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INTRODUCCIÓN
Limites de Consistencia Los contenidos de humedad y los puntos de transición de unos estados a otros se denominan límite de retracción o contracción, límite plástico y límite líquido. Existe otro límite que se es la frontera entre el estado semisólido y el estado sólido, llamado límite de retracción o contracción el cual se define como la humedad presente al haber añadido agua agua suficiente para llenar todos los huecos de una pastilla de suelo seca. El método original de Atterberg, para la determinación del límite de contracción consistía en realizar mediciones frecuentes de la longitud y peso de un mismo prisma de suelo, hasta que ya no se observara ninguna disminución de longitud. Actualmente Actualmente se utiliza el método sugerido por Terzaghi, quien tomo en cuenta que la mayoría mayoría de los suelos no presentan, prácticamente, disminución de volumen durante el proceso de secado por debajo del límite de contracción. El método consiste en medir el peso y el volumen de una muestra de suelo totalmente seca, y en tal momento podría decirse que el límite de contracción sería la humedad de la muestra seca si tuviese "sus vacíos llenos de agua". Los Límites de Atterberg son difíciles de interpretar cualitativamente, pero esta dificultad no es obstáculo para su uso. Se debe concebir como límites aproximados entre los diversos estados en los que pueden presentarse los suelos de grano fino y no se debe tratar de buscar un significado al valor exacto de estos límites. Los Límites de Atterberg resultan útiles para la identificación y clasificación de suelos, con frecuencia los límites se utilizan directamente en las especificaciones para controlar los suelos a utilizar en terraplenes, para los parámetros de compactación de los materiales así como el grado de humedad óptima. 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.
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Existen suelos que al ser remoldeados, cambiando su contenido de agua, si es necesario, adoptan una consistencia característica que se ha denominado plástica. Estos suelos han sido llamados arcillas originalmente por los hombres dedicados a la cerámica; la palabra pasó a la mecánica de suelos, en épocas más recientes, con idénticos significados. La plasticidad es en este sentido, una propiedad tan evidente que ha servido de antaño para clasificar suelos en forma puramente descriptiva. Pronto se reconoció que existía una relación específica entre la plasticidad y las propiedades fisico - químicas determinantes del comportamiento mecánico de las arcillas. Las investigaciones han probado que la plasticidad de un suelo es debida a su contenido de partículas más finas de forma laminar ya que esta ejerce una influencia importante en la compresibilidad del suelo, mientras que el pequeño tamaño propio de esas partículas hace que la permeabilidad del conjunto sea muy baja.
Otras ramas de la ingeniería han desarrollado otra interpretación del concepto de plasticidad, como es el caso del esfuerzo-deformación de los materiales. Al tratar de definir en términos simples la plasticidad de un suelo, no resulta suficiente decir que un suelo plástico puede deformarse y remoldearse sin agrietamiento, pues una arena fina y húmeda tiene esas características cuando la deformación se produce lentamente y, sin embargo, no es plástica en un sentido más amplio de la palabra; hay entre el comportamiento de la arcilla y el de la arena en cuestión una importante diferencia: el volumen de la arcilla permanece constante durante la deformación, mientras que el de la arena varía; además, la arena se desmorona en deformación rápida. Por lo tanto, en mecánica de suelos podemos definir la plasticidad como la propiedad de un material por la cual es capaz de soportar deformaciones rápidas, sin rebote elástico, sin variación volumétrica apreciable y sin desmoronarse ni agrietarse. Según su contenido de agua en forma decreciente, un suelo susceptible de ser plástico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definido por Atterberg.
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OBJETIVOS Objetivos Generales
Determinar el límite de contracción de un suelo.
Analizar los valores obtenidos para el límite líquido dentro de la curva de fluidez.
Determinar la cantidad de agua en cada uno de los límites líquido, plástico, y de contracción y poder diferenciarlos.
Objetivos Específicos
Determinar si los suelos ensayados son o no aptos para obras de ingeniería.
Obtener para cada límite el contenido de agua.
En el límite de contracción obtener el volumen contraído o la cantidad de agua perdida.
EQUIPO, HERRAMIENTAS HERRAMIENTAS Y MATERIALES Equipos y Herramientas
Cápsula de contracción (metálico de fondo plano) Recipiente cilíndrico de vidrio Placa de vidrio con tres patas metálicas.
