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• Aarón Aparicio Costa

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INGENIERÍA CIVIL INFORME N°4: LÍMITES DE CONSISTENCIA MECÁNICA DE SUELOS I

GUTIÉRREZ HERRADA NICOLLE SEMESTRE V 2016

“La alumna declara haber realizado el presente trabajo de acuerdo a las normas de la Universidad Católica San Pablo”

FIRMA

ÍNDICE

ÍNDICE ......................................................................................................................................... ii LISTA DE TABLAS.....................................................................................................................iv RESUMEN ................................................................................................................................... v 1.

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 1

2. REVISIÓN BILIOGRÁFICA .................................................................................................. 2 2.1 GENERALIDADES SOBRE LA ARCILLA ................................................................... 2 2.1.1 CLASIFICACIÓN DE LAS ARCILLAS................................................................... 3 2.1.2 APLICACIÓN A LA INGENIERÍA CIVIL ................................................................ 3 2.2 DEFINICIÓN DE PLASTICIDAD EN SUELOS ........................................................... 4 2.3 PLASTICIDAD EN ARCILLAS ....................................................................................... 5 2.2 LÍMITES DE ATTERBERG ............................................................................................ 6 2.3 MÉTODO DE DETERMINACIÓN DE LÍMITES DE CONSISTENCIA (ATTERBERG) ........................................................................................................................ 6 2.3.1LÍMITE LÍQUIDO........................................................................................................ 6 2.3.2 LÍMITE PLÁSTICO ................................................................................................... 7 2.3.3 LÍMITE DE CONTRACCIÓN .................................................................................. 8 2.4 CONCEPTOS GENERALES ....................................................................................... 10 2.4.1 ÍNDICE DE LIQUIDEZ ........................................................................................... 10 2.4.2 ÍNDICE DE PLASTICIDAD ................................................................................... 10 2.4.3 CONSISTENCIA RELATIVA ................................................................................ 10 3. MATERIALES Y MÉTODOS .............................................................................................. 10 3.1 MATERIALES: ................................................................................................................ 10 3.2 MÉTODOS ...................................................................................................................... 12 4. CÁLCULOS Y RESULTADOS ........................................................................................... 15 4.1 DATOS ............................................................................................................................ 15 4.2 CÁLCULOS..................................................................................................................... 16 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS .................................................................................. 20 6. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 21 7. RECOMENDACIONES ....................................................................................................... 22 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................... 22

ii

LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 2.1. Suelo Arcilloso en estado natural…………………………………

3

Figura 2.2. Estados de consistencia de los suelos según Atterberg.………… 5 Figura 2.3. Tipos de Arcilla según su composición mineralógica.…………..

6

Figura 2.4. Ecuación para cálculo de Límite Líquido usando 25 golpes …...

7

Figura 2.5. Cálculo de Límite Líquido .….………………………...…………..

8

Figura 2.6. Ubicación de agujas según normas ....……..............................

8

Figura 2.7. Ecuación para cálculo de Límite de Contracción …………..……

9

Figura 3.1. Materiales para Límite Líquido (Cuchara de Casagrande Cápsulas de Porcelana Espátula).…………………….………………………..………..…..

11

Figura 3.2. Comparador de Límite Plástico en Superficie de Vidrio Rugoso.

12

Figura 3.3. Proceso de Límite Plástico. …………………………....…………..

13

Figura 3.4. Muestra para Límite de Contracción.……………………….……..

14

Figura 4.1. Gráfica del Porcentaje de contenido de Humedad en función del número de golpes sin corregir…………………...……………………….……..

16

Figura 4.2. Gráfica del Porcentaje de contenido de Humedad en función del número de golpes Corregido……………………..……………………….……..

17

Figura 4.3. Gráfica de Límite de Consistencia….……………………….……..

20

Figura 4.1. Carta de Casagrande resultante..….……………………….……..

21

iii

LISTA DE TABLAS

Pág. Tabla 2.1. Clasificación de las Arcillas según su estructura …….…………..

3

Tabla 4.1 – Datos Obtenidos en Laboratorio UCSP para Límite Líquido 14-0416...………………………………………………………………………………...

15

Tabla 4.2 – Datos Obtenidos en Laboratorio UCSP para Límite Plástico 14-0416.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,15 Tabla 4.3 – Datos Obtenidos en Laboratorio UCSP para Límite de Contracción (Pesos de las muestras) 14-04-16 ……..……………………………………...

15

Tabla 4.4 – Datos Obtenidos en Laboratorio UCSP para Límite de Contracción (Datos del Mercurio) 14-04-16 ……..…………………………………..….…...

