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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE MECÁNICA DE SUELOS

INTRODUCCIÓN

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 4 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 realizaron en el laboratorio y miden la cohesión del terreno y su contenido de humedad. Siguiendo estos procedimientos se definen los 3 límites que veremos en este laboratorio: límite líquido, plástico y de contracción. Relacionados con estos límites también tenemos: índice de plasticidad, de fluidez, de contracción, de tenacidad y de liquidez, basados en la norma técnica ASTM D-4318.

MECÁNICA DE SUELOS I - LABORATORIO # 3 1

Albert M. Atterberg




OBJETIVOS

Familiarizarse con los equipos y materiales, y aprender como se elaboran los ensayos en el laboratorio de un material fino (limos y arcillas) para la obtención de los límites de Atterberg.

Determinar los valores del límite líquido, límite plástico y de límite de contracción, así como los diferentes índices (fluidez, liquidez, tenacidad, etc.).

MARCO TEÓRICO

Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden existir 4 estados de consistencia según su 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 a la cizalladura casi nula. 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 remoldeo se desmorona. Si se saca más agua, a 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.





a) Límite líquido (LL)

Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un material plástico. A este nivel de contenido de humedad el suelo está en el vértice de cambiar su comportamiento al de un fluido viscoso.

El procedimiento general consiste en colocar una muestra húmeda en la copa de Casagrande, dividirlo en dos con el acanalador y contar el número de golpes requerido para cerrar la ranura.

Si el número de golpes es exactamente 25, el contenido de humedad de la muestra es el límite líquido.

El procedimiento estándar es efectuar por lo menos tres determinaciones para tres contenidos de humedad diferentes, se anota el número de golpes y su contenido de humedad. Luego se grafican los datos en escala semilogarítmico y se determina el contenido de humedad para N= 25 golpes, como se observa en el ejemplo:

La ecuación de la recta de fluidez tiene la siguiente forma:

W (% )=FW log(N )+CDonde:

W: Contenido de humedad.FW: pendiente de la recta de fluidez.N: Número de golpes de la copa de Casagrande.C: Contenido de humedad, por lo general, cuando N=1.





b) Límite plástico (LP)

Es el contenido de humedad por debajo del cual se puede considerar el suelo como material no plástico.

El límite plástico es la humedad correspondiente en el cual el suelo se cuartea y quiebra al formar pequeños rollitos ó cilindros pequeños.

Conjuntamente con el límite líquido, el límite plástico es usado en la identificación y clasificación de suelos.

c) Límite de contracción (LC)

También llamado límite de retracción. Es el contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción adicional de volumen o contracción en el suelo.

Los cambios en el volumen de un suelo fino se producirán por encima de la humedad correspondiente al límite de contracción.

LC=W i−[ (V i−V f )×γwws ]×100

Donde:

Wi: Contenido de humedad del suelo al momento del ensayoVi: Volumen del suelo húmedo.Vf: Volumen del suelo seco.Ws: Peso de suelo seco (pastilla).γw : Densidad del agua (1.0 g/cm3).

d) Índice de plasticidad (IP)

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.





e) Índice de fluidez (FW)

Sirve para situar la humedad natural respecto a los LL y LP. Viene dado por la pendiente de la recta de fluidez (FW). Siempre es positivo.

f) Índice de contracción (IC)

Se le conoce también como índice de retracción. Este, indica la amplitud del rango de humedades dentro del cual el suelo se encuentra en estado semisólido. Viene dado por:

IC=LC−LP

g) Índice de tenacidad (IT)

Se determina al dividir el Índice de Plasticidad entre el índice de fluidez.

IT= IPFW

h) Índice de liquidez (IL)

El contenido de humedad natural WN, que presente una arcilla o un limo en el campo, puede compararse con sus límites LP y LL, mediante el índice de liquidez (IL), así:

IL=W N−LPIP

Si IL 100%, el suelo en campo está cerca al LL; si IL 0%, el suelo en campo está cerca al LP. Pueden haber arcillas con IL < 0, cuando W < LP.





EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS

Ensayo de Límite Líquido

o Copa de Casagrande

o Taras, espátulas, acanalador, recipientes para mezclado

o Balanza electrónica

o Material de ensayo (suelo fino)





Ensayo de Límite de Plasticidad

BalanzaTaras enumeradasHornoPlaca de vidrioMalla #40

Ensayo de Límite de Contracción

Vasija de contracción Grasa lubricante

Placa de plástico

Balanza





Probeta de 25 ml graduada cada 0.2 ml Mercurio Recipiente volumétrico de vidrio

PROCEDIMIENTO

Ensayo de Límite Líquido

I. Preparar la muestra seca, disgregándola con el mortero y pasarlo por la malla No. 40 para obtener una muestra representativa de unos 250 gr. aproximadamente.