Plato de porcelana
Balanza de precisión, con aproximación de 0,01 g.
Horno de secado, temperatura entre 105ºC ±5 ºC.
Recipientes metálicos para el contenido de agua.
Bandeja de plástico
Espátula, pera de caucho, esponja y franela.
Copa de Casagrande y acanalador
Papel periódico.
Materiales
2 muestras de suelos
SUSTANCIA:
Agua y mercurio
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PROCEDIMIENTO Descripción de de la muestra muestra de suelo.
Analizamos que tipo de suelo fino tenemos, si es limo o arcilla y registramos en el formulario respectivo.
Observamos y determinamos sus características como; color, olor, consistencia, plasticidad, humedad y registramos estos datos en los formularios.
Obtención del contenido de agua.
Tome los recipiente metálicos de 60 cm3 y péselos previamente limpios y secos y registre los valores.
Ahora tome un recipiente y coloque en su interior una pequeña cantidad de muestra de modo que no exceda ni sea muy poca la cantidad.
Vuelva a pesar cada recipiente pero ahora con el suelo en su interior.
Coloque todos los recipientes en el porta tarros.
Para el secado de las muestras.
Coloque el porta tarros en el horno de secado, durante 24h00, la temperatura debe estar entre 105ºC y 110ºC.
Pasado este tiempo, sáquelos y páselos de nuevo.
Tome cada recipiente y calibrada la balanza, péselos y registre en el formulario respectivo los valores obtenidos.
Para el límite líquido.
Dada la muestra, procedemos a mezclarla bien con la espátula para eliminar grumos.
Colocamos una porción de esta en la copa, extendiéndola y enrasándola rápidamente con la espátula. Cuide que la profundidad máxima sea de aproximadamente 1cm.
Con el acanalador se realiza un canal en el suelo evitando deslizarlo por la copa de manera que el plano de simetría del canal sea perpendicular a la articulación de la copa.
Girando la manivela a una velocidad constante de dos vueltas por segundo, contar los golpes necesarios para que las dos mitades de suelo se pongan en contacto al fondo del canal.
Si el número de golpes para la primera determinación está entre 25 y 40 seguir normalmente el proceso y si no entonces añadir agua o secarla según sea necesario.
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Tomaremos cantidad de muestra para un número inferior a 25 pero mayor a 10 y haremos este paso 2 veces.
Con la espátula cortar la parte que se ha unido, de preferencia la parte central y luego se pesa y se determina el contenido de humedad.
El resto de la muestra se vuelve a mezcla y la secamos en papel periódico tratando de extraer cierta cantidad de agua.
Tomaremos cantidad de muestra para un número superior a 25 pero menor de 40, y haremos este paso 2 veces.
Con la espátula cortar la parte central y luego se pesa y se determina el contenido de humedad.
Luego llevamos las muestras al horno para determinar las humedades y determinar en la grafica el límite liquido. liquido.
Para el Límite Plástico.
Utilizando la espátula mezclar completamente el suelo hasta obtener una pasta homogénea que sea fácilmente moldeable con los dedos y no se adhiera a ellos.
Tomar una cantidad de suelo preparado; moldearla entre los dedos en un ovoide, luego amasar y rodar entre las palmas de las manos hasta que la humedad del suelo sea cercana al límite plástico; si el suelo está muy húmedo para secarlo rápidamente se recomienda poner al suelo encima del papel periódico y extenderlo con la espátula.
Rodar este ovoide entre las puntas de los dedos y la superficie seca de la mesa con una presión constante y forme con el suelo un rollo de 3 mm aproximadamente de diámetro.
Si el rollo de suelo se fisura antes de alcanzar los 3 mm de diámetro añadir agua a la masa de suelo, volver a mezclarlos y repetir los pasos anteriores.
Si el rollo alcanza un diámetro menor de 3 mm sin señales de agrietamiento se tiene una humedad mayor que el límite plástico y se repite los pasos anteriores sin agregar agua.
Cuando el rollo se agriete y comience a desmoronarse al llegar a los 3 mm se habrá alcanzado el contenido de agua correspondiente al límite plástico.
Para mejores resultados haremos tres porciones de rollos.
Recoger las porciones fisuradas de rollo de suelo en un recipiente y pesamos, registramos los valores y lo disponemos a secar para determinar el contenido de agua.
