I.N.V. E – 125 – 07 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO DE LOS SUELOS Y I.N.V. E – 126 – 07 LÍMITE PLÁSTICO E ÍNDICE DE PLASTICIDAD DE SUELOS JESSICA PAOLA FORERO AVILA Estudiante de Ingeniería Civil Código 2123506 Universidad Industrial de Santander
LAURA PATRICIA HERNÁNDEZ MUÑOZ Estudiante de Ingeniería Civil Código 2101938 Universidad Industrial de Santander
SERGIO ENRIQUE PINILLA Estudiante de Ingeniería Civil Código 2123505 Universidad Industrial de Santander
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Facultad de Ingenierías Físico-mecánicas Escuela de Ingeniería Civil Caracterización de Materiales I Grupo F2 Segundo semestre del 2015
RESUMEN Para iniciar un proceso de clasificación de suelos es necesario usar el método de análisis granulométrico. Este ensayo de laboratorio será el inicio para determinar los criterios de aceptabilidad de suelos para carreteras, presas u otro tipo de terraplenes mediante un proceso donde se han usado diferentes números de tamices mostrando su importancia en el mismo. Posteriormente se inicia el proceso de obtención de los datos obtenidos límites de constancia, los cuales se basan en las normas. I.N.V.E 1 25- I.N.V:E 126. Finalmente con los datos obtenidos se podrá clasificar el tipo de suelo mediante los coeficientes de curvatura y el índice de plasticidad.
PALABRAS CLAVE: Límite líquido, límite plástico, granulometría.
ABSTRACT To start a process of soil classification is necessary to use the method of sieve analysis. This laboratory test is to determine the start of acceptability criteria for soil roads, dams or other embankments by a process where different numbers have been used sieves showing its importance in it. Then the process of obtaining the data record limits starts, which are based on the rules . INVE 125- INV : E 126. Finally with the data obtained may be classified by soil type curve coefficients and the plasticity index.
KEYWORDS: Liquid limit, plastic limit, granulometry.
1. INTRODUCCIÓN Los granos que conforman el suelo tienen diferente tamaño, van desde grandes que son los que se pueden tomar fácilmente con las manos, hasta los granos pequeños, los que no se pueden ver con un microscopio. El análisis granulométrico al cual se somete un suelo es de mucha ayuda para la construcción de proyectos, tanto en estructuras como en carreteras porque con este se puede conocer la permeabilidad y la cohesión del suelo. También el suelo analizado puede ser usado en mezclas da asfalto o concreto. Los análisis granulométricos se realizan mediante ensayos en el laboratorio con tamices de diferentes enumeraciones, dependiendo de la separación de los cuadros de la maya. Los granos pasen o se queden en el tamiz tienen sus características ya determinadas. Para el ensayo o el análisis de granos gruesos será muy recomendado en el método del tamiz, pero cuando se trata de gramos finos este no muestra pasar por una maya tan fina; debido a esto el análisis granulométrico de granos finos será bueno utilizar otro método.
2. MARCO TEÓRICO La mezcla de materiales sólidos, líquidos y gaseosos. La adecuada relación entre estos componentes determina la capacidad de hacer crecer las plantas y la disponibilidad de suficientes nutrientes para ellas. Los componentes determina una serie de propiedades que se conocen como propiedades físicas o mecánicas del suelo: textura, estructura, consistencia, densidad, aireación, temperatura y color; Los suelos que poseen algo de cohesión, según su naturaleza y cantidad de agua, pueden presentar propiedades que lo incluyan en el estado sólido, semisólido, plástico o semilíquido. El contenido de agua o humedad límite al que se produce el cambio de estado varía de un suelo a otro, el método usado para medir estos límites se conoce como método de Atterberg y los contenidos de agua o humedad con los cuales se producen los cambios de estados, se denominan límites de Atterberg, se una separación arbitraria, pero suficiente en la práctica, entre los cuatro estados mencionados anteriormente de esta
manera se define el índice de plasticidad (IP) como la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico (IP = LL - LP). El límite líquido está definido, como el contenido de humedad con él, una masa de suelo colocada en un recipiente en forma de cuchara (Casagrande), se separa con una herramienta patrón (ranurador), se deja caer desde una altura de 1 cm. y sufre el cierre de esa ranura en 1 cm. después de 25 golpes de la cuchara contra una base de caucho dura o similar. El límite plástico puede determinarse para un suelo con un tamaño de partículas que pasan el tamiz No. 40, para lo cual debe humedecerse el suelo lo suficiente como para poder amasarlo, entonces sobre un papel seco en una superficie plana o encima de un vidrio deben formarse rollitos de unos 3 mm de diámetro. Posteriormente los rollitos deben ser juntados en uno para ser amasados y nuevamente formar rollitos, a medida que se formen los rollitos el suelo progresivamente perderá humedad debido al papel y la mano, entonces llegará un momento cuando al formar el rollito el suelo empiece a disgregarse en su superficie y luego a fragmentarse. En este estado cuando el suelo empieza a perder su consistencia plástica, se procede inmediatamente a determinar su contenido de humedad que este a la vez será el límite plástico del suelo, que es un contenido de humedad específico que divide la consistencia semisólida de la plástica del suelo. El índice de plasticidad:
