LIMITE LÍQUIDO Y PLASTICO DE UN SUELO

ENSAYO (3)

GEOTECNIA (I)

JOHNNY ALDEMAR CUELLAR SERRANO

ING. RICARDO ZARATE CABALLERO

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERIA

PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERIA CIVIL

SEMESTRE VI

2013

INTRODUCCION

Los límites líquidos y plástico han sido ampliamente utilizados en todas las regiones del mundo, principalmente con objetivos de identificación y clasificación de suelos. El límite de contracción ha sido útil en varias áreas geográficas donde el suelo sufre grandes cambios de volumen entre su estado seco y su estado húmedo. El problema de potencial de volumen puede muy a menudo ser detectado de los resultados de los ensayos de límite líquido y límite plástico. El límite líquido en ocasiones puede utilizarse para estimar asentamientos en problemas de consolidación y ambos límites son algunas veces útiles para predecir la máxima densidad en estudios de compactación. 

OBJETIVOS

Objetivo general:

Obtener los límites líquido y plástico para clasificar el suelo según la carta de plasticidad de A. Casagrande

Objetivos específicos:

Aprender a determinar mediante esta práctica los límites líquido y plástico de un suelo de finos combinados.

Conocer las herramientas que se implementan para la obtención de los límites

Conocer los posibles errores que se pueden llegar a cometer en la ejecución del ensayo

Relacionar la practica con la teoría aprendida en clase

Realizar la grafica correspondiente al número de golpes vs porcentaje de humedad para así encontrar el limite liquido a los 25 golpes

MARCO TEORICO

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:

Límite líquido: Cuando el suelo pasa de un estado líquido a un estado plástico. Para la determinación de este límite se utiliza la cuchara.

Límite plástico: Cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado semisólido y se rompe.

Límite de retracción o contracción: Cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado sólido y deja de contraerse al perder humedad.

Relacionados con estos límites, se definen el siguiente índice:

Índice de plasticidad: Ip o IP = wl - wp

Límite líquido

Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un procedimiento normalizado en que una mezcla de suelo y agua, capaz de ser moldeada, se deposita en la Cuchara de Casagrande, y se golpea consecutivamente contra la base de la máquina, haciendo girar la manivela, hasta que el surco que previamente se ha recortado, se cierre en una longitud de 12 mm (1/2"). Si el número de golpes para que se cierre el surco es 25, la humedad del suelo (razón peso de agua/peso de suelo seco) corresponde al límite líquido. Dado que no siempre es posible que el surco se cierre en la longitud de 12 mm exactamente con 25 golpes, existen dos métodos para determinar el límite líquido: - trazar una gráfica con el número de golpes en coordenadas logarítmicas, contra el contenido de humedad correspondiente, en coordenadas normales, e interpolar para la humedad correspondiente a 25 golpes.

LIMITE PLASTICO

Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un procedimiento normalizado pero sencillo consistente en medir el contenido de humedad para el cual no es posible moldear un cilindro de suelo, con un diámetro de 3 mm. Para esto, se realiza una mezcla de agua y suelo, la cual se amasa entre los dedos o entre el dedo índice y una superficie inerte (vidrio), hasta conseguir un cilindro de 3 mm de diámetro. Al llegar a este diámetro, se desarma el cilindro, y vuelve a amasarse hasta lograr nuevamente un cilindro de 3 mm. Esto se realiza consecutivamente hasta que no es posible obtener el cilindro de la dimensión deseada. Con ese contenido de humedad, el suelo se vuelve quebradizo (por pérdida de humedad) o se vuelve pulverulento. Se mide el contenido de humedad, el cual corresponde al límite plástico. Se recomienda realizar este procedimiento al menos 3 veces para disminuir los errores de interpretación o medición.

Carta de plasticidad de Casagrande

Casagrande estudio la relación del índice de plasticidad respecto al límite líquido de una amplia variedad de suelos naturales. Con base a los resultados de la prueba propuso una carta de plasticidad.

La línea A empírica dada por la ecuación IP=0,73(¿−20) separa las arcillas inorgánicas de los limos inorgánicos.

Donde se tiene que:

Si el IP REAL > IP TEORICO entonces es una arcilla

Si el IP REAL < IP TEORICO entonces es un limo

Si el LL < 50% entonces es de baja plasticidad o comprensibilidad

Si el LL > 50% es de alta plasticidad o comprensibilidad

LL = Limite Liquido

Esta es una manera de saber de forma rápida y segura de que tipo de suelo estamos tratando.

Tabla de clasificación de materiales en función de los límites de Atterberg.