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Para el límite de contracción.
Mezclar el suelo en el recipiente con la finalidad de eliminar los grumos, añada o quite agua según sea necesario para que el suelo se encuentre ligeramente muy cerca del limite liquido ( en la copa de Casagrande el numero de golpes para que se los bordes inferiores de la ranura se cierren este entre 23 y 25 golpes)
Registrar el número de la capsula de contracción que se le fue entregada.
Pese la cápsula y registre su valor en el formulario.
Recubrir el interior de la cápsula de contracción con una capa muy delgada de vaselina uniformemente distribuida para evitar la adhesión del suelo en las paredes.
Colocamos muestra de suelo en la cápsula de contracción y golpeamos suavemente la cápsula sobre la mesa, para evitar que en su interior se quede aire(burbujas).
Agregamos una nueva porción de suelo en la cápsula y repetimos el proceso anterior hasta llenar completamente la cápsula, enrasamos y limpiamos los bordes.
Cuando la superficie este totalmente horizontal, limpiamos los exteriores y pesamos la cápsula y registramos su valor.
Con la finalidad de evitar que la muestra de suelo se rompa por el secado brusco del horno, dejaremos que se seque al ambiente hasta que haya perdido su brillo, luego colocaremos en el horno de secado a temperatura de 60 ± 5ºC por el lapso de 6 horas y luego subiremos la temperatura hasta los 105 ± 5ºC hasta secar completamente el suelo.
Sacamos la cápsula del horno y pesamos, de este modo tendremos el peso de la muestra seca valor que se registrará en el formulario.
Determinación del volumen final de suelo seco.
Colocar el recipiente de vidrio dentro del recipiente de porcelana.
Llenar el recipiente de vidrio con mercurio.
Enrasar el mercurio con la placa de vidrio, colocando este con las patas hacia dentro, retirar el exceso de mercurio que pudo derramarse en el recipiente.
Introducir la pastilla de suelo seco en el mercurio, sumergiéndola con la placa de vidrio.
Retiramos la placa y la pastilla cuidadosamente evitando derramar mercurio.
Pesamos
el mercurio que se derramo en el recipiente de porcelana y este será el
volumen del suelo seco.
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CÁLCULOS TÍPICOS Contenido de Agua Fórmula del Laboratorio: (%) ( %) =
− −
100
Donde: w = = = =
Contenido de agua en porcentaje. Peso del recipiente. Peso del recipiente más suelo húmedo. Peso del recipiente más suelo seco.
Proyecto: Obra: Localización:
Canchas deportivas Cimentación Quero- Ambato
Datos: Recipiente No.248
Recipiente No. 379 W1 = 7.54 W2 = 47.92 W3 = 44.60
(%)
=
2
− 3
3
− 1
w(%) = wa(%) =
g g g
W1 = W2 = W3 = (%)
× 100
47.92-44.60 x 100 44.60-7.54
8.03 g 42.95 g 40.06 g =
2
− 3
3
− 1
w(%) = wb(%) =
9.0%
Valor Promedio w(%) = w(%) = w(%) =
Wa + Wb 2 9.0+9.0 2 9.0%
× 100
42.95-40.06 x 100 40.06-8.03 9.0 %
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Límite Líquido ( W L ) = 25 = 313
Limite plástico (Wp) =
=
∑ 205 205 20 202 1 1 3
= 202%
Índ ice d e Plasti cid ad (Ip)
= − = 313 − 202 = 111 %
Índice de Fluencia (If ) =
1−2 2 1 D o n d e : w1 = contenido de agua, en % correspondiente a N1 golpes
w2 = contenido de agua, en % correspondiente a N2 golpes 31 − 21 2 3 = 0 %
=
Índice de Tenacidad (I ) T T
= =
111
0 = 14
Índice de Liquidez ( I ) L
= Wn =
−
contenido natural de agua
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=
0 0 − 202 202
111 = −10
Índice de Consistencia ( I ) C C
= =
− 31 313 − 0 0
111 = 20%
Límite de Contracción ( W ) s
Contenido de Agua Inicial ( w i ) (% (%)) =
− −
100
Donde: i = = = = w
Contenido de agua inicial. Peso del recipiente. Peso del recipiente más suelo húmedo. Peso del recipiente más suelo seco.
