caracterizaciÓn y mejoramiento de una arcilla tÍpica de la ciudad de los mochis, ing. josé luis...

UNIVERSIDAD AUTNOMA DE SINALOA COLEGIO DE INGENIERA Y TECNOLOGA

FACULTAD DE INGENIERA MOCHIS

LICENCIATURA EN INGENIERA CIVIL

CARACTERIZACIN Y MEJORAMIENTO DE UNA ARCILLA TPICA DE LA CIUDAD DE LOS MOCHIS

T E S I S PARA OBTENER EL GRADO DE

LICENCIATURA EN INGENIERA CIVIL

PRESENTA

JOSE LUIS BARRON VELAZQUEZ

DIRECTOR DE TESIS: M.I. JOSE DE JESUS ARMENTA BOJORQUEZ

CODIRECTOR DE TESIS 1: M.C. MARCO ANTONIO VIZCARRA PACHECO

CODIRECTOR DE TESIS 2: DR. JOSE HUMERTO CASTORENA GONZALEZ

Los Mochis, Sinaloa, Mxico, Febrero 2014

TESIS DEFENDIDA POR

JOS LUIS BARRN VELZQUEZ

Y APROBADA POR EL SIGUIENTE COMIT

M.I. JOS DE JESS ARMENTA BOJRQUEZ Director de tesis

M.C. MARCO ANTONIO VIZCARRA PACHECHO DR. JOS HUMBERTO CASTORENA GONZLEZ

Codirector Codirector

DR. RAMN CORRAL HIGUERA Director de la Facultad de Ingeniera Mochis.

20 de Febrero del 2014.

Agradecimientos.

El presente trabajo de investigacin se desarroll en la Universidad

Autnoma de Sinaloa, Facultad de Ingeniera Mochis. Las pruebas

mecnicas y caracterizaciones se hicieron en los laboratorios de

Geotecnia y ptica respectivamente de dicha facultad, bajo la

direccin de mi director de tesis M.I. Jos de Jess Armenta

Boj rquez y mi Codirector 1 M.C. Marco Antonio Vizcarra Pacheco

y bajo el apoyo del codirector 2 Dr. Jos Humberto Castorena

Gonzales.

Agradezco sinceramente a la Facultad de Ingeniera Mochis de la

UAS por sus apoyos econmicos, tcnicos y morales, pero

principalmente al equipo que con esmero y paciencia lograron

influir de una manera oportuna en m para la realizacin de este

trabajo de investigacin .

Un agradecimiento especial para

el M.I. Jos de Jess Armenta

Bojrquez , por contribuir con su

conocimiento y experiencia en la

realizacin de esta tesis, as como

la orientacin y su apoyo.

Al M.C. Marco Antonio Vizcarra

Pacheco y al Dr. Jos Humberto

Castorena Gonzlez , por sus apoyos

tcnicos, colaboradores para la

realizacin de este proyecto, sus

comentarios y sugerencias para

complementar esta tesis , el apoyo y

la confianza brindada y paciencia

con la que me atendieron, MIL

GRACIAS.

A mis amigos de Licenciatura por su

apoyo y su agradable compaa y

sobre todos los buenos momentos que

hemos compartidos juntos

y a todos los que de alguna manera han

estado a mi lado.

Dedicatoria.

Con todo mi cario y mi amor para las personas que hicieron todo en

la vida para que yo pudiera lograr nuestros sueos, por motivarme

y darme la mano cuando senta que el camino se terminaba, a

ustedes por siempre mi corazn y mi agradecimiento.

Gracias a esas personas importantes en mi vida, que siem pre

estuvieron listas para brindarme toda su ayuda, ahora me toca

regresar un poquito de todo lo inmenso que me han o torgado. Con

todo mi cario sta tesis se las dedico a ustedes:

Mi p adre

Mi m adre y padre Gabriela Velzquez Rodrguez

Mi abuelita Concepcin Rodrguez vila

Y m is hermanos Fabin y Manuel.

Que fueron mis segundos padres.

GRACIAS FAMILIA!

Jos Luis Barrn Velzquez.

RESUMEN.

Las arcillas expansivas sufren cambios volumtricos muy bruscos en presencia y

ausencia de agua, sinnimo de inestabilidad que se ve reflejado en problemas

tcnicos y econmicos.

La ciudad de Los Mochis, Sinaloa, Mxico, cuenta con un porcentaje alto de

arcillas que ha sido un reto para los ingenieros construir sobre el suelo inestable.

Cualquier construccin asentada en este tipo de suelo sufrir problemas de

deformacin por efecto de la inestabilidad de la arcilla altamente expansiva.

Se han hecho pruebas con distintas tcnicas de estabilizacin de suelos con

diferentes materiales, tales como la cal, cemento hidrulico, fosfatos, sales de

aluminio y recientemente los polmeros. Esta investigacin utilizar un polmero

catinico que generalmente es utilizado como un polmero floculante para

tratamiento de aguas.

Las tcnicas utilizadas de este polmero sobre el suelo es agregar distintos

porcentajes 3%, 5% y 7% con respecto al peso seco del suelo y encontrar cual es

el porcentaje ms ptimo de los tres utilizados que estabilice mejor al suelo

plstico. Se consideraron muestras remoldeadas de suelo natural y suelo con

polmero, para ambas tcnicas se realizaron las pruebas ndices, compresin

simple, expansin y prueba de compactacin Proctor estndar apegadas a las

normas de la Secretara de Comunicaciones y Transportes (SCT), debido a que el

objetivo de la estabilizacin de suelos de este trabajo de investigacin es para

terraplenes en vas terrestres. El resultado ms significativo de este trabajo es el

de la prueba de plasticidad, que reduce el ndice plstico del suelo natural al

suelo-polmero de hasta un 28 %.

Palabras claves: Arcilla, polmero, ndice plstico, estabilizacin de suelos

ABSTRACT.

Expansive clays synonymous suffer very abrupt volume changes in the presence

and absence of water, instability is reflected in technical and economic

problems.

The city of Los Mochis, Sinaloa, Mexico, has a high percentage of clay that has

been a challenge for engineers building on unstable ground.

Any seated on floor building such problems will suffer deflection of the instability of

the highly expansive clay.

Tests have been done with different techniques of soil stabilization with different

materials such as lime, hydraulic cement, phosphate, aluminum salts and polymers

recently. This study used a cationic polymer which is generally used as a flocculant

for water treatment polymer .

The techniques used in this polymer on the ground is different percentages add

3%, 5% and 7% of dry weight of soil which is to find the optimal percentage of the

three best used to stabilize the plastic floor. You remoulded samples of natural soil

were considered and ground polymer, for both techniques the index tests, simple

compression, expansion and compaction test standard Proctor attached to the

standards of the Ministry of Communications and Transport (SCT) were performed,

because the purpose of soil stabilization of this research is to embankments land

routes. The most significant result of this work is to test plasticity that reduces the

natural soil plasticity index of the soil -polymer up to 28%.

Keywords: Clay , polymer, plastic index, soil stabilization

OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL.

Determinar el ndice de plasticidad de la arcilla, capacidad de carga a la

compresin simple de una muestra remoldeada, expansin de una muestra

remoldeada de este mismo material y con el contenido de agua ptimo de la

prueba de compactacin AASHTO estndar (AASHTO T 99-95); comparar la

variacin del peso volumtrico seco mximo obtenido de la arcilla una vez

adicionado el polmero catinico floculante en sus respectivos porcentajes (3%,

5% y 7% basado en el peso seco del material), por medio de equipos que midan

sus propiedades mecnicas, con los datos que se obtengan se conocer la

variacin de la estabilidad del suelo natural comparado con el suelo con polmero

catinico.

OBJETIVOS ESPECFICOS.

Ubicar la zona de extraccin de la muestra en la Ciudad de Los Mochis, Sin.

Para posteriormente caracterizar el suelo natural y continuar con la caracterizacin

del suelo adicionando polmero catinico floculante. Obtener muestras

remoldeadas (manualmente) a partir de la prueba de compactacin AASTHO

estndar (AASTHO T 99-95), para ensayar stas muestras con los equipos

mecnicos y con equipos de anlisis termogravimtrico (TGA) e infrarrojos (IR)

con cada porcentaje de polmero catinico adicionado. Con esto, se podr obtener

las variaciones esperadas del suelo natural contra el suelo con floculante

(polmero catinico).

