MECANICA DE SUELOS
“Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria” Alimentaria”
Huaraz – Ancash – 2013
MECANICA DE SUELOS
INTRODUCCION _______________________________________________________________ Los límites de Atterberg o límites de consistencia se basan en el concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo del contenido de agua. Así un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido, plástico, semilíquido y líquido. La arcilla, por ejemplo al agregarle agua, pasa gradualmente del estado sólido al estado plástico y f inalmente al estado líquido. El contenido de agua con que se produce el cambio de estado varía de un suelo a otro y en mecánica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad), es decir, la propiedad que presenta los suelos hasta cierto límite sin romperse. El método usado para medir estos límites de humedad fue ideado por Atterberg a principios de siglo a través de dos ensayos que definen los límites del estado plástico. Los límites de Atterberg son propiedades índices de los suelos, con que se definen la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo.
Límite de Atterberg o de consistencia Los límites líquidos y plásticos han sido ampliamente utilizados en todas las regiones del mundo, principalmente como 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 en los ensayos de límite líquido y límite plástico .El límite plástico en ocasiones puede utilizarse para estimar asentamientos en problemas en consolidación y ambos límites son algunas veces útiles para predecir la máxima densidad en estudios de compactación.
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OBJETIVO _______________________________________________________________ Conocer los procedimientos para determinar los límites de consistencia y saber interpretar los resultados obtenidos. NORMAS EMPLEADAS _______________________________________________________________ AASHTO T89-68 / T90-70
ASTM 423-66 (Limite Liquido)/D424-59(Limite Plástico)/D427-61(Limite De
Contracción) MARCO TEORICO _______________________________________________________________ Es la propiedad que presentan los suelos de grano fino de poder deformarse hasta cierto límite, sin romperse, tiene efecto importante en propiedades de ingeniería como la resistencia al corte y la compresibilidad. Para conocer la plasticidad de un suelo se hace uso de los límites de Atterberg, quien por medio de ellos separo los cuatro estados de consistencia de los suelos coherentes. Cuando un suelo arcilloso se mezcla con una cantidad excesiva de agua. Este puede fluir como un semilíquido. Si el suelo es secado gradualmente, se comportara como un material plástico semisólido, dependiendo de su contenido de agua. Los ensayos de limites de Atterberg deben hacerse sobre suelos tamizados a través de la malla Nº40.
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Se define como el contenido de humedad al cual una masa de suelo húmedo colocada en un recipiente de forma de capsula de bronce, separada en dos por la acción de una herramienta para hacer una ranura patrón y dejar caer desde una altura de 1cm, sufra después de dejarla caer 25 golpes una falla o cierre de la ranura en una longitud de 12.7mm. Algunas variables afectan el resultado de la prueba del límite líquido o el número de golpes requeridos para cerrar la ranura-patrón en una longitud de 12.7mm entre los cuales se cuentan: 1. tamaño de l amuestra de suelo contenido en la capsula de cobre (espesor y cantidad) 2. velocidad a la cual se dan los golpes, debería ser 120rpm. 3. tiempo de reposo del suelo en la cazuela antes de comenzar la cuenta de golpes y estado de limpieza de la cazuela antes de colocar la pasta de suelo para el ensayo. 4. humedad del laborartorio y rapidez con la cual se hace el ensayo. 5. tipo de material utilizado como base del aparato o sea superficie contra la cual se debe golpear la cazuela, normalmente se utiliza caucho duro. 6. ajuste o calibración de la altura de caída de la cazuela. 7. tipo de herramienta para hacer la ranura. Estas variables anteriores pueden ser controladas por el operador eso quiere decir mientras mas experiencia tenga esté menos errores se vana cometer.
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PROCEDIMIENTO 1. Obtener una muestra representativa de 250gr de suelo que halla pasado por la malla
dddNº40. 2. Colocar los 250gr en un recipiente de porcelana, añadir una pequeña cantidad de dddagua y mezclar el suelo hasta obtener una muestra uniforme. 3. Colocar una pequeña cantidad del suelo en la cazuela hasta una profundidad dddadecuada para el trabajo de la herramienta ranuradora, bien centrada con respecto al dddpasador. 4. Emparejamos la superficie de las pasta de suelo cuidadosamente con una espátula, y sssmediante el uso de la herramienta ranuradora, cortar una ranura clara, recta que ssssepare completamente la masa de suelo en dos partes. Después de hacer la ranura dddvolver la cazuela a su sitio del aparato y procedemos a hacer el conteo de golpes. 5. Tomar una muestra para medir el contenido de humedad (tan grande como sea dsdposible dd y cercana a los 40g). y colocarla en una lata o recipiente para humedad cuyo dss eso dddebió determinarse con anterioridad, y asegurarse que esta muestra corresponde ds a ddla zona donde se cerro la ranura. Luego repetimos la misma secuencia para tres ensayos adicionales.