La cuchara de Casagrande, también llamada copa de Casagrande, es un instrumento de medición utilizado en geotecnia e ingeniería civil, para determinar el límite de liquidez de un terreno. Fue inventada por Arthur Casagrande. El instrumento está compuesto de un casquete esférico de metal, fijado en el borde a un dispositivo que mediante la operación de una manivela se produce la elevación del casquete y su subsecuente caída, produciendo así un choque controlado contra una base también metálica. El terreno mezclado uniformemente con agua es colocado en la parte del casquete metálico opuesta al punto fijo y se le da forma con una plantilla que deja en el centro una ranura uniforme. A cada vuelta de la manivela se produce un golpe en el casquete, que tiende a hacer deslizar el suelo ya húmedo juntando los bordes de la ranura.

EQUIPOS Y MATERIALES

Equipos:

Tamiz # 40

Atomizador de agua

Cuchara de Casagrande

Espátula

Plato de porcelana

Placa de vidrio (opcional)

Recipiente para contenido de humedad

Servilleta o elemento para retirar el residuo del suelo en la cuchara de Casagrande (puede ser periódico)

Horno

Medidor de peso

Materiales:

Agua

Muestra de suelo

PROCEDIMIENTO

1) Una vez obtenida la muestra de suelo secada al aire por varios días, se procede a pulverizar la muestra hasta que esta pase por el tamiz #40, consiguiendo una cantidad promedio de 250 gr +- 10gr

2) Con la muestra de suelo obtenida una vez pasada por el tamiz #40, se pasa al recipiente de porcelana, para luego empezar a aplicar agua de manera moderada, hasta obtener una pasta uniforme.

3) Una vez obtenida la pasta uniforme y que se encuentre como en un estado de pegajosidad se lleva a la cuchara de Casagrande y siguiendo las recomendaciones de aplanado de la mezcla circular, realizamos la ranura con el ranulador.

4) Una vez realizada la ranura empezamos a girar la manivela hasta que el suelo se cierre a una longitud de 12,7 mm para un número de giros o golpes total obtenido en este caso 50.

5) sacamos del centro de la cuchara una muestra de 20gr para 50 golpes. Esta muestra la utilizaremos para el límite de plasticidad el cual oscila entre ese número de golpes.

6) Aplicando más agua a la muestra y realizando el mismo procedimiento anterior, nos encaminamos a obtener el límite líquido para un número de golpes no mayores a 40 ni menor a 30.

7) Se extrae entonces las muestras y se pesan con su respectivo recipiente, para luego pasarlas al horno a 110 grados.

8) Una vez retirada del horno se procede a tomar su peso, para luego obtener su humedad.

9) Se realiza el mismo procedimiento para un rango de golpes igual a 15 y 20, tomado entonces cuatro muestras del suelo en estado liquido.

10) Ya con los porcentajes de humedad obtenidos y los respectivos numero de golpes, se hace la grafica porcentaje VS número de golpes y se interpolan los datos para un número de golpe igual a 25, obteniendo de esta manera el límite líquido.

LIMITE DE PLASTICIDAD

1) Con la muestra de suelo obtenida a los 50 golpes de la cazuela de unos 20 gr de masa, la dividimos en 4 partes iguales en forma de elipsoide.

2) Se moldea en forma de cilindro o hilo de diámetro uniforme de 3 mm.

3) Cuando llegan a un diámetro de 3 mm, se vuelven a enrollar en bolas y se le aplica nuevamente enrollamiento con la mano, esto se debe repetir hasta cuando el hilo de suelo se rompa bajo la presión de enrollamiento y no permita que se le enrolle adicionalmente.

4) Después de encontrar el estado plástico del suelo, lo pesamos en ese estado junto con el recipiente que lo contiene, luego lo dirigimos al horno.

5) Al día siguiente, retiramos las muestras de suelo que habíamos metido en estado plástico y lo pesamos seco. Calculando de esta manera el peso de agua que existía en estado plástico.

RESULSTADOS Y DATOS OBTENIDOS

Limite líquido

Datos obtenidos:

w suelo humedo+recipiente=33,25 gr

w suelo seco+ recipiente=27,33 gr

w r=6gr

Cálculos:

ww=wsuelo humedo+recipiente−wsuelo seco+recipiente

w s=wsuelo seco+recipiente−wrecipiente

%ω=www s

∗100

Muestra No w s h+ r(gr) w s+ r(gr) w r(gr) ws ww w% No golpes1 28,90 22,50 6,05 16,45 6,40 38,91 332 27,40 21,20 6,06 15,14 6,20 40,95 293 33,25 25,10 6,00 19,10 8,15 42,67 254 29,33 22,20 5,94 16,26 7,13 43,85 205 32,79 24,50 5,92 18,58 8,29 44,62 166 33,46 25,01 6,31 18,70 8,45 45,19 14