NDICE

CAPITULO 1: ESTADO DE ARTE. ..................................................................................... 1

1.1 GENERALIDADES. ........................................................................................................ 1

1.2 DEFINICIN DEL SUELO DE ACUERDO AL TIPO DE ESTRUCTURA ............. 2

1.2.1 SUELO INALTERADO (CON SU ESTRUCTURA NATURAL). .................. 3

1.2.2 SUELO ALTERADO. ............................................................................................ 3

1.2.3 SUELO REMOLDEADO (DESESTRUCTURADO). ...................................... 3

1.3 PLASTICIDAD. ............................................................................................................... 3

1.4 CLASIFICACIN E IDENTIFICACIN DE SUELOS: ............................................. 5

1.4.1 SUELOS FINOS .................................................................................................... 5

1.5 POLMEROS. ................................................................................................................... 6

1.5.1 SEGN SU ESTRUCTURA. ............................................................................... 7

1.5.2 SEGN SU ORIGEN. ........................................................................................... 7

1.5.3 TERMOPLSTICOS. ............................................................................................ 7

1.5.4 TERMOESTABLES............................................................................................... 7

1.6 ESTABILIZACIN. ........................................................................................................ 8

1.7 CARACTERIZACIN. ................................................................................................... 9

1.8 ANTECEDENTES. ........................................................................................................ 10

1.8.1 PROPIEDADES NDICE DEL SUELO NATURAL Y DE LA MEZCLA

SUELO-POLMERO...................................................................................................... 12

1.8.2 RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE MEDIANTE COMPRESIN

SIMPLE DEL SUELO NATURAL Y SUELO-POLMERO..................................... 13

1.8.3 EXPANSIN Y CONSOLIDACIN DEL SUELO NATURAL Y DE LA

MEZCLA SUELO-POLMERO. ................................................................................... 14

1.9 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA...................................................................... 15

1.9.1 DESCRIPCIN. ................................................................................................... 15

1.9.2 VIABILIDAD. ..................................................................................................... 15

1.10 HIPTESIS. .................................................................................................................. 15

1.11 JUSTIFICACIN. ........................................................................................................ 16

CAPTULO 2: METODOLOGA Y EXPERIMENTACIN. ....................................... 16

2.1 DESCRIPCIN DE LAS HERRAMIENTAS PARA LA EXTRACCIN DE

MATERIAL Y SUS TRABAJOS POSTERIORES DE LABORATORIO. .................... 17

2.2 DESCRIPCIN DE LOS EQUIPOS PARA LAS PRUEBAS MECNICAS DEL

MATERIAL. ......................................................................................................................... 18

2.3 DESCRIPCIN DE EQUIPO Y MATERIALES PARA PRUEBA AASTHO

ESTNDAR. [M-MMP-4-01-010] ..................................................................................... 18

2.3.1 VARIANTES DE LAS PRUEBAS ....................................................................... 21

2.3.2 PREPARACIN DE LA MUESTRA. .................................................................. 23

2.3.3 PROCEDIMIENTO DE LAS PRUEBAS. ............................................................ 24

2.4 DESCRIPCIN DE EQUIPO Y MATERIALES PARA PRUEBA DE

COMPRESIN SIMPLE INCONFINADA EN MUESTRAS DE SUELOS (I.N.V.

E 152 07). ........................................................................................................................ 26

2.4.1 OBJETIVO. ............................................................................................................. 26

2.4.2 EQUIPO. .................................................................................................................. 27

2.4.3 PREPARACIN DE LA MUESTRA. ............................................................... 28

2.4.4 PROCEDIMIENTO. ............................................................................................. 32

2.4.5 CLCULOS. .......................................................................................................... 34

2.4.6 PRECISIN Y TOLERANCIAS. ....................................................................... 36

2.4.7 NORMAS DE REFERENCIA ............................................................................ 36

2.5 DESCRIPCIN DE EQUIPO Y MATERIALES PARA LA PRUEBA DE LMITES

DE CONSISTENCIA. .......................................................................................................... 37

2.5.1 OBJETIVOS DE LAS PRUEBAS. ........................................................................ 37

2.5.2 EQUIPO Y MATERIALES.................................................................................... 37

2.5.3 CALIBRACIN DEL EQUIPO. ........................................................................... 40

2.5.4 PREPARACIN DE LA MUESTRA. .................................................................. 40

2.5.5 DETERMINACIN DEL LMITE LQUIDO (LL). ........................................... 41

2.5.5.1 EQUIPO Y MATERIALES. .................................................................................... 41

2.5.5.2 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA. ........................................................................ 41

2.5.5.3 CLCULOS Y RESULTADOS. ............................................................................ 44

2.5.5.4 PRECAUCIONES. ................................................................................................... 45

2.5.6 DETERMINACIN DEL LMITE PLSTICO (Lp). ......................................... 46

2.5.6.1 EQUIPO Y MATERIALES. ............................................................................... 46

2.5.6.2 PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA. .................................................................. 46

2.5.6.4 PRECAUCIONES. ................................................................................................... 48

2.5.7 DETERMINACIN DEL NDICE PLSTICO (Ip). .......................................... 48

2.6 DESCRIPCIN DE EQUIPO Y MATERIALES PARA LA PRUEBA DE

EXPANSIN. ....................................................................................................................... 49

2.6.1 OBJETIVOS DE LAS PRUEBAS. .................................................................... 49

2.6.2 EQUIPO Y MATERIALES. ................................................................................ 49

2.6.3 CALIBRACIN DEL EQUIPO. ........................................................................... 51

2.6.4 PREPARACIN DE LA MUESTRA. ............................................................... 52

2.6.5 PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA. ............................................................. 52

2.6.6 RECOMENDACIONES. ..................................................................................... 52

2.7 DESCRIPCIN DE LOS EQUIPOS PARA LA CARACTERIZACIN. ................ 53

2.7.1 EQUIPO PARA ANLISIS DE TGA Y DSC; MODELO SDT-Q600 MARCA

TA INSTRUMENTS. ....................................................................................................... 53

2.7.1.1 PRODEDIMIENTO DE LA PRUEBA. ................................................................. 54

2.7.2 EQUIPO PARA ANLISIS DE INFRAROJOS (IR). .................................... 55

2.7.2.1 PRODEDIMIENTO DE LA PRUEBA. ................................................................. 55

2.8 EXPERIMENTACIN. ................................................................................................. 57

2.8.1 PROPIEDADES NDICES..................................................................................... 62

2.8.2 RESISTENCIA A LA COMPRESIN SIMPLE. ................................................ 67

2.8.3 EXPANSIN. .......................................................................................................... 68

2.8.3 CARACTERIZACIN DE MATERIALES. ........................................................ 68

CAPTULO 3: RESULTADOS Y DISCUCIN. .............................................................. 70

3.1 PESO ESPECFICO SECO MXIMO. ....................................................................... 70

3.2 PROPIEDADES NDICE DEL SUELO NATURAL Y DE LA MEZCLA SUELO-

POLMERO........................................................................................................................... 71

3.3 RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE MEDIANTE COMPRESIN

SIMPLE DEL SUELO NATURAL Y SUELO-POLMERO. .......................................... 74

3.4 EXPANSIN. ................................................................................................................. 78

3.5 CARACTERIZACIN DE LOS MATERIALES. ...................................................... 80

3.5.1 ANLISIS TERMO GRAVIMTRICO (TGA) Y CALORIMETRA

DIFERENCIAL DE BARRIDO (DSC). ......................................................................... 80

3.5.2 ANLISIS DE INFRA-ROJOS. ..................................................................... 88

CAPTULO 4: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. ..................................... 93

BIBLIOGRAFA. ..................................................................................................................... 95

NDICE DE FIGURAS.

Fig. 1 lmina silica Fig. 2 lmina aluminicas ...................................................... 1

Fig 3 Carta de plasticidad. ........................................................................................................................... 4

Fig 4 cadena polimrica. .............................................................................................................................. 7

Fig 5 ejemplos de vibracin de una molcula sencilla poliatmico................................................. 9

Fig 6 comparaciones del suelo natural y suelo-polmero con los distintos porcentajes. ....... 13

Fig 7 expansin del suelo natural y suelo-polmero. ......................................................................... 14

Fig 8 moldes cilndricos y pisones para las pruebas de compactacin AASTHO. .................... 20

.......................................................................... 22

Fig 10 cucharn y pizn para compactar. ............................................................................................. 23

Fig 11 elaboracin del espcimen de prueba. ..................................................................................... 25

Fig 12 torno tallador de probetas. ........................................................................................................... 30

Fig 13 copa de Casagrande para la determinacin del lmite lquido. ........................................... 39

Fig 14 colocacin del material en la copa de Casagrande. .............................................................. 42

Fig 15 formacin de la ranura en la determinacin del lmite lquido. ........................................... 42

Fig 16 forma y dimensiones de la ranura. ............................................................................................. 43

Fig 17 determinacin de los lmites de plasticidad. ........................................................................... 44

Fig 18 operacin para formar el cilindro de material en la determinacin del lmite plstico

(Lp). ........................................................................................................................................................ 46

Fig 19 consolidomtro para prueba de expansin. ............................................................................ 51

Fig 20 equipo de anlisis termo gravimtrico y calorimetra diferencial de barrido. ................ 54

Fig 21 equipo de Infra-rojos. ..................................................................................................................... 56

Fig 22 lugar de extraccin de muestras de suelo, pozo a cielo abierto. ....................................... 57

Fig 23 adicin del contenido de agua ptimo a la muestra de suelo............................................. 58

Fig 24 adicin del polmero a la muestra de suelo. ............................................................................ 59

Fig 25 homogenizacin del agua y la muestra de suelo. .................................................................. 59

Fig 26 colocacin del material en el cilindro segn la norma AASTHO estndar. ..................... 60

Fig 27 compactacin del material norma AASTHO estndar........................................................... 60

Fig 28 enrase de material sobrante. ....................................................................................................... 61