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ÍNDICE DE DE TENACIDAD
H=lp/lf Límite de retracción o contracción Es cuando el suelo pasa de un suelo semisólido a un estado sólido y deja de contraerse al perder humedad Consistencia de los suelos cohesivos Los diferentes contenidos de humedad de un suelo, determinan diferentes consistencias. El contenido de húmeda modifica su consistencia. Indican una propiedad importante para su clasificación. Así, se determina mediante los llamados limite liquido y limite plástico, conocido como límite de atterberg. La propiedad más importante de los suelos cohesivos es la plasticidad esta es proporcionada por la cantidad de arcilla que contiene y se mide por la consistencia que está representa la mayor o menor resistencia que ofrece el suelo para cambiar de forma. La plasticidad, la propiedad que tiene un material de soportar deformaciones rápidas, sin rebote elástico, sin variaciones volumétricas, y sin desboronare niagrietarse. Los suelos cohesivos se clasifican cualitativamente en: 1. consistencia muy blanda 2. consistencia blanda 3. consistencia media 4. consistencia firme 5. consistencia muy firme 6. consistencia dura
Limite de consistencia de los suelos cohesivos son índices importantes para su clasificación y por su relación con su comportamiento mecánico he hidráulico para medir la plasticidad de las arcillas se hace por medio de varios criterios atterberg el cual hizo ver un primer lugar que la plasticidad no era una propiedad permanente de las arcillas, si no dependiente de su contenido de humedad una arcilla seca tiene como consistencia de un solo plasticidad nula, y su misma arcilla en gran cantidad de agua, puede presentar las propiedades de mas suspensión entre ambos extremos existen intervalos del contenido de humedad en que las arcillas se comportan plásticamente atterberg. Defino los siguientes estados de consistencia estado de consistencia líquido, plástico, semisólido, solido, limite de consistencia, índices de consistencia
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LIMITE DE ATTERBERG También llamado limite de consistencia se basan en el concepto de los suelos finos, presente en la naturaleza pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo del contenido del agua. Así un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido, plástico, semilíquido y liquido. Las arcillas, por ejemplo al agregarle agua para gradualmente al estado sólido al estado plástico y finalmente al estado liquido. el contenido con que se produce al cambiar de estado varia de un suelo a otro y en mecánica de suelo interesa fundamentalmente conocer el rango de húmeda; para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico es decir aceptar deformaciones sin romperse esto se llama plasticidad es decir la propiedad que presenta los suelos hasta cierto límite sin romperse el método usado para medir estos límites de húmeda fue ideado por atterberg, a principios de siglos a través de 2 ensayos que define limite de estado plástico los limites de atterberg son propiedades índices de los suelos con que se definen la plasticidad y se utiliza en la identificación de los suelos.
FORMULAS Agua= Env + s h – Env + s. s S s. = Env + s. s – peso Env W= agua x 100 Suelo seco L Liquido= W x K K= # de golpes (25) 0.12
MATERIALES
Copa Casagrande
Ranurador
Tamiz # 40
Capsulas o tasas
Horno
Espátula
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Crisol de porcelana
Agua destilada (irrigador)
PROCEDIMIENTO LIMITE DE CONSISTENCIA Tomamos la arena arcillosa que paso por el tamiz # 40, se tomo la muestra de suelo que necesitábamos que era semiarcilloso con contenido de húmeda que se le echo irrigador (agua destilada) luego se lleno con la espátula la copa Casagrande y le hicimos una línea por la mitad con el ranurador después le dimos dos golpes por segundo hasta que se uniera la muestra, luego donde se unió la muestra agarramos un poco con la espátula para extraerla y arrojarla en el envase para luego pesarla y obtuvimos el peso de cada una para empezar hacer el cálculo , luego llevamos los envases al horno para obtener el suelo seco.
LIMITE PLASTICO El límite plástico se define como el contenido de humedad del suelo al cual un cilindro se rompe o se resquebraja, cuando se enrolla a un diámetro de 3mm o aproximadamente 3mm. PROCEDIMIENTO 1. Dividir en varios pedazos o porciones pequeñas la muestra de 20 a 30g de suelo que se
había separado con anterioridad durante la preparación de la muestra para límite líquido. 2. Enrollar el suelo con la mano extendida sobre una placa de vidrio o sobre un pedazo de papel colocado a su vez sobre una superficie lisa, con presión suficiente para moldearlo en forma de cilindro o hilo de diámetro uniforme por acción de unos 80 a 92 golpes o movimiento de mano por minuto. Cuando el diámetro del hilo o cilindro de suelo llegue a los 3mm se debe romper en pequeños pedazos, y con ellos moldear nuevamente unas bolas o masa de suelo que a su vez se vuelven a enrollarse. El proceso de hacer bolas o masas de suelo y enrollarlas debe continuarse hasta cuando el hilo o cilindro se suelo se rompa bajo la presión de enrollamiento y no permita que se le enrolle adicionalmente. 3. Esta secuencia se debe repetir el número de veces que se requiera para producir suficientes pedazos de cilindro que permitan llenar un recipiente de humedad.