15

Tabla 4.5 – Datos Obtenidos en Laboratorio UCSP para Límite de Contracción (Datos de la Pastilla Seca) 14-04-16…...……………………………………...

16

Tabla 4.6. Datos Obtenidos en Laboratorio UCSP 31-03-16….…..………..

16

Tabla 4.7. Cálculos para Límite Líquido Corregidos………..…….………….

17

Tabla 4.8. Cálculos para Límite Plástico……………………..…….………….

17

Tabla 4.9. Cálculos para Límite de Contracción (pesos de muestras)……...

19

Tabla 4.10. Cálculos para Límite de Contracción (volúmenes)…………………19

iv

RESUMEN Para garantizar una buena edificación es necesario que se conozca los suelos y los materiales que se utilizan, así como las propiedades de estos en condiciones ideales o específicas una de estas condiciones específicas es el comportamiento del suelo en diferentes estados de humedad, aunque se tenía noción de estos conceptos desde la antigüedad, fue el sueco Albert Mauritz Atterberg quien estudiando los suelos para adaptarlos a la agricultura, determinó algunos factores en común y contraste relacionados con el contenido de agua del suelo y también del tamaño de las partículas . El presente informe busca exponer los Límites de Consistencia de una muestra de Arcilla Humedecida, para esto, se realizaron pequeños Ensayos o Pruebas como la Cuchara o Copa de Casagrande para Límite Líquido, la formación de rollitos para el Límite Plástico, y el uso de Mercurio para determinar el Límite de Contracción. También se realizó una clasificación según lo dicho por Casagrande para suelos finos, específicamente para determinar la plasticidad como baja o alta. Finalmente se obtuvo que la muestra trabajada corresponde a un CL según Casagrande una Arcilla de Baja Plasticidad.

v

1. INTRODUCCIÓN

Desde los primeros hombres sedentarios, hasta la actual sociedad globalizada, los seres humanos han interactuado con la naturaleza para satisfacer sus necesidades básicas como son la alimentación, la vestimenta, y lo más importante la vivienda; sin embargo poder establecerse en un lugar no fue un proceso fácil, para que los antiguos pobladores pudieran tener viviendas habitables se empezó a observar las características de los suelos, en especial aquellas relacionadas con el uso del agua y la humedad, un ejemplo claro son las ruinas de Chan Chan edificadas con quincha (caña o carrizo con barro) y adobe (arcilla o suelo con agua), que perdura hasta el día de hoy; conociendo que en la antigüedad ya se investigaba el uso de los suelos según sus reacciones con el agua, es imposible concebir un presente y un futuro sin realizar este análisis, debido a eso los Ingenieros Civiles, Ingenieros Geotécnicos entre otros, se encargan de interpretar estas reacciones o fases del suelo para su posterior aplicación en beneficio de la humanidad, estas características ya usadas en la antigüedad ahora reciben nombres de acuerdo a sus características particulares y son: Límite Líquido, Límite Plástico, Límite de Contracción. El presente informe tiene como objetivo mostrar los procedimientos actuales que permiten hallar los mencionados límites de fases, así como algunos índices necesarios para la clasificación de un suelo fino, ayudado por la Carta de Casagrande; para lograr determinar estos resultados, se usa algunos ensayos como son la Cuchara de Casagrande y el cálculo de la contracción usando mercurio.

1

2. REVISIÓN BILIOGRÁFICA 2.1 GENERALIDADES SOBRE LA ARCILLA El término arcilla se usa habitualmente con diferentes significados: Desde el punto de vista mineralógico, engloba a un grupo de minerales (minerales de la arcilla), filosilicatos en su mayor parte, cuyas propiedades físicoquímicas dependen de su estructura y de su tamaño de grano, muy fino (inferior a 2 mm). Desde el punto de vista petrológico la arcilla es una roca sedimentaria, en la mayor parte de los casos de origen detrítico, con características bien definidas. Para un sedimentólogo, arcilla es un término granulométrico, que abarca los sedimentos con un tamaño de grano inferior a 2 mm. Para un ceramista una arcilla es un material natural que cuando se mezcla con agua en la cantidad adecuada se convierte en una pasta plástica. Desde el punto de vista económico las arcillas son un grupo de minerales industriales con diferentes características mineralógicas y genéticas y con distintas propiedades tecnológicas y aplicaciones. Por tanto, el término arcilla no sólo tiene connotaciones mineralógicas, sino también de tamaño de partícula, en este sentido se consideran arcillas todas las fracciones con un tamaño de grano inferior a 2 mm. Según esto todos los filosilicatos pueden considerarse verdaderas arcillas si se encuentran dentro de dicho rango de tamaños, incluso minerales no pertenecientes al grupo de los filosilicatos (cuarzo, feldespatos, etc.) pueden ser considerados partículas arcillosas cuando están incluidos en un sedimento arcilloso y sus tamaños no superan los 2 mm. Las arcillas son constituyentes esenciales de gran parte de los suelos y sedimentos debido a que son, en su mayor parte, productos finales de la meteorización de los silicatos que, formados a mayores presiones y temperaturas, en el medio exógeno se hidrolizan.

