasarlo por

el tamiz N° 40. • Colocar en la taza de porcelana una porción de 200 g de muestra aproximadamente, agregar

agua destilada y mezclar con la espátula hasta formar una pasta suave y espesa.


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Figura 7.2 Preparación de la muestra para límite líquido.

• Pasar el suelo humedecido a un recipiente que cierre herméticamente y dejar reposar durante 18 horas como mínimo. Esto con el objeto de que la humedad se reparta uniformemente en todas las partículas del suelo.

PREPARACION DEL EQUIPO

• Verificar la calibración de la máquina de Casagrande, para ello se mide la altura de caída de la taza con la parte posterior del ranurador que tiene un espesor de 1 cm. La altura de caída libre de la taza de bronce debe ser de 1 cm.

• En caso de que esta altura sea diferente a 1 cm. se debe proceder a calibrar el equipo tal como se explica a continuación: • Girar la manivela hasta llevar la taza a su máxima elevación, tomando como referencia el

centro de la huella que se forma en la base cuando es golpeada por la taza de bronce. • Colocar la parte posterior del acanalador debajo de la taza y ajustar la placa de modo que la

taza quede tangente al acanalador. • Apretar los tornillos de la placa de ajuste.

Figura 7.3. Ajuste de los tornillos de la placa una vez corregida la altura de caída de la taza de

bronce.

MÉTODO DE TRES PUNTOS DE HUMEDAD PROCEDIMIENTO

• Colocar en la taza de bronce una porción de la muestra previamente preparada, el resto del material debe cerrarse herméticamente para evitar pérdidas de humedad.


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• Esparcir la muestra en la taza con la ayuda de una espátula realizando movimientos en semicírculos para que la superficie quede lo más horizontal posible y el espesor máximo sea 1cm.

Figura 7.4. Colocación de la muestra en la taza de bronce.

• Abrir una ranura a lo largo del diámetro de la taza moviendo el ranurador desde la parte

posterior hacia el frente. El canal debe quedar claramente definido a lo largo del eje de simetría de la muestra contenida en la taza.

Figura 7.5. Abertura de la ranura.

• Girar la manivela a una velocidad constante y a razón de dos golpes por segundo, contando el número de golpes requeridos para que las paredes de la ranura se cierren en una longitud de 1 cm. aproximadamente. El número de golpes se anota en la planilla N°9.

Figura 7.6. Ranura cerrada en una longitud de aproximadamente 1cm.


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• Tomar una muestra representativa de la pasta de suelo en el sitio de unión abarcando las paredes de la ranura que se han unido, y determinar su contenido de humedad.

Figura 7.7. Toma de la muestra en el sitio de unión para determinar su humedad.

(a) Sacando muestra de la unión. (b) Colocando la muestra en recipiente para determinar su humedad.

• Con la ayuda del secador disminuir el contenido humedad de la pasta de suelo que resta en el

recipiente con cierre hermético moviendo el suelo continuamente con la espátula para evitar su calentamiento excesivo.

• Limpiar y secar la taza de bronce y repetir el ensayo en una muestra con menor contenido de humedad. Realizar por lo menos tres determinaciones a diferentes contenidos de humedad, en las cuales el número de golpes necesarios para cerrar la ranura debe estar comprendido en los intervalos de 10 a 20, de 20 a 30 y de 30 a 40 golpes respectivamente.

CÁLCULOS

Preparación de la curva de flujo

• Calcular el contenido de humedad en cada una de las determinaciones. • Plotear en papel semilogarítmico el contenido de humedad en la escala aritmética (ordenadas) y

el número de golpes en la escala logarítmica (abscisas). • Trazar la envolvente a estos puntos que es una línea recta y obtener así la curva de flujo del

suelo ensayado. • El límite líquido es el contenido de humedad de la curva correspondiente a la ordenada de 25

golpes.

Ejemplo

Datos tomados de la tabla XXVII.