Fig 29 extraccin del cilindro de suelo compactado. ........................................................................ 61

Fig 30 material para lmite lquido y plstico en la copa de porcelana; se deja saturar 24

horas. .................................................................................................................................................... 62

Fig 31 material para lmite lquido y plstico en la copa de porcelana; ya saturado durante 24

horas. .................................................................................................................................................... 63

Fig 32 material en la copa de Casa Grande y ranurado..................................................................... 63

Fig 33 realizacin de la prueba del lmite lquido en copa de Casa Grande. ............................... 64

Fig 34 muestra extrada de la copa de Casagrande para meterla al horno. ................................. 64

Fig 35 pesado de muestra para conocer el contenido de humedad .............................................. 65

Fig 36 realizacin de los rollitos para el lmite plstico. ................................................................... 65

Fig 37 rollitos para el lmite plstico....................................................................................................... 66

Fig 38 rollitos para el lmite plstico en el horno. ............................................................................... 66

Fig 39 pesado de rollitos para conocer el contenido de humedad ................................................ 67

Fig 40 espcimen de suelo remoldeado al momento de la falla. .................................................... 67

Fig 41 lectura de expansin. ..................................................................................................................... 68

Fig 42 realizacin de las pastillas para la prueba de infra rojos. .................................................... 69

Fig 43 apisonamiento de la muestra para realizar la pastilla. .......................................................... 69

Fig 44 contenido de agua ptima y peso volumtrico seco mximo para el suelo natural. .... 70

Fig 45 lmites e ndice del suelo natural. ............................................................................................... 71

Fig 46 lmites e ndice del suelo-polmero al 3%. ................................................................................ 71



Fig 49 curva esfuerzo-deformacin suelo Natural. ............................................................................. 75

Fig 50 cuerva esfuerzo-deformacin suelo-polmero al 3% ............................................................. 75

Fig 51 curva esfuerzo-deformacin suelo-polmero al 5% ............................................................... 76

Fig 52 curva esfuerzo-deformacin suelo-polmero al 7% ............................................................... 76

Fig 53 disminucin de la expansin del suelo a razn del contenido de polmero. .................. 79

Fig 54 variacin de la expansin al transcurso del tiempo. ............................................................. 79

Fig 55 termograma, cada de pesos del suelo natural. ...................................................................... 81

Fig 56 termograma, cada de pesos del polmero. .............................................................................. 81

Fig 57 termograma cada de pesos del suelo-polmero al 3%. ........................................................ 82



Fig 60 termogramas, superposicin de grficas de suelo y suelo-polmero............................... 84

Fig 61 DSC, Grfica de suelo natural. .................................................................................................... 85

Fig 62 DSC, Grfica del polmero. ........................................................................................................... 85

Fig 63 DSC, de suelo-polmero al 3%. ................................................................................................... 86

Fig 64 DSC, suelo-polmero al 5%. .......................................................................................................... 86

Fig 65 DSC, suelo-polmero al 7%. .......................................................................................................... 87

Fig 66 DSC, Superposicin de grficas de suelo y suelo polmero. .............................................. 88

Fig 67 espectro de IR suelo natural. ....................................................................................................... 88

Fig 68 espectro de IR del polmero catinico floculante. .................................................................. 89

Fig 69 espectro de IR suelo-polmero al 3% ......................................................................................... 90



Fig 72 superposicin de espectros de suelo, polmero y sus distintas convinaciones. .......... 92

NDICE DE TABLAS.

Tabla 1 Propiedades ndice del suelo natural y de la mezcla suelo-polmero............................. 12

Tabla 2 Tipo de prueba y variantes para la compactacin Proctor. ............................................... 22

Tabla 3 Consistencia del suelo en funcin a la resistencia a la compresin inconfinada....... 36

Tabla 4 pesos volumtricos y contenido de humedad. ..................................................................... 70

Tabla 5 propiedades ndice en suelo natural y suelo polmero. ...................................................... 73

Tabla 6 grado de potencial expansivo segn el ndice plstico. .................................................... 74

Tabla 7 consistencias del suelo en funcin a su resistencia a la compresin inconfinada. ... 77

Tabla 8 consistencia del suelo a los distintos porcentajes. ............................................................ 77

Tabla 9 expansin de los distintos porcentajes. ................................................................................. 78

1

CAPITULO 1: ESTADO DE ARTE.

1.1 GENERALIDADES.

Partiendo de los numerosos minerales (principalmente silicatos) que se

encuentran en las rocas gneas y metamrficas, los agentes de descomposicin

qumica llegan a un producto final; la arcilla.

Las arcillas estn constituidas bsicamente por silicatos de aluminio hidratados,

presentando adems, en algunas ocasiones, silicatos de magnesio, hierro u otros

metales, tambin hidratados. Estos minerales tienen, casi siempre, una estructura

cristalina definida, cuyos tomos se disponen en lminas. Existen dos variedades

de tales lminas: la silica y la aluminica. [1]

Fig. 1 lmina silica Fig. 2 lmina aluminicas

La lamina silica est formada por un tomo de silicio, rodeado de cuatro de

oxgeno, disponindose el conjunto en forma de tetraedro, estos tetraedros se

agrupan en unidades hexagonales, sirviendo un tomo de oxigeno de nexo entre

cada dos tetraedros fig. 1. Las lminas aluminicas estn formadas por retculas de

octaedros dispuestos con un tomo de aluminio al centro y seis de oxigeno

alrededor, tambin el oxgeno el nexo entre cada dos octaedros vecinos para

constituir la retcula fig. 2. De acuerdo a su estructura reticular, los minerales de

arcilla se clasifica en tres grandes grupos: Caolinitas, montmorilonitas e ilitas.

2

Las caolinitas estn formadas por una lmina slica y otra almina, que se

superponen indefinidamente. La unin entre las retculas es lo suficientemente

firme para no permitir la penetracin de las molculas de agua entre ellas

(absorcin). En consecuencia, las arcillas caolinticas sern relativamente estables

en presencia de agua.

Las montmorilonitas estn formadas por una lmina de almina entre dos slicas,

superponindose indefinidamente. En este caso la unin entre las retculas del

mineral es dbil, por lo que las molculas de agua pueden introducirse a causa de

las fuerzas elctricas generadas por su naturaleza dipolar. Por lo que en presencia

de agua se produce un crecimiento en el volumen de los cristales, lo que se

traduce de manera macroscpica en una expansin.

Las ilitas estn estructuradas anlogamente que las montmorilonitas, pero su

constitucin interna manifiesta tendencia a formar grumos de materia, que reduce

el rea expuesta al agua por unidad de volumen; por ello estas arcillas se

comportan ms favorablemente desde un punto de vista de la mecnica.

1.2 DEFINICIN DEL SUELO DE ACUERDO AL TIPO DE ESTRUCTURA

Puesto que se han presentado una serie de discusiones con respecto a los

conceptos de estructuras del suelo, se da una definicin la cual se ha convenido

emplear en este documento para hacer referencia al suelo de acuerdo a su grado

de alteracin. [2]

Bourland (1990), le llama suelo reconstituido a aquel suelo que ha sido

desestructurado o remoldeado y que despus de haberlo dejado en reposo

recupera sus propiedades mecnicas, o sea se reconstituye. Esta observacin ha

sido muy til para interpretar las correspondientes caractersticas de arcillas

sedimentadas naturales. [2]

3

Los diferentes tipos de suelo con especial referencia a su estructura y grado de

alteracin fsica son los siguientes:

1.2.1 SUELO INALTERADO (CON SU ESTRUCTURA NATURAL).

Suelo inalterado: Es el material que conserva las condiciones de su formacin y

deposicin en la naturaleza manteniendo intacta su estructura y propiedades,

incluso despus de que fue extrado y trasladado al laboratorio. [2]

1.2.2 SUELO ALTERADO.

Suelo alterado: Es aquel que durante el proceso de muestreo y/o manipulacin

tiene una modificacin de su estructura y como consecuencia de sus propiedades

mecnicas. [2]

1.2.3 SUELO REMOLDEADO (DESESTRUCTURADO).

Suelo remoldeado: Es aqul que a travs de una accin mecnica (ya sea con

equipo o manualmente) se destruye completamente su estructura, modificando

sus propiedades mecnicas y su comportamiento. [2]

1.3 PLASTICIDAD.

En mecnica de suelos se define la plasticidad como la propiedad de un material

por la cual es capaz de soportar deformaciones rpidas, sin rebote elstico, sin

variacin volumtrica apreciable y sin desmoronarse ni agrietarse. Con esta

definicin se logra describir la propiedad de las arcillas en determinadas

circunstancias. La plasticidad se debe a la carga elctrica de las partculas

laminares, que generan campos magnticos, que actan como condensadores e

influyen en las molculas bipolares del agua, en los suelos plsticos, el espesor de

estas capas de agua slida y viscosa es grande, y su efecto en la interaccin de

las partculas de suelo determinan su plasticidad. Para medir la plasticidad de las

arcillas se han desarrollado varios criterios, uno de ellos es atribuido a Atterberg,

el hizo ver que la plasticidad no era una propiedad permanente de las arcillas, sino

circunstancial y dependiente de su contenido de agua. [1-3]

4

Segn su contenido de agua en orden decreciente, un suelo susceptible de ser

plstico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia,

definidos por Atterberg.

