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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA INGENIERÍA CIVIL

LIMITES DE CONSISTENCIA O ATTERBERG AASHTO T89-68 y T90-70 ASTM 423-66 (Limite Liquido) ASTM (1960)

1 1.1

LIMITE LÍQUIDO

OBJETIVO.Este ensayo tiene como objetivo el de:  Conocer el grado de cohesión de las partículas del suelo.  Poder conocer la resistencia de un suelo a esfuerzos exteriores que tienden a deformar o destruir su estructura.

1.2

FUNDAMENTO TEORICO.Los suelos susceptibles de sufrir grandes cambios de volumen cuando se someten a cambios en su contenido de humedad, son problemáticos, si se usan para rellenos en carreteras o en ferrocarril, o si se utilizan para la fundación de elementos estructurales. Los cambios de volumen pueden motivar ondulaciones en las carreteras y grietas en las estructuras debido a que los cambios de volumen usualmente no son uniformes. Los límites líquidos y plástico pueden utilizarse para predecir la presencia potencial de problemas en suelos debido a su capacidad de cambio de volumen. Sin embargo, para obtener una indicación cuantitativa, de cuanto cambió de humedad puede presentarse antes de que se presente un apreciable cambio volumétrico, y obtener, si dicho cambio volumétrico ocurre una indicación de la cantidad de ese cambio, es necesario hacer un ensayo del límite de contracción. La práctica se comienza con un volumen de suelo en condición de saturación completa preferiblemente (pero no absolutamente necesario) a un contenido de humedad cercano o superior al límite líquido. El suelo entonces se deja secar. Durante el secado se supone que bajo cierto valor límite de contenido de humedad, cualquier perdido de humedad en el proceso está acompañada por una disminución en el volumen global de la muestra (o relación de vacíos). A partir de éste valor límite en el contenido de humedad, no es posible producir cambios adicionales en el volumen del suelo por pérdida adicional de agua de poros. Este valor inferior limitante en el contenido de humedad se denomina límite de contracción.

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Lo anterior significa físicamente, que no se causará ningún volumen adicional por cambios subsecuentes en la humedad. Por encima del límite de contracción todos los cambios de humedad producen cambios de volumen en el suelo, éste cambio de volumen se puede expresar en términos de relación de vacíos y el contenido de humedad. La relación de contracción da una indicación de cuánto cambio de volumen puede presentarse por cambios de la humedad de los suelos. La relación de contracción se define como la relación del cambio de volumen del espécimen o muestra de suelo como un porcentaje de su volumen seco al cambio correspondiente en humedad por encima del límite de contracción expresado como un porcentaje del suelo seco obtenido luego de ser secado al horno. LIMITES DE ATTERBERG. También denominados límites de consistencia de un suelo, estén representados por contenidos de humedad, y son los siguientes: - Límite líquido (Li) - Límite plástico (Lp) - Límite de contracción (Lc) - Límite de cohesión (Le) - Límite de pegajosidad (Lg) - Límite de saturación (Ls) - Límite líquido. Es el contenido de humedad que corresponde al límite arbitrario entre los estados de consistencia líquido y plástico de un suelo. Para determinar el límite líquido se emplea el aparato estandarizado de Casagrande. Para poder establecer valores definidos, reproducibles, de los límites, se propuso que el límite líquido se definiera arbitrariamente como el contenido de humedad al cual una masa de suelo húmeda colocada en un recipiente en forma de cápsula de bronce, separada en dos por la acción de una herramienta para hacer una ranura-patrón, y dejada caer desde una altura patrón de un centímetro, sufra después de dejarla caer 25 veces una falla o cierre de la ranura en una longitud de 12.7 mm. Algunas variables afectan el resultado de la prueba del límite líquido o el número de golpes para cerrar la ranura-patrón en una longitud de 12.7 mm. Entre los cuales se encuentra: a) Tamaño de la masa del suelo contenida en la cápsula de cobre (espesor y cantidad). b) Velocidad a la cual se le dan los golpes (debería ser 120 rpm.) c) Tiempo de reposo del suelo en la cazuela antes de comenzar la cuenta de golpes y estado de limpieza antes de colocar la pasta de suelo para el ensayo.