II. Colocar el suelo pasante malla No. 40 en una vasija de evaporación y añadir una pequeña cantidad de agua, dejar que la muestra se humedezca.

III. Mezclar con ayuda de la espátula hasta que el color sea uniforme y conseguir una mezcla homogénea. La consistencia de la pasta debe ser pegajosa.

IV. Se coloca una pequeña cantidad de masa húmeda en la parte central de la copa y se nivela la superficie.





V. Luego se pasa el acanalador por el centro de la copa para cortar en dos la pasta de suelo.

VI. La ranura debe apreciarse claramente y que separe completamente la masa del suelo en dos partes.

VII. La mayor profundidad del suelo en la copa debe ser igual a la altura de la cabeza del acanalador ASTM.

VIII. Si se utiliza la herramienta Casagrande se debe mantener firmemente perpendicular a la superficie de la copa, de forma que la profundidad de la ranura sea homogénea.

IX. Poner en movimiento la cazuela con ayuda de la manivela y suministrar los golpes que sean necesarios para cerrar la ranura en 12.7 mm (½ “).

X. Cuando se cierre la ranura en ½”, registrar la cantidad de golpes y





tomar una muestra de la parte central para la determinación del contenido de humedad.

XI. Este proceso se repite nuevamente con tres muestras más para lograr cuatro puntos a diferentes contenidos de humedad. Los siguientes rangos de golpes son los recomendados: 40 a 30 golpes, 25 a 30 golpes, 20 a 25 golpes, 20 a 15 golpes.

Ensayo de Límite de Plasticidad

Pasamos el material o el suelo por la malla #40, y usamos aproximadamente unos 200gr de este.

Se le agrega agua y se mezcla de forma uniforme, de manera que se forme una pasta bien consolidada.

Amasamos una pequeña cantidad de esta pasta de suelo en la base de vidrio, esto hará que el suelo pierda humedad, formando rodillos delgados.

Los rodillos son de dimensiones ya establecidas, su diámetro será 3.2mm (1/8 pulg.).

Una vez visto que el suelo ya este agrietándose lo llevamos al depósito (tara) para pesarlo hasta tener aproximadamente 6gr.

Llevamos la muestra al horno y lo dejamos que seque, luego calculamos la humedad el cual será el Límite Plástico.





Ensayo de Límite de Contracción

Para este ensayo se necesita que el material que usemos sea el que pasa por la malla N°40; es decir a la muestra de suelo la tamicemos por dicha malla y solo trabajemos con el material que pasa. Una vez obtenida cierta cantidad se le añade una poca cantidad de agua, de manera que intuitivamente superemos el límite líquido.

Luego en la parte interior de la vasija de contracción la recubrimos con un poco de grasa. A continuación llenamos la vasija con la muestra de suelo húmeda, y enrasamos utilizando una espátula. Pesamos esta vasijita con el suelo húmedo y enseguida la llevaos al horno durante 24 horas.

Al día siguiente luego del secado, procedemos a pesar la vasija y la muestra seca. De esta manera habremos obtenido la humedad inicial de la muestra. Nos percataremos de cierta reducción de volumen de suelo tras haberse secado.

Como la muestra seca redujo su volumen y gracias a que embadurnamos la vasijita con grasa, podemos sacar la pastillita de suelo seco. Ahora lo que se hace es averiguar el volumen de la vasijita; colocando mercurio dentro de ella y luego enrasando con una placa plástica. Vertimos el mercurio que quedo en la vasijita en la probeta y





medimos el volumen, que será también el volumen inicial de la muestra de suelo húmeda.

Casi de la misma manera, hacemos lo mismo con la pastillita de suelo seco. En la vasijita llena de mercurio colocamos la pastilla seca, veremos que el volumen desplazado será el volumen de la muestra de suelo seca.

CÁLCULOS

Serie 1 (Waldo Inga)

Límite Líquido (ASTM - D4318) Nº tara 05 06 84Nº de golpes 37 24 14Peso tara (gr) 10.01 10.89 8.54Peso tara + suelo húmedo (gr) 22.19 22.33 20.27Peso tara + suelo seco (gr) 18.78 19.03 16.73Peso del agua (gr) 3.41 3.30 3.54Peso del suelo seco (gr) 8.77 8.14 8.19Humedad (%) 38.883 40.541 43.223

Límite Plástico (ASTM - D4318) Nº tara 04 06 Peso tara (gr) 12.01 10.99 Peso tara + suelo húmedo (gr) 17.60 17.35 Peso tara + suelo seco (gr) 16.86 16.51 Peso del agua (gr) 0.74 0.84 Peso del suelo seco (gr) 4.85 5.52 Humedad (%) 15.258 15.217