2

Figura 2.1 – Suelo Arcilloso en estado natural.

2.1.1 CLASIFICACIÓN DE LAS ARCILLAS Tabla 2.1 – Clasificación de las Arcillas según su estructura

BILAMINARES T:O 1:1

TRILAMINARES T:O:T 2:1

DIOCTAÉDRICOS Caolinita Canditas Nacritas Dickita Halloisita Pirofilita Montmorillonita Esmectitas Beidellita Nontronita Vermiculitas Illitas Moscovita Micas Paragonita

T:O:T:O 2:1:1 FIBROSOS

TRIOCTAÉDRICOS Antigorita Serpentina Crisotilo Lizardita Bertierina Talco Saponita Esmectitas Hectorita Vermiculitas

Micas

Biotita Flogopita Lepidolita

CLORITAS Paligorskita

Sepiolita

2.1.2 APLICACIÓN A LA INGENIERÍA CIVIL La utilización de Bentonita (La bentonita es una roca compuesta esencialmente por minerales del grupo de las esmectitas, independientemente de cualquier connotación genética) para la Ingeniería Civil se inicia en Europa en los años 50, y se desarrolla más tarde en Estados Unidos. Se utiliza para cementar fisuras y grietas de rocas, absorbiendo la humedad para impedir que esta produzca derrumbamiento de túneles o excavaciones, para impermeabilizar trincheras, estabilización de charcas, etc.

3

Para que se utilicen, han de estar dotadas de un marcado carácter tixotrópico, viscosidad, alta capacidad de hinchamiento y buena dispersabilidad. Las bentonitas sódicas o cálcicas activadas son las que presentan las mejores propiedades para este uso. Los usos en este campo se resumen en: 

Creación de membranas impermeables en torno a barreras en el suelo, o como soporte de excavaciones.



Prevención de hundimientos. En las obras, se evita el desplome de paredes lubricándolas con lechadas de bentonita.



Protección de tuberías: lubricante y rellenando grietas.



En cementos: aumenta su capacidad de ser trabajado y su plasticidad.



En túneles: Ayuda a la estabilización y soporte en la construcción de túneles. Actúa como lubricante (un 3-5 % de lodo de bentonita sódica mantenida a determinada presión soporta el frente del túnel). También se transporta los materiales excavados en el seno de fluidos benoníticos por arrastre.



En tomas de tierra: Brinda seguridad en el caso de rotura de cables enterrados.



Transporte de sólidos en suspensión.

2.2 DEFINICIÓN DE PLASTICIDAD EN SUELOS La plasticidad es la propiedad que presentan los suelos de poder deformarse, hasta cierto límite, sin romperse. Por medio de la plasticidad se mide el comportamiento de los suelos en todas las épocas. Para conocer la plasticidad de un suelo se hace uso de los límites de Atterberg, reciben el nombre de Atterberg en honor al químico sueco que los creó y también creó la escala granulométrica de Atterberg, quien por medio de estos límites, separó los cuatro estados de consistencia de los suelos.

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La plasticidad es una propiedad exclusiva de los suelos finos (arcillas y limos), siendo producto de las relaciones electroquímicas que se establecen entre las superficies de los elementos que forman el agregado que compone el suelo (partículas elementales de limo o arcilla).

Figura 2.2 – Estados de consistencia de los suelos según Atterberg. 2.3 PLASTICIDAD EN ARCILLAS Una de las características más importantes de la arcilla, es su plasticidad. La magnitud de la plasticidad de la plasticidad que presenta una arcilla natural depende de su composición mineralógica y contenido de humedad. Además la consistencia de una arcilla natural varía de acuerdo con el contenido de humedad, desde un estado sólido en condición seca, pasando por un estado semisólido para bajos contenidos de humedad en que el suelo se desmorona y no presenta plasticidad, pasando también por un estado plástico de altos contenidos de humedad, hasta llegar finalmente a un estado esencialmente líquido para contenidos de humedad muy altos.