= −
definió una cantidad llamada actividad como la pendiente de la línea que correlaciona el índice de plasticidad y la fracción en peso de las partículas compuestas de minerales de arcilla expresada en porcentaje, que será:
=
(%)
Para calcular la humedad se tiene:
(%) =
∗ 100
3. MATERIALES Y EQUIPO Limite líquido Agua destilada Vasija de evaporación(cerámica) Espátula Cazuela Ranurador Calibrador Recipientes(tara) Balanza Horno de laboratorio Limite Plástico Recipientes(tara) Agua destilada Vasija de evaporación(cerámica) Recipientes(tara) Superficie lisa Balanza Horno de laboratorio
4. PROCEDIMIENTO
rueda la masa de suelo entre la palma de la mano o los dedos y el plato (o un pedazo de papel que esté sobre la superficie horizontal y lisa) o mesón con solo la presión necesaria para formar un rollo de diámetro uniforme en toda su longitud. El rollo se debe adelgazar más con cada rotación, hasta que su diámetro alcance 3 mm, tomándose para ello no más de dos minutos. La presión requerida de la mano o de los dedos, variará en gran medida, dependiendo del tipo de suelo. Cuando el diámetro del rollo llegue a 3 mm, se divide en seis u ocho trozos. Se juntan los trozos y se aprietan entre los pulgares y dedos de ambas manos formando una masa uniforme de forma elipsoidal y se enrolla de nuevo. Se repite este procedimiento, partiendo, juntando, amasando y enrollando hasta que el rollo de 3 mm de diámetro se desmorone bajo la presión requerida para el enrollamiento y el suelo no pueda ser rotado para formar el rollo. El desmoronamiento puede ocurrir cuando el rollo tenga un diámetro mayor de 3 mm. Esto puede considerarse un punto final satisfactorio, siempre y cuando el suelo haya sido previamente enrollado en un rollo de 3mm de diámetro y se llevan al recipiente y al horno.
PROCEDIMIENTO
LÍMITE
LÍQUIDO:
PROCEDIMIENTO LIMITE PLASTICO: Muestra: Para determinar el límite plástico, se toman aproximadamente 20 g de la muestra que pase por el tamiz de 425 µm (No.40), obtenidos de acuerdo con las normas INV E – 106 o INV E – 107 (Preparación en seco y en húmedo de muestras de suelo para análisis granulométrico y determinación de las constantes físicas). Se amasa con agua destilada hasta que pueda formarse con facilidad una esfera con la masa de suelo. Para hacer los rollos; Con la porción seleccionada, se forma una masa. Emplear uno de los siguientes métodos para formar los rollos de masa de suelo de 3 mm de diámetro, contando como rotación un movimiento completo de la mano hacia adelante y hacia atrás, regresando así, a la posición inicial. Se
Muestra: Se toma una muestra que pese aproximadamente 100 g. de una porción de material completamente, se divide el suelo en la cazuela de bronce con una firme pasada del ranurador a lo largo del diámetro y a través de la línea central de la masa del suelo, de modo que se forme una ranura limpia y de dimensiones apropiadas, se levanta y golpea la cazuela girando la manija F, a una velocidad de dos revoluciones por segundo, hasta que las dos mitades de la pasta de suelo se pongan en contacto en el fondo de la ranura a lo largo de una distancia de cerca de 13mm (0.5"). Se anota el número de golpes Se saca una tajada de suelo, aproximadamente del ancho de la espátula; se toma de uno y otro lado y en ángulo recto con la ranura incluyendo la porción de ésta en la cual se
hizo contacto y se coloca en un recipiente adecuado. Se pesa y se anota el valor. Se coloca el suelo con el recipiente dentro del horno a 110 ± 5°C (230 ± 9°F) hasta obtener una masa constante y se vuelve a pesar tan pronto como se haya enfriado antes de que pueda haber absorbido humedad higroscópica. Se anota esta masa, así como la pérdida de masa debida al secamiento y la masa del agua. Se transfiere el suelo sobrante en la cazuela de bronce a la cazuela de porcelana. La cazuela y el ranurador se lavan y se secan para prepararlas para el tanteo siguiente, se repite la operación anterior por lo menos en dos ensayos adicionales con el suelo restante en la vasija de porcelana, al cual se le agrega agua suficiente para ponerlo en un estado de mayor fluidez. El objeto de este procedimiento es obtener muestras de tal consistencia que al menos una de las determinaciones del número de golpes requeridos para cerrar la ranura del suelo.
