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Laboratorio de Mecánica de Suelos Límites de Atterberg 08 de noviembre 2018, 2do termino Arevalo Mite Kleiner David Burgos Anzules Luis Nicolás Espinoza Mora María Fernanda Facultad de Ingeniería en Ciencias de la Tierra (FICT) Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL) Guayaquil - Ecuador [email protected] [email protected] [email protected] Resumen En el presente informe se habla de cómo determinar los límites de Atteberg, esto se debe a que con estos valores se puede clasificar los suelos de tipo fino, arcillas o limos. Estos limites son el contenido de humedad necesario para que la consistencia del suelo cambie, ellos son: Limites líquido, limite plástico e índice de plasticidad, que permiten de determinar la naturaleza del terreno con la ayuda de la carta de plasticidad. Los ensayos que se implementan son de tipo cualitativo, se necesita observación y también se requiere basarse en la experiencia previa para realizar estas pruebas de manera adecuada. Palabras claves: Atterberg, plasticidad, humedad, consistencia, suelo

Objetivos Principal: Determinar los límites de consistencia o de Atterberg de una muestra de suelos: Límite Líquido (LL), Límite Plástico (LP), e Índice de Plasticidad (IP). Específicos: - Probar el correcto utilizo de la copa de Casagrande. - Graficar la línea tendencia de los valores que se encuentran con las pruebas del límite líquido. - Lograr clasificar el suelo en una de las tipologías que se determinan en el sistema unificado de clasificación.

Marco teórico El sistema unificado de clasificación del suelo basa su origen en el trabajo realizado por el ingeniero civil Arthur Casagrande mientras prestaba servicio por el cuerpo de ingenieros civiles del ejército de los Estados Unidos apenas después de la Segunda Guerra Mundial. La necesidad de recurrir a una única forma de clasificación para los terrenos que tendrían que ser utilizados para las obras civiles llevó a Casagrande a proponer en 1948 de clasificar los terrenos en 2 grandes familias, que se basan, como para la mayoría de las aplicaciones en geotecnia en la granulometría del terreno, así que, en primer lugar, se lo divide en terreno grueso o terreno fino. (Das, 2015) Los terrenos gruesos son las arenas y las gravas, y se distinguen entre sí simplemente relacionando sus granulometrías, analizando los datos del tamizaje, en vez los terrenos finos, a parte del análisis por el tamiz, tiene que ser sometido a otro tipo de pruebas para ser clasificados como limos o como arcillas.

Los criterios con el cual se clasifican los terrenos de tipo fino son los que se conocen como límites de Atterberg, definidos de manera habitual como la cantidad de humedad (w) necesaria para efectuar una transición en el estado de agregación de la materia. (Lambe, 2004) 𝑤=

𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑊𝑑𝑟𝑦 × 100 𝑊𝑑𝑟𝑦 Ecuación 1

El primer criterio expuesto es el limite plástico, se lo entiende de tal manera de que es la cantidad de agua necesaria para hacer en modo que un testigo de suelo pase de estado puramente solido a un estado plástico, o sea que una vez asumida una deformación este no regrese a su forma original; para el cual se hace una prueba de tipo cualitativo, construyendo con las manos unas “tiritas” con una muestra del suelo que se quiere analizar de alrededor 3,2 mm de diámetro. Este contenido de agua será el adecuado para el cual estas tiritas no se desmoronen. De manera similar se trabaja con el limite líquido, la cantidad de humedad con él cual el suelo pasa de comportarse como un sólido plástico a comportarse como un líquido, o sea aplicando un esfuerzo de tipo cortante hasta que la muestra no ceda. (Das, 2015) Esto se hace con la ayuda de una copa de latón, llamada copa de Casagrande, en el cual se coloca una pasta de suelo, se hace un corte a lo largo del centro de la pasta, se deja caer la copa de una altura de 10 mm y se espera el momento en el cual desde la parte inferior se cierra la ranura de una longitud de 12,7 mm; el limite liquido será el contenido de humedad necesario para realizar este operación con 25 golpes. (ASTM, 1998) Importante también hablar del índice plástico (IP), o sea el valor que establece el rango con el cual un determinado terreno se comporta de manera plástica, o sea que es deformable sin que este regreso a su estado original o comience a escurrir/desmoronarse. 𝐼𝑃 = 𝐿í𝑚𝑖𝑡𝑒 𝐿í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 − 𝐿í𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑃𝑙á𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜 Ecuación 2 Cada uno de estos parámetros son típicos de cierto terreno en particular, ya tabulados gracias a la experiencia que se tiene en el campo.