Figura 2.3 – Tipos de Arcilla según su composición mineralógica. 5

2.2 LÍMITES DE ATTERBERG Los límites de Atterberg son: Límite Líquido (L.L.), Límite Plástico (L.P.) y Límite de Contracción (L.C.); mediante estos se da una idea del tipo de suelo que se evalúa. Todos los límites de Atterberg se determinan con muestras pasantes de la malla N°40 (0.425 mm). La diferencia entre los valores de Límite Líquido y Límite Plástico permite obtener el Índice Plástico del suelo. Según Atterberg cuando un suelo tiene índice plástico igual a cero, el suelo es no plástico; cuando el índice plástico es menor a 7, el suelo presenta baja plasticidad; cuando el índice plástico está comprendido entre los valores de 7 y 17, se dice que el suelo es medianamente plástico y cuando el suelo presenta un índice mayor a 17, se afirma que es altamente plástico. 

LÍMITE LÍQUIDO.- Se define como el contenido de humedad expresado en porcentaje con respecto al peso seco de la muestra, con el cual el suelo cambia del estado líquido al plástico. La cohesión de un suelo en el límite líquido es prácticamente nula, y la resistencia al esfuerzo cortante es muy pequeña.



LÍMITE PLÁSTICO.- Se define como el contenido de humedad expresado en porcentaje con respecto al peso seco de la muestra secada al horno, para el cual los suelos cohesivos pasan de un estado semisólido a un estado plástico



LÍMITE DE CONTRACIÓN.- Se define como el porcentaje de humedad, con respecto al peso seco de la muestra, con el cual, un reducción de agua no ocasiona ya la disminución en el volumen del suelo. La diferencia entre el límite plástico y el límite de contracción se llama índice de contracción y señala el rango de humedad para el cual el suelo tiene una consistencia semisólida.

2.3 MÉTODO DE DETERMINACIÓN DE LÍMITES DE CONSISTENCIA (ATTERBERG) 2.3.1LÍMITE LÍQUIDO PRIMER MÉTODO 

Se toma una muestra de 100gr. De material pasante de la malla N°40, se coloca en una cápsula y se hace una mezcla pastosa agregando agua. 6



Se coloca con una espátula en la copa o cuchara de Casagrande.



Se divide, en la parte media, en dos porciones usando un ranurador que se usa de arriba hacia abajo, para los suelos arenosos la profundidad del surco se incrementa en cada pasada del ranurador laminar (para suelos arcillosos se usa ranurador trapecial) y solo en la última capa debe rascarse el fondo de la copa, cuando no se pueda hacer la ranura con el ranurador laminar, es necesario entonces, hacer la ranura con una espátula y comprobar las medidas con el ranurador.



Hecha la ranura, se acciona la copa contando el número de golpes necesario para que la parte inferior del talud de la ranura hecha se cierre, precisamente 1,27cm, si el número de golpes realizados no se encuentra entre 6 y 35, se recoge el material y se vuelve a mezclar.



Cuando se ha obtenido un valor consistente del número de golpes comprendido entre 6 y 35 golpes, se toma una muestra aproximada de 10gr. de suelo, se repite 3 veces, en cada repetición se aumenta agua.

SEGUNDO MÉTODO Otro procedimiento, bastante popularizado para determinar el Límite Líquido, consiste en que, estando el material en la copa de Casagrande con la ranura hecha, dar 25 golpes y ver si la ranura se cierra a los 12.7 mm. En caso contrario, se recoge el material de la copa, se agrega agua a la pasta o se seca según sea el caso, y se repite el proceso hasta conseguir que con los 25 golpes la ranura se cierre a los 1.27cm (1/2”) especificados según la norma. Cuando ello suceda se extrae de la muestra una determinada cantidad, se coloca en un recipiente adecuado, se pesa (Ph), se seca en un horno a temperatura constante y se vuelve a pesar una vez seca (Ps). El límite líquido se calcula así:

𝐿𝐿 =

𝑃ℎ − 𝑃𝑠 × 100% 𝑃𝑠

Figura 2.4 Ecuación para cálculo de Límite Líquido usando 25 golpes. 2.3.2 LÍMITE PLÁSTICO Para determinar el límite plástico, generalmente se hace uso del material que, mezclado con agua, ha sobrado de la prueba de límite líquido y al cual se le 7

evapora humedad por mezclado, hasta tener una mezcla plástica fácilmente moldeable. Se forma luego una pequeña bola que deberá enseguida rodillarse en la palma de la mano o en una placa de vidrio aplicando la suficiente a efecto de formar filamentos. Los suelos que no pueden rodillarse con ningún contenido de humedad, se consideran como no plásticos. Cuando al rodillar la bola de suelo se rompa el filamento al diámetro de 1/8”, se toman los trozos, se pesan, se secan al horno, se vuelven a pesar ya secos y se determina la humedad correspondiente al límite plástico así:

𝐿𝑃 =

𝑃ℎ − 𝑃𝑠 × 100% 𝑃𝑠

Figura 2.5 – Cálculo de Límite Líquido. 2.3.3 LÍMITE DE CONTRACCIÓN Para la determinación del límite de contracción, es necesario contar con: 

Vaso de Cristal de fondo plano de 1.27cm de alto y un diámetro interior de 4.4cm.



