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INTRODUCCIÓN: Desde el inició de la investigación del suelo por parte del hombre, existieron muchas interrogantes que se plantearon el momento de analizar el mismo, siendo en tiempos antiguos imposible llegar a conclusiones certeras por la escaza tecnología e implementos necesarios para tal estudio. Siendo factible con el paso del tiempo comprender muchas propiedades y establecer métodos para la obtención de las mismas, como por ejemplo para la obtención del límite de contracción en un suelo. Para lo cual es necesario comprender los siguientes términos.
Estados de Consistencia El comportamiento de un suelo está muy influenciado por la presencia de agua en su seno, Este hecho se acentúa cuanto menor es el tamaño de las partículas que componen dicho suelo, siendo especialmente relevante en aquellos donde predomine el componente arcilloso, ya que en ellos los fenómenos de interacción superficial se imponen a los de tipo gravitatorio. Por ello, resulta muy útil estudiar los límites entre los diversos estados de consistencia que pueden darse en los suelos coherentes en función de su grado de humedad: líquido, plástico, semisólido y sólido.
Límite Líquido: Se determina mediante el método de la cuchara de Casagrande. El ensayo se basa en la determinación de la cantidad de agua mínima que puede contener una pasta formada por 100 gramos de suelo seco que haya pasado por el tamiz 0.40 UNE. Para ello, se coloca sobre el mencionado artefacto y se acciona el mecanismo de éste, contándose el número de golpes necesario para cerrar un surco en una longitud de 13 mm. El ensayo se dará por válido cuando se obtengan dos determinaciones, una de entre 15 y 25 golpes, y otra entre 25 y 35. La humedad correspondiente al límite líquido será la correspondiente a 25 golpes, y se determinará interpolando en una gráfica normalizada las dos determinaciones determinaciones obtenidas experimentalmente. experimentalmente.
Límite Plástico: Se determina de una manera si cabe más rocambolesca: se define como la menor humedad de un suelo que permite realizar con él cilindros de 3 mm de diámetro sin que se desmoronen, realizándose 2 determinaciones y hallando la media. Este ensayo se realiza con 200 g. de muestra seca y filtrada a través del tamiz 0.40 UNE, como en el caso anterior.
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A la diferencia entre ambos límites se denomina índice de plasticidad (IP), y da una idea del grado de plasticidad que presenta el suelo; un suelo muy plástico tendrá un alto índice de plasticidad:
Factores que regulan la plasticidad del suelo. La plasticidad se puede definir como la capacidad de un cuerpo para fluir sin cambio de volumen bajo la acción de una fuerza constante, si ésta excede de cierto límite y para mantenerse deformada cuando la fuerza deja de actuar. La plasticidad de los suelos es diferente de la plasticidad de los metales; en aquellos es provocada por la presencia de cierta cantidad de agua o, generalmente hablando, de un líquido con moléculas bipolares. Cuando el suelo se mezcla con un líquido que no posea moléculas bipolares bien diferenciadas.
El límite de retracción LR (o L. de Contracción). Se define el límite de retracción como el máximo contenido de agua w al cual una reducción en humedad no causa una disminución en el volumen de la masa de suelo. Para medirlo, se coloca en una cápsula el suelo húmedo y se determina su peso Wi y volumen Vi, siendo Vi también el volumen de la cápsula. Se seca el suelo en la estufa y se obtiene supeso Wf y volumen Vf. El problema está en obtener Vf, y el cual se logra conociendo el peso del mercurio desplazado por el suelo seco, operación que es delicada. Cuando está en el límite de retracción. El LR se denomina también límite de contracción del suelo. Los valores corrientes son: para arcillas 4 a 14%, para limos 15 a 0%; en las arenas no se da cambio del volumen por el secado. Una muestra de suelo secada lentamente (sometida a desecación), formará un menisco capilar entre los granos individuales del suelo. Como resultado, los esfuerzos entre los granos (esfuerzos efectivos o intergranulares), aumentarán y el suelo disminuirá de volumen. A medida que la contracción continúa, el menisco se hace más pequeño y los esfuerzos capilares se incrementan, lo cual reduce aún más el volumen. Se llega hasta un punto donde no hay mayor reducción de volumen, pero el grado de saturación es esencialmente 100 %. El contenido de agua al cual esto ocurre se define como límite de contracción (LC, SL o wS). En este punto, el menisco capilar comienza a retraerse bajo la superficie del suelo y el color de la superficie cambia de uno resplandeciente a una apariencia uniforme (el mismo efecto
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se observa cuando un suelo dilatante se retrae bajo la superficie, que adquiere apariencia uniforme (parda) debido a la reflectividad en los cambios en superficie). También puede decirse que el límite de contracción es el menor contenido de humedad al que una muestra de suelo no reducirá volumen con posterior secado.