Datos: Recipiente No. 048 w1 = 6,53 g w2 = 40.21 40.2 1 g w3 = 31.96 31.9 6 g (%)
=
wi (%) (%)
=
wi (%) (%)
2
− 3
3
− 1
× 100
40.21-31.96 31.96-6.53
=
32.4 %
Calibración de la cápsula: Cápsula Nº: 84 Peso (W1): 6.53 g
x 100
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Peso de la cápsula + mercurio: 257.87 g Peso del mercurio: PM= (Peso cásula + mercurio) – Peso cápsula PM= 257.87 – 6.53 PM= 251.34 g Volumen de la cápsula (Vi) Vi= 18,52 cm 3
Volumen de la muestra. Mercurio desplazado: W = 191.70g Volumen final: Vf = 14.13cm 3 Volumen de la muestra seca: Vf = 14.13 cm 3 Peso del recipiente de porcelana: Pp = 179,18 g
Cálculo del límite de contracción = −
()
100
Donde: = = = = =
Peso unitario del agua Límite de contracción en (%). Peso del suelo seco. Volumen de la cápsula en cm 3 Volumen final de la muestra seca en cm 3
w= Ws = wi = Vi = Vf =
1 g/cm 3 25.43 g 32.4% 18.52 cm 3 14.13 cm 3
Datos:
= 324 − = 324 − = 151 %
(15 152 2 − 141 1413 3)) 10 43 2543
2543 100
100
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CONCLUSIONES Referente a los resultados de la práctica
En la muestra se obtuvo un contenido de agua de 9.0%, esto nos indica que la muestra en estado natural tenia muy poco contenido de agua.
Se obtuvo un índice de liquidez igual a -1.0%, este valor nos indica que la muestra tiene una alta resistencia es decir tiene buenas propiedades mecánicas.
Un suelo con un índice del liquidez negativo como es el caso del suelo utilizado para la práctica nos podía indicar que el suelo es potencialmente expansivo
El índice de consistencia es de 2.0% estos nos indica que su resistencia es mayor al corte.
El índice de fluidez obtenido es de 67.5% en la arcilla es un valor muy alto, lo cual nos dice que el suelo no es muy sensible a los cambios de humedad.
La pastilla de contracción de arcilla se rompió en el secado esto pudo darse por un secado brusco de la misma es decir no se dejo el tiempo necesario al ambiente y no pudimos obtener el limite de contracción.
Referente a la práctica y a la l a vida profesional.
En la vida profesional podemos encontrarnos con estos tipos de suelos como la arcilla y el limo y debemos conocer algunas propiedades básicas como las obtenidas en la práctica y saber como utilizarlas en olas obras civiles.
La mayoría de suelos en su estado natural son plásticos, por esta razón es muy importante que los ingenieros civiles hagan el análisis de plasticidad, ya que esta relaciona directamente con la resistencia a la compresibilidad del suelo.
La arcilla es un suelo de muy buenas propiedades mecánicas cuando su contenido de agua es bajo, en este tipo de suelos se puede asentar obras de gran importancia.
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RECOMENDACIONES.
Verificar que el equipo este en buenas condiciones antes de empezar la practica..
Calibrar la copa de Casagrande cuidadosamente para evitar errores posteriores.
Si el suelo esta en estado viscoso o muy húmedo es necesario secarlo durante un periodo de tiempo con papel periódico hasta que podamos trabajar con el.
Homogenizar la mezcla de suelo y agua con la espátula antes de colocarla en la copa de Casagrande.
Al hacer el rollo para determinar el límite plástico cuidar que las manos estén limpias, y el suelo no se adhiera en ellas.
Cuidar que en la pastilla de contracción no quede aire atrapado esto se logra mediante suaves golpes en la mesa y colocando la muestra por capas.
BIBLIOGRAFÍA Libros:
JUAREZ BADILLO E. Y RICO R.A. Mecánica de suelos, tomo I, Editorial Limusa, Pág. 161-165. Páginas totales. 350 González M Fernando, Introducción a la Mecánica de Suelos, Edición 2009, número de páginas 207, Capítulo 4: paginas de consulta 57 al 74 http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADmites_de_Atterberg fecha 15/05/2012
http://www.fortunecity.com/skyscraper/integer/449/limites_d_consistencia.html 15/05/2012
fecha