1. Estado lquido, con las propiedades y apariencia de una suspensin

2. Estado semilquido, con las propiedades de un fluido viscoso.

3. Estado plstico, en que el suelo se comporta plsticamente.

4. Estado semislido, en el que el suelo tiene la apariencia de un slido, pero

aun disminuye de volumen al estar sujeto a secado.

5. Estado slido, en que el volumen del suelo no vara con el secado.

Adems de los lmites de plasticidad (lquido y plstico), Atterberg defini otros

lmites de consistencia; [1]

1. Lmite de adhesin, definido como el contenido de agua con el que la arcilla

pierde sus propiedades de adherencia con una hoja metlica (una esptula)

2. Lmite de cohesin, definido como el contenido de agua con el que los

grumos de arcilla ya no se adhieren entre s.

3. Lmite de contraccin, es la frontera entre los estados de consistencia

semislida y slida, definido con el contenido de agua con el que el suelo

ya no disminuye su volumen al seguirse secando.

Fig 3 Carta de plasticidad.

5

1.4 CLASIFICACIN E IDENTIFICACIN DE SUELOS:

A razn de la complejidad y la infinita variedad con que los suelos se presentan en

la naturaleza, cualquier intento de sistematizacin cientfica, debe ir procedida por

otro de clasificacin completa. Es evidente que un sistema de clasificacin que

pretenda cubrir las necesidades correspondientes, debe estar basado en las

propiedades mecnicas de los suelos.

El Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS), cubre los suelos gruesos

y finos, distinguiendo ambos por el cribado a travs de la malla #200; las

partculas gruesas son mayores de la malla mencionada, y las partculas finas son

menores. Un suelo se considera grueso si ms del 50% de sus partculas son

gruesas, y suelo fino, si ms de la mitad de sus partculas, en peso, son finas.

[1-2]

1.4.1 SUELOS FINOS

a) Limos inorgnicos, de smbolo genrico M

b) Arcillas inorgnicas, de smbolo genrico C

c) Limos y arcillas orgnicas, de smbolo genrico O

Cada uno de estos tres tipos de suelos se subdivide, segn su lmite lquido, en

dos grupos. Si este es menor de 50% es decir, si son suelos de baja o media

compresibilidad, se aade un smbolo genrico L (low, baja compresibilidad en

ingls), obtenindose por esta combinacin los grupos; ML, CL y OL.

Los suelos finos con lmite lquido mayor de 50%, considerado de alta

compresibilidad, se le adjudica el smbolo genrico H (alta compresibilidad en

ingls), formando los grupos MH, CH y OH.

1.4.1.1 GRUPOS CL Y CH

El grupo CL definido por LL< 50% e Ip >7%, mientras que el grupo CH se define

por LL > 50%. Las arcillas formadas por descomposicin qumica de cenizas

volcnicas, tales como la bentonita o la arcilla del valle de Mxico.

6

1.4.1.2 GRUPOS ML Y MH

El grupo ML se define por LL < 50%, mientras que el grupo MH se define por

LL > 50%. En estos grupos quedan comprendidos los limos tpicos inorgnicos y

limos arcillosos. En algunas ocasiones este tipo de suelo se presenta casos de

frontera como; ML-CL y MH-CH.

1.4.1.3 GRUPOS OL Y OH

Estos tipos de suelos tienen las mismas definiciones que los grupos anteriores, la

nica diferencia es que una pequea adicin de materia orgnica coloidal hace

que el lmite lquido de una arcilla inorgnica crezca, sin apreciable cambio de su

ndice plstico.

1.5 POLMEROS.

fundamental de un polmero recibe el nombre de "monmero". Las molculas

compuestas de al menos dos unidades monomricas diferentes se les llama

copolmeros. El nmero de unidades monmericas contenidos en el polmero

recibe el nombre de grado de polimerizacin.

La molcula de un polmero final puede constituirse de miles de unidades que se

repiten y cada una se denomina "mero o unidad monomrica".

Todas las sustancias naturales, artificiales o sintticas, cuyo peso molecular es

superior a 10.000 g/mol, reciben el nombre general de sustancias

macromoleculares. Los productos macromoleculares orgnicos en cuyas

molculas se repiten con regularidad ciertos principios estructurales genricos

reciben el nombre de altos polmeros. Estos altos polmeros pueden ser, a su vez,

naturales, artificiales o semisintticos y sintticos. [6]

Los altos polmeros artificiales son los obtenidos por transformacin qumica de los

altos polmeros naturales, sin que se destruya de modo apreciable su naturaleza

7

macromolecular. Los altos polmeros sintticos son los que se obtienen por va

puramente sinttica a partir de sustancias de bajo peso molecular; por ejemplo el

nylon, poliestireno, estireno, etc. [6]

Los altos polmeros sintticos y semisintticos reciben generalmente el nombre de

plsticos; aun cuando no todos ellos presentan la caracterstica de la plasticidad. A

veces se les llama resinas sintticas por su semejanza, en estructura y

propiedades, a las resinas naturales. [6]

Fig 4cadena polimrica.

1.5.1 SEGN SU ESTRUCTURA.

Lineales cuando los monmeros se unen por dos sitios (cabeza y cola) y

Ramificados si algn monmero se puede unir por tres o ms sitios.

1.5.2 SEGN SU ORIGEN.

Naturales como el caucho, polisacridos (celulosa, almidn), protenas, cidos

nucleicos, entre otros y Artificiales como los plsticos, fibras textiles sintticas,

poliuretano, baquelita, etc.

1.5.3 TERMOPLSTICOS.

Se reblandecen al calentar y recuperan sus propiedades al enfriar. Se moldean en

caliente de forma repetida y

1.5.4 TERMOESTABLES.

Una vez moldeados en caliente, quedan rgidos al ser enfriados por formar nuevos

enlaces y no pueden volver a ser moldeados. Las fibras pueden tejerse en hilos

8

finos y los elastmeros poseen gran elasticidad por lo que pueden estirar varias

veces su longitud. Un elastmero pero de origen natural sera el caucho. [3]

Los polmeros termoplsticos son polmeros de cadenas largas que cuando se

calientan se reblandecen y pueden moldearse a presin. Representan el 78-80%

de consumo total. Los principales son: polietileno, polipropileno, poli (cloruro de

vinilo), poliestireno y poliuretano. [3]

1.6 ESTABILIZACIN.

La estabilizacin de los suelos en la ingeniera prctica, particularmente en las

vas terrestres, ha sido una tcnica ampliamente utilizada para mejorar el

comportamiento esfuerzo deformacin de los suelos.

El mejoramiento de los suelos ha atendido a diversos requerimientos, tales como

la resistencia al esfuerzo cortante, la deformabilidad o compresibilidad, la

estabilidad volumtrica ante la presencia de agua, entre otros, buscando en todos

los casos, un buen comportamiento esfuerzo deformacin de los suelos y de la

estructura que se coloque sobre ellos, a lo largo de su vida til. [5]

En los terrenos arcillosos, particularmente en climas ridos o semiridos, es

altamente probable encontrar problemas relacionados con inestabilidades

volumtricas ante la ganancia o prdida de agua. Existen en la prctica diversos

mtodos para estabilizar a tales suelos; cada mtodo, utiliza diferentes agentes

estabilizadores, entre los que se pueden encontrar:

La cal

El cemento Portland

Productos asflticos

cidos orgnicos

Resinas y polmeros

Sales, entre otros

9

Incluso se ha utilizado la combinacin de diferentes productos estabilizadores, as

como la mezcla de suelos con el fin de dar soluciones ptimas a problemas

particulares. [4-8]

1.7 CARACTERIZACIN.

La interaccin de la materia con (IR) radiacin infrarroja hace que sea posible

caracterizar las energas de vibracin de las molculas en varios componentes a

lo largo del eje de los enlaces qumicos (vibraciones de valencia o estiramiento,

que, adems de molculas diatnicas, son rara vez pura) y deformaciones que

son perpendiculares al eje de bonos (la rotacin, la torsin, radiaciones de

cizallamiento, batientes, libraciones, flexin). IR corresponde a estos la absorcin

de los niveles de energa. IR se produce cuando la frecuencia de la radiacin es

igual a la de las vibraciones. [12]

Fig 5 ejemplos de vibracin de una molcula sencilla poliatmico

10

1.8 ANTECEDENTES.

Desde siempre se ha usado la cal como aglomerante en la construccin. La obra

ms antigua que se conoce tiene an un espesor de 25 cm y data de nada menos

que 5,600 aos A.C. y se encuentra en Lapenski Yugoslavia.