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d) Humedad del laboratorio y rapidez con la cual se hace el ensayo. e) Tipo de material utilizado como base del aparato, o sea, superficie contra la cual se debe golpear la cazuela (comúnmente se utiliza caucho duro o mica). f) Ajuste o calibración de la altura de caída de la cazuela (debe ser exactamente 1 cm.) g) Tipo de herramienta utilizada para hacer la ranura bien (la recomendada por la ASTM o también la llamada tipo Casagrande). h) Condición general del aparato del límite líquido (pasadores desgastados, conexiones que no están firmemente apretadas). Las variables anteriores pueden ser todas controladas por el operador. El límite líquido es también afectado marcadamente por el tipo de suelo y otros factores adicionales. Para intentar reducir éstas variables en el ensayo, se han desarrollado y se utilizan aparatos patrón, así como herramientas patrón para hacer la ranura. Para controlar la velocidad de golpeado del recipiente, se debe rotar la manivela a una velocidad aproximada de 120 rpm. o sea a una taza de 120 golpes por minuto. La norma ASTM para ésta prueba estipula el uso de agua destilada para la preparación de la muestra. Sin embargo, la mayoría de los laboratorios utilizan agua común con resultados satisfactorios. El límite líquido es una medida de resistencia al corte del suelo a un determinado contenido de humedad. El límite líquido es análogo a un ensayo de resistencia, y Casa grande encontró que cada golpe necesario para cerrar el surco de la cazuela corresponde a un esfuerzo cortante cercano a un gr. /cm.2. Otros han obtenido resultados similares de forma que se puede decir que el límite líquido representa para todos los suelos un valor de resistencia al corte entre 20 y 25 gr. /cm.2. Otra observación fundamental de las investigaciones hechas, consiste en que el límite líquido aumenta a medida de que el tamaño de las partículas o granos presentes en la muestra disminuya.

1.3

EQUIPO Y MATERIALES.       

Aparato de Casagrande Balanza (precisión 0.01 gr.) Juego de tamices (Tamiz Nº 40) Agua destilada o potable Espátula Taras Probeta graduada Accesorios

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1.4

PREPARACION DE LA MUESTRA PARA EL ENSAYO.-

Primero preparamos la muestra para realizar el Ensayo de Limite Liquido.

1.5

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO.1. Se pesan unos 100 gramos de suelo que pasa por el tamiz Nº40, esta muestra puede ser curada 24 a 48 horas antes del ensayo. En caso contrario se mezcla con aproximadamente 25% de agua, removiendo y amasando continuamente con la ayuda de una espátula, hasta obtener una pasta. 2. Se coloca la pasta de suelo en la cazuela, y se divide en dos partes con el ranurador. Una vez cortada la muestra, se procede a hacer girar la manivela, hasta que la ranura se cierre 12,7 mm. Contando a la vez el número de golpes hasta producirse dicho cierre. 3. De la pasta se toma una pequeña muestra para determinar el contenido de humedad. Este procedimiento se lo repite por lo menos en 5 ensayos similares, pero, incrementando la cantidad de agua en uno a dos por ciento.

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4. Se recomienda que los golpes se encuentren distribuidos por debajo y por encima de los 25 requeridos. Esto para obtener mediante una gráfica el porcentaje de humedad por los 25 golpes.

5. Ya obtenidos los datos se procede a graficar. En el eje de las ordenadas se estiman los porcentajes de humedad, mientras que en el eje de las abscisas, en escala logarítmica se estima los números de golpes, la gráfica corresponde a una recta. La intersección de esta recta con la de los 25 golpes nos determina el porcentaje de humedad que corresponde al límite líquido.

6. Realizar la limpieza de todos los accesorios empleados.

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1.6

MONTAJE DEL ENSAYO.-

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1.7

REGISTRO DE DATOS.Nº de Ensayo

1

2

3

4

Platillo Nº

M-1

M-2

M-3

M-4

Psh + tara (gr)

19,12

36.65

30,31

46,25

Pss + tara (gr)

16,67

34,71

28,50

42,44

Peso del agua (gr)

2,45

1,94

1,81

3,81

Peso tara (gr)

6,96

26,85

20,85

27,64

9,71

7,86

7,65

14,8

% de humedad

25,23

24,68

23,66

25,74

Nº de golpes

12

15

18

10

Peso (gr)

1.8

suelto

seco

CALCULOS. Para la Obtención del Peso del Agua:

 Para la Obtención del Suelo Seco:

 Para la Obtención del % de Humedad:

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 Para la Obtención del Limite Plástico:

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1.9

CONCLUSIONES.Este ensayo se lo realiza, pues nos da una idea de la resistencia del suelo al corte cuando tiene un determinado contenido de humedad, sea aproximadamente igual o mayor a su límite líquido, tendrá una resistencia al corte prácticamente nulo. Según el límite líquido se puede realizar una clasificación del suelo, materiales granulares (arena, limo) tiene límites líquidos bajos (20% a 30% aproximadamente), y las arcillas, límites líquidos altos (mayores a 40%). El valor del Límite Liquido de la gráfica realizada el cual fue de L.L.=0,230 corresponde a arena o limo. Las fórmulas de la pintura moderna cuentan con diversas categorías de compuestos químicos. El aglutinante forma el recubrimiento fino adherente; el pigmento, dispersado en el medio fluido, da a la película terminada su color y su poder cubriente; por último, el disolvente o diluyente se evapora con rapidez una vez extendida la pintura. Un material de relleno, que contiene componentes en polvo como el caolín o el sulfato de bario, mejora la resistencia de la película seca de pintura.

