ENSAYOS PARA EL ANALISIS GRANULOMETRICO Y DETERMINACION

DE LOS LIMIITES DE ATTERBERG DE LA MUESTRA

KLEYVER DAVID AYAZO BADEL

ING. GENNY BOHORQUEZ

UNIVERSIDAD DE SUCRE

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

SINCELEJO – SUCRE

2015

INTRODUCCIÓN

Al realizar la toma de muestras en campo es posible encontrar diversos tipos

de suelos que presentan ciertas características que definen su clasificación.

Debido a esto es importante realizar el análisis granulométrico y de esta forma

conocer las proporciones relativas de los diferentes tamaños en una masa de

suelo, con el propósito de determinar el comportamiento influenciado por el

tamaño y forma de las partículas predominantes e igualmente establecer

cuáles son los materiales que componen dicha muestra, y por ende saber a

qué tipo de suelo pertenece la muestra y si es apto o no para la construcción

requerida. El método por tamizado

manual y mecánico se utiliza para hacer un análisis granulométrico de las

partículas presentes en el suelo, el cual consiste en hacer pruebas de este por

medio de una serie de tamices estandarizados, los cuales se ordenan de mayor

a menor abertura y están referenciados por un número que nos indica el

tamaño y distribución de las aberturas, la masa de suelo retenida en cada tamiz

mostrará la información sobre el tamaño de cada grano, clasificándolo como

grueso o fino basándonos en la norma que regula e indica el procedimiento

para establecer cuantitativamente la distribución del tamaño de las partículas

de un suelo.

Las propiedades de cualquier tipo de suelo fino o de partículas finamente

divididas dependen en gran parte de la cantidad de humedad presente, ya que

el agua al entrar en contacto con las partículas de suelo forma una película

protectora cuyo espesor es determinante en el comportamiento de la masa de

suelo.

Basándose en eso, el científico sueco, Albert Mauritz Atterberg a principios de

1900, propuso una clasificación experimental de los suelos basándose en unos

límites de humedad

Dónde:

Limite líquido (LL): el porcentaje de humedad que presenta el suelo en la

zona de transición de plástico a solución liquida.

Limite plástico (LP): el porcentaje de humedad que presenta el suelo en

la zona de transición de semisólido a plástico.

JUSTIFICACIÓN

NORMA TECNICA DE REFERENCIA: ASTM D422-63; AASHTO T 88-70

Los granos que conforman un suelo y tienen diferente tamaño, van desde los

grandes que son los que se pueden tomar fácilmente con las manos, hasta los

granos pequeños, para los que se hace necesario utilizar elementos como

microscopios para poder observarlos. El análisis granulométrico al cuál se

somete un suelo es de mucha ayuda para la construcción de proyectos como

elementos estructurales ya sean edificios, puentes o carreteras, porque con

este se puede conocer la permeabilidad y la cohesión del suelo.

Los Análisis Granulométricos se realizan mediante ensayos en el laboratorio

con tamices de diferente enumeración, dependiendo de la separación de los

cuadros de la maya. Los granos que pasen o se queden en el tamiz tienen sus

características ya determinadas. Para el ensayo o el análisis de granos gruesos

será muy recomendado el método del Tamiz; pero cuando se trata de granos

finos este no es muy preciso, porque se le es más difícil a la muestra pasar por

una maya tan fina; Debido a esto el Análisis granulométrico de Granos finos

será bueno utilizar otro método.

NORMA TECNICA DE REFERENCIA: ASTM D 4318-93, AASHTO T 89-90 y T

90-87

Los límites de Atterberg se utilizan para caracterizar el comportamiento de los

suelos o capas granulares y se basan en los 4 estados de consistencia según

su humedad:

Así, un suelo se encuentra en estado sólido cuando está seco, Al agregarle

agua va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y

finalmente fluido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un

estado al otro son los denominados límites de Atterberg. Para determinar o

clasificar el tipo de suelo se utiliza el límite líquido y el límite plástico por medio

de la carta de plasticidad de Casagrande.

Se denomina Índice Plástico a la diferencia entre el límite líquido y el límite

plástico (IP = LL – LP), representando por tanto el rango de humedad en el que

el material tendrá un comportamiento plástico. Los ensayos descritos a

continuación nos permitirán determinar este índice para la muestra analizada.