Punto Nº 1 : ω = 39.5% N=20 Punto Nº 2 : ω = 38.2% N=26 Punto Nº 3 : ω = 36.9% N=32 LL = 38.4%


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Tabla XXVII. Ensayo de límite líquido por el método de los tres puntos y ensayo de límite plástico

UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL “LISANDRO ALVARADO”

DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA VIAL

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS

LIMITES DE CONSISTENCIA METODO DE LOS TRES PUNTOS

FECHA: ____________________

GRUPO No:_________ BLOQUE: ____________ SECCION: ______________ PROCEDENCIA DE LA MUESTRA: ______________________________________________

Humedad natural

% < 2 µ Límite plástico

Límite líquido

Índice plástico

Índice de consistencia

Actividad de la arcilla

ωn LP LL

IP=LL-LP

IC= ��

��

AC= ��

%�

19.52

1.78 17.8 38.4 20.6 0.92 11.57

LIMITE LIQUIDO Determinación N° 1 2 3

Nro. de golpes 20 26 32 Recipiente Nro. 316 317 318

Peso recip+ suelo húmed 41.25 41.04 42.62 Peso recip + suelo seco 36.74 36.61 37.99

Peso del agua 4.51 4.43 4.63 Peso recipiente 25.33 25.02 25.45 Peso suelo seco 11.41 11.59 12.54

% de humedad 39.50 38.2 36.9

LIMITE PLASTICO 1 2 - -

319 320 36.50 37.20 34.80 35.37 1.70 1.83

25.15 25.20 9.65 10.17

17.61 17.99

36

37

38

39

40

10 100

Co

nte

nid

o d

e

Hu

med

ad

(w

)

N°de Golpes


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MÉTODO DE UN PUNTO DE HUMEDAD

PROCEDIMIENTO • Realizar dos determinaciones para un mismo contenido de humedad siguiendo el procedimiento

descrito para el método de los tres puntos. El número de golpes debe estar entre 15 y 36, y debe ser el mismo en ambas determinaciones (± 1 golpe).

• Anotar los datos en la planilla N° 10. • Este método requiere de especial cuidado y experiencia del operador al efectuar la prueba.

CÁLCULOS • Calcular la humedad correspondiente a cada determinación y obtener el límite líquido aplicando

la siguiente expresión:

Donde:

N= Número de golpes ω= Contenido de humedad

• Como límite líquido se reporta el promedio de ambas determinaciones siempre y cuando la diferencia entre ellas sea menor de 0,5 %. En caso contrario debe repetirse el ensayo.

Ejemplo

Tomado de los datos del ensayo reportado en la tabla XXVIII Determinación Nº 1: N= 23 ω = 36.4% Determinación Nº 2 : N= 23 ω = 36.7% Aplicando la fórmula: LL1= 36.4 x (23/25)0.121 = 36.0 LL2= 36.7 x (23/25)0.121 = 36.3 Diferencia = 36.3 – 36.0 = 0.3 < 0.5

LL= � .�� .�

= 36.2

LL= ω N 0,121

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Tabla XXVIII. Ensayo de límite líquido por el método de un punto de humedad.

UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL “LISANDRO ALVARADO”

DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS

LIMITES DE CONSISTENCIA

METODO DE UN PUNTO

FECHA: ____________________GRUPO No: _________ BLOQUE: _________________ SECCION: _________________ PROCEDENCIA DE LA MUESTRA:________________________________________________

Nº DE GOLPE

S (N)

RECIPI-ENTE

Nº

PESO DEL

RECIPIEN-TE

PESO SUEL

O HUME

-DO

PESO RECIPIE

N-TE +SUELO

SECO

PESO DE

AGUA

PESO DE

SUELO SECO

%

HUME-DAD

(w)

(LL)

LIMITE LIQUIDO

%

RESULTADOS FINALES

23 45 22.10 41.89 36.61 5.28 14.51 36.4 36.0 LL % 36.2

23 46 23.05 41.49 36.54 4.95 13.49 36.7 36.3 LP %

L P IP%

LL %

LP %

L P IP%

LL %

LP %

L P IP%

LL %

LP %

L P IP%

Observaciones:


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FUENTES DE ERROR • Mala calibración del aparato de Casagrande. • Falta de homogeneidad en el contenido de humedad de la muestra, bien por falta de un

mezclado prolongado o por presencia de burbujas de aire. • Mal estado de los ranuradores, lo cual lleva a la obtención de ranuras con dimensiones

diferentes a las establecidas en el ensayo. • Corte incorrecto de la ranura, en suelos arenosos sucede con frecuencia que al abrir la ranura la

muestra desliza sobre la taza de bronce, en estos casos la ranura cierra con mayor rapidez de lo normal.