Equipos • • • • • • • • • •

Aparato para Límite Líquido: o Copa de Casagrande Ranurador: Para realizar el surco que divide la muestra colocada en la copa, en dos mitades. Balanza: con legibilidad de 0.01g Tamiz: No. 40 Horno de secado (110 °C), Mortero de porcelana, Espátula Taras Piseta Placa de vidrio

Metodología •

DETERMINACIÓN DE LÍMITE LÍQUIDO

1. La muestra obtenida del suelo se secó con el sol, luego de secarlo se chana la tierra con martillo de goma para minimizar el volumen de sus partículas. Esta parte fue realizada anteriormente en el laboratorio. 2. La muestra se separa en dos partes iguales, luego se elige una de las partes de la muestra para pasarlo por el tamiz # 40. 3. Se oscila el tamiz # 40 con la muestra aproximadamente por 3 minutos para obtener la una muestra representativa de unos 150 a 200 gramos aproximadamente. 4. Se coloca la muestra representativa en una vasija de porcelana y añadir una pequeña cantidad de agua con la piseta, para humedecer la muestra. 5. Mezclar hasta conseguir una mezcla homogénea con color uniforme, además de una consistencia pegajosa de la pasta. 6. Se coloca una cantidad de la muestra húmeda en la parte central de la copa de Casagrande y se nivela la superficie, se separa en dos partes iguales a la muestra húmeda con una raya en la mitad que se debe mostrar claramente. Al tener el surco, con la manivela levantar y dejar caer la copa a razón de 1.9 a 2.1 caídas por segundo hasta que las dos mitades entren en contacto. 7. Repetir nuevamente con 2 muestras más para lograr 3 puntos a diferentes contenidos de humedad. 8. La muestra obtenida del centro de la copa de Casagrande se pesa y pone en el horno a una temperatura de 105 °C durante 6 horas para el secado de la muestra.

•

DETERMINACIÓN DE LÍMITE PLASTICO

1. Se separa el material preparado para el límite líquido se toma aproximadamente 15 a 20 gramos de la muestra. Luego se amasa el suelo y se deja que pierda humedad hasta una consistencia a la cuál pueda enrollarse sin que se pegue a las manos esparciéndolo y mezclándolo continuamente sobre la placa de vidrio. 2. El rollito debe ser adelgazado en cada movimiento hasta que su diámetro sea cercano a 3 mm, la prueba continúa hasta que el rollito empieza a rajarse y tiende a desmoronarse. 3. Una vez que se ha producido el límite plástico se debe colocar el rollito en un recipiente de peso conocido y se pesa para determinar el contenido de humedad. Seguidamente se repite la operación tomando otra porción de suelo. 4. La muestra obtenida con rollitos es pesada y puesto en el horno a una temperatura de 105 °c durante 6 horas.

Resultados Datos: Peso de la muestra de suelo (g)

161,4

peso de recipiente (g)

56,71 TAMIZADO

N° Tara

N° tamiz

Peso retenido (g)

4 10 40 200 Fondo Total

1,99 11,36 64,99 59,95 22,59 160,59

Retenido (%) 1,23 7,04 40,27 37,14 13,99

Tabla ensayo limite liquido Peso suelo Peso tara peso suelo Número de húmedo + tara (g) húmedo(g) golpes (g)

47 46 10

6,06 6,09 6,26

10,63 12,8 13,17

4,57 6,71 6,91

Tabla ensayo limite plástico Peso de Peso Tara + Tara (g) rollito (g)

N° Tara 59 26 22

6,15 6,27 5,98

6,69 7,44 6,53

Pesos secos: Límite Líquido - Peso seco N° Tara Peso Seco (g) 47 9,42 46 10,98 10 11,34 Límite Plástico - Peso seco N° Tara Peso seco (g) 59 6,58 26 7,2 22 6,43

33 17 25

Peso de rollitos (g) 0,54 1,17 0,55

Humedad resultante: N tara humedad 47 36,01% 46 37,22% 10 36,02% 59 25,58% 26 25,81% 22 22,22% Gráfico limite liquido

Límite Líquido 37,40% 37,20%

Humedad

37,00% 36,80% 36,60% 36,40% 36,20% 36,00% 35,80% 0

5

10

15

20 Golpes

Limite Plástico: 25,69 % Limite Liquido: 36,02% Índice Plástico: 10,33

25

30

35

Análisis de resultados Es necesario para este tipo de trabajos consultar la carta de plasticidad, que recoge en sí los precedentes pruebas y toda la experiencia sobre la clasificación de los suelos:

Mirando los datos que arrojados las pruebas en laboratorio se puede decir con la ayuda de la carta de plasticidad que nos encontramos con una arcilla inorgánica de plasticidad media.

Conclusiones Fue posible clasificar de manera adecuada la muestra de terreno obtenida, gracias también al hecho que una prueba realizada fue exactamente la que se necesita para obtener el limite líquido. Muy probablemente se realizó un error de distracción al momento de distracción, porque la cantidad de humedad del límite liquido se repitió en una prueba con golpes superior. Debido al desfase encontrado en los ensayos una línea de tendencia del limite liquido tiene poco significado, existe la necesidad que pase por él punto de 25 golpes, pero al mismo nivel de humedad se encuentra la de 35 golpes. Los valores de humedad de los ensayos de limito plástico salieron bastante cercanos entre sí, por lo cual se puede considerar ese valor como veredicto.

Recomendaciones Antes de ingresar la muestra al horno verificar que no exista material adherido alrededor del recipiente. Al agregar agua con la piseta para humedecer la muestra se prefiere que esta quede más seca que húmeda. Realizar el ensayo del limite liquido con un numero superior de pruebas, en modo tal de poder descartar con mayor facilidad los valores que arrojan aberraciones evidentes.

Bibliografía

ASTM. (1998). Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils. New York: ASTM international. Das, B. (2015). Fundamentos de Ingenieria Geotecnica. México, DF: Cenagr. Lambe, W. (2004). Mécanica de Suelos. México, DF: Limusa.