Mercurio líquido en cantidad aproximada de 300 cm3.



Regla metálica con bordes lisos para alisar la superficie del mercurio.



Placa de vidrio con tres agujas colocadas según se muestra en la figura:

Figura 2.6 – Ubicación de agujas según normas. 

Probeta de cristal graduada con capacidad de 25 c.c.



Vaso de cristal con borde liso.



Cápsula de porcelana.



Espátula, balanza con sensibilidad de 0.01 gr.



Placa lisa de vidrio. 8

Procedimiento: -

Se determina el volumen del vaso de porcelana llenándolo con mercurio líquido y nivelando su superficie con la placa lisa del cristal. Se vacía el mercurio y se mide el volumen del vasito.

-

Se toma unos 30gr. del material pasante de la malla N°40 y se añade agua hasta formar una mezcla pastosa cuya consistencia sea, aproximadamente, la misma que tiene el suelo cuando su contenido de humedad es igual al límite líquido.

-

Se coloca la capa pastosa en el vasito de porcelana en tres capas iguales, se golpea sobre una superficie lisa hasta obtener una distribución uniforme del material.

-

Una vez lleno el vasito con la masa pastosa, alísese la superficie quitando el material sobrante con la regla metálica. El volumen de esta masa de material húmedo será igual a la del vasito de porcelana (Vh).

-

Se pesa el vasito con la masa pastosa y antes de colocarla al horno se deja la masa a secar al aire libe durante un tiempo.

-

Se coloca el vasito con la muestra en el horno a una temperatura de 100110°C, hasta tener un secado completo.

-

Se extrae la muestra del horno y a temperatura ambiente, se pesa (Ps).

-

El volumen (Vs) de la muestra seca, se obtiene al llenar el vaso de cristal con mercurio líquido y se nivela con la placa de vidrio con las agujas. Se introduce la pastilla seca, cuidando evitar las burbujas de aire en el vaso lleno de mercurio, al introducir la pastilla, esta desalojará una cantidad de mercurio igual a su volumen (Vs).

-

Se calcula el límite de contracción por la fórmula:

𝑃ℎ − 𝑃𝑠 − (𝑉ℎ − 𝑉𝑠)𝐷𝑤 𝐿𝐶 = × 100 𝑃𝑠 Figura 2.7 – Ecuación para cálculo de Límite de Contracción.

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2.4 CONCEPTOS GENERALES 2.4.1 ÍNDICE DE LIQUIDEZ Se expresa por lo general en porcentajes, de tal modo que un valor de Índice de Liquidez próximo al 100% indica que la arcilla natural presenta en el campo una consistencia próxima a la que corresponde a su límite líquido, en tanto un valor del Índice de Liquidez próximo al 0% indica que esta presenta una consistencia próxima a la correspondiente a su límite plástico. 2.4.2 ÍNDICE DE PLASTICIDAD Indica el margen de humedad dentro del cual se encuentra en estado plástico. Los suelos con contenido orgánico tienen bajo índice plástico y límites líquidos altos. 2.4.3 CONSISTENCIA RELATIVA Si la consistencia relativa resulta negativa, o sea cuando la humedad del suelo sea mayor que la de su límite líquido, el amasado del suelo lo transforma en un barro viscoso. Consistencias relativas muy cercanas a cero indican un suelo con esfuerzo a ruptura a compresión axial no confinada. Si la consistencia relativa es aproximadamente igual a uno, ello indica un esfuerzo a ruptura a comprensión axial no confinada es mayor.

3. MATERIALES Y MÉTODOS 3.1 MATERIALES: Los materiales usados durante la determinación de los límites de consistencia se detallan a continuación: Límite Líquido Muestra de Arcilla (Arcilla preparada roja). Malla N° 40 (en este caso es referencial ya que se trabajó con arcilla húmeda). Cuchara de Casagrande calibrada: El instrumento está compuesto de un casquete esférico de metal, fijado en el borde a un dispositivo que mediante la operación de una manivela se produce la elevación del casquete y su 10

subsecuente caída, produciendo así un choque controlado contra una base también metálica. El terreno mezclado uniformemente con agua es colocado en la parte del casquete metálico opuesta al punto fijo y se le da forma con una plantilla que deja en el centro una ranura uniforme. A cada vuelta de la manivela se produce un golpe en el casquete, que tiende a hacer deslizar el suelo ya húmedo juntando los bordes de la ranura.