ENSAYO DE LIMITE PLASTICO EQUIPO

• Vidrio esmerilado. • Horno eléctrico con control de temperatura hasta 105 ºC ± 5 ºC. • Balanza con sensibilidad 0,01g. • Secador eléctrico. • Recipientes para toma de humedad. • Espátula.

Figura 7.8. Equipo usado en el ensayo de límite plástico

PROCEDIMIENTO

• Del suelo preparado para límite líquido tomar una porción y rodarla sobre el vidrio con la palma de la mano hasta formar hebras de diámetro uniforme en toda su longitud. Al alcanzar la hebra 3 mm de diámetro, unir nuevamente formando una esfera y repetir el proceso.

Figura 7.9. Formando la hebra de 3mm de diámetro.


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• El suelo alcanza límite plástico al agrietarse la hebra. Un indicativo de la proximidad del límite plástico es la desaparición de la huella de humedad dejada por el suelo en el vidrio cuando se hace rodar la hebra.

Figura 7.10. Trozos de 1 cm de longitud aproximadamente, una vez alcanzado el límite plástico.

• Colocar los trozos de suelo agrietado en un envase con tapa para evitar pérdidas de humedad. Deben acumularse por lo menos 15 g de suelo en dicho envase, para posteriormente determinar su humedad.

Figura 7.11. Colocación de los trozos de suelo en un recipiente para la determinación de la

humedad del suelo en el límite plástico.

• Repetir el proceso para obtener otro valor de contenido de humedad en el límite plástico. • Los datos deben ser registrados en la planilla N° 9 ó 10.

FUENTES DE ERROR • Parar el ensayo tiempo después de que el suelo haya alcanzado el límite plástico. • Diámetro incorrecto del cilindro en el momento en que llega al límite plástico.

CALCULOS • Calcular el contenido de humedad en cada determinación. • Calcular la diferencia de humedad entre ambas determinaciones.


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• Reportar como límite plástico el promedio entre las dos determinaciones realizadas, siempre y cuando la diferencia entre los contenidos de humedad no sea mayor que 0.5 %. En caso contrario el ensayo debe repetirse.

Ejemplo

Datos tomados del ensayo reportado en la tabla XXVII. Determinación N° 1: ω= 17.61% Determinación N° 2: ω = 17.99% Diferencia = 17.99 – 17.61 = 0.38 % < 0.5%

LP = ��.��. �

= 17.8%

INDICES DERIVADOS

INDICE DE PLASTICIDAD Es el rango en el cual el suelo se comporta plásticamente. Se obtiene como la diferencia entre

el límite líquido y el límite plástico.

IP = LL – LP

Ejemplo

Datos tomados del ensayo reportado en la tabla XXVII. LL = 38.4 % y LP = 17.8 % IP = (38.4 – 17.8) % = 20.6 %

INDICE DE CONSISTENCIA Se calcula por medio de la siguiente expresión:

Ic = ��

��

Donde: Ic = Indice de consistencia ωn = Contenido de humedad natural del suelo. IP = Indice de plasticidad. Según los valores que tome el índice de consistencia, el suelo puede ubicarse en uno de los

rangos estipulados en la tabla XXIX.


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Tabla XXIX. Consistencia del suelo en estado natural en función del índice de consistencia.

Índice de consistencia Ic Consistencia

0 o menor Liquida

0.00 – 0.5

Plástica

Muy blanda

0.5 – 0.75 Blanda

0.75 – 1.00 Semidura

> 1 Dura

Ejemplo

Datos tomados del ensayo reportado en la tabla XXVII. ωn = 19.52% LL = 38.4 % LP = 17.8 %

Ic = ��.�%��.�%

�. % = 0.92

Al entrar a la tabla XXIX se determina que la consistencia del suelo en estado natural es

plástica semidura.