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2 2.1

LIMITE PLASTICO

OBJETIVO.Es el de determinar el límites entre los estados plásticos y semi – sólidos, define como el contenido de agua, con el cual se presentan grietas en un suelo al ser moldeado.

2.2

FUNDAMENTO TEORICO.El límite plástico de un suelo es el menor contenido de humedad determinado, de acuerdo con el método bajo el cual el suelo permanece plástico. Para la determinación de éste límite se toma muestras del ensayo para la obtención del límite líquido y procedemos a amasarla y posteriormente a arrollarla, cuya arrolladura vamos disminuyendo en el diámetro, hasta que los rollitos presenten rupturas o ranuras. Mientras se rasga aumentamos la humedad del suelo que no presenta ninguna falla, hasta que los rollitos lleguen a tener un diámetro de 3 mm., en cuyo diámetro decimos que esa humedad es la que determina el índice plástico. Las arenas no tienen plasticidad, los limos tienen pero muy poca, en cambio las arcillas, y sobre todo aquellas ricas en materia son muy plásticas. El límite plástico se ha definido arbitrariamente como el contenido de humedad del suelo al cuál un cilindro se rompe o se resquebraja cuando se enrrolla a un diámetro de 3 mm. o aproximadamente 3 mm. Esta prueba es bastante más subjetiva (dependiente del operador) que el ensayo del límite líquido, pues la definición del resquebrajamiento del cilindro de suelo así como del diámetro están sujetas a la interpretación del operador. El diámetro puede establecerse durante el ensayo por comparación de un alambre común o de soldadura del mismo diámetro. Con la práctica, se encuentra que los valores del límite plástico pueden reproducirse sobre el mismo suelo por parte de diferentes laboratoristas, dentro de un rango del 1 al 3%

2.3

EQUIPO Y MATERIALES.Los materiales utilizados en este laboratorio son los siguientes:  Tamiz # 40  Muestra que pasa tamiz #40  Placa de vidrio  Horno  Balanza (precisión 0,01 gr.)  Taras  Accesorios

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2.4

PREPARACION DE LA MUESTRA PARA EL ENSAYO.La muestra fue extraída de la cantera San Román, la Cual fue llevada a laboratorio y antes de hacer el ensayo la muestra se prepara primero moliendo con los accesorios necesarios.

Vaciar la muestra en un recipiente.

2.5

Preparamos la muestra en un recipiente.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO.-

1. Dividir en varios pedazos o porciones pequeñas la muestra de 20 a 30 gramos de suelo que se había separado con anterioridad durante la preparación de la muestra para el ensayo limite plástico. 2. Enrollar el suelo con la mano extendida sobre una placa de vidrio, o sobre un pedazo de papel colocado a su vez sobre una superficie lisa, con presión suficiente para moldearlo en forma de cilindro, o hilo de diámetro uniforme por la acción de unos 80 a 90 golpes o movimientos de mano por minuto (un golpe es igual a un movimiento hacia adelante y hacia atrás).

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3. Cuando el diámetro del hilo o cilindro del suelo llegue a 3 mm se debe romper en pequeños pedazos y con ellos moldear unas nuevas bolas o masas que a su vez vuelvan a enrollarse. Este proceso de hacer hilo o cilindro se debe realizar hasta que se rompa con la presión de enrollamiento y no permita que se enrolle adicionalmente. 4. Si el cilindro se desmorona a un diámetro superior a 3 milímetros, esta condición es satisfactoria para definir el límite plástico si el cilindro se había enrollado con anterioridad hasta más o menos 3 milímetros. 5. Para producir la falla no es necesario reducir la velocidad de enrollado o la presión de la mano cuando se llega a 3 mm de diámetro. Los suelos de muy baja plasticidad son una excepción en este sentido, en estos casos la bola inicial debe ser del orden de 3mm de antes de empezar a enrollar con la mano.