Índice de Consistencia, IC (o I. de liquidez) Puede tener valores negativos y superiores a 100%
Índice de Retracción, IR. Este, indica la amplitud del rango de humedades dentro del cual el suelo se encuentra en estado semisólido.
Propiedades de limos y arcillas a) Resistencia en estado seco de un bloque o terrón de suelo: se toma un espécimen seco del suelo y se golpea con un martillo. En la arcilla la resistencia seca es alta y en el limo la resistencia seca es baja.
b) Dilatancia: llamada prueba de sacudimiento, porque se coloca una porción muy húmeda en la palma de la mano que al golpearla con la otra mano por debajo, hace que el aguadle suelo aflore y luego pueda desaparecer, ocurriendo rápido en limos o lentamente en arcillas
c) Tenacidad: mide la plasticidad del suelo y se evalúa formando rollitos de 1/8” o (3mm). Si consuelos húmedos los rollitos así no se agrietan ni desintegran, tenemos arcillas; si lo hacen, limos.
d) Sedimentación o dispersión: se disgrega el suelo triturándolo para separar los granos; se hace una suspensión en agua y en recipiente de vidrio se mezcla y homogeneiza la mezcla, luego se deja reposar: Así, la arena se deposita en segundos, el limo en minutos y pocas horas, y la arcilla en varias horas e incluso días, quedando turbia el agua.
e) Brillo: se frota el suelo húmedo en su superficie con una navaja. La superficie brillante indica arcilla y la superficie color mate, limo.
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OBJETIVOS: Objetivos Generales: 1. Identificar los tipos de suelo utilizados, por medio del análisis de la muestra otorgada para su correspondiente estudio, siguiendo los parámetros (color, olor, compacidad, tamaño, etc.), aprendidos en la primera práctica realizada.
2. Determinar en el laboratorio el contenido de humedad que presenta la muestra entregada, mediante el empleo del horno para secar las mismas.
3. Determinar con los datos obtenidos durante la práctica, los límites de Atterberg para la muestra de suelo entregada al grupo de trabajo.
4. Determinar el límite de contracción para la muestra de suelo entregada al grupo de trabajo.
Objetivos Específicos: 1. Analizar los datos obtenidos durante la práctica realizada, para la elaboración de conclusiones en base a los porcentajes de humedad encontrados para la muestra entregada por medio de los cálculos realizados para la obtención de los mismos.
2. Determinar el límite líquido, límite plástico y el índice de plasticidad de las muestras de suelo entregadas para la realización de la práctica.
3. Observar el procedimiento para la obtención de los límites de Atterberg y Contracción en un suelo en base a los conocimientos adquiridos en horas de clase.
4. Realizar la gráfica de contenido de humedad (%) en función del número de golpes aplicados en la muestra.
EQUIPO Y MATERIAL: Equipo:
Balanza A= +/- 0.01 g (Ubicada en la Mesa de Cada Grupo).
Acanalado.
Cápsula de Contracción.
Horno (temperatura varía entre 105°C +/- 5°C).