Tambin se us la cal como elemento de unin y sellante de bloques en la

pirmide de Kheops. Cada bloque pesa ms de 3 toneladas y son unidos por

juntas de espesor inferior a medio milmetro. Juntos todos los bloques forman una

000 m3 y 146 metros de altura, no superada esta, durante los

siguientes 400 aos hasta la construccin de algunas catedrales. [4]

Centrndonos en el tratamiento de suelos, recordemos la famosa Va Apia de la

po

mezclando el suelo existente con cal. Muy cerca de nosotros tambin tenemos

ejemplos de estabilizacin que en Espaa comenzaron a realizarse a partir de los

aos 70. [8]

Las pirmides de Shersi en el Tbet fueron construidas con mezclas compactadas

de arcilla y cal. En la China y la India a lo largo de la historia, se ha utilizado de

varias maneras la estabilizacin con cal.

Sin embargo, fue en los EE.UU., a finales de 1940; cuando se aplicaron a las

mezclas de cal y suelo las tcnicas y ensayos de la mecnica de suelos que se

desarrollaban en aquella poca. El tratamiento de arcillas con cal comenz en

1950, y la tcnica aument su popularidad con gran rapidez. Se han construido

miles de kilmetros de carreteras, as como aeropuertos principales como el de

Dallas Fort Worth, sobre arcillas estabilizadas. Esta tcnica tambin se practica

extensamente en Sudfrica, Australia, Nueva Zelanda, Alemania, Suecia y

Francia. Desde entonces, la estabilizacin de los terrenos arcillosos con cal se ha

convertido en una alternativa econmicamente beneficiosa a los mtodos

tradicionales de construccin. Los proyectos tpicos que se han beneficiado de la

estabilizacin con cal, incluyen: [7]

11

Autopistas, carreteras principales y secundarias.

Pistas de aterrizaje y de servicio en aeropuertos

Aparcamientos y explanadas de fbricas

Estabilizacin de laderas

Caminos vecinales, pistas forestales y caminos rurales

Vas frreas

Recuperacin de muelles en desuso

Recuperacin de terrenos contaminados

Rellenos estructurales.

La cal, as como las tcnicas antes mencionadas con sus respectivas referencias

han ayudado considerablemente al problema tcnico de suelos inestables,

aportando una gran viabilidad de trabajar y construir sobre los suelos mejorados

de estas tcnicas.

Actualmente se han realizado mejoramientos o tratamiento de suelos arcillosos

con polmeros. En la Divisin de Estudios de Posgrado, Facultad de Ingeniera;

Universidad Autnoma de Quertaro, Quertaro, Qro; Mxico. Y Centro de Fsica

Aplicada y Tecnologa Avanzada; Universidad Nacional Autnoma de Mxico,

Campus Juriquilla, Quertaro, Qro; Mxico.

La investigacin que se realiz en esta institucin fue la adicin de un polmero al

suelo expansivo para determinar su efectividad en la disminucin del cambio

volumtrico, problema que estos suelos presentan cuando se hidratan; para lo

cual se realizaron varios ensayes.

12

Tanto al suelo natural como al suelo-polmero se les realizaron las pruebas para

determinar los Lmites Lquido, Plstico y de Contraccin, as como el ndice

plstico. Estas pruebas permitieron clasificarlos, tomando como base el Sistema

Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS).

Las mezclas suelo-polmero se realizaron al 2, 4, 6, 8 y 10%.

1.8.1 PROPIEDADES NDICE DEL SUELO NATURAL Y DE LA MEZCLA

SUELO-POLMERO.

El suelo natural presenta un lmite lquido promedio de 89.7%. El suelo natural

tratado con polmero a diferentes porcentajes presenta, desde el 4%, una

considerable reduccin del lmite lquido en casi 50% y para mayores porcentajes

(6, 8 y 10), tuvo muy poca variacin.

Tabla 1 Propiedades ndice del suelo natural y de la mezcla suelo-polmero.

El ndice plstico del suelo natural tiene un valor de 54% aproximadamente, con

un 4% de polmero, el ndice plstico se reduce ms de la mitad (21%). Al seguir

aumentando el contenido de polmero se va reduciendo todava ms el ndice

plstico.

El suelo natural es de un CH (suelo arcilloso de alta compresibilidad) y mezclado

con polmero va perdiendo plasticidad y con ello, expansividad, para quedar en un

13

ML, (limo de baja compresibilidad), segn el SUCS (Sistema Unificado de

Clasificacin de Suelos).

Fig 6 comparaciones del suelo natural y suelo-polmero con los distintos porcentajes.

1.8.2 RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE MEDIANTE COMPRESIN

SIMPLE DEL SUELO NATURAL Y SUELO-POLMERO.

Los resultados de compresin simple en suelo natural, variaron de 3.2 a 4.1

kg/cm2, aproximadamente; con una resistencia promedio de 3.6 kg/cm2. Para el

suelo-polmero, los resultados de compresin simple variaron de 2.3 a 2.7 kg/cm2,

aproximadamente; con una resistencia promedio de 2.5 kg/cm2. Es importante

mencionar que la resistencia del suelo modificado, aunque haya disminuido, sigue

siendo suficiente para construcciones ligeras, que son las que frecuentemente son

daadas.

14

1.8.3 EXPANSIN Y CONSOLIDACIN DEL SUELO NATURAL Y DE LA

MEZCLA SUELO-POLMERO.

En la prueba de expansin del suelo natural, se obtuvo una deformacin mxima

promedio de 4.72 mm, determinada en un tiempo de tres semanas, tiempo en el

cual la muestra se satur por completo. Durante las primeras 24 horas en que el

suelo entr en contacto con el agua, ya se haba presentado el 85% de la

deformacin mxima que alcanzara el suelo al trmino de tres.

Con respecto a la prueba de expansin realizada a la mezcla suelo-polmero, se

obtuvo una deformacin mxima promedio de 2.7 mm, dejndose tambin las

muestras tres semanas para que se saturaran por completo. La mezcla de suelo-

polmero alcanz el 95% de su deformacin mxima

En las primeras 24 horas. Y a partir de este tiempo, la mezcla ya no se expandi

aun cuando se sigui saturando.

Fig 7 expansin del suelo natural y suelo-polmero.

De acuerdo con los resultados, se obtuvo un porcentaje de expansin del 46,40%

para suelo natural y 26,50% para la mezcla suelo-polmero. Tambin se

representaron las curvas de compresibilidad, para el suelo natural y con polmero

al 5%

15

1.9 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

1.9.1 DESCRIPCIN.

Para la realizacin de este trabajo, se har extraccin de un suelo de alguna parte

aleatoria de la Ciudad de Los Mochis, Sinaloa. Con los mtodos tradicionales para

la Mecnica de Suelos y basados en las normas que rigen la mecnica de suelos

se har su clasificacin y as mismo daremos solucin al mejoramiento de dicho

suelo con la adicin del polmero floculante catinico de cloruro de dialil dimetil

amonio, segn la referencias de este tipo de trabajo, el polmero en las arcillas

reduce razonablemente el ndice plstico, lo cual hace que estas no sufran

variaciones volumtricas excesivas como en su estado natural.

1.9.2 VIABILIDAD.

Para la realizacin del trabajo de tesis, se puede decir que se cuenta con los

recursos necesarios para llevarla a cabo, por parte de la clasificacin de suelos la

facultad de Ingeniera Mochis cuenta con un laboratorio de mecnica de suelos en

el cual se tiene todo el material necesario para clasificar y determinar sus

propiedades mecnicas, para la caracterizacin de las muestras de suelo con

polmero catinico se pueden mandar a centros de investigacin donde cuentan

con equipo ideal para analizar la influencia del floculante sobre la arcilla, as como

tambin en la misma facultad.

1.10 HIPTESIS.

Con la adicin del polmero se mejoraran las condiciones fsicas y mecnicas del

suelo, tales como el ndice plstico, resistencia a la compresin y disminucin de

la expansin, teniendo un adecuado comportamiento del suelo ante los cambios

volumtricos de expansin, y mejoramiento de suelos superficiales para

terraceras. Esperando obtener un porcentaje ptimo del polmero floculante para

cumplir satisfactoriamente que un suelo arcilloso sea mejorado para fines de

construccin.

16

1.11 JUSTIFICACIN.

La necesidad de conocer el tipo de suelo de la ciudad de Los Mochis es carcter

de importancia ya que se han presentado problemas en el rea de la construccin

por el tipo de suelo existente, causando problemas de agrietamientos en muros,

desplazamiento vertical del sistema de cimentacin de una determinada

edificacin (asentamiento) e incluso con problemas de terraceras para

establecimientos y vas terrestres; es por eso que a este tema de investigacin a

desarrollar tendr como finalidad, analizar y proponer una solucin ptima al

problema de la estabilizacin del suelo, principalmente de las arcillas de alta

compresibilidad.

CAPTULO 2: METODOLOGA Y EXPERIMENTACIN.

Para desarrollar esta tesis y cumplir con los objetivos sealados anteriormente se

emplear la siguiente metodologa:

Se emplearn muestras representativas del sitio de extraccin del suelo

para realizar pruebas de expansin en estados: remoldeado con la

combinacin de suelo-polmero para conocer los cambios en los

parmetros de expansibilidad. Solamente un ejemplo para combinacin de

material.

A partir de los resultados obtenidos de las mediciones con elementos

mecnicos se llevar a cabo el clculo de la resistencia a la compresin

simple del suelo natural, y stos sern comparados con las mediciones

obtenidas de pruebas hechas con suelo-polmero para cada adicin de

porcentaje.