Cuando no podemos determinar el límite líquido debido a las características del

material (no existe cohesión entre sus partículas), decimos que se trata de un

material no plástico.

MARCO TEÓRICO

El suelo está constituido por infinidad de partículas y la variedad en el tamaño

de estas es ilimitada. Cuando se comenzaron las investigaciones sobre las

propiedades de los suelos se creyó que sus propiedades mecánicas dependían

directamente de esta distribución en tamaños. Sin embargo, hoy sabemos que

es muy difícil deducir con certeza las propiedades mecánicas de los suelos a

partir de su distribución granulométrica.

El análisis Granulométrico Es la determinación de los tamaños de las partículas

de una cantidad de muestra de suelo, y aunque no es de utilidad por sí solo, se

emplea junto con otras propiedades del suelo para clasificarlo, a la vez que nos

auxilia para la realización de otros ensayos. En los suelos granulares nos da

una idea de su permeabilidad y en general de su comportamiento ingenieril, no

así en suelos cohesivos donde este comportamiento depende más de

la historia geológica del suelo.

El análisis granulométrico puede expresarse de dos formas:

1. Analítica.

Mediante tablas que muestran el tamaño de la partícula contra el porcentaje de

suelo menor de ese tamaño (porcentaje respecto al peso total).

2. Gráfica.

Mediante una curva dibujada en papel log-normal a partir de puntos cuya

abscisa en escala logarítmica es el tamaño del grano y cuya ordenada en

escala natural es el porcentaje del suelo menor que ese tamaño (Porcentaje

respecto al peso total). A esta gráfica se le denomina CURVA

GRANULOMETRICA.

Al realizar el análisis granulométrico distinguimos en las partículas cuatro

rangos de tamaños:

Grava: Constituida por partículas cuyo tamaño es mayor que 4.76 mm.

2. Arena: Constituida por partículas menores que 4.76 mm y mayores

que 0.074 mm.

Limo: Constituido por partículas menores que 0.074 mm y mayores que

0.002 mm.

Arcilla: Constituida por partículas menores que 0.002 mm.

En el análisis granulométrico se emplean generalmente dos métodos para

determinar el tamaño de los granos de los suelos:

Método Mecánico.

Método del Hidrómetro.

Análisis Granulométrico Mecánico por Tamizado.

Es el análisis granulométrico que emplea tamices para la separación en

tamaños de las partículas del suelo. Debido a las limitaciones del método su

uso se ha restringido a partículas mayores que 0.074 mm. Al material menor

que ese se le aplica el método del hidrómetro.

Tamiz:

Es el instrumento empleado en la separación del suelo por tamaños, está

formado por un marco metálico y alambres que se cruzan ortogonalmente

formando aberturas cuadradas. Los tamices del ASTM son designados por

medio de pulgadas y números. Por ejemplo un tamiz 2" es aquel cuya abertura

mide dos pulgadas por lado; un tamiz No. 4 es aquel que tiene cuatro alambres

y cuatro aberturas por pulgada lineal.

Limitaciones del Análisis Mecánico

No provee información de la forma del grano ni de la estructura de las

partículas.

Se miden partículas irregulares con mallas de forma regular.

Las partículas de menor tamaño tienden a adherirse a las de mayor

tamaño.

El número de tamices es limitado mientras las partículas tienen números

de tamaños ilimitados.

Tiene algún significado cuando se realiza a muestras representativas de

suelo.

La consistencia: es la característica física que gobierna las fuerzas de

cohesión-adhesión, responsables de la resistencia del suelo a ser moldeado o

roto.Dichas fuerzas dependen del contenido de humedades por esta razón que

la consistencia se debe expresar en términos de seco, húmedo y mojado.

Se refiere a las fuerzas que permiten que las partículas se mantengan unidas;

se puede definir como la resistencia que ofrece la masa de suelo a ser

deformada o amasada.- Las fuerzas que causan la consistencia son: cohesión

y adhesión.

Cohesión: Esta fuerza es debida a atracción molecular en razón, a que las

partículas de arcilla presentan carga superficial, por una parte y la atracción de

masas por las fuerzas de Van der Walls, por otra (gavande, 1976)… Además

de estas fuerzas, otros factores tales como compuestos orgánicos, carbonatos

de calcio y óxidos de hierro y aluminio, son agentes que integran

el mantenimiento conjunto de las partículas.