Dispositivo Mecánico (Copa de Casagrande).
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Materiales:
Muestra de Suelo
1 muestra de Limo.
Proyecto: Canchas Deportivas Localización: Guaranda. Obra: Cimentación. Perf. No. 02 P.C.A. No. Muestra No. 03 Prof. de: 1.00 a 1.50 m
Agua.
Mercurio (Aproximadamente 200 cm ³).
Herramientas:
7 recipientes de aluminio pequeños.
Recipiente Metálico de 350 cm ³.
Recipiente Cilíndrico de Vidrio.
Placa de vidrio con 3 patitas metálicas para sumergir al suelo en el mercurio.
Regla de Acero (10 cm de longitud).
Cubeta de plástico.
Espátula.
Portavasos para los pequeños recipientes con el contenido de las muestras de los grupos de trabajo.
Pera de caucho.
Franela.
Esponja.
PROCEDIMIENTO: Identificación y Descripción de Suelos: 1. Se proporcionó a cada uno de los grupos 1 muestra de limo, procediendo así por consiguiente a empezar la descripción de la misma mediante la observación de sus propiedades.
2. Se facilitó a los estudiantes la identificación de la muestra de suelo otorgada, para así continuar con la descripción de la misma mediante la utilización de los parámetros indicados por el ayudante de cátedra durante la práctica basándose los
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mismos en: oler, observar el tamaño y color del grano, verificar si existe contenido de agua, comprobar si existe plasticidad y compacidad, etc.
3. Por consiguiente para realizar las respectivas anotaciones, se reconoció si la muestra según el tipo de suelo selecto era de partículas finas o gruesas (si son gruesas se debe tomar el grano más grande y luego tomar su medida para el procedente registro; en el caso de ser fino es necesario verificar su plasticidad y compacidad).
4. Finalmente al estar de acuerdo todos en el grupo con las descripciones realizadas, se procedió a registrar todos los parámetros en el correspondiente formulario para la práctica realizada.
Contenido de Agua o Humedad: 1. Se procedió a encerar correctamente la balanza a ser utilizada. 2. Se determinó el peso de los recipientes pequeños vacíos (verificando que no se encuentre contenido de agua en los mismos) y se registró el valor obtenido en la balanza con el número identificador para cada uno de ellos.
3. Se colocó las muestras correspondientes al tipo de suelo entregado (8 muestras en total) en los 7 recipientes, siendo los mismos distribuidos de la siguiente manera:
4 recipientes pequeños vacíos para colocar la muestra de cada tipo de suelo otorgado (suelo seco o húmedo según fue el caso – Límite Líquido).
3 recipientes pequeños vacíos para colocar la muestra de cada tipo de suelo otorgado (suelo seco o húmedo según fue el caso – Límite Plástico).
4. Se procedió a pesar las muestras colocadas en los recipientes pequeños con el fin de obtener el valor del peso del recipiente + la muestra, para los futuros cálculos a realizarse.
5. Se registró todos los datos obtenidos, procediendo así: a llevar las muestras al horno (con una temperatura entre 100 y 105 °C), durante un periodo de tiempo de 24 horas.
6. Al finalizar el periodo de tiempo ya explicado, se procedió a retirar las muestras del horno con el fin de volver a pesar las mismas, obteniendo de esta manera el valor del peso del recipiente vacío + el valor de la muestra de suelo seca.
7. Se registró los valores obtenidos del suelo seco en el formulario correspondiente a la práctica realizada, para la formulación de los cálculos necesarios y las correspondientes conclusiones de la práctica.
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Determinación del Límite Líquido en un Suelo 1. Se colocó una muestra de suelo en el recipiente metálico de volumen conocido, procediendo de esta manera con la ayuda de la espátula a formar una mezcla homogénea.
2. Se colocó la muestra previamente mezclada en la copa de Casagrande con ayuda de la espátula, observando que la superficie superior quede plana (espesor máx.= 1 cm).
