Límites de Atterberg (Limites de consistencia) Jose Alejandro Delgado Liliana González Daniel Alejandro Lasso Natalia Montoya Leal Informe de Laboratorio Profesor Cesar Palomino Pontificia Universidad Javeriana Facultad de ingeniería Ingeniería civil Bogotá D.C. 2017 Objetivos -Identificar el límite líquido de una muestra de suelo, utilizando distintos porcentajes de humedad, por el método de la cazuela de Casagrande. -Identificar el límite plástico de una muestra de suelo, por el método de los rollos. Introducción La humedad de un suelo es la que define la estabilidad del mismo, definiendo sus propiedades mecánicas y físicas para su funcionalidad en cimentaciones y demás obras civiles. Por esta razón es muy importante identificar sus límites plásticos, líquidos y de contracción. En el siguiente laboratorio se realizará la identificación del límite líquido y el plástico, para el primero se recurrirá al método de la cazuela de Casagrande y para el segundo, al método de los rollos. Marco teórico 1.Cazuela de Casagrande: Método clásico para clasificar y encontrar el límite líquido, siguiendo el procedimiento indicado por la INVE-125; la cazuela da golpes dependiendo el número de revoluciones por segundo. 2.Limite líquido: límite entre la consistencia liquida y la plástica. Los suelos plásticos y liquidos entre este límite no son óptimos para la construcción. 3.Limite plástico: límite entre la consistencia semisólida y plástica. Los suelos por debajo de este límite no presentan plasticidad. 4.Indice de plasticidad: medida de absorción de agua en estado plástico. Se define como la diferencia el limite líquido y el limite plástico de un suelo. Materiales -Agua. -Cazuela de Casagrande. -Muestra de Suelo. -Tabla de apoyo. -Espátulas. -Recipientes -Ranurador Procedimiento: Procedimiento para el límite liquido: 1). Se toma una muestra de suelo 2). Se procede a agregar agua a la muestra con el fin de aumentar su porcentaje de humedad y llevarlo a su límite líquido. 3). Se debe Amasar la muestra y distribuir apropiadamente el agua en ella. 4). Se toma la mayoría de la muestra, se coloca en la cazuela, llenando la cazuela con el suelo de una forma paralela al plano de apoyo. 5). Se pasa el ranurador, por la mitad de la muestra. 6) Se procede a levantar y hacer golpear la cazuela, utilizando la manija. Se debe tomar en cuenta los rangos establecidos de golpes, para tomar el contenido de humedad correspondiente, a la cual los taludes se cierran 13 mm. Los rangos son 25 a 35 golpes , 20 a 30 golpes y 15 a 25 golpes. 7) Al cerrarse 13 mm la muestra ,se llena con el material,tres recipientes para ser llevados al horno. 8) 24 horas después, se toma el peso final seco. Procedimiento para el limite plástico: 1). Se toma una muestra de suelo. 2). Se le agrega un poco de agua hasta formar una pasta consistente. 3). Se amasa sobre la tabla de apoyo y se procede a crear rollitos con las manos. 4). Al crear los rollitos se trata de que alcancen un diámetro de 3 mm. 5). Teniendo ya el rollito, observar detenidamente el aspecto de dicho rollo y al detectar grietas, dejarlo en un recipiente previamente pesado. 6). Se repite el procedimiento hasta tener la cantidad de rollos suficientes para llenar a la mitad dos recipientes. 7). Llevar al horno los dos recipientes, después de 24 horas tomar el peso seco. Cálculos a) Limite Liquido El porcentaje de humedad, necesario, para construir la gráfica % Humedad vs número de golpes se halla de la siguiente manera: 𝑾(%) = (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 + 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜) − (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 + 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜) ∗ 100 (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 + 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜) − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝟏) Con el porcentaje de humedad calculado, se construye la gráfica w% humedad vs número de golpes, teniendo en cuenta que el eje x (número de golpes) debe estar en escala logarítmica. Al obtener la gráfica con su línea de tendencia, el contenido de humedad para 25 golpes, será el límite líquido de la muestra. b) Limite Plástico El limite plástico se calcula siguiendo la expresión planteada por la norma de ensayo INV-E 126, en la que el limite plástico se expresa como la relación de agua (masa de agua) presente en una masa de suelo seco (volumen del solido). 𝐿𝑃 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 × 100 (𝟐) 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑎𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑛𝑜 Donde la masa del agua es la diferencia entre masas de la muestra húmeda y seca, debido a que en el proceso de secado se busca evaporar las partículas de agua de la muestra. Y, la masa del suelo seco al horno es justamente la masa de la muestra sin presencia de agua. c) Índice de plasticidad Es la separación existente entre el limite líquido y el limite plástico, entonces puede deducirse como una distancia entre puntos sobre el mismo eje, lo que vuelve el cálculo del índice de plasticidad como una resta algebraica entre el limite líquido que se supone debe ser mayor y el limite plástico. 