6. Pesar el recipiente cubierto y colocarlo dentro del horno. Nótese que en efecto se han hecho varias determinaciones del límite plástico, pero se ha reducido el proceso de pesada y calculo a un solo ensayo.

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2.6

MONTAJE DEL ENSAYO.-

2.7

REGISTRO DE DATOS.Nº de Ensayo

2.8

M-1

M-2

M-3

Psh + tara (gr)

14,1

29,76

36,50

Pss + tara (gr)

13,90

29,44

36,20

Peso del agua (gr)

7,5

7,5

7,5

Peso tara (gr)

6,84

22,61

28,53

Peso suelto seco (gr)

4,36

3,73

4,92

% de Humedad

6,06

5,49

5,54

CALCULOS. Obtención del Peso muestra seca:

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 Obtención del Peso del agua:

 Obtención del Porcentaje de Humedad:

2.9

CONCLUSIONES.De este ensayo podemos indicar que el límite plástico entra en el rango de las normas ASTHO para suelos arenosos, siendo este valor % 4,28. Nuestro índice de plasticidad por ser grande indicaremos que tiene mayor plasticidad.

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3

LIMITES DE CONTRACCION AASHTO T92-68

3.1

ASTM D427-61

OBJETIVO.Este procedimiento proporciona la información necesaria para la determinación de las siguientes características de un suelo: a) Límite de contracción. b) Relación de contracción. c) Cambio volumétrico. d) Contracción lineal. e) Determinar el contenido de humedad por debajo del cual no se presente cambio adicional en el volumen de una masa de suelo.

4

FUNDAMENTO TEORICO.-

RELACIÓN DE CONTRACCION. La relación de contracción de un suelo es el cociente entre un cambio de volumen dado y el correspondiente cambio en el contenido de humedad por encima del límite de contracción. Con los valores obtenidos al determinar la contracción volumétrica, la relación de contracción, R, se calculará mediante la siguiente fórmula:

CONTRACCIÓN VOLUMETRICA. La contracción volumétrica de un suelo es la disminución de volumen que experimenta la masa de suelo cuando su contenido de humedad se reduce de un porcentaje dado al límite de contracción. El cambio volumétrico, Vc se calculará de la siguiente manera: Vc= (W1 - S) R W1= Contenido de humedad dado. Si se desea calcular el cambio volumétrico, considerando la humedad equivalente de campo, se utilizará la siguiente relación: Vc = (FME - S) R

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FME = Humedad equivalente de campo , determinada según el método Standard para la Determinación de la Humedad Equivalente de campo de los Suelos (AASHO Designación : T-93).

CALCULO DE CONTRACCION LINEAL. La contracción lineal de un suelo se define como la disminución, en una dimensión, de la masa de un suelo, cuando su contenido de humedad se reduce de un porcentaje dado al límite de contracción. La contracción lineal LS puede determinarse por medio de la siguiente relación: 3 100 LS = 100 (1 - Vc + 100) O por medio de la curva indicada en la figura INDICE DE CONTRACCIONES. Es la diferencia entre el Límite Plástico y el Límite de Contracción, o sea: SI = Lp - Lc

5

EQUIPO Y MATERIALES.-

El equipo consistirá de lo siguiente: 

Escudilla.- Una escudilla de porcelana de 4 ½ pulgadas de diámetro (115) y otra de 6 pulgadas (150mm) de diámetro, aproximadamente.



Espátula.- Una espátula que tenga una hoja de 3 pulgadas (76mm) de largo y 3/4 de pulgada (19mm) de ancho, aproximadamente.



Molde.- Un vaso de porcelana, o metálico, con fondo plano, de 1 3/4 pulgadas (45mm) de diámetro, por ½ pulgada (12,7mm) de alto, aproximadamente.



Regla.- Una regla metálica de 12 pulgadas (300 mm) de largo, aproximadamente.



Vaso de vidrio.- Un vaso de vidrio de 2 pulgadas (50mm) de diámetro por 1 pulgada (25 mm) de altura, cuyos bordes superiores sean paralelos a su base.

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6

PREPARACION DE LA MUESTRA PARA EL ENSAYO.La muestra fue extraída de la cantera San Román, la cual fue llevada a laboratorio y antes de hacer el ensayo la muestra se prepara primero moliéndola para q no queden esferas de muestra y también cuartear para tener una muestra representativa y homogénea.