3. Mediante el empleo del acanalador se trazó un canal en el suelo, observando que el plano de simetría del canal sea perpendicular a la articulación de la copa.
4. Posteriormente al corte realizado, se procedió con la ayuda de la manivela en la copa de Casagrande a activar el mecanismo de la misma, que permite ejercer golpes a la muestra de suelo colocada en la copa (a razón de 2 golpes por segundos).
5. Posteriormente se procedió a contar los golpes necesarios para que las dos mitades de suelo entren en contacto entre si al fondo del canal, en una longitud continua de alrededor de 1cm por fluencia del suelo.
6. Se procedió a secar la muestra mediante el empleo de papel periódico (sin excederse en el secado de la muestra), con la finalidad de llegar a 40 - 45 golpes en la copa de Casagrande.
7. Se realizó el mismo procedimiento mencionado anteriormente pero esta vez: para dos valores menores y mayores a 25 golpes (siendo el límite los 40 a 45 golpes ya mencionados anteriormente). Nota: Si es necesario se deberá añadir agua, para poder encontrar los valores menores a 25 golpes ya que debido al secado los valores encontrados tienden a ser mayores a los 25 golpes ya mencionados (todo esto en función de la unión de las partículas de suelo separadas mediante el empleo del acanalador, por medio del número de golpes realizado).
8. Se retiró con la ayuda de la espátula la porción de la muestra (que cumpla con el número de golpes establecidos para la práctica) utilizada en la copa de Casagrande
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para su posterior colocación en uno de los recipientes pequeños metálicos, con el fin de determinar el contenido de humedad en la muestra.
9. Finalmente se siguió los pasos 4, 5, 6 y 7 establecidos en la determinación del contenido de humedad en una muestra de suelo.
Determinación del Límite Plástico en un Suelo
1. Se mezcló completamente el suelo en el recipiente metálico de volumen conocido mediante el empleo de la espátula, para la obtención de una pasta homogénea que pueda moldearse fácilmente con los dedos sin que se adhiera a ellos (la adherencia variará dependiendo del tipo de suelo y en algunos casos no será muy factible el poder moldear el suelo).
2. Se amaso la muestra de suelo utilizada hasta f ormar un cilindro de aproximadamente 3 mm de diámetro y 13 cm de longitud (todo esto llevado a cabo en una superficie lisa, limpia y sobretodo no absorbente).
3. Se determinó el límite plástico observando la aparición de grietas en el cilindro amasado anteriormente.
4. Se procedió a dividir la tira de suelo agrietada para la posterior colocación de sus fracciones en los recipientes pequeños metálicos.
5. Finalmente se siguió los pasos 4, 5, 6 y 7 establecidos en la determinación del contenido de humedad en una muestra de suelo.
Se registró los valores obtenidos, a ser utilizados para los respectivos cálculos en la presente práctica. Se limpió todas las herramientas utilizadas para su posterior entrega con el formulario con los correspondientes valores registrados.
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Determinación del Límite de Contracción en un Suelo
1. Se procuró en la copa de Casagrande obtener una muestra que a los 25 golpes, se cierre en aproximadamente 1 cm el suelo en la misma (procediendo a secar o añadir agua a la muestra según sea necesario para la obtención del suelo deseado).
2. Se colocó la muestra obtenida a los 25 golpes, en el molde para dar forma a la pastilla de suelo necesaria para la práctica, procurando enrasar la superficie correctamente con el fin de que no se presenten vacíos en la misma.
3. Se llevó la muestra al horno (con una temperatura entre 100 y 105 °C), durante un periodo de tiempo de 24 horas.
4. Se procedió a sacar del molde la pastilla de suelo formada, después del periodo de tiempo establecido para el secado de la misma.