𝐼𝑃: 𝐿𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 (𝐿𝐿 ) − 𝐿𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜 (𝐿𝑃 ) (𝟑) Resultados y análisis de resultados a) Limite liquido N° Recipiente Peso recipiente (g) Peso recipiente+ suelo húmedo (g) Peso recipiente + suelo seco(g) N° Golpes %Humeda d Tabla 1. Datos de laboratorio 65 22,942 46,67 37,4 34 64,1 77 24,465 47,26 33,4 16 155,1 7 18,442 51,65 38,4 26 66,4 Humedad vs Número de golpes 180% 160% 140% W% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 1 10 100 N° GOLPES Gráfica 1. Humedad vs Número de golpes. Como se observa en la gráfica 1, el límite líquido de la muestra de suelo, es de 100%, por lo cual se puede clasificar como una arcilla, ya que los valores típicos del límite líquido para las arcillas son del 40% al 150%. Según Dakshinamurthy y Raman (1973) para porcentajes de límite líquido mayores a 90%, el grado de expansión del suelo es de hinchamiento extra alto. Estos hinchamientos, pueden producir daños estructurales a las obras de ingeniería, cimentaciones o pavimentos, los cuales causan pérdidas económicas sustanciales y un inadecuado servicio de las construcciones. La expansividad se produce únicamente en suelos arcillosos, debido al alto porcentaje de límite liquido de la muestra, se puede considerar una arcilla expansiva, es decir que se vuelve inestable y experimenta cambios de volumen en presencia de humedad, Según Arancibia (2003) en arcillas expansivas de hinchamientos o expansiones altas, se producen cambios de volumen de 25% o más. Además, también se contraen, afectando así las estructuras. b) Limite plástico N° Recipiente Peso recipiente (g) Peso recipiente+ suelo húmedo (g) 23 17,935 29,131 71 19,194 32,227 Peso recipiente + suelo seco(g) Tabla 2. Datos de laboratorio, limite plástico 26,9 29,6 Haciendo uso de los datos de la tabla 2. Y remplazando estos valores en la ecuación (2) obtenemos el limite plástico de la muestra. N° Recipiente Limite plástico Lp (%) Tabla 3. Limites plásticos. 23 0,248 25 71 0,252 25 Los limites plásticos que se usan son los que han sido redondeados al entero más cercano, por tal motivo ambos se redondearon a 25%, dando un error casi inexistente. Después de que el suelo estudiado alcance un contenido de agua del 25 % la consistencia del suelo pasara de un estado semisólido a uno plástico, el suelo con esta consistencia sigue comportándose como un cuerpo sólido y aun no como un fluido, con esta consistencia el suelo sufre cambios en el volumen, pero deja de ser frágil y agrietarse con facilidad ante la aplicación de una carga como sucede con las consistencias anteriores (semisólido y solido). Según los valores típicos de límites de consistencia para suelos dado un Lp de 25 y un IP de 75 el suelo del ensayo puede clasificarse como una arcilla (Budhu Muni,2010), tal caracterización es una muy general aun no entrando en detalle de qué clase de arcilla puede tratarse. Índice de plasticidad Con los valores de limite plástico y liquido calculados en el laboratorio y haciendo uso de la expresión (3) se obtiene un índice de plasticidad de 75, es decir que el suelo de ensayo es capaz de absorber un contenido de agua del 75 % estando en un en estado plástico. Dado el incide plástico de 75 y el Lp de 25, el suelo puede caracterizarse como una arcilla y dada la gran separación entre el limite plástico y el limite líquido puede decirse que es una arcilla plástica, además con el limite plástico calculado comparado con una tabla de relación de IP y el potencial de expansión (Arancibia, 2003), el suelo de la muestra puede tratarse de un suelo con un potencial de expansión muy alto lo cual implica una tendencia a aumentar de volumen cuando aumenta el contenido de agua y también la disminución de volumen o contracción si el agua se pierde, se trata como tendencia y no como un hecho debido a que el suelo sea o no expansivo depende también de otros factores. Normas Asociadas La norma INVE-125(DETERMINACION DEL LIMITE LIQUIDO Y ESPECIFICACION DEL PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL) y ASTM D 4318-84 (CALCULO DEL LIMITE LIQUIDO), son las reguladoras para el ensayo de determinación del límite líquido de un suelo y las utilizadas para el procedimiento de laboratorio, y su correspondiente informe. Norma INV E-126 (LIMITE PLASTICO E INDICE DE PLASTICIDAD EN SUELOS) y ASTM D 4318-00 (STANDARD TEST METHODS FOR LIQUID LIMIT, PLASTIC LIMIT AND PLASTICITY INDEX OF SOILS), son las reguladoras para el ensayo de determinación del límite plástico y el índice de plasticidad de un suelo. Conclusiones - - En el nivel de contenido de humedad del límite líquido, el suelo está en el vértice de cambiar su comportamiento, al de un fluido viscoso. El límite líquido puede ser utilizado para estimar asentamientos, los cuales pueden provocar cambios en la funcionalidad y estabilidad del suelo Tanto el límite líquido como plástico, depende de la cantidad de humedad que posea el suelo. El límite líquido da una medida de la resistencia al corte que posee un suelo mezclado con agua. Se encontró que el suelo es arcilloso, por lo cual no es recomendable para la construcción de edificaciones. Para la determinación del límite líquido y el límite plástico, se debe utilizar la misma muestra de material y hacer los ensayos simultáneamente para obtener resultados válidos. La característica más importante de una arcilla es la plasticidad, ya que se puede deformar más sin agrietarse. Referencias Arancibia, A.(2003). Arcillas expansivas: comportamiento, identificación y su correlación mediante ensayos de fácil ejecución (Tesis pregrado). Recuperado de: http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2003/bmfcia662a/pdf/bmfcia662a-TH.6.pdf
