UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Recinto Universitario Pedro Arauz Palacios UNI-RUPAP
Líder en ciencias y tecnología FACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION – FTC FTC DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO DE SUELO Practica Nº 5: Determinación de los límites de consistencia o de Atterberg de los suelos.
(ASTM D 4318, AASHTO T 89-90 y T 90-87)
Integrantes: Collado Carolina Janelys
Grupo de teoría: IA-31D Grupo de práctica: IA-31D – 2 Profesor de teoría: Ing. Silvia Lindo Profesor de práctica: Ing. José Moreira Fecha de realización: lunes, 12 de Noviembre del 2012 Fecha de entrega: lunes, 19 de Noviembre del 2012
Carnet:
2010-33755
1.
INTRODUCCION...............................................................................................................................
2.
OBJETIVOS
3.
GENERALIDADES ...........................................................................................................................
3
...................................................................................................................................... 4
LIMITES DE CONSISTENCIA ...............................................................................................
5
5
PLASTICIDAD Y LÍMITES DE CONSISTENCIA ...................................................................................
5
4.
9
MATERIALES Y EQUIPO ................................................................................................................ 4.1.
5.
PROCEDIMIENTOS ............................................................................................................................. 9
CÁLCULOS ..................................................................................................................................... 5.1. 5.2. 5.3.
10
D ATOS RECOPILADOS .................................................................................................................... 10 FÓRMULAS ...................................................................................................................................... 11 C ÁLCULOS MATEMÁTICOS .............................................................................................................. 12
6.
RESULTADOS ................................................................................................................................
7.
CONCLUSIONES
8.
RECOMENDACIONES ...................................................................................................................
17
9.
BIBLIOGRAFIA ...............................................................................................................................
18
ANEXOS ......................................................................................................................................
19
10.
16
........................................................................................................................... 16
1. INTRODUCCION
Nuestra práctica de laboratorio N°5 de mecánica de suelos la cual consiste en determinar los límites de consistencia de los suelo se llevó a cabo el día lunes 12 de noviembre del año en curso a las 9:00 am aproximadamente, en las instalaciones del Laboratorio de Suelo del Recinto Universitario Pedro Arauz Palacios UNI-
RUPAP. Los límites de consistencia de un suelo están estrechamente relacionados con el contenido de humedad del mismo. El limite liquido (LL) se define como el contenido de humedad expresado en porcentaje con respecto al peso seco de la muestra que debe tener un suelo moldeado para una muestra del mismo en que se halla moldeado una ranura de dimensiones estándar al someterlo al impacto de 25 golpes bien definidos y cierre sin resbalar en su apoyo. El limite plástico (LP) se define como el contenido de humedad expresado en porcentaje cuando comienza a agrietarse un rollo formado con el suelo de 3 mm de diámetro al rodarlos con la mano sobre una superficie lisa y absorbente. Para la determinación de estos límites procedimos primeramente a tamizar una muestra de suelo asignada por el docente de la práctica de laboratorio, seguidamente agregamos cierta cantidad de agua para formar una pasta para luego definir nuestros límites.
3
2. OBJETIVOS 2.1
OBJETIVO GENERAL
Determinar los límites de consistencia de nuestras muestras de suelo.
2.2
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Conocer el procedimiento que se lleva a cabo para la determinación de los límites líquidos y plásticos de un suelo.
Determinar experimentalmente los diferentes límites de consistencia de los suelo.
Determinar por medio de fórmulas los diferentes índices de consistencia de las muestras de suelo.
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3. GENERALIDADES LIMITES DE CONSISTENCIA 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 finalmente 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.