5. Se encero en mercurio la muestra seca para obtener el volumen final de la pastilla formada. Nota: Para la obtención del volumen inicial de la muestra es requerido el empleo de agua, colocando la misma en el molde hasta que quede completamente lleno para la posterior determinación del volumen.
Se registró los valores obtenidos, a ser utilizados para los respectivos cálculos en la presente práctica. Se limpió todas las herramientas utilizadas para su posterior entrega con el formulario con los correspondientes valores registrados.
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CÀLCULOS TÌPICOS: Muestra de suelo fino (Limo). Proyecto: Canchas Deportivas Localización: Guaranda. Obra: Cimentación. Perf. No. 02 P.C.A. No. Muestra No. 02 Prof. de: 1.00 a 1.50 m
Contenido de humedad
En Donde: W1 = masa del suelo húmedo + masa del recipiente. W2 = masa del suelo seco + masa del recipiente. Wc= masa del recipiente Datos: Muestra de Suelo Seco: Recipiente No. 114
W1= 25.98 g W2= 22.32 g
(( ))
WC= 7.53 g w´= ? Recipiente No. 030
W1= 28.24 g W2= 24.17 g WC= 7.55 g w´= ?
( ) ()
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Promedio del porcentaje del contenido de humedad: No es factible realizar esta operación ya que únicamente se tomó una muestra de suelo para el análisis de su contenido de humedad, para cada # de golpes ejercidos en la muestra con el empleo de la copa de Casagrande y los rollos empleados para la obtención del límite plástico.
Límites: Líquido y Plástico:
Datos: 1) Humedad Natural (Wn) = 20 % Límite Líquido (WL): Solución: El límite líquido se lo determina en la correspondiente gráfica realizada durante la práctica (contenido de humedad en función del # golpes realizados), siendo el mismo él % de humedad que hallamos respectivamente en el golpe # 25 realizado. 2) WL
.
Límite Plástico (WP): Datos: a) Contenido de Humedad recipiente N° 078 = 26.00 % = w% b) Contenido de Humedad recipiente N° 114 = 24.75 % = w% c) Contenido de Humedad recipiente N° 030 = 29.49 % = w% d) Contenido de Humedad recipiente N° 179 = 25.36 % = w% Solución:
∑ () WP =
Índice de Plasticidad (IP): Datos: WL = límite líquido = 25.00 %. WP = límite plástico = 23.42 %.
3) WP = 23.42 %
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Fórmula: IP = WL – WP
Solución: IP = (25.00 – 23.42) %. IP = 1.577 %.
Índice de Fluencia (If ): Datos: w1 = % inicial de la curva = 24.75 % w2 = % final de la curva = 26.00 % N°1 = Número de golpes inicial de la curva = 10 golpes N°2 = Número de golpes final de la curva =
Fórmula: If =
Solución:
Índice de Tenacidad (IT): Datos: IP = Índice de Plasticidad = 1.577 %.
Fórmula:
I T =
Solución: I T =
IT
44 golpes
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Índice de Liquidez (IL): Datos: Humedad Natural (W n) = 14 % WP = límite plástico = 23.42 %. IP = Índice de Plasticidad = 1.577 %.
Fórmula: I L =
( )
Solución: I L =
IL
Índice de Consistencia (IC): Datos: Humedad Natural (W n) = 14 % WL = límite líquido = 25.00 %. IP = Índice de Plasticidad = 1.577 %.
Fórmula: I c =
( )
Solución: I c =
Ic
Datos:
Límite de Contracción:
()
wi = contenido de agua inicial =
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Vi = Volumen inicial de la pasta = Volumen Inicial de la Cápsula = 19.96 cm . ³
Vf = Volumen final de la pasta: Peso del mercurio desplazado = 262.33 gr γmercurio = 13.60 gr/cm3
Vf = (262.33 g. / 13.60 gr/cm3) Vf = 19.33 cm3
Ws = Peso de los Suelo Seco = 26.10 g. w = Peso unitario del agua = 1 g/cm . ³
) (
Relación de Contracción:
Contracción Volumétrica:
() ()
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Contracción Lineal:
√ √ CONCLUSIONES: 1. Se observó que es necesario realizar más de un experimento con una determinada muestra de suelo con la finalidad de encontrar un valor de humedad aproximado al real, permitiéndonos evitar el arrastre de errores.