17

Se realizar la prueba de compactacin AASTHO estndar (AASTHO T 99-

95), para determinar la curva de compactacin del material. A partir de esta

inferir su masa volumtrica seca mxima y su contenido de agua ptimo.

Consiste en determinar las masas volumtricas secas de un material

compactado con diferentes contenidos de agua, mediante la aplicacin de

una misma energa de compactacin en prueba dinmica y graficando los

puntos correspondientes a cada determinacin, trazar la curva de

compactacin del material.

Se determinarn las pruebas fsicas con la copa de Casagrande para la

obtencin de los lmites plsticos y lmites lquidos y conocer su ndice de

plasticidad del suelo. Solamente un ejemplo para combinacin de material.

2.1 DESCRIPCIN DE LAS HERRAMIENTAS PARA LA EXTRACCIN DE

MATERIAL Y SUS TRABAJOS POSTERIORES DE LABORATORIO.

Para los trabajos de la extraccin y trabajos posteriores en el laboratorio de la

muestra representativa de la masa de suelo, se utilizaron las herramientas que a

continuacin se enlistan.

Pico.

Pala.

Cuchillos.

Juego de Mayas.

Pisn de 2.5 kg con una altura de cada de 45 cm.

Cpsula de porcelana.

Charolas

Cucharn.

Esptulas.

Regla.

18

2.2 DESCRIPCIN DE LOS EQUIPOS PARA LAS PRUEBAS MECNICAS DEL

MATERIAL.

En la ingeniera es necesario conocer los principios que sustentan el empleo de

los aparatos usados en campo y laboratorio, ya que se precisa determinar los

parmetros que stos miden, as como las hiptesis bajo las cuales el

funcionamiento de tales aparatos es satisfactorio y proporcionan datos confiables

referentes a caractersticas fsicas y mecnicas del suelo. [13]

Las pruebas se realizaron con aparatos de laboratorio cuyas caractersticas

permitieron obtener informacin para medir la expansin, compactacin,

plasticidad y capacidad de carga del suelo. Se clasifican en cuatro grupos:

pruebas para medir la expansin del suelo a travs de pruebas de expansin con

odmetros, pruebas para medir la compactacin del suelo (procesos mecnicos),

pruebas para medir la plasticidad (copa de Casagrande, como proceso mecnico)

y pruebas de compresin simple para medir la capacidad de carga del suelo

remoldeado con el equipo de compresin simple. [13]

Copa de Casagrande, con sus aditamentos.

Horno.

Equipo para caracterizacin trmica e infrarrojos.

Balanza de 0.1 gramo de aproximacin.

Equipo de consolidacin.

2.3 DESCRIPCIN DE EQUIPO Y MATERIALES PARA PRUEBA AASTHO

ESTNDAR. [M-MMP-4-01-010]

Las descripciones que a continuacin se presentan de los equipos y materiales

para la prueba AASTHO estndar (AASTHO T 99-95) para determinar mediante la

curva de compactacin, la masa volumtrica seca mxima y el contenido de agua

ptimo de los materiales para las terraceras a que se refieren las Normas N-CMT-

19

1-01, Materiales para Terrapln, N-CMT-1-02, Materiales para Subyacente y N-

CMT-1-03, Materiales para Subrasante. Son las siguientes:

El equipo para la ejecucin de las pruebas estar en condiciones de operacin,

calibrado, limpio y completo en todas sus partes. Todos los materiales por emplear

sern de alta calidad.

MOLDES: Metlicos de forma cilndrica, de volmenes v y masas w conocidos,

provistos de una placa de base metlica a la cual se asegura el cilindro y una

extensin o collarn removible con dimetro interior igual al cilindro, con la forma y

dimensiones indicadas en la figura 1, dependiendo de la variante de prueba,

segn lo indicado en la Tabla 1.

20

Fig 8 moldes cilndricos y pisones para las pruebas de compactacin AASTHO.

PISONES: Metlicos, con cara inferior de apisonado circular, de 50.8 mm de

dimetro, acoplados con una gua metlica tubular, como el mostrado en la Figura

1 y con las caractersticas mostradas en la Tabla 1 de este captulo, de acuerdo

con el tipo de prueba de que se trate.

REGLA: Metlica, de arista cortante, aproximadamente 25 cm de largo.

BALANZAS: Una con capacidad mnima de 15 Kg y aproximacin de 5 gr. Otra

con capacidad mnima de 2 Kg. y aproximacin de 0.1 gr.

HORNO: Elctrico o de gas, con capacidad suficiente para contener el material de

prueba, con termostato capaz de mantener una temperatura de 105 C y

aproximacin de +- 5C.

PROBETA: Una con capacidad de 500 cm3 y graduaciones a cada 10 cm3; otra

con capacidad de 1, 000 cm3 t graduaciones a cada 10 cm3.

Fabricadas con alambres de bronce o de acero inoxidable,

tejidos en forma de cuadrcula, con abertura nominal de 19 y 4.75 mm

21

respectivamente, que cumplan con las tolerancias indicadas en la Tabla 1 de esta

captulo. El tejido estar sostenido mediante un bastidor circular metlico, de

lmina de bronce o latn, de 206 +- 2 mm de dimetro interior y 68 +- 2 mm de

altura, sujetando la malla rgida y firmemente mediante un sistema de engargolado

de metales, a una distancia de 50 mm de borde superior del bastidor.

CPSULAS: Metlicas.

CHAROLAS: De lmina galvanizada, de forma rectangular de 40 x 70 x 10 cm.

CUCHARN: De 20 cm de largo, 11 cm de ancho y 10 cm de altura, formado un

paraleleppedo rectangular con slo cuatro caras, cuya cara menor lleva acoplado

un mango metlico de seccin circular de 13 cm de largo.

ACEITE: Para lubricar las paredes de los moldes.

2.3.1 VARIANTES DE LAS PRUEBAS

Las pruebas se pueden realizar con una de las siguientes cuatro variantes, segn

se muestra en la Tabla 2.

1. Variante A, que se aplica a materiales que pasan la malla N4 (4.75mm) y

se compactan en el molde de 101.6 mm de dimetro interior.

2. Variante B, que se aplica a materiales que pasan la malla N4 (4.75 mm) y

se compactan en el molde de 152.4 mm de dimetro interior.

3. Variante C, que se aplica a materiales que pasan la malla (19 mm) y se

compactan en el molde de 101.6 mm de dimetro interior.

4. Variante D, que se aplica a materiales que pasan la malla (19 mm) y se

compactan en el molde de 152.4 mm de dimetro interior.

22

Tabla 2 Tipo de prueba y variantes para la compactacin Proctor.

La variante a usarse debe indicarse en la especificacin para el material que est

siendo probado. Si ninguna variante est especificada se utilizar la variante A.

Fig 9

23

Fig 10 cucharn y pizn para compactar.

2.3.2 PREPARACIN DE LA MUESTRA.

La preparacin de la muestra de materiales para terraceras, obtenida segn se

establece en el Manual M-MMP-1-01, Muestreo de Materiales para Terraceras, se

hace de la siguiente manera:

A- De acuerdo con lo indicado en el Manual M-MMP-1-03, Secado,

Disgregado, y Cuarteado de Muestras, se separa por cuarteos una porcin

representativa de aproximadamente 4 kg. para las variantes A y C, y de

aproximadamente 7.5 kg, para las variantes B y D.

B- En el caso de las variantes A y B, el material se criba a travs de la malla

N4 (4.75 mm), mientras que para las variantes C y D el material se criba a

forma manual, colocando la fraccin que pasa en una charola y

desechando el retenido.

C- Se homogenizo perfectamente el material que constituye la Procin de

prueba.

24

2.3.3 PROCEDIMIENTO DE LAS PRUEBAS.

1- A la porcin preparada, se le agrega la cantidad de agua necesaria para

que una vez homogenizada, tenga un contenido de agua inferior en 4 a 6%

respecto ptimo estimado.

2- En el caso de que se hayan formado grumos durante la incorporacin del

agua, se resuelve el material hasta disgregarlo totalmente. Se mezcla

cuidadosamente la porcin para homogenizarla y se divide en tres

fracciones aproximadamente iguales, en el caso de la prueba estndar y en

cinco porciones para la prueba modificada.

3- Se coloca una de las fracciones de material en el molde de prueba

seleccionado de acuerdo con la variante de que se trate, con su respectiva

extensin, el cual se apoya sobre el bloque de concreto para compactar el

material con el pisn que corresponda, aplicando 25 golpes para el caso de

las variantes A y C o 56 golpes para las variantes B y D, repartiendo

uniformemente los golpes en la superficie de la capa, como se muestra en

la figura 6. Para el caso de la prueba estndar se utiliza el pisn de 2.5 Kg,

con una altura de cada libre de 30.5 cm y para el caso de la prueba

modificada, la masa del pisn y la cada libre sern de 4.54 kg y 45.7 cm,

respectivamente. Se escarifica ligeramente la superficie de la capa

compactada y se repite el procedimiento descrito para las capas

subsecuentes.

25

Fig 11 elaboracin del espcimen de prueba.