Límite de Contracción (ASTM-D427) Nº vasija de contracción 02 03 Peso de vasija de contracción (gr) 20.90 20.90 Peso de vasija + suelo húmedo (gr) 45.02 44.80 Peso de vasija + suelo seco (gr) 38.07 38.07

Volumen del recipiente Vo (cm3) 13.50 13.35

Volumen de la muestra Vf (cm3) 9.20 9.30 Peso del agua (gr) 6.95 6.73 Peso del suelo seco (gr) 17.17 17.17 Contenido de humedad (%) 40.478 39.196 Límite de Contracción (%) 15.434 15.609





Límite Líquido

1era forma: Usamos nuestros puntos con la siguiente fórmula:

W1 = 38.883*(37/25)0.125 = 40.836W2 = 40.541*(24/25)0.125 = 40.335W3 = 43.223*(14/25)0.125 = 40.201

El Límite Líquido será: LL = ∑W/3, entonces LL = 40.457%2da forma: ajustamos a una recta los puntos con mínimos cuadrados: W (%) = 54.98 - 10.33log(N), donde el LL es para N=25. Este es el cálculo más apropiado.LL= 40.539%





Límite Plástico: LP = 15.237%Índice de Plasticidad: IP = 25.302%Índice de fluidez: IF = 10.33%Límite de Contracción: LC = 15.521%Índice de Contracción: IC = 1.27 Índice de Tenacidad: IT = 2.45Índice de Liquidez: tomamos WN = 20%, entonces IL = 0.188

Serie 2 (Aquiles Berrocal)

Sabemos que la curva ajustada de fluidez sigue

la ecuación:

W = FwlogN + C

Reemplazando dos puntos en la ecuación: (15, 42.15) ; (38 , 37.32)

→ Fw = -12.08; C = 56.36 → W = -12.08logN + 56.36





Serie 3 (Gerardo Canales)

Limite Líquido (ASTM-D4318)

N° de tara 40 02 03

N° de Golpes 14 26 33

Peso de Tara (g) 14.46 10.32 11.42

Peso de tara + suelo húmedo (g) 25.50 23.23 24.45

Peso de tara + suelo seco (g) 22.24 19.64 20.95Peso del agua (g) 3.26 3.59 3.50Peso del suelo seco (g) 7.78 9.32 9.53Humedad (%) 41.90 38.52 36.73

Nº de Golpes W(%)X Y

14 41.926 38.5233 36.73





1 10 10034

35

36

37

38

39

40

41

42

43

f(x) = − 5.9153423727267 ln(x) + 57.5722411622076

Nº de Golpes vs. W(%)

Nº de Golpes

W(%

)

Para N=25:

W=−5 .91 ln (25)+57 . 57=38 .54 % ⇒ ∴LL=38.54 %

Limite Plástico (ASTM-D4318)

N° de tara 01 02

Peso de tara (g) 13.34 10.44

Peso de tara + suelo húmedo (g) 20.40 17.46

Peso de tara + suelo seco (g) 19.42 16.44Peso del agua (g) 0.98 1.02Peso del suelo seco (g) 6.08 6.00Humedad(%) 16.12 17.00 16.56

∴LP=16 .56 %





Límite de Contracción (ASTM-D427)

Nº vasija de contracción 09 10

Peso de vasija de contracción (g) 24.03 21.98

Peso de vasija + suelo húmedo (g) 48.47 46.37

Peso de vasija + suelo seco (g) 41.63 39.53

13.55 13.5

9.40 9.50

Peso del agua (g) 6.84 6.84

Peso del suelo seco (g) 17.60 17.55

Contenido de humedad (%) 38.86 38.97

Límite de Contracción (%) 38.86 38.97 38.92

Volumen del recipiente (cm3)

Volumen de la muestra (cm3)

∴LC=38 .92 %

Índice de plasticidad (IP)

IP=LL−LP=38 .54−16 .56=21 .98 %

Índice de fluidez (FW)

∴FW=5 . 91

Índice de contracción (IC)

IC=LC−LP=38.92−16. 56=22. 36 %

Índice de tenacidad (IT)

%

Índice de liquidez (IL)

IL=W N−LPIP

=25−16 . 5621. 98

=0 .38398

INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

Por Aquiles Berrocal


IT= IPFW

=21.985 .91

=3 .72




I.L. = 0.39 → significa que el suelo en su estado natural tiene una consistencia plástica.

En el ensayo de liquidez , la fuerza que se opone a que los lados separados se junten, proviene de la resistencia al esfuerzo cortante del suelo, de manera que el numero de golpes requerido para cerrar la ranura nos da una idea de esa resistencia, al correspondiente contenido de agua.