ÍNDICE DE PLASTICIDAD Es la diferencia de limite liquido y limite plástico Ip= L.L – Lp Ip= índice plástico L.L= limite liquido Lp= limite plástico
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LIMITE DE CONTRACCION
Se define como contenido de agua con el cual el suelo no sufre ningún cambio adicional de volumen con la perdida de agua. PROCEDIMIENTO 1. Tome alrededor de 40g de suelo de material representativo, del utilizado para las
practicas de limite plástico y liquido, que pase a través del tamiz Nº40, y mezclarlo cuidadosamente con agua común(o destilada) hasta lograr una pasta cremosa que pueda colocarse dentro del recipiente de contracción sin dejar ningún vacio. La consistencia del suelo se debería obtenerse utilizando un contenido de humedad cercano o algo superior al límite liquido del suelo. 2. recubrir ligeramente el interior de la capsula o recipiente de contracción con vaselina para prevenir que el suelo se adhiera a la recipiente o se formen grietas durante el secado. Pese el recipiente y registrarlo. 3. llenar el recipiente en tres capas colocando aproximadamente 1/3 de la cantidad de suelo seco necesaria para llenar el recipiente cada vez y darle golpes suaves sobre una base firme hasta que el suelo fluya del recipiente y se note la ausencia total de burbujas. Repetir la misma operación con la segunda y tercera capa. A continuación se debe pesar el recipiente con el suelo húmedo. 4. secar al aire en el laboratorio la galleta hasta que la superficie cambie aun color muy claro. A continuación introduzca la muestra en un horno y mantenga la temperatura constante entre 105 a 110 y dejarla por un lapso de 12 -18 horas. Sacamos la muestra y la pesamos. 5. encontrar el volumen del volumen del recipiente de contracción en cm3; para esto es necesario, en primer lugar, llenar el recipiente de contracción con mercurio metálico hasta que se derrame ligeramente. A continuación se debe colocar el recipiente lleno sobre un vidrio pequeño tipo vidrio de reloj, y presionarlo por encima utilizando una lamina de vidrio gruesa con el fin de que la superficie del mercurio empareje y se remueva el exceso. A continuación se debe echar el mercurio retenido en el recipiente de contracción en un cilindro volumétrico graduado de vidrio y leer directamente el volumen del recipiente de contracción.
CALCULOS a) Cálculo del Límite Líquido usando factores de corrección de la humedad
Número de golpes:
34.0 - 23.0 - 14.0
Peso del suelo húmedo + tara:
48.9 - 48.3 - 49.0
Peso del suelo seco + tara:
44.5 - 43.8 - 43.1
Peso de la tara:
24.3 - 24.1 - 18.5
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Contenido de Humedad (Wi)
21.8 - 22.3 - 24.0
Factor de corrección del LL:
Límite Líquido: LL1= 22.7 LL2=22.0 LL3=22.32
1.04-0.99-0.93
LLi := k i⋅wi LLpromedio=22.34
Aproximadamente LL= 22.4% LIMITE PLASTICO
Peso del suelo húmedo + tara:
32.8
Peso del suelo seco + tara:
31.5
Peso de la tara:
24.5
Contenido de Humedad (Wi)
18.57
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Limite Plástico =18.57
IP=LL-LP => 22.34 - 18.57 = 3.77
LIMITE DE CONTRACCION
Peso vasija de contracción + peso de suelo húmedo: Peso vasija de contracción + peso de suelo seco: Peso de agua: Peso de vasija de contracción: Peso de suelo seco: Contenido de humedad: Volumen de vasija de contracción: Volumen de la torta de suelo seco: Límite de contracción:
46.3 37.1 9.2 23.3 13.8 0.666 14.9 9.2 25.3
ANEXOS _______________________________________________________________
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CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES _______________________________________________________________
Debemos de tener cuidado a la hora de hacer cada una de las experiencias ya que un error en cualquiera de los pasos nos llevaría a cometer errores en el resultado final. En la practica de limite liquido debemos de apurarnos en el proceso porque la muestra puede perder humedad es decir como esta expuesta al ambiente se puede secar. En la experiencia del límite líquido es recomendable que los golpes estén cerca de los 25 golpes y mínimo se repita 4 veces, es por eso que la persona encargada debe tener práctica en la realización de este experimento. Si en la primera prueba el número de golpes nos sale superior a 25 y queremos aproximarlo a 25 entonces debemos de agregar un poco de agua a la muestra para que esta tenga más porcentaje de humedad Para hacer las esferitas en la experiencia de límite plástico este no debe pegarse a las manos es decir mezclar una masa grande de agua con un volumen pequeño de agua. Debemos de estar atentos al momento de hacer las experiencias ya que debemos calcular medidas sin un instrumento es decir a la vista tanto para la determinación del límite líquido como para el límite plástico, 12.7mm en la primera y en la segunda hasta que el cilindro se rompa. Según los resultados el suelo puede ser un limo de mediana plasticidad3 Prácticamente es un proceso que se basa de cálculo de resistencia al suelo ideado por atterberg en sus tres tipos de estado sólido líquido y plástico para hallar el límite de plasticidad debemos golpear la muestra con el equipo Casagrande. Luego esto se mete al horno durante 24 horas para obtener el cálculo de este suelo. Esto es un proceso muy importante para la construcción ya que calculamos que consistencia trae el suelo y que peso puede llegar a resistir, que tipo de construcción nos beneficiaria para evitar la caída de la misma y el ahorro de material.