Figura 3.1 – Materiales para Límite Líquido (Cuchara de Casagrande Cápsulas de Porcelana Espátula). Balanza con precisión de 0.01gr. Gotero de Agua. Cápsula de Porcelana. Espátula. Cápsulas de aluminio. Ranurador de plástico.

LÍMITE PLÁSTICO Balanza con precisión de 0.01gr. Muestra de Arcilla (Arcilla preparada roja). Palca de Vidrio Rugoso. Gotero de Agua. 11

Cápsula de Aluminio. Balanza con precisión de 0.01 gr. Comparador de Límite Plástico.

Figura 3.2 – Comparador de Límite Plástico en Superficie de Vidrio Rugoso. LÍMITE DE CONTRACCIÓN Muestra de arcilla (Arcilla preparada roja). Guantes. Mercurio Líquido Cápsula de Vidrio con tres agujas distribuidas como se indica en la figura 2.6. Balanza con precisión de 0.01gr. Cápsula de aluminio.

3.2 MÉTODOS Se realizó los ensayos para obtener los distintos límites de Atterberg y sus índices derivados. 

LÍMITE LÍQUIDO: Se midió la masa de aproximadamente 7 cápsulas de aluminio (Wcáp). Se mezcló la muestra de arcilla con agua, se usó la espátula para homogeneizar la mezcla de arcilla. Se preparó la cuchara de Casagrande Calibrada, y se levantó 1 cm.

12

Se colocó la mezcla homogeneizada en la cuchara de Casagrande solo hasta la mitad con una profundidad aproximada de 1 cm o menos, se utilizó la espátula para uniformizar la mezcla en la cuchara. Se hizo un trazo con el ranurador por la mitad de la cuchara llegando hasta el fondo de esta. Se procedió a utilizar la cuchara de Casagrande, se realizaron los golpes con una velocidad aproximada de 2 golpes por segundo, se siguió golpeando hasta que los surcos dejados por el ranurador se juntaron. Con ayuda del ranurador o la espátula, se retiró una porción significativa de muestra de la cuchara, la muestra recogida se colocó en una cápsula de aluminio y rápidamente se midió la masa (Wcáp+sh). Se limpió la cuchara con un trapo húmedo. Se aumentó agua a la mezcla para reducir el número de golpes, y se repitió el proceso hasta obtener aproximadamente 9 golpes. Se secaron las muestras y se midió la masa (Wcáp+ss). 

LÍMITE PLÁSTICO Se pesó aproximadamente 5 cápsulas de aluminio (Wcáp). Se tomó parte de la muestra de arcilla y se armó bolitas con la muestra. Se procedió a rodillar cada bolita hasta obtener un diámetro aproximado de 3.2mm (1/8”) de espesor y un largo de 15cm. Se observó los rollitos, y no presentaron agrietamiento; se mezcló un poco la arcilla para perder humedad y se volvieron a realizar los rollitos. Se observaron pequeñas grietas en los rollitos con las dimensiones especificadas. Se colocó cada rollito en una cápsula de aluminio y se pesaron (Wcáp+sh). Se secaron los rollitos y se pesaron ya secos (Wcáp+ss).

Figura 3.3 – Proceso de Límite Plástico. 13



LÍMITE DE CONTRACCIÓN Se pesó una cápsula de aluminio (Wcáp). Se untó con petróleo la cápsula de aluminio. Se colocó la muestra de arcilla humedecida, se dio golpes suaves para acomodarla. Se pesó la muestra en la cápsula (Wcáp+sh). Se secó la muestra al aire libre y se pesó con la muestra ya seca (Wcáp+ss). Para determinar los volúmenes inicial y final, debe realizarse con el uso de mercurio para garantizar la representatividad de los resultados, sin embargo por deficiencia de mercurio se realizó de manera arbitraria. Para determinar el volumen inicial, se pesó la cápsula llena hasta el ras de mercurio (Whg+cáp). Para el volumen final se tomó medidas de la altura y los diámetros de la pastilla contraída; lo ideal es colocar la pastilla de arcilla en la cápsula con mercurio, enrasar y colocar la placa de vidrio con las agujas y calcular el volumen con el volumen desplazado de mercurio.

Figura 3.4 – Muestra para Límite de Contracción.

14

4. CÁLCULOS Y RESULTADOS 4.1 DATOS Tabla 4.1 – Datos Obtenidos en Laboratorio UCSP para Límite Líquido 14-0416. W cáp (gr)

N° Golpes

W cáp+sh (gr)

W cáp+ss (gr)

19.38 19.26 19.92 19.37 19.81 19.39 19.37

60 35 31 27 21 16 9

26.34 27.64 28.26 24.53 29.03 27.26 24.15

24.92 25.82 26.41 23.35 26.87 25.1 22.94

Tabla 4.2 – Datos Obtenidos en Laboratorio UCSP para Límite Plástico 14-0416.