Donde se tiene que:

w sh+ r=¿ Peso de suelo húmedo más recipiente

w s+ r=¿ Peso de suelo seco más recipiente

w r=¿ Peso de recipiente

Ww = Peso del agua

Ws = Peso del suelo seco

Grafica Contenido de humedad vs Numero de golpes

10 10034

36

38

40

42

44

46

38.91

40.95

42.6743.85

44.62

45.19f(x) = − 0.314745965331739 x + 49.8850328750747

LIMITE LIQUIDO

Numero de golpes

Cont

enid

o de

hum

edad

%

Por medio de inspección visual en la gráfica podemos notar que LL= 41,5%

En laboratorio obtuvimos un punto de 25 golpes que es el adecuado dando LL=42,67%

Pero para tener una mayor certeza en el LL, por medio de una hoja de cálculo de EXCEL se hayo una ecuación para la curva que es la que está en el gráfico, y si reemplazamos los 25 golpes obtendremos un LL más confiable que los hallados anteriormente

. y (25 )=−0,3147 (25 )+49,885=42,02%

Por tanto el límite líquido es de 42,02 % lo que nos indica que es un suelo de baja plasticidad.

Limite plástico

Muestra No w s h+ r(gr) w s+ r(gr) w r(gr) ws ww w%1 10,04 9,5 6,12 3,38 0,54 15,982 8,86 8,4 5,67 2,73 0,46 16,853 9,54 9,1 6,24 2,86 0,44 15,38

LP 16,07

Índice de Plasticidad

IP = LL- LP = 42,02 – 16,07 = 25,95 %

RECOMENDACIONES

1) Es de suma importancia recordar que antes de empezar el ensayo se deber realizar una calibración a los equipos de medición y la cuchara de Casagrande. En donde la cazuela de cobre debe de estar a una altura mínima con respecto al punto de impacto de de 1 cm +- 1mm.

Como ajustar la cuchara de Casagrande?

Primero procedemos a desajustar el tornillo superior, como se muestra en la figura

Luego se gira la manivela hasta que la copa llegue al punto más alto

A continuación se coloca una paleta o instrumento medidor que nos indique una altura de 1 cm más o menos 1mm respecto al punto de impacto

Y finalmente se ajusta la altura de caída con el tornillo lateral

2) Cuando se está agregando agua al suelo es preferible hacerlo en forma gradual, para así evitar que se le tenga que echar más suelo seco para retomar una consistencia menos húmeda.

3) No reutilizar el suelo que no ah pasado el tamiz # 40 y tampoco secar la muestra de suelo en el horno, sino dejar al aire los días que sean necesarios, Para luego proceder a disgregarla y pasarla por el tamiz #40.

4) Limpiar perfectamente (secarla si se le ha echado agua) siempre la cazuela cuando se le vaya a colocar una nueva muestra de suelo. El ranulador debe también ser limpiado.

5) Una vez se obtenga la muestra de suelo con su respectivo numero de golpes, extraer en el centro de la cazuela la muestra es decir donde se produjo el cierre, como también llevarla inmediatamente al peso para así obtener un peso real de la húmeda que este contiene en ese estado.

6) La velocidad de giro de la manivela debe de ser de 120 rpm

7) No se aconseja dejar la muestra de suelo en la cazuela por un largo periodo de tiempo, ya que esto puede generar la adhesión del suelo y por lo tanto obtener un número de golpes totalmente alejado de la realidad.

8) El horno en ocasiones se encuentra apagado lo que puede conducir a una no mejora de suelo seco constante.

CONCLUSIONES

- Una de las grandes conclusiones de este informe es que con los resultados obtenidos y apoyados por la Carta de Plasticidad de Casagrande podemos ver que nuestro suelo es arcilloso y esto debido a que el índice de plasticidad real es de 15,28% superando al teórico que es de 15,24%. Por tanto vemos también que

el límite líquido de nuestro suelo fue de 40,88% menor del 50% lo que nos conduce que es de baja plasticidad.

Entonces de forma rápida y segura podemos ver los indicios de que tenemos un suelo arcilloso con baja plasticidad.

-Con el desarrollo de la práctica queda claro el proceso que se lleva a cavo para encontrar los limites líquidos y plásticos.

- Se aprendió a evitar errores en el desarrollo de la práctica. Esto según lo especificado por el manual de Joseph Bowles

- La obtención del límite liquido por medio de la interpolación de la grafica o la función obtenida por Excel fue una experiencia nueva en el desarrollo del ensayo

-Las herramientas utilizadas en este ensayo como lo es la cuchara de Casagrande, era un equipo totalmente desconocido y ahora con este laboratorio podemos saber cómo funciona y como llevar a cabo la calibración para evitar errores en los cálculos.

REFERECNIAS BIBLIOGRAFICAS

JOSEPH BOWLES (laboratorio de suelos en ingeniería civil)

BRAJA M. DAS (Fundamentos de ingeniería geotécnica)

ASTM D420-69(Asociación Americana para el Ensayo de Materiales)

AASHTO T86-70(Asociación Americana de Funcionarios de Carreteras Estatales y del Transporte)

Páginas web:

http://www.youtube.com/watch?v=6FfSJ6Q3__k

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADmites_de_Atterberg