INDICE DE ACTIVIDAD DE LA ARCILLA Es un índice definido por Skempton, que sirve como indicador del potencial de variación de

volumen de la arcilla, se calcula por medio de la siguiente expresión:

Ac = ��

%μ

Donde: IP= Indice plástico % < 2µ = Porcentaje de material cuyas partículas son menores que 0.002 mm. Una arcilla puede tener varios rangos de actividad de acuerdo a este índice. Se dice que la

arcilla es inactiva cuando Ac es menor de 0.75; normal cuando Ac está entre 0.75 y 1.25; y activa cuando Ac es mayor de 1.25.

Ejemplo

Datos tomados del ensayo reportado en las tablas XXVI (capítulo VI) y XXVII (capítulo VII).

IP = 20.6% % < 2µ = 1.78 %

Ac = �. %

�.��% = 11.57 > 1.25

La arcilla es activa.


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CLASIFICACION DEL SUELO Realizados los ensayos de granulometría (capítulo IV) y límites de consistencia, se dispone de los parámetros necesarios para clasificar el suelo en estudio por los sistemas HRB y SUCS.

SISTEMA HRB Datos tomados de las tablas XII (capítulo IV) y XXVII %Pasa 200 = 8.49% < 35%, el suelo es granular % Pasa N° 10 = 56.37% % Pasa N° 40 = 38.39% LL = 38.4% IP = 20.6% Grava = Retenido acumulado en tamiz N° 4 = 34.32 % Arena = Pasa N° 4 – pasa N° 200 = 65.68% – 8.49% = 57.2% Limo y arcilla = Pasa N° 200 = 8.49% IG= 0.2 a + 0.005 ac + 0.01 bd Donde: a= 0 ; b= 0 ; c= 0 y d= 10.6 IG = 0 Usando la tabla XXX se determina que el suelo es un A-2-6 (0) El suelo en estudio se clasifica según el sistema HRB, como una arena arcillosa o limosa

A-2-6 (0) regular como terreno de fundación.

SISTEMA SUCS Datos tomados de las tablas XII, XXVII y XXXI % Pasa N° 200 = 8.49% < 50%, el suelo es granular Fracción granular = 100% - 8.49% = 91.51% ½ Fracción granular = 45.75% Grava = Retenido acumulado en tamiz N° 4 = 34.32 % < ½ fracción granular Arena = Pasa N° 4 – pasa N° 200 = 65.68% – 8.49% = 57.2% > ½ fracción granular El suelo es una arena. (S) % Pasa N° 200 entre 5 y 12%, el suelo es de doble denominación. De la curva granulométrica de la figura 4.10 (capítulo IV) D10 = 0.081 mm. D30 = 0.28 mm D60 = 2.9 mm

Cc = 0.33 > 6 Cu = 35.8 < 1, el suelo es mal gradado (SP) Por carta de plasticidad con LL= 38.4% e IP = 20.6%, el suelo cae en la zona de arcillas

(SC) El suelo es una arena arcillosa mal gradada: SP-SC.


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Tabla XXX. Sistema de clasificación de suelos HRB


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Tabla XXXI. Clasificación de suelos por el Sistema Unificado (SUCS)

** CLASIFICACIÓN DE FRONTERA- LOS SUELOS QUE POSEAN LAS CARACTERÍSTICAS DE DOS GRUPOS SE DESIGNAN CON LA COMBINACIÓN DE LOS DOS SÍMBOLOS; POR EJEMPLO GW-GC, MEZCLA DE ARENA Y GRAVA BIEN GRADUADAS CON CEMENTANTE ARCILLOSO. ⊕ TODOS LOS TAMAÑOS DE LAS MALLAS EN ESTA CARTA SON LOS U.S. STANDARD. * LA DIVISIÓN DE LOS GRUPOS GM Y SM EN SUBDIVISIONES d Y u SON PARA CAMINOS Y AEROPUERTOS UNICAMENTE, LA SUB-DIVISIÓN ESTA BASADA EN LOS LÍMITES DE ATTERBERG EL SUFIJO d SE USA CUANDO EL L.L. ES DE 28 O MENOS Y EL I.P. ES DE 6 O MENOS. EL SUFIJO u ES USADO CUANDO EL L.L. ES MAYOR QUE 28.

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