Plasticidad y límites de consistencia Plasticidad es la propiedad que tienen algunos suelos de deformarse sin agrietarse, ni producir rebote elástico. Los suelos plásticos cambian su consistencia al variar su conten ido de agua. De ahí que se puedan determinar sus estados de consistencia al variar si se conoce las fronteras entre ellas. Los estados de consistencia de una masa de suelo plástico en función del cambio de humedad son sólidos, semisólido, líquido y plástico. Estos cambios se dan cuando la humedad en las masas de suelo varía. Para definir las fronteras en esos estados se han realizado muchas investigaciones, siendo las más conocidas las de Terzaghi y Attergerg. 5
Para calcular los límites de Atterberg el suelo se tamiza por la malla Nº40 y la poci ón retenida es descartada. La frontera convencional entre los estados semisólido y plástico se llama límite plástico, que se determina alternativamente presionando y enrollando una pequeña porción de suelo plástico hasta un diámetro al cual el pequeño cilindro se desmorona, y no puede continuar siendo presionado ni enrollado. El contenido de agua a que se encuentra se anota como límite plástico. La frontera entre el estado sólido y semisólido se llama límite de contracción y a la frontera entre el límite plástico y líquido se llama límite líquido y es el contenido de agua que se requiere adicionar a una pequeña cantidad de suelo que se colocará en una copa estándar, y ranurará con un dispositivo de dimensiones también estándar, sometido a 25 golpes por caída de 10 mm de la copa a razón de 2 golpes/s, en un aparato estándar para limite líquido; la ranura efectuada deberá cerrarse en el fondo de la copa a lo largo de 13 mm. En los granos gruesos de los suelos, las fuerzas de gravitación predomina fuertemente sobre cualquiera otra fuerza; por ello, todas las partículas gruesas tienen un comportamiento similar. En los suelos de granos muy finos, sin embargo fuerzas de otros tipos ejercen acción importantísima; ello es debido a que en estos granos, la relación de área a volumen alcanza valores de consideración y fuerzas electromagnéticas desarrolladas en la superficie de los compuestos minerales c obran significación. En general, se estima que esta actividad en la superficie de la partícula individual es fundamental para tamaños menores que dos micras (0,002 mm) Las propiedades de un suelo formado por partículas finamente divididas, como una arcilla no estructurada dependen en gran parte de la humedad. El agua forma una película alrededor de los granos y su espesor puede ser determinante del comportamiento diferente del material. Cuando el contenido de agua es muy elevado, en realidad se tiene una suspensión muy concentrada, sin resistencia estática al esfuerzo cortante; al perder agua va aumentando esa resistencia hasta alcanzar un estado plástico en que el material es fácilmente moldeable; si el secado continua, el suelo llega a adquirir las características de un sólido pudiendo resistir esfuerzos de compresión y tensión considerable. Arbitrariamente Atterberg marcó las fronteras de los cuatro estados en que pueden presentarse los materiales granulares muy finos mediante la fijación de los límites siguientes: Líquido (L.L), Plástico (L.P.), y de contracción (L.C.) y mediante ellos se puede dar una idea del tipo de suelo en estudio. 6
El límite líquido es la frontera entre el estado líquido y el plástico; el límite plástico es la frontera entre el estado plástico y el semi-sólido y el límite de contracción separa el estado semi-sólido del sólido. A estos límites se les llama límites de consistencia. Los límites líquidos y plásticos son solo dos de los cinco límites propuestos por Atterberg, científico sueco dedicado a la agricultura, estos límites son: límite de cohesión, límite de pegosidad, límite de contracción, limite plástico y limite líquido. Los limites líquidos y plásticos han sido ampliamente utilizados en todas las regiones del mundo principalmente con objetivos de ide ntificar y clasificar los suelos, el límite e contracción ha sido útil en varias áreas geográficas donde el suelo sufre grandes cambios de volumen, puede muy a menudo ser detectado de los resultados de los ensayos del límite líquido y plástico. El límite liquido en ocasiones puede utilizarse para estimar asentamientos en problemas de consolidación y ambos líquidos son algunas veces útiles para predecir la máxima densidad en estudios de compactación.
DETERMINACIÓN DEL LIMITE LIQUIDO (L.L) El límite se define como el contenido de humedad expresado en porcentaje con respecto al peso seco de la muestra, que debe tener un suelo moldeado para una muestra del mismo en que se haya moldeado una ranura de dimensiones Stándar, al someterla al impacto de 25 golpes bien definidos se cierre sin resbalar en su apoyo.
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11 mm.
Fig. (1) Corte Esquemático de la Copa de Casa Grande, Mostrando el material ranurado.
DETERMINACIÓN DE LIMITE PLASTICO (L.P.) El límite plástico se define como el contenido de humedad, expres ado en porciento, cuando comienza agrietarse un rollo formado con el suelo de 3 mm. de diámetro, al rodarlo con la mano sobre una superficie lisa y absorbente.
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4. MATERIALES Y EQUIPO Materiales: 1. Suelo 2. Agua 3. Papel absorbente (hojas de cuaderno).
Equipo:
1. TamizN°40, tapa y fondo. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Balanza de 0.1 gr de sensibilidad Cucharon Taras Cazuela de porcelana Espátula Máquina de Casa Grande Horno con temperatura constante de 100 – 110º C.
4.1. Procedimientos Limite Líquido: 1. Cribamos por el tamiz N°40 una determinada cantidad de la muestra de suelo asignada por el docente. 2. Ajustamos o calibramos la “Copa de Casagrande ”, para que la copa tenga una altura de caída de 1 cm., exactamente.