W cáp (gr)

W cáp+ sh (gr)

W cáp+ss (gr)

8.62 8.72 8.64 8.68 8.63

10.26 10.33 10.08 10.47 10.29

9.98 10.08 9.85 10.17 10.04

Tabla 4.3 – Datos Obtenidos en Laboratorio UCSP para Límite de Contracción (Pesos de las muestras) 14-04-16.

Wcáp (gr)

Wcáp+sh (gr)

Wcáp+ss (gr)

21.28

54.62

45.75

Tabla 4.4 – Datos Obtenidos en Laboratorio UCSP para Límite de Contracción (Datos del Mercurio) 14-04-16.

Whg (gr)

ρhg(gr/cm3)

264.84

13.5

15

Tabla 4.5 – Datos Obtenidos en Laboratorio UCSP para Límite de Contracción (Datos de la Pastilla Seca) 14-04-16.

D (cm) 3.79 3.835

H (cm) 1.095 1.13 1.135

4.2 CÁLCULOS LÍMITE LÍQUIDO Tabla 4.6 – Cálculos para Límite Líquido. W cáp (gr)

N° Golpes

19.38 19.26 19.92 19.37 19.81 19.39 19.37 DONDE:

60 35 31 27 21 16 9

W cáp+sh (gr) 26.34 27.64 28.26 24.53 29.03 27.26 24.15

W cáp+ss (gr) 24.92 25.82 26.41 23.35 26.87 25.1 22.94

Ww (gr)

Ws (gr)

W%

1.42 1.82 1.85 1.18 2.16 2.16 1.21

5.54 6.56 6.49 3.98 7.06 5.71 3.57

25.632 27.744 28.505 29.648 30.595 37.828 33.894

Ww= W cáp+sh-Wcáp+ss Ws= Wcáp+ss-Wcáp W%= (W w/Ws) x 100% Estos cálculos permiten determinar la gráfica de Límite Líquido:

LÍMITE LÍQUIDO 40

%W

30 20 10

0 5

50

N° GOLPES

Figura 4.1 – Gráfica del Porcentaje de contenido de Humedad en función del número de golpes sin corregir.

16

Se observa que el dato de la muestra A6 no está dentro de un rango aceptable, entonces se elimina. Tabla 4.7 – Cálculos para Límite Líquido Corregidos. W cáp (gr)

N° Golpes

W cáp+sh (gr)

W cáp+ss (gr)

Ww (gr)

Ws (gr)

W%

19.38 19.26 19.92 19.37 19.81 19.37

60 35 31 27 21 9

26.34 27.64 28.26 24.53 29.03 24.15

24.92 25.82 26.41 23.35 26.87 22.94

1.42 1.82 1.85 1.18 2.16 1.21

5.54 6.56 6.49 3.98 7.06 3.57

25.632 27.744 28.505 29.648 30.595 33.894

Se obtiene una nueva gráfica para Límite Líquido:

Límite Líquido

y = -4.426ln(x) + 43.811

40 35 30

%W

25 20 15 10 5 0 5

50

N° GOLPES

Figura 4.2 – Gráfica del Porcentaje de contenido de Humedad en función del número de golpes Corregido Se calcula el Límite Líquido en 25 golpes según %W= -4.426 ln(x) + 43.81. LL= -4.426 ln(25) + 43.81 LL= 29.5643%

17

LÍMITE PLÁSTICO Tabla 4.8 – Cálculos para Límite Plástico. W cáp (gr) 8.62 8.72 8.64 8.68 8.63

W cáp+ sh (gr) 10.26 10.33 10.08 10.47 10.29

W cáp+ss (gr) 9.98 10.08 9.85 10.17 10.04

Ww (gr)

Ws (gr)

W%

0.28 0.25 0.23 0.3 0.25

1.36 1.36 1.21 1.49 1.41

20.588 18.382 19.008 20.134 17.730

DONDE: Ww= W cáp+sh-Wcáp+ss Ws= Wcáp+ss-Wcáp W%= (W w/Ws) x 100% Luego se realiza promedios de las humedades y se establece el rango de error (±1.189%)

𝑊%𝑝𝑟𝑜𝑚 =

20.588 + 18.382 + 10.008 + 20.134 + 17.730 = 19.169% 5

20.358

17.979

Se observa que los valores de las muestras 1y 5 no entran en el intervalo, por lo tanto se repite el procedimiento con un error de (±0.888%)