En el laboratorio se puedo observar visualmente que un suelo que va llegando a su límite de contracción (al irse secando), se caracteriza por un cambio de color, de oscuro a más claro.

Por Gerardo Canales

El límite líquido dio como resultado 38.54% y el límite plástico 16.56%, y en el resultado del índice de plasticidad que es la diferencia entre el límite liquido y el límite plástico dio como resultado 21.98 % esto quiere decir que según los valores mayores a 10 o indican que son suelos plásticos. Además es un suelo mojado, es decir de amasamiento y se puede decir que se moldea fácilmente ya que pierde sus condiciones naturales y puede adquirir una consistencia plástica y por la acción de una fuerza

Esta fuerza es por medio de la cohesión ya que debido 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 Vander Walls por otra.

Siempre el límite de fluidez y el índice de tenacidad son positivos; y además, el índice de tenacidad generalmente se encuentra entre 1 y 3, como hemos podido observar en este laboratorio.

Por Waldo Inga

descripción Resultado (%)

Rango (%)

Grado de expansión

Potencial de hinchamiento

Límite Líquido

40.539 35 - 50 Hinchamiento medio

índice Plástico

25.237 10 - 35 medio

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES





Dentro del estudio del suelo es muy importante conocer ciertas propiedades tales como los límites de Atterberg o límites de consistencia, ya que por medio de estos podemos clasificar a los suelos sobre los cuales se desarrollará un proyecto.

Cabe resaltar que las muestras que se toman para el ensayo de consistencia deben ser suelos que cumplan con determinadas condiciones establecidas por los entes reguladores de la normalización.

Es importante conocer los mecanismos y los procedimientos que se deben seguir en los ensayos a realizar sobre tener una sólida información sobre lo que se desarrollará en el laboratorio, ya que de esta manera se garantizará el éxito de los ensayos, basándose en un sustento netamente científico y metódico.

Es importante recalcar que la obtención de los diferentes valores son muy importantes para la realización de un proyecto ya que el desarrollo óptimo de la misma depende de la buena realización del análisis en el estudio del suelo.

Para el limite liquido la formula más conveniente de usar es la de ajustarla a una recta, de modo que podamos encontrar directa a 25 golpes el LL.

El uso del mercurio debe ser cauteloso ya que es un material muy tóxico.

El mezclado del suelo con agua debe ser uniforme no debe de quedar alguna parte envuelta completamente en agua, sino los ensayos no serian correctos.

CUESTIONARIO

1.- Según la carta de plasticidad, explique que representa cada recta

que están en función del índice de plasticidad y límite líquido.

La carta de plasticidad es uno de los diversos métodos para

representar y comparar las propiedades de plasticidad de los suelos. En

el eje de las abscisas se encuentran los límites líquidos y como

ordenadas los índices plásticos.





Las rectas están dadas para el establecimiento del sistema de

clasificación de diferentes tipos de suelos. El hecho fundamental es la

clasificación de los suelos en una carta de coordenadas LL-IP, por

ejemplo los suelos finos no adoptan una distribución caprichosa, sino

que se agrupan de modo específico, de manera que en cada zona de la

carta se sitúan suelos con características de plasticidad y propiedades

mecánicas e hidráulicas cualitativamente definidos.

Los suelos cuyas partículas finas exhiben mayores características

de plasticidad son aquellos situados en líneas inclinadas en la parte

superior de la grafica, los suelos con alto contenido de materia orgánica,

así como aquellos que contienen finos de baja plasticidad se sitúan en

las zonas bajas.

Esto dio origen a que se fijara una línea que sirviera de frontera

entre los grupos de suelos mencionados. Esta línea así empíricamente

obtenido por los puntos de coordenadas (0,20) y (50,22) y comúnmente

conocido como la Línea A que tiene como una característica de

horizontal en IP=4 hasta LL=25.5 donde IP=0.73*(LL-20).

Así también se determina las dos siguientes líneas, como la Línea

U que también sirve como frontera para los suelos que tienen como





característica vertical en LL=16 hasta IP=7 estando definido IP=0.9*(LL-

8).

La otra línea es vertical que pasa por el punto (0,50) separa los

suelos que tienen un mayor o menor Limite Liquido igual a 50%.

2.- Que implica que un suelo tenga una curva de fluidez con una mayor

o menor pendiente.

Para la recta roja (recta inicial): W = m1*log(N) + W1

Para la recta verde (recta final): W = m2*log(N) + W1

Para mayor pendiente (ım1ı < ım2ı), observamos que el LL disminuye, esto debido a una mayor pendiente que tiene la recta verde.

A mayor pendiente menor Límite de LiquidezBIBLIOGRAFÍA

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

http://www.galeon.com/geomecanica/cap4.pdf

Mecánica de suelos. Juárez Badillo.


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