Cálculo tipo del porcentaje de humedad:
0.6[] 2.4[]
∗ 100
∗ 100 = 25%
LÍMITE PLÁSTICO: 25% + 12% + 21% 3
= 19.333% ≈ %
5.2 Límite líquido:
Pto
No. golpes
Peso tara (g)
Peso tara + suelo húmedo(g)
1
40
6,9
31,3
2
35
7,1
21,4
3
20
6,9
27
5. ANÁLISIS DE DATOS 5.1 Límite plástico:
Peso tara + suelo Suelo seco Masa del (g) agua(g) seco (g)
Muestra No.
Peso tara(g)
Peso tara + suelo húmedo(g)
Suelo húmedo(g)
1
7
10
3
2
7,1
9,9
2,8
3
7,1
10
2,9
Peso tara + suelo seco (g)
Suelo seco
Masa del agua(g)
% de humedad
9,4
2,4
0.6
25%
9,6
2,5
0.3
12%
9,5
2,4
0.5
21%
% de humedad
26,5 18,5
19,6 11,4
4.8 2.9
25% 26%
22,8
15,9
4.2
27%
í í = −0,0923 ∗ (25) + 28,923 = 26,62% ≈ 27%
5.3 Índice de plasticidad
Observando la gráfica anterior se observa que el suelo está en la zona de CT , con lo que se sabe que es una arcilla inorgánica de plasticidad baja a media, arcillas gravosas, arcillas arenosas, arcillas limosas, suelos sin mucha arcilla.
= − = % − % = % Habiendo calculado los límites, líquido y plástico, ahora se puede clasificar el suelo con ayuda de la carta de plasticidad.
6. CONCLUSIONES
La imagen anterior fue tomada de https://www.google.com.co/search?q=carta+de+ plasticidad+aashto&source=lnms&tbm=isch&sa =X&ved=0ahUKEwiN3KrYpKrJAhXDdh4KHYF LBu8Q_AUIBygB&biw=1366&bih=643#imgrc= S9jeTckdmQnEgM%3ª. Se ubican, el límite líquido en el eje de las abscisas con un valor de 27% y el límite plástico en el eje de las ordenadas con un valor de 20%, se observa la gráfica y con la intersección de estos valores se obtendrá la clasificación del suelo.
En la práctica puede tener un error significativo debido a que las muestras se encontraban expuestas a un ambiente que les ocasionaba perdida de humedad rápida mientras se trabajaban. Materiales no eran suficientes para remover de los tamices la totalidad de la muestra, por tanto esto genera una pequeña perdida porque no se contaba con los materiales suficientes para realizar procedimiento de extracción más efectivo que el simple vaciado por la gravedad, aunque no fueron muchas las partículas que se quedaban en los tamices, aun así eran importantes dado que de tamiz en tamiz la muestra iba perdiendo peso.
7. REFERENCIAS [1] Norma AASHTO No. T 89 [2] Norma AASHTO No. T 90-07 [3] Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil JOSEPH BOWLES [4] NORMA INV 123-07 [5] NORMA INV 123-07 [6] MANUAL DEL INGENIERO CIVIL. Tomo I. Mac Graw Hill: México. Sección 5-6.