La cohesión, entonces es la atracción entre partículas de la misma naturaleza.

Adhesión: Se debe a la tensión superficial que se presenta entre las partículas

de suelo y las moléculas de agua. Sin embargo, cuando el contenido de agua

aumenta, excesivamente, la adhesión tiende a disminuir. El efecto de la

adhesión es mantener unidas las participas por lo cual depende de la

proporción Agua/Aire.

De acuerdo a lo anteriormente expuesto se puede afirmar que la consistencia

del suelo posee dos puntos máximos; uno cuando está en estado seco debido

a cohesión y otro cuando húmedo que depende de la adhesión.

Limite Plástico: Se puede llamar una tira cilíndrica cuya finalidad es hacer una

pasta de suelo con agua luego es amasada hasta crear o formar un cilindro de

10cm x 0.5cm el grosor.

Después fragmentar con una espátula, lo cual consiste en reunir los fragmentos

y empezar en el número 2. Determinar la cantidad de humedad en 105°C Para

evaporarse, es decir el cambio de consistencia de friable a plástica. Luego se

debe aplicar la siguiente formula:

PW = Psh – Pss x 100

-----------------

Pss

Donde:

PW = Contenido de Humedad.

Psh = Peso de Suelo Húmedo.

Pss = Peso de Suelo Seco.

Límite Líquido: En este límite el contenido de humedad (PW) en la película de

agua se hace tan gruesa que la cohesión decrece y la masa de suelo fluye

por acción de la gravedad. Se realiza este proceso en la cazuela y se hace una

pasta de suelo: Agua.

Colocar en la cazuela y realizar una ranura con una espátula trapezoidal para

hacer una ranura por medio en dos golpear hasta que a los 20 – 25 golpes.

Índice de Plasticidad: Es un parámetro físico que se relaciona con la facilidad

de manejo del suelo, por una parte, y con el contenido y tipo de arcilla presente

en el suelo,

Por otra: Se obtiene de la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico:

IP = LL – LP > 10 plástico.

IP = LL – LP < 10 no plástico.

Valores Menores de 10 indican baja plasticidad, y valores cercanos a los 20

señalan suelos muy plásticos.

ENSAYO PARA EL ANALISIS GRANULOMETRICO DE LA MUESTRA

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

Determinar la cantidad en % de diversos tamaños que constituyen el

suelo, en cuanto al total de la muestra utilizada.

Determinar experimentalmente la distribución cuantitativa del tamaño de

las partículas de un suelo.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Verificar si el suelo puede ser utilizado para la construcción de

proyectos.

Conocer y definir ciertas características importantes del suelo como son:

La Permeabilidad, Cohesión y facilidad de drenaje.

Clasificar el suelo de acuerdo al sistema unificado de clasificación (SUC

o USCS).

PROCEDIMIENTO.

1. se seleccionó la muestra con la cual se va a realizar el ensayo y se

procedió a realizar el debido cuarteo para así seleccionar una cuarta

parte.

2. se procedió a pesar el juego de tamices por el cual se pasará la

muestra, así mismo se pesó la muestra con la cual se realizará el

ensayo

3. la muestra a ensayar se lavó en el tamiz 200 con el fin de determinar

si más del 50% de la muestra pasa por el tamiz, si esto sucedía no

sería necesario continuar con el procedimiento puesto que no se

lograría clasificar el suelo.

4. Ya teniendo el juego de tamices ordenados de la siguiente manera: no

4, No. 10, No. 40, No. 200 y al final el fondo, se procedió a verter la

muestra dentro del juego de tamices con la precaución de no botar

muestra.

5. Se agitó el juego de tamices horizontalmente con movimientos de

rotación y verticalmente con golpes secos de vez en cuando. El tiempo

de agitación depende de la cantidad de finos de la muestra, pero por lo

general no debe ser menor de 15 minutos.

6. Inmediatamente realizado el paso anterior pese las fracciones

retenidas en cada tamiz, y se anotó en el registro correspondiente.