4- Terminada la compactacin de todas las capas, se retira la extensin del

molde y se verifica que el material no sobresalga del cilindro en un espesor

promedio de 1.5 cm como mximo; de lo contrario la prueba se repetir

utilizando de preferencia una nueva porcin de prueba con masa

ligeramente menor que la inicial. En el caso de que no exceda dicho

espesor, se enrasa cuidadosamente el espcimen con la regla metlica.

5- A continuacin, se determina la masa del cilindro con el material de prueba

y se registra como Wi, en gr. Anotndola en una hoja de registro.

6- Se saca el espcimen del cilindro, se corta longitudinalmente y de su parte

central se obtiene una porcin representativa para determinan su contenido

de humedad (w%), de acuerdo con el procedimiento indicado en el Manual

M-MMP-1-04, contenido de agua; se registran los datos correspondientes a

esta determinacin en la misma hoja de registro.

26

7- Se incorporan las fracciones del espcimen al material que sobr al al

enrasarlo, en su caso, se disgregan los grumos, se agrega

aproximadamente 2% de agua con respecto a la masa inicial de la porcin

de prueba y se repiten los pasos descritos en las prrafos 1 y 2.

8- Con la misma porcin de prueba se repite lo indicado en el prrafo 7,

incrementando sucesivamente su contenido de agua, hasta que dicho

contenido sea tal que el ltimo espcimen elaborado presente una

disminucin apreciable en su masa con respecto al anterior. Para definir

convenientemente la variacin de la masa volumtrica de los especmenes

elaborados respecto a sus contenidos de agua, se requiere compactar

cuatro o cinco especmenes, que en la segunda determinacin la masa del

cilindro con el espcimen hmedo, sea mayor que en la primera y que en la

penltima determinacin sea mayor que en la ltima.

En materiales degradables es conveniente preparar muestras de prueba diferentes

para cada determinacin.

2.4 DESCRIPCIN DE EQUIPO Y MATERIALES PARA PRUEBA DE

COMPRESIN SIMPLE INCONFINADA EN MUESTRAS DE SUELOS

(I.N.V. E 152 07).

2.4.1 OBJETIVO.

El objetivo de esta norma es indicar la forma de realizar el ensayo para determinar

la resistencia a la compresin inconfinada de suelos cohesivos bajo condiciones

inalteradas o remoldeadas, aplicando carga axial, usando cualquiera de los

mtodos de resistencia controlada o deformacin controlada.

Este ensayo se emplea nicamente para suelos cohesivos, ya que en un suelo

carente de cohesin no puede formarse una probeta sin confinamiento lateral.

27

Resistencia a la compresin inconfinada, es la carga por unidad de rea a la cual

una probeta de suelo, cilndrica o prismtica, falla en el ensayo de compresin

simple.

Esta norma no pretende considerar todos los problemas de seguridad asociados

con su uso. Es de responsabilidad de quien la emplee, el establecimiento de

prcticas apropiadas de seguridad y salubridad y la aplicacin de limitaciones

regulatorias, con anterioridad a su uso.

2.4.2 EQUIPO.

APARATO DE COMPRESIN. Conformado por una prensa para rotura de las

probetas, de velocidad controlada manual o mecnicamente, con capacidad

suficiente para llegar a la carga de rotura. El dispositivo de medida de la fuerza

aplicada debe tener una sensibilidad del 1 % de la resistencia a la compresin

simple de la muestra ensayada.

UN TORNO. Con motor o mecnico tallador de probetas de muestras inalteradas

con accesorios (sierra de alambre, cuchillos, caja de ingletes, etc.). fig. 1

MOLDES. Para preparar probetas de suelo amasado o compactado.

Aparatos para determinar la humedad de la muestra segn se indica en la norma

INVE 122.

UN CRONMETRO. Si el control de la prensa es manual.

UN VERNIER. Con nonio capaz de medir las dimensiones fsicas de la probeta

con aproximacin de 0.1 mm.

28

BALANZAS. Que den el peso de la muestra con una precisin del 0.1 % de su

peso total.

HORNO. Capaz de mantener una temperatura de 110 5 C (230 9 F).


DIMENSIONES DE LA PROBETA. La probeta debe ser de seccin

aproximadamente constante, circular o cuadrada, y eje perpendicular a dicha

seccin. Su dimetro o lado no debe ser inferior a 30 mm (1.3 in.) y en suelos que

presentan discontinuidades se recomienda que sea de mayor tamao. La mayor

partcula contenida en su interior debe ser, como mximo, igual a 1/10 del

dimetro o lado. Si, una vez terminado el ensayo, se encuentran partculas

mayores que dicho tamao, se har constar esto, junto con los resultados. Para

muestras con dimetro igual o mayor de 72 mm (2.8 in.), el tamao de la partcula

deber ser menor a 1/6 del dimetro o lado.

La relacin de la altura al dimetro o al lado de la base se debe encontrar entre

2 a 2.5.

El trmino probeta se aplica a la muestra ya tallada. Cuando la altura no cumpla

con las dimensiones indicadas, se deber anotar en el Informe.

La dimensin longitudinal de la probeta cortada debe coincidir con la direccin

vertical de la muestra original.

PROBETAS INALTERADAS. Si se trata de muestras de tubo, hay que

manejarlas con gran cuidado para evitar su alteracin, cambios en la seccin

transversal o la prdida de humedad.

29

Si se teme que el dispositivo de extraccin pueda daar la muestra, se puede

hendir el tubo longitudinalmente o cortarlo en trozos ms pequeos para facilitar la

extraccin de la muestra sin alterarla.

Si se trata de arcilla no dura, se recomienda, cuando sea posible, tallar la muestra

para eliminar las zonas alteradas prximas a las paredes del tubo. En general, se

deben desechar las partes alteradas de la muestra.

En caso de disponerse de cmara hmeda, las operaciones de tallado se deben

realizar en ella con el fin de que el suelo permanezca el menor tiempo posible

expuesto a la prdida de humedad.

30

Fig 12 torno tallador de probetas.

Cuando los extremos de la probeta quedan irregulares debido a la existencia de

piedras, desmoronamiento de la muestra, etc., se deben igualar las caras

rellenando los pequeos agujeros con suelo de los cortes. Si se trata de muestras

duras, es conveniente refrentar las caras de modo que queden perfectamente

paralelas. Esto se puede hacer mediante un corte de precisin o aadiendo una

capita de azufre o material duro anlogo en un "refrentador".

Se determina la masa de las probetas y separadamente se toma una muestra para

determinar la humedad. La masa debe excluir la capa de material utilizado para

refrentar la probeta.

PROBETAS REMOLDEADAS. Si se desea ensayar una muestra de arcilla

saturada "remoldeada", por ejemplo para determinar la sensibilidad, se procede

del siguiente modo: se amasa perfectamente el suelo de modo que se destruya

completamente su estructura anterior. Si se desea conservar la humedad que

tena la muestra original, es conveniente envolver el material en una membrana de

caucho fino durante esta operacin.

31

Para formar el espcimen se puede emplear un tubo metlico cilndrico hueco de

altura algo mayor que el doble del dimetro, en cuyo interior penetra un cilindro de

madera del mismo dimetro que la probeta, cubierto con un disco de aluminio. Las

paredes del tubo hueco se deben lubricar con vaselina.

La probeta se moldea contra el disco de aluminio, y se hace retroceder el cilindro

de madera a medida que se aade ms arcilla. Hay que tener cuidado de que no

se introduzca aire en la probeta durante esta operacin, con el objeto de mantener

el grado de saturacin anterior al amasado. Cuando dentro del tubo haya un

cilindro de arcilla de altura un poco superior al doble del dimetro, se empuja el

cilindro de madera en sentido contrario para extraer la muestra.

Para efectos de esta norma, la sensibilidad se define como el cociente entre la

resistencia a la compresin simple de la muestra inalterada y la resistencia a la

compresin simple de la muestra remoldeada sin prdida de humedad. Como es

inevitable que durante las operaciones citadas la muestra pierda algo de

humedad, puede ser conveniente realizarlas con las manos algo hmedas, o bien

obtener la resistencia de la muestra remoldeada a partir de un grfico que

relacione la resistencia y la humedad en dichas muestras.

En muchos casos, puede ser conveniente remoldear la muestra con los mismos

restos de la inalterada una vez rota. En tales circunstancias, no es posible hallar la

humedad en la muestra inalterada con la totalidad de la probeta.

PROBETAS COMPACTADAS. Tambin se puede compactar una muestra en un

molde a una humedad y peso unitario prefijado. Despus que la probeta se haya

formado, se le cortan extremos perpendiculares al eje longitudinal, se extrae del

molde y se determinan su masa y dimensiones.

NOTA 1. La experiencia indica que es difcil manejar, compactar y obtener

resultados vlidos con probetas que tienen un grado de humedad superior al 90 %

de saturacin de la muestra de suelo.

32

2.4.4 PROCEDIMIENTO.

1. Se miden tres alturas de la probeta cada una separada 120 grados de la

otra y tres dimetros en las tres lneas imaginarias centrales que resultan

de dividir la probeta en cuartos, con una precisin de 0.1 mm mediante un

calibrador con nonio o un objeto anlogo.