𝑊%𝑝𝑟𝑜𝑚 =

20.063

18.382 + 19.008 + 20.134 = 19.117% 3

18.287

18

Se observa que el dato de la cuarta muestra está fuera del intervalo de aceptación por lo tanto se elimina y se procede a calcular otra vez con un error de (±0.443%) 𝑊%𝑝𝑟𝑜𝑚 =

18.382 + 109.008 = 18.695% 2

Todos los valores se encuentran el intervalo de aceptación, por lo tanto LP=18.695% LÍMITE DE CONTRACCIÓN Tabla 4.9 – Cálculos para Límite de Contracción (pesos de muestras). Wcáp (gr)

Wcáp+sh (gr)

Wcáp+ss (gr)

Mw (gr)

Ms (gr)

21.28

54.62

45.75

8.87

24.47

Tabla 4.10 – Cálculos para Límite de Contracción (volúmenes). Whg+cáp (gr)

ρhg(gr/cm3)

Vi (cm3)

Vf (cm3)

264.84

13.5

18.04148

12.78579

Para 𝐿𝐶 = [

𝑀𝑤 𝑉𝑖 − 𝑉𝑓 − × 𝜌𝑤] × 100% 𝑀𝑠 𝑀𝑠

DONDE Ww= W cáp+sh-Wcáp+ss Ws= Wcáp+ss-Wcáp Vi= Mhg/ρhg = Vf=πxr2xh r= d/2 Reemplazamos 𝐿𝐶 = [

8.87 18.04 − 12.786 − × 1] × 100% = 14.7703% 24.47 24.47

19

LÍMITE DE CONTRACCIÓN 20

18.0414815

Vi

18 16 14

12.78579123

Vf

12 10 8 6 4

2

%w

LC

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

Figura 4.3 – Gráfica de Límite de Consistencia.

5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Se obtuvo los siguientes Límites de Atterberg: LL LP IP LC

29.5643 % 18.6953 % 10.8689 % 14.7704 %

DONDE: LL= LÍMITE LÍQUIDO LP= LÍMITE PLÁSTICO IP= ÍNDICE DE PLASTICIDAD LC= LÍMITE DE CONTRACCIÓN

20

Según los límites de Atterberg se logró clasificar el suelo según la Carta de Casagrande. 60

BAJA

ALTA

MEDIA

50

Índice de Plasticidad (IP)

CH o OH 40

30 CL o OL

20

MH o OH 10 CL— ML

ML o OL

0

0

10

20

30

40

50 60 70 Límite Líquido (LL)

80

90

100

110

Figura 5.1 – Carta de Casagrande resultante.

6. CONCLUSIONES  Se pudo determinar los Límites de Consistencia para un suelo arcilloso, los resultados fueron: Límite Líquido - 29.5643%; Límite Plástico 18.695%; y Límite de Contracción - 14.7703%.  Se logró identificar el índice de Plasticidad del Suelo evaluado resultando: 10.8689 %.  Se clasificó el suelo según lo estipulado en la Carta de Casagrande, se determinó que el suelo corresponde a una Arcilla de Baja Plasticidad (CL)  Se interpretó los datos y se reconocieron algunas características del suelo de acuerdo al Índice Plástico, que muestra que el suelo es medianamente plástico al estar entre un valor de 7 y 10 %.

21

7. RECOMENDACIONES  Es recomendable preparar todos los materiales antes de empezar el ensayo para así contar con el mayor tiempo útil disponible.  Se recomienda, no mezclar mucho la muestra de arcilla con agua ya que esta tiende a secarse rápidamente, y se genera endurecimiento de la muestra.  Si al hacer la prueba de límite plástico, no se puede armar lo rollitos después de aumentar o reducir la humedad, se dice que es No Plástico  No es recomendable medir las pastillas para el cálculo de Límite de Contracción, debido a que es inexacta y otorga datos erróneos sobre un suelo.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS  BERRY, PETER L. REID, DAVID. Mecánica de Suelos, 1a ed. Traducido por: Bernardo Caicedo H. Revisión Técnica: Aquiles Arrieta GuerraMéxico: McGraw Hill, 1993, 38-40p.  CRESPO VILLALAZ, CARLOS. Mecánica de suelos y Cimentaciones, 1a ed. México: LIMUSA, 1979, 53-69p.  GARCÍA ROMERO, EMILIA Y SUÁREZ BARRIOS, MERCEDES. Las Arcillas:

Propiedades

y

usos.

Disponible

en:

http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/Arcillas.htm.  FRANCH, JOAN. Descriptores geotécnicos (5): plasticidad, límites de Atterberg

y

consistencia.

2014.

Disponible

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http://www.estudiosgeotecnicos.info/?attachment_id=206.  FRANCH,

JOAN.

Atterberg.

2014.

Disponible

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