CALCULOS Y RESULTADOS

Al realizar el ensayo de granulometría nos damos cuenta que el tipo de material

en estudio contiene gran cantidad de fino por tanto el material que pasa por el

tamiz #200 es mayor al 50%, por lo que no se puede hacer la clasificación del

suelo. Respecto a esto es necesario hacer la clasificación mediante el ensayo

de límites de atterberg y con estos irnos a la carta de plasticidad de casa

grande y determinar el tipo de suelo en estudio.

ENSAYOS PARA LA DETERMINACION DE LOS LIMIITES DE ATTERBERG

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

Determinar los límites de ATTERBERG de manera experimental para

una muestra de suelo

Determinar experimentalmente los diferentes límites de consistencia de

un suelo.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Establecer las diferencias de consistencia de un suelo a diferentes

contenidos de humedad.

Realizar el procedimiento del experimento de CASAGRANDE hasta

obtener 4 capsulas con masa de suelos a distintas humedades,

registrando distintas cantidades de golpes (2 por encima de 25, sin

exceder a 35 golpes, y 2 por debajo de este) necesarios para el cierre de

la ranura en cada ensayo.

Determinar el limite plástico después de secada la muestra y de haber

calculado su contenido de humedad

PROCEDIMIENTO

LIMITE LÍQUIDO

Se define el límite líquido, como la humedad que tiene un suelo amasado

con agua y colocado en una cuchara normalizada (Casagrande), cuando un

surco, realizado con un acanalador normalizado, que divide dicho suelo en

dos mitades, se cierra a lo largo de su fondo en una distancia de 13 mm,

tras haber dejado caer 25 veces la mencionada cuchara desde una altura

de 10mm. Sobre una base también normalizada, con una cadencia de 2

golpes por segundo. Los ensayos de consistencia se hacen solamente con

la fracción de suelo que pasa por el tamiz # 40. La muestra a ensayar para

Limite Liquido es de 500gr.

1. Después de secada la muestra de suelo, se cribó a través del tamiz # 40

desechándose el que quede retenido.

2. Antes de utilizar la “Copa de Casagrande”, se ajustó (calibrar), para que

la copa tenga una altura de caída de 1 cm., exactamente.

3. Del material que pasó por el tamiz # 40 se tomaron aproximadamente

unos 500 gramos y se colocaron en una cápsula de porcelana y con una

espátula hacer una mezcla pastosa, homogénea y de consistencia suave

agregándole una pequeña cantidad de agua durante el mezclado.

4. Parte de esta mezcla, se colocó con la espátula en la copa de

Casagrande formando una torta alisada de un espesor de un (1) cm., en la

parte de máxima profundidad. Una altura menor aumenta el valor del límite

líquido.

5. Se dividió el suelo, colocado en la cazuela de CASAGRANDE, en la parte

media en dos porciones utilizando para ello un ranurador, de manera que

permaneciera perpendicular a la superficie inferior a la copa. Para suelos

arcillosos con poco o ningún contenido de arena hágase la ranura con un

solo movimiento suave y continúo.

6. Después de asegurarse de que la copa y la base estuviesen limpias y

secas, se dio vuelta a la manija del “Aparato de Casagrande”,

uniformemente a razón de 2 golpes por segundo, contando el número de

golpes requeridos hasta que se cierre el fondo de la ranura en una distancia

de 1 cm. Si la ranura se cierra antes de los 10 golpes, se saca el material se

vuelve a mezclar y se repiten los pasos 4, 5 y 6.

7. Después que el suelo se haya unido en la parte inferior de la ranura, se

tomó aproximadamente unos 10 gramos del suelo pasando la espátula por

el centro y tomando el suelo que se unió; anotar su peso húmedo, el No. de

golpes obtenidos y luego determinar el peso seco mediante secado durante

24horas.

8. Se repitieron los pasos 2, 4, 5, 6 y 7; con el propósito de obtener puntos

menores de 25 golpes y mayores de 25 golpes.

CALCULOS Y RESULTADOS.

LIMITE LÍQUIDO:

Peso suelo húmedo + recipiente (g) 41,8 40 37,8

Peso suelo seco + recipiente (g) 34,6 30,9 30,9

Peso del recipiente (g) 25,2 18,4 21,2

Peso de suelo seco (g) 9,4 12,5 9,7

Peso de agua (g) 7,2 9 7

Contenido de humedad (%) 76,6 72 72,16

Numero de golpes 11 19 34

Tabla 2. Contenidos de agua para el cálculo del límite líquido.

