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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS
Ingeniería Civil MECÁNICA DE SUELOS 1
LÍMITE LÍQUIDO Y PLÁSTICO
PERIODO LECTIVO
2012
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INTRODUCCIÓN Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden existir 4 estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo se encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al agregársele agua poco a poco va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y finalmente líquido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados límites de Atterberg. Los ensayos se realizan en el laboratorio y miden la cohesión del terreno y su contenido de humedad, para ello se forman pequeños cilindros de 3mm de espesor con el suelo. Siguiendo estos procedimientos se definen tres límites: 1. Límite líquido: Cuando el suelo pasa de un estado semilíquido a un estado plástico y puede moldearse. Para la determinación de este límite se utiliza la cuchara de Casagrande. 2. Límite plástico: Cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado semisólido y se rompe. 3. Límite de retracción o contracción: Cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado sólido y deja de contraerse al perder humedad. Relacionados con estos límites, se definen los siguientes índices:
Índice de plasticidad: IP ó IP = Wl - Wp
Índice de fluidez: IF = Pendiente de la curva de fluidez
Índice de tenacidad: IT = IP/IF
Índice de liquidez (IL ó IL), también conocida como Relación humedad-plasticidad (B): IL = (Wn - Wp) / (Wl-Wp) (Wn = humedad natural)
Límite Líquido Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un procedimiento normalizado en que una mezcla de suelo y agua, capaz de ser moldeada, se deposita en la Cuchara de Casagrande, y se golpea consecutivamente contra la base de la máquina, haciendo girar la manivela, hasta que la zanja que previamente se ha recortado, se cierra en una longitud de 12 mm (1/2"). Si el número de golpes para que se cierre la zanja es 25, la humedad del suelo (razón peso de
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agua/peso de suelo seco) corresponde al límite líquido. Dado que no siempre es posible que la zanja se cierre en la longitud de 12 mm exactamente con 25 golpes, existen dos métodos para determinar el límite líquido: - graficar el número de golpes en coordenadas logarítmicas, contra el contenido de humedad correspondiente, en coordenadas normales, e intrapolar para la humedad correspondiente a 25 golpes. La humedad obtenida es el Límite Líquido. - según el método puntual, multiplicar por un factor (que depende del número de golpes) la humedad obtenida y obtener el límite líquido como el resultado de tal multiplicación Límite Plástico Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un procedimiento normalizado pero sencillo consistente en medir el contenido de humedad para el cual no es posible moldear un cilindro de suelo, con un diámetro de 3 mm. Para esto, se realiza una mezcla de agua y suelo, la cual se amasa entre los dedos o entre el dedo índice y una superficie inerte (vidrio), hasta conseguir un cilindro de 3 mm de diámetro. Al llegar a este diámetro, se desarma el cilindro, y vuelve a amasarse hasta lograr nuevamente un cilindro de 3 mm. Esto se realiza consecutivamente hasta que no es posible obtener el cilindro de la dimensión deseada. Con ese contenido de humedad, el suelo se vuelve quebradizo (por pérdida de humedad) o se vuelve pulverulento. Se mide el contenido de humedad, el cual corresponde al Límite Plástico. Se recomienda realizar este procedimiento al menos 3 veces para disminuir los errores de interpretación o medición.
OBJETIVOS: OBJETIVOS GENERALES: -
Determinar la cohesión de las muestras de suelo y su contenido de humedad
-
Determinar en laboratorio el Límite Líquido y Límite Plástico de una muestra de suelo.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS: -
Determinar la fluencia de las muestras de suelo en condiciones normalizadas.
-
Determinar la curva de fluencia de las muestras de suelo.
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EQUIPO Y MATERIAL: Para límite líquido y límite plástico 1. Dispositivo mecánico Aparato de Casagrande. 2. Acanaladores: Tipo ASTM, Tipo Casagrande o laminar. 3. Horno de secado, temperatura constante 110 °C. 4. Balanza de precisión, aproximación 0.01 g. 5. Recipientes metálicos. 6. Porta recipientes. 7. Recipiente de plástico con tapa hermética, que contiene suelo preparado. 8. Equipo para determinar el contenido de agua. 9. Pera de caucho. 10. Espátula. 11. Franela. 12. Esponja. 13. Hojas de papel periódico.