3. Pesamos 100 gr del material que paso por el tamiz N°40 y lo colocamos en la cazuela de porcelana. 4. Agregamos agua para formar una pasta y la mezclamos bien para que quede uniforme. 5. Colocamos la pasta con la espátula en la copa de casa grande formando una torta alisada de 1cm de espesor y hacemos una ranura a la mitad de la copa utilizando el ranurador. 6. Ponemos la copa en la máquina de casa grande y contamos los golpes hasta que se cierre el fondo de la ranura, debido a que la ranura se cerró en menos de 10 golpes sacamos el material volvimos a mezclar y repetimos los pasos 5 y 6. 7. Identificamos y pesamos las taras. 8. Pesamos el material húmedo más peso de la tara. 9
9. Llevamos las muestras al horno para su proceso de secado por 24 horas. 10. Repetimos los pasos 4, 5 y 6, con el propósito de obtener puntos mayores de 15 golpes y menores de 25 golpes y mayores de 25 golpes y menores de 35 golpes. Limite Plástico:
1. Tomamos aproximadamente la mitad de la muestra que se usó en el límite líquido, lo amasamos con la mano y lo rodamos sobre una hoja de papel de manera que este absorba la humedad hasta formar un cilindro de 3 mm de diámetro y de 15 a20 cm de largo. 2. Amasamos la tira y volvimos a rodar, repetimos la operación tantas veces se necesite para reducir, gradualmente, la humedad por evaporación, hasta que el cilindro se empiece a endurecer. 3. Identificamos y pesamos las taras. 4. Introducimos los cilindros en las taras y pesamos el material húmedo más la tara. 5. Llevamos las muestras al horno para secarlas.
5. CÁLCULOS 5.1. Datos Recopilados Limite Liquido (LL) Ensaye N° 1 N° Golpes 12 Tara N° H-18 Peso muestra húmeda + Tara (1) 42.05 gr Peso muestra seca + Tara (2) 37.85 gr Peso de Tara (4) 21.74 gr
2 18 H-20 32.03 gr 28.83 gr 13.88 gr
3 30 A-R 40.36 gr 36.32 gr 21.87 gr
Valor de K para números de golpes. N° Golpes
K
12
0.915
18
0.961
30
1.022
10
Limite Plástico (LP) Ensaye N° 1 Tara N° B-5 Peso muestra húmeda + Tara (8) 39.99 gr Peso muestra seca + Tara (9) 35.99 gr Peso de Tara (11) 21.66 gr
2 R-118 34.90 gr 31.41 gr 21.32 gr
3 A-33 34.87 gr 31.38 gr 21.92 gr
5.2. Fórmulas Pw = (1) – (2) Dónde:
Ecuacion (3)
Pw: Peso de agua (1): Peso muestra húmeda + Tara (2): Peso muestra seca + Tara
Ps = (2) – (4) Dónde:
(3)
%w=
(5)
Ecuacion (5) Ps: Peso seco (2): Peso muestra seca + Tara (4): Peso de Tara
∗ 100
Dónde:
Ecuacion (6)
% w: Porcentaje de humedad (3): Peso de agua (5): Peso muestra seca
LL = (6) * (K) Dónde:
LL: Limite Liquido (6): Porcentaje de agua (K): Valor asignado para “X” cantidad de golpes .
Pw = (8) – (9) Dónde:
Ecuacion (10)
Pw: Peso de agua (8): Peso muestra húmeda + Tara (9): Peso muestra seca + Tara
11
Ps = (9) – (11) Dónde:
LP =
() (2)
Ecuacion (12)
Ps: Peso seco (9): Peso muestra seca + Tara (11): Peso de Tara ∗ 100
Dónde:
LP: Limite Plástico (10): Peso de agua (12): Peso muestra seca.
5.3. Cálculos matemáticos Limite Líquido Peso de agua del ensaye N°1 Pw = (42.05 – 37.85) gr
Ecuacion (3)
Pw = 4.2 gr
Peso de agua del ensaye N°2 Pw = (32.03 – 28.83) gr
Ecuacion (3)
Pw = 3.2 gr
Peso de agua del ensaye N°3 Pw = (40.36 – 36.32) gr
Ecuacion (3)
Pw = 4.04 gr
Peso seco del ensaye N°1 Ps = (37.85 – 21.74) gr
Ecuacion (5)
Ps = 16.11 gr
Peso seco del ensaye N°2 Ps = (28.83 – 13.88) gr
Ecuacion (5)
12
Ps = 14.95 gr
Peso seco del ensaye N°3 Ps = (36.32 – 21.87) gr
Ecuacion (5)
Ps = 14.45 gr
Porcentaje de humedad del ensaye N°1 %w=
4.2
6.