Molienda de la muestra

4.1

Cuarteo de la muestra

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO.1. La muestra se colocará en la escudilla de porcelana que tiene 4 ½ pulgada de diámetro, mezclándola debidamente, añadiendo agua en cantidad suficiente para llenar por completo los vacíos del suelo, y obtener así una masa de suelo suficientemente pastosa como para llenar el molde de porcelana sin inclusión de burbujas de aire. En suelos friables, la humedad requerida para producir la consistencia deseada es igual o ligeramente mayor que el límite líquido. En suelos plásticos, la humedad necesaria para producir la CIV-2220-A

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consistencia deseada puede exceder el límite líquido en un 10%. 2. Las paredes interiores del molde de deberán estar cubiertas con una delgada capa de vaselina, u otro tipo de grasa pesada, a fin de prevenir la adherencia de suelo a sus paredes. Una cantidad de suelo húmedo, aproximadamente igual a una tercera parte del volumen del molde, se colocará en el centro de éste, golpeándolo ligeramente sobre una superficie firme, a fin de que la masa del suelo se extiende hacia los bordes del molde. 3. Para suavizar la superficie sobre la cual se golpea el molde, es conveniente colocar encima de ella varias hojas de papel secante, u otro material. 4. Una cantidad de masa de suelo, aproximadamente igual a la primera porción, se añadirá nuevamente, golpeando ligeramente el molde, hasta que el suelo se halle debida y uniforme distribuido y todas las burbujas de aire sean llevadas a la superficie. Luego, se volverá añadir mayor cantidad de suelo, golpeando otra vez el molde, hasta que quede completamente lleno y se observe que la masa de suelo rebasa sus bordes. El exceso de suelo deberá ser removido, utilizando la regla metálica, limpiando las partículas de suelo adheridas a las paredes exteriores del molde.

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5. Una vez llenado el molde con la muestra, enrasada que haya sido su superficie y limpias sus paredes exteriores, se pesará inmediatamente y se registrará este peso, como el correspondiente al del molde más el suelo húmedo. La masa de suelo deberá ser secada al aire, a temperaturas ambiente, hasta que su color cambia de oscuro a claro. Luego, se secará la muestra, a peso constante, en un horno a 110 – 5°C. Se pesará y registrara el peso del molde vacío y su capacidad en ml, que es además el volumen del suelo húmedo moldeado, se determinará llenando el molde con mercurio. 6. El volumen del suelo seco moldeado deberá determinarse sumergiéndolo en el vaso de vidrio lleno de mercurio. Esta operación se efectúa de la siguiente manera: Se coloca el vaso de vidrio en la escudilla y se lo llena de mercurio hasta que rebase. Se toma la plancha de vidrio que tiene las tres puntas y se presiona la superficie del mercurio sobre los bordes del vaso de vidrio. El mercurio que rebase y se adhiera a las partes externas del vaso de vidrio deberá ser limpiado cuidadosamente. 7. Luego sobre la superficie de mercurio se coloca el suelo seco moldeado. Este se introducirá cuidadosamente en el mercurio, utilizando el plato de vidrio que tiene las tres puntas, presionando firmemente sobre los bordes del vaso y evitando la formación de burbujas de aire.

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8. El volumen de mercurio que se desplace se medirá en el graduado de cristal y se registrará este volumen, como el volumen Vo, del suelo seco moldeado.

4.2

MONTAJE DEL ENSAYO.-

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7

REGISTRO DE DATOS.-

Peso del plato recubierto+ suelo húmedo

29,70

29,81

29,64

Peso del plato recubierto +suelo seco

18,50

18,58

18,63

Peso del plato recubierto

5,10

5,10

5,10

Volumen del suelo húmedo (Vo)

31,39

31,45

31,46

8

CALCULOS.-

Peso del suelo (Ws)

13,40

13,48

13,53

Peso del agua (Ww)

11,20

10,93

11,01

Contenido de humedad (Wo%)

83,582

81,08

81,37

Volumen del suelo final (Vf))

22,14

22,89

23,49

Límite de contracción L.C.

14,55

17,58

22,46

EJEMPLO: MUESTRA -1-Peso del suelo (Ws) = 18,50-5,10= 13,40 (gr) -Peso del agua (Ww)= 29,70-18,50 =11,20 (gr) -contenido de humedad (Wo%) =

L.C.  83,582

= 83,58 (%)

(31,39 22,14) * 1 * 100  12,465 (%) 13,40

L.C. = 14,55 % (MUESTRA 1 ) LIMITE DE CONTRACCION TOTAL DE LAS MUESTRAS

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L.C.=18,23 % CONCLUSIONES.Se pudo constatar que lo visto durante el semestre es una pequeña parte de la mecánica de los suelos, los datos recopilados en los límites de Atterberg fueron realizados en forma adecuada, lo cual se pudo constatar en los ensayo de límite de contracción y de saturación, es decir “L.C.