Grafico1. Contenido de agua W (%) Vs. Número De Golpes

Gráficamente vemos que L.L= 71.81%

PROCEDIMIENTO

LIMITE PLASTICO

El límite plástico es el contenido de humedad para el cual el suelo se fractura al

ser amasado en bastoncitos de diámetro 1/8” (3 mm) cuando se amasa una

pequeña porción de suelo entre la palma de la mano y una superficie lisa. Para

Limite Plástico, la masa a ensayada es de 500gr y de igual forma cribada por el

tamiz # 40 como para el Limite Liquido. Tanto para Limite Liquido y Plástico es

el mismo suelo.

1. Se tomaron aproximadamente 100gr, procurando que tenga una humedad

uniforme cercana a la humedad óptima, amasar con la mano y rodar sobre una

superficie limpia y lisa, como una hoja de papel o un vidrio hasta formar un

cilindro de 3 mm de diámetro y de 15 a 20 cm de largo.

2. se amasó y rodó la tira repitiendo la operación tantas veces como se

necesite para reducir, gradualmente, la humedad por evaporación, hasta que el

cilindro se empiece a endurecer.

3. El límite plástico se alcanza cuando el cilindro se agrieta al ser reducido a

3mm de diámetro.

4. Inmediatamente se dividieron en proporciones y se colocaron los pedazos en

dos taras.

5. Se pesaron en la balanza de 0.01 gr, y se registró su peso.

6. Se introdujo la muestra en el horno por un período aproximado de 24horas y

se determinó su peso seco mediante el secado.

7. Con los datos anteriores, se calculó el contenido de agua en porcentaje. Si la

diferencia de los dos % no es mayor que 2% se promedian y en caso contrario

se repite el ensayo.

8. El promedio es el valor en porcentaje del Límite Plástico

CÁLCULOS Y RESULTADOS

LIMITE PLASTICO:

LATA N° 1 2

Peso suelo húmedo + lata(g) 8,9 9,6

Peso suelo seco + lata (g) 8,8 9,1

Peso de la lata (g) 7 7,1

Peso suelo seco (g) 1,8 2

Peso agua (g) 0,1 0,5

Contenido de humedad (%) 5,56 25

Limite plástico (%) 15,28

Tabla2. Datos iniciales para el cálculo del límite plástico.

Ahora hallamos el índice de plasticidad IP con los datos de antes obtener:

IP=LL-LP

IP= 71.81 - 1528

IP= 56.53 %

ANALISIS DE RESULTADOS

Según los resultados obtenidos de los ensayos se logró determinar que el

material posee bastante porcentaje de finos y por ende se necesitó del ensayo

de límites de atterberg para saber qué tipo de suelo es la muestra analizada

obteniendo valores de un límite liquido alrededor del 71,81% y un límite plástico

de 15,28% con un índice de plasticidad de 56,53% ; Con los valores de Límite

Liquido e Índice De Plasticidad entramos a la carta de plasticidad para

determinar el tipo de suelo con el que estamos trabajando y

Al ubicar estos valores de índice de plasticidad y límite líquido dentro de la

carta de plasticidad se puede clasificar el suelo como un CH-OH (ARCILLA

ORGÁNICA DE ALTA PLASTICIDAD)

CONCLUSIONES

La muestra de suelo extraído tiene un contenido de finos mayor al 50%

de la muestra a analizar lo que la hace una arcilla.

Según los resultados del análisis de límites se logró establecer que la

muestra es una arcilla orgánica de alta plasticidad.

Los objetivos fueron cumplidos y se lograron establecer las

características del suelo en estudio.

El suelo en estudio es muy palo para la construcción y debe dársele un

manejo más profundo y adecuado a las necesidades para las cuales se

valla a utilizar.

BIBLIOGRAFÍA

 http://www.monografias.com/trabajos15/suelos-consistencia/suelos-

consistencia.shtml#ixzz3pKuUUpQX

http://es.wikipedia.org/wiki/Curva_granulom%C3%A9trica

http://www.invias.gov.co/

www.buenastareas.com/materias/astm-d421-58/0