∗ 100
Ecuacion (6)
% w = 26.1 %
Porcentaje de humedad del ensaye N°2 %w=
3.2
4.95
∗ 100
Ecuacion (6)
% w = 21.4 %
Porcentaje de humedad del ensaye N°3 %w=
4.4
4.45
∗ 100
Ecuacion (6)
% w = 27.9 %
Limite líquido del ensaye N°1 LL = (26.1 %) * (0.915) LL = 23.88 %
Limite líquido del ensaye N°2 LL = (21.4 %) * (0.961) LL = 20.57 %
Limite líquido del ensaye N°3 LL = (27.9 %) * (1.022) LL = 28.51 %
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Limite Plástico Peso de agua del ensaye N°1 Pw = (39.99 – 35.99) gr
Ecuacion (10)
Pw = 4 gr
Peso de agua del ensaye N°2 Pw = (34.90 – 31.41) gr
Ecuacion (10)
Pw = 3.49 gr
Peso de agua del ensaye N°3 Pw = (34.87 – 31.38) gr
Ecuacion (10)
Pw = 3.49 gr
Peso seco del ensaye N°1 Ps = (35.99 – 21.66) gr
Ecuacion (12)
Ps = 14.33 gr
Peso seco del ensaye N°2 Ps = (31.41 – 21.32) gr
Ecuacion (12)
Ps = 10.1 gr
Peso seco del ensaye N°3 Ps = (31.38 – 21.92) gr
Ecuacion (12)
Ps = 9.46 gr
Limite Plástico del ensaye N°1 LP =
4 4.33
∗ 100
LP = 27.91 % 14
Limite Plástico del ensaye N°2 LP =
3.49 .
∗ 100
LP = 34.55 %
Limite Plástico del ensaye N°3 LP =
3.49 9.46
∗ 100
LP = 36.89 %
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6. RESULTADOS Limite Liquido Ensaye N° N° de Golpes Tara N° Peso muestra húmeda + Tara (gr) Peso muestra seca + Tara (gr) Peso de agua (gr) Peso de tara (gr) Peso de muestra seca (gr) Porcentaje de humedad (%) Limite Liquido (%)
1 12 H-18 42.05 gr 37.85 gr 4.2 gr 21.74 gr 16.11 gr 26.1 % 23.88 %
2 18 H-20 32.03 gr 28.83 gr 3.2 gr 13.88 gr 14.95 gr 21.4 % 20.57 %
3 30 A-R 40.36 gr 36.32 gr 4.04 gr 21.87 gr 14.45 gr 27.9 % 28.51 %
Limite Plástico Ensaye N° 1 Tara N° B-5 Peso muestra húmeda + Tara (gr) 39.99 gr Peso muestra seca + Tara (gr) 35.99 gr Peso de agua (gr) 4 gr Peso de tara (gr) 21.66 gr Peso de muestra seca (gr) 14.33 gr Limite Plástico (%) 27.91 %
2 R-118 34.90 gr 31.41 gr 3.49 gr 21.32 gr 10.1 gr 34.55 %
3 A-33 34.87 gr 31.38 gr 3.49 gr 21.92 gr 9.46 gr 36.89 %
7. CONCLUSIONES Podemos concluir que se pudo encontrar los límites de consistencia de la muestra sin tener muchos inconvenientes obteniendo valores de entre el 20 y 30 %. Estos datos son de vital importancia para conocer el tipo de de suelo que se esta analizando ya que conociendo estos datos se encuentra el índice de plasticidad del cual depende mucho la clasificación de la AASTHO y ASTM.
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8. RECOMENDACIONES
Llegar temprano al laboratorio (los alumnos) para lograr desarrollar la practica en el tiempo establecido. Tener mucho cuidado al momento de tamizar para no botar el material.
Agregar la cantidad de agua necesaria para tener la pasta adecuada para realizar con éxito la práctica.
Cumplir con las indicaciones del docente-guía para lograr una exitosa práctica.
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9. BIBLIOGRAFIA
Mecánica de suelos, Eulalio Juárez Badillo, tomo I
Guía de Laboratorios de Mecánica de Suelos.
http://www.buenastareas.com/ensayos/Determinaci%C3%B3n-De-LosLimites-De-Consi%C3%Stencia-De-Los-Suelos/1310461.html
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10. ANEXOS
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