PROCEDIMIENTO: a) Para límite líquido Se dispone de muestras de suelo que pasan el tamiz N°40, preparadas previamente y listas para la ejecución del ensayo. 1. Mezclar completamente el suelo en el recipiente metálico usando la espátula hasta obtener una pasta homogénea y densa que pueda moldearse fácilmente con los dedos. 2. Colocar una porción de esta pasta en la copa, sobre la parte que descansa en la base, extendiéndola rápida y cuidadosamente con la espátula, cuidando que no queden atrapadas burbujas de aire. 3. Con la espátula enrasar la superficie del suelo de tal manera que tenga una profundidad de 1cm en la sección de espesor máximo, el suelo sobrante regresar al recipiente metálico o de porcelana. 4. Con el acanalador tipo ASTM realizar un canal en el suelo, evitando deslizarlo de la Copa de manera que el plano de simetría del canal sea perpendicular a la articulación de la
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copa y procurando además, que el acanalador se mantenga normal a la superficie de la copa. 5. Para evitar la rotura de los lados del canal o el deslizamiento del suelo en la copa, se permiten hacer hasta seis recorridos del acanalador, desde atrás hacia adelante; La profundidad del canal se incrementa en cada recorrido y solo el último debe tocar el fondo de la copa canal en lo posible debe realizarse con el menor número de recorridos del acanalador. 6. Cuidando que la superficie inferior de la copa y la superficie de la base se encuentren libres de suelo y agua, girar la manivela a una velocidad de 2 golpes/s contar los golpes necesarios para que las dos mitades de suelo se pongan en contacto al fondo del canal en una longitud continua de alrededor de 1.3cm, por fluencia del suelo y no por deslizamiento entre el suelo y la copa. Registrar el número de golpes necesarios para que esto ocurra. 7. Si el número de golpes para la primera determinación está entre 25 y 45 golpes, continuar normalmente como se indica en el paso 8; sino. Añadir agua o secarla al aire, lo que fuere más apropiado y repetir los pasos 3 a 7, hasta que esta condición se obtenga. 8. Regresar el suelo de la copa al recipiente metálico o de porcelana mezclar completamente, limpiar y secar la copa y el acanalador y repetir los pasos de 2 a 6, hasta que se obtenga dos determinaciones congruentes con diferencia máxima de un golpe. Registrar el resultado o promedio de los dos últimos. 9. Del lugar donde se juntan los bordes del canal, tomar con la espátula una porción de suelo de alrededor de 20 g, colocarlo en un recipiente adecuado y determinar el contenido de agua. 10. Repetir los pasos 2 a 9 por lo menos cuatro veces, usando el mismo suelo con nuevos incrementos de agua, los cuales deben hacerse de tal manera que el número de golpes necesarios para cerrar el canal varíe de 45 a 5, de modo que dos ensayos estén bajo los 25 golpes y dos sobre los 25 golpes. 11. Para efectuar los distintos ensayos, hacer el amasado del suelo únicamente mediante el aumento progresivo de agua, de tal manera que cada vez el suelo se torne más fluido. b) Para el límite plástico Se dispone de muestras de suelo que pasan el tamiz N° 40, preparadas previamente y listas para la ejecución del ensayo.
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1. Mezclar completamente el suelo en el recipiente metálico usando la espátula, hasta obtener una pasta homogénea y densa que pueda moldearse fácilmente con los dedos sin que se adhiera a ellos. 2. Tomar una cierta cantidad de suelo preparado según el paso 2, moldearla entre los dedos, en un ovoide, luego amasar y rodar entre las palmas de las manos hasta que la humedad del suelo sea cercana al límite plástico. Si el suelo está muy húmedo, para secarlo rápidamente se recomienda colocar al suelo encima de un papel periódico y extenderlo con la espátula, luego recogerlo y repetir el paso 3. 3. Rolar este ovoide entre las puntas de los dedos y la placa de rolado con una presión suficiente como para formar con el suelo un rollo de 3mm de diámetro en 5 a 15 movimientos completos (hacia delante y hacia atrás) de la mano. 4. Si el rollo de suelo se desmenuza antes de alcanzar los 3mm de diámetro, añadir agua a toda la masa de suelo. Volver a mezclarlo en el recipiente metálico, amasarlo completamente y proceder como se indica en los pasos 3 y 4. 5. Si el rollo alcanza un diámetro menor de 3mm sin mostrar señales de agrietamiento, se tiene una humedad mayor que el límite plástico. Volver a amasarlo completamente y proceder como se indica en los pasos 3 y 4. 6. Cuando el rollo de suelo se agrieta y empiece a desmoronarse al llegar a los 3mm, se habrá alcanzado el contenido de agua correspondiente al límite plástico, la que se medirá usando todos los pedazos del rollo. 7. Recoger las porciones desmenuzadas del rollo de suelo en un recipiente adecuado y determinar el contenido de agua. 8. Dos porciones más serán tratadas como se indican en los pasos 3 a 8 de modo que se hagan tres determinaciones de límite plástico de la cantidad de suelo pesada en el paso 1.
CODIFICACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS:
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CÁLCULOS TÍPICOS: 1. PROYECTO: Vía Lago Agrio OBRA: Cimentación
SUELO: Arcilla
a) Contenido de agua Datos: RECIPIENTE Nº 237 Número de golpes = 13 Peso del recipiente = W1 = 5,57gr. Peso del recipiente + suelo húmedo = W2 = 36,54 gr. Peso del recipiente + suelo seco = W3 = 22,80 gr. %w
%w
W2
W3
W3
W1
36 ,54
22 ,80
%w
100
22 ,80
100
5,57
79,70
b) Límite líquido (wL) Al leer en la curva de fluidez el porcentaje de agua correspondiente a los 25 golpes nos da un valor igual a 77,2 %. c) Límite plástico (w P) Datos: w1 = 27,70 % w2 = 19,60 % w3 = 24,90 % wP
wP
w1
w2
3 24 ,1%
w3
d) Índice de plasticidad (IP) Datos: wL = 77,20 % wP = 24,10 %
27 ,70
19 ,60 3
24 ,90
8
IP
wL
IP
53,10%
wP
77,20 24,10
e) Índice de fluencia ( If) Datos: w1 = 78.4 w2 =76.4 N1 =33 N2 =19 If
If
w N
w1 w2 log N 2 log N1
8,20%
f) Índice de tenacidad (IT) Datos: Índice de plasticidad =IP = 53,10 % Índice de fluencia = If = 8,20%
IT
IP If
IT
6,50%
531,10 8,20
g) Índice de liquidez (IL) Datos: Humedad natural = wN = 10,30 % Límite plástico = wP = 24,10 % Índice de plasticidad =IP = 53,10 % wN
IL
IL
IP
0,30
wP
10,30 24,10 53,10
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h) Índice de consistencia (IC) Datos: Humedad natural = wN = 10,30 % Límite líquido = wL = 77,20 % Índice de plasticidad =IP = 53,10 % IC
IC
wL
wN
IP
77,20 10,30 53,10
1,3
CONCLUSIONES: REFERENTES A LOS RESULTADOS 1. La determinación del límite líquido y límite plástico de un suelo deben hacerse simultáneamente, para poder establecer correlaciones válidas entre los resultados obtenidos. 2. Porcentaje de contenido de humedad con que un suelo cambia al disminuir su humedad de la consistencia plástica a la semisólida, o, al aumentar su humedad, de la consistencia semisólida a la plástica. 3. Porcentaje de contenido de humedad con que un suelo cambia, al disminuir su humedad, de la consistencia líquida a la plástica, o, al aumentar su humedad, de la consistencia plástica a la líquida. 4. El límite plástico es el límite inferior del estado plástico. Un pequeño aumento en la humedad sobre el límite plástico destruye la cohesión del suelo. 5. Los limos presentan plasticidad sólo ocasionalmente, suLP es igual o ligeramente superior a 0. 6. La resistencia del suelo a la deformación de los lados de la ranura es la resistencia al corte del mismo; por lo tanto, el número de golpes necesarios para cerrar la ranura es una medida de la resistencia al corte del suelo a ese contenido de agua. 7. Indica el tamaño del intervalo de variación del contenido de humedad con el cual el suelo se mantiene plástico. 8. A medida que aumenta el límite líquido de los suelos, tambiénaumenta su plasticidad y compresibilidad.
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9. Los suelos tienen en el límite líquido, una resistencia muypequeña al esfuerzo cortante, pero definida que es de 25 g/cm2 REFERENTES A LA PRÁCTICA 1. Para suelos sin cohesión, o con partículas que no permitan el recorte de una muestra representativa, deben aplicarse otras metodologías de ensayo. 2. Proporcionan una información muy útil para la clasificación delos suelos. 3. Estos Límites se pueden utilizar para juzgar la aptitud del suelo para la construcción de diques de estanque y pequeñas presas de tierra. 4. El índice de plasticidad también da una buena indicación de la compresibilidad para determinar una compactación adecuada del suelo. 5. Los límites de Atterberg muestran que el suelo es bastante plástico y apto para la construcción de murallones (buena estabilidad y pocas pérdidas por infiltración). 6. En obras civiles este tipo de suelo como son las arcillas puede ser muy peligroso, yaque absorben una gran cantidad de agua aumentando su volumen y cuando hay temperaturas altas disminuye su volumen debido a la pérdida de agua, causando una mala estabilidad y resistencia a las estructuras RECOMENDACIONES: -
El ensayo debería realizarse bajo constante supervisión del profesor para una correcta aplicación.
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Es importante que las muestras seleccionadas para determinar los límites sean lo más homogéneas que se pueda lograr un ensayo preciso.
BIBLIOGRAFÍA: Documentos bibliográficos: -
R alph B . Peck - Walter E . Hanson - Thom as H. Thornburn
Ingeniería de Cimentaciones Editorial: LIMUSA S.A. - Noriega Editores. Edición: 1992 N°. Total de Páginas: 557 páginas.
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Páginas de Información: Pag.55 hasta Pag.57 -
Ing . Carlos C res po Villalaz
Mecánica de Suelos y Cimentaciones Editorial: LIMUSA S.A. Edición: 1979 N°. Total de Páginas: 565 páginas. Páginas de Información: Pag.68 hasta Pag.71
-
Mariela G raci ela Fratelli
Suelos, Fundaciones y Muros Editorial: BONALDE Edición: 1993 N°. Total de Páginas: 569 páginas. Páginas de Información: Pag.39 hasta Pag.42
Documentos electrónicos: -
http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/mecanica4.htm
-
ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_Training/FAO_Training/General/x6706s/x6706s08.htm