2. Se utilizó la copa de Casagrande para la determinación de los límites de Atterberg permitiéndonos la misma observar la resistencia al corte que la muestra de suelo presenta al momento que los lados de la ranura se deforman o cortan.
3. Se puede concluir que los suelos más finos tienden a tener mayor plasticidad y por ende mayor índice de plasticidad, esto quiere decir que la plasticidad de un suelo está en función del tamaño de sus partículas o finura de sus granos.
4. Se observó que al realizar la curva de fluidez se pueden presentar algunos problemas con los valores obtenidos, esto debido principalmente al incorrecto manejo del equipo por parte del operador del mismo, siendo en ese caso factible el realizar la línea recta principal a través de las demás líneas rectas formadas por los puntos obtenidos durante la práctica.
5. Se observó que un suelo, al contener mayor cantidad de agua tiende a presentar alteración en el comportamiento de sus partículas adyacentes.
Conclusión aplicada a la Ingeniería Civil: 1. La práctica realizada en el laboratorio, es de vital importancia en la Ingeniería Civil como por ejemplo en la construcción de una carretera, ya que al conocer los límites de Atterberg, el ingeniero interpreta las propiedades físicas y mecánicas del tipo de
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suelo analizado, generando que de esta manera los cálculos realizados en la obra a construirse, tengan en consideración la aparición de baches y ondulaciones en la misma (todo esto con el fin de evitar este tipo de problemas).
RECOMENDACIONES: 1. Desarrollar durante la práctica una explicación correcta que provea a los estudiantes con el conocimiento necesario para poder comprender el trabajo a realizarse según el tema que corresponda.
2. Verificar que todo el equipo necesario para realizar la práctica se encuentre en condiciones apropiadas para la correcta realización de la misma.
3. Limpiar correctamente las herramientas utilizadas después de realizar la práctica, con el fin de mantener en óptimas condiciones el laboratorio de mecánica de suelos.
4. Se recomienda el no saturar mucho a la muestra con agua, debido a que por razones de tiempo esto puede perjudicar al operador por lo demoroso que puede resultar el secado del suelo.
5. Proceder a tomar medidas con precisión para evitar errores de cálculo al desarrollar el informe a presentarse.
6. Es de gran importancia verificar que la balanza se encuentre encerada correctamente para evitar errores en los datos obtenidos,
7. Es necesario cumplir con el tiempo establecido de 24 horas para obtener una muestra seca en su totalidad.
8. Es recomendable y sugerido llevar a cabo el correspondiente ensayo en suelos finos. 9. Es recomendable no manipular con las manos las muestras que van a ser insertadas en los recipientes, ya que las mismas pueden absorber humedad y afectar el resultado del peso de nuestra muestra.
10. Realizar de una manera correcta y precisa los cálculos necesarios para obtener los resultados deseados tomando en cuenta todas las indicaciones sugeridas en la hora de clase.
BIBLIOGRAFÌA: Documentos Bibliográficos:
Guía académica de prácticas de laboratorio de mecánica de suelos 1. Año: 2009-2010; # de páginas: 204; Páginas Utilizadas: 55 -66
Mecánica de Suelos. Dimitri P. Krynine. Pág.: 56-59
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Mecánica de Suelos - Badillo Juárez “Fundamentos de la Mecánica de Suelos” – Tomo I. Editorial: Noriega Editores; # de páginas: 388; Páginas
Utilizadas: 123 – 138
Documentos Electrónicos:
es.wiipedia.org/wii/mitesdettererg
http://www.slideshare.net/hugogradiz/limite-de-contraccin