2. En probetas de gran tamao puede adoptarse una precisin menor y

proporcional al tamao de la muestra.

3. Se determina la masa de la muestra.

4. Se coloca la probeta en la prensa de modo que quede perfectamente

centrada. Se acciona el dispositivo de avance lo estrictamente necesario

para que la probeta toque a la placa superior de la prensa. Se pone en cero

el indicador de deformaciones.

5. El ensayo se podr hacer controlando la deformacin o controlando la

carga.

6. Para el caso de la deformacin controlada, se acciona la prensa de modo

que la velocidad de deformacin unitaria de la probeta est comprendida

entre % y 2% por minuto. Se toman medidas de las deformaciones y de

las cargas cada 30 segundos hasta que las cargas comiencen a disminuir o

hasta llegar a una deformacin axial del 15% (lo que antes suceda). Se

escoger una velocidad en que la rotura ocurra en un lapso entre 1 y 10

minutos.

33

En el caso de materiales muy blandos que exhiben deformaciones mayores

a la falla, debern ensayarse a una rata mayor de deformacin y lo inverso

para los materiales duros o quebradizos.

Si se trata de una probeta de suelo muy duro, en la cual la deformacin a la

rotura sea muy pequea, la curva esfuerzo-deformacin no quedar

debidamente representada en dicho grfico. En ese caso, es posible

despreciar el aumento de seccin durante la carga.

Cuando interesa hallar el mdulo de deformacin en probetas de suelo muy

duro, es conveniente medir la deformacin mediante extensmetros o por

otro procedimiento que elimine las deformaciones en la base.

7. Cuando se empleen esfuerzos controlados, se aplicar la carga para que

produzca una deformacin axial a una rata de 0.50% a 2% por minuto y se

registrarn los esfuerzos y las deformaciones cada 30 segundos. La rata de

deformacin se regular en tal forma que la falla de probetas sin refrentar

nunca sobrepase de 10 minutos. La carga se deber proseguir hasta que

decrezcan los valores de la carga con el aumento de seccin que se

produce en la probeta durante la rotura, lo cual se traduce en una

disminucin del esfuerzo aplicado.

8. Se hace un esquema de la forma de rotura. Si la rotura se produce a travs

de un plano inclinado, es conveniente medir el ngulo de inclinacin de

dicho plano.

9. De la parte de la probeta en donde se ha producido la rotura se toma una

pequea muestra en el recipiente y se determina su humedad. Tambin se

determina la humedad de toda probeta, anotando las masas y haciendo las

operaciones que se indican en la hoja de clculos.

34

2.4.5 CLCULOS.

La deformacin unitaria, e, se calcular con la siguiente frmula:

Donde:

= deformacin unitaria axial para la carga dada,

L = cambio en longitud de la muestra, igual al cambio entre la lectura inicial y

final del indicador de deformacin, y

Lo = longitud inicial de la muestra.

Se calcula la seccin transversal promedio de la muestra, A, para una carga dada

as:

Donde:

= deformacin unitaria axial para la carga dada, y

= rea inicial promedio de la probeta.

Donde:

At = rea en la parte superior de la probeta,

Am = rea en la parte media de la probeta, y

Ab = rea de la parte inferior de la probeta.

35

El rea A, se puede calcular alternativamente a partir de dimensiones obtenidas

por medicin directa, cuando se pueden medir las superficies de la probeta.

Es til preparar un grfico que d, para cada deformacin, el rea corregida

correspondiente, de acuerdo con los dimetros iniciales de las muestras que se

empleen en el ensayo.

Se calcula el esfuerzo, c:

c

Donde: P = carga aplicada dada, y

A = rea de la seccin promedio correspondiente.

Se prepara un grfico que muestre la relacin entre el esfuerzo (ordenada) y la

deformacin unitaria (en las abscisas). Se toma el valor mayor de la carga unitaria

o el que corresponda al 20% de deformacin, el que ocurra primero entre las dos,

y se informa como resistencia a la compresin inconfinada.

Siempre que se considere necesario para una interpretacin adecuada, se incluir el grfico correspondiente en el Informe.

La resistencia a la compresin inconfinada se emplea tambin para calificar la

consistencia del suelo como muy blanda, blanda, mediana, firme, muy firme y dura

de acuerdo con el valor obtenido en la siguiente forma:

36

Tabla 3 Consistencia del suelo en funcin a la resistencia a la compresin inconfinada.

Mediante la masa y la humedad de la probeta se calcula la masa unitaria segn se

indica en la hoja de clculos.

2.4.6 PRECISIN Y TOLERANCIAS.

Actualmente no existe un mtodo que permita evaluar la precisin de un grupo de

ensayos sobre muestras inalteradas, debido a la variabilidad de las probetas.

Muestras de suelo inalterado de depsitos aparentemente homogneos

procedentes del mismo lugar, a menudo presentan diferentes resistencias y

relaciones esfuerzo-deformacin.

An no se ha desarrollado un mtodo de ensayo y un procedimiento de

preparacin de muestras, para la determinacin de la discrepancia de diferentes

laboratorios, debido a la dificultad para producir probetas de suelos cohesivos

idnticas. No es posible hacer estimacin de la precisin en este mtodo de

ensayo.

2.4.7 NORMAS DE REFERENCIA

NLT 202

AASHTO T 208 05

ASTM D 2166 00

37

2.5 DESCRIPCIN DE EQUIPO Y MATERIALES PARA LA PRUEBA DE

LMITES DE CONSISTENCIA.

El contenido de esta prueba describe los procedimientos para determinar los

lmites de consistencia de materiales para terraceras a que se refieren las Normas

N-CMT-1-01, Materiales para Terrapln, N-CMT-1-02, Materiales para Subyacente

y N-CMT-1.03, Materiales para Subrasante.

2.5.1 OBJETIVOS DE LAS PRUEBAS.

stas pruebas permiten conocer las caractersticas de plasticidad de la porcin de

los materiales para terraceras que pasan la malla N40 (0.425 mm), cuyos

resultados se utilizan principalmente para la identificacin y clasificacin de los

suelos. Las pruebas consisten en determinar el lmite lquido, es decir, el con

tenido de agua para para el cual el suelo plstico adquiere una resistencia al corte

de (25 g/cm2); este se considera como la frontera entre los estados semilquidos

y plsticos. El lmite plstico o el contenido de agua para el cual un rodillo se

rompe en tres partes al alcanzar un dimetro de tres milmetros; este se considera

como la frontera entre los estados plsticos y semislido. El ndice plstico se

calcula con la diferencia entre los lmites lquido y plstico.

2.5.2 EQUIPO Y MATERIALES.

El equipo para la ejecucin de las pruebas estar en condiciones de operacin,

calibrado, limpio y completo en todas partes. Todos los materiales por emplear

sern de calidad, considerando siempre la fecha de caducidad.

MALLA N 40: Fabricada con alambres de bronce o de acero inoxidable, tejidos

en forma de cuadrcula, con abertura nominal de 0.425 mm, que cumpla con las

tolerancias indicadas en la Tabla 1 del manual M-MMP-1-06, Granulometra de

Materiales Compactables para Terraceras. El tejido estar sostenido mediante un

38

bastidor circular metlico, de lmina de bronce o latn, de 206 +- 2 mm de

dimetro interior y 68 +- 2 mm de altura, sujetado a la malla rgida y firmemente

mediante un sistema de engargolado de metales, a una distancia de 50 mm del

borde superior del bastidor.

COPA DE CASAGRANDE: Calibrada para una altura de cada de 1 cm, provista

de un ranurador plano, con las caractersticas que se indican en la figura 1 de esta

norma.

39

Fig 13 copa de Casagrande para la determinacin del lmite lquido.

BALANZA: De 2,000 gramos de capacidad y aproximacin de 0.01 g.

HORNO: Elctrico o de gas, con termostato capaz de mantener una temperatura

constante de 105 +- 5 C.

VASO O RECIPIENTE: De 0.5 L de capacidad.

CAPSULA DE PORCELANA: De 12 cm de dimetro.

ESPTULA FLEXIBLE: De acero inoxidable, de 7.5 cm de longitud y 2 cm de

ancho, con punta redonda.

VIDRIOS DE RELOJ: Refractorios para el secado del material.

PAO: De material absorbente de 40 x 40 cm.

PLACA DE VIDRIO: Con dimensiones mnimas 40 x 40 cm por lado y 0.6 cm de

espesor.

ALAMBRE DE ACERO: De 3 mm de dimetro y 10 cm de longitud.

40

2.5.3 CALIBRACIN DEL EQUIPO.

Antes de cada prueba se verificar que la altura de cada de la copa de

Casagrande sea de 1 cm, utilizando para ello el mango calibrado del ranurador,

que tiene precisamente esa dimensin. S la altura da cada es diferente, el

aparato debe corregirse mediante los tornillos de ajuste.


La preparacin de la muestra de materiales para terraceras, obtenida segn se

establece en el manual M-MMP-1-01, Muestreo de Materiales para Terraceras, se

hace de la siguiente manera:

1. De la muestra del material se aparta, de acuerdo con el procedimiento

indicado en el manual M-MMP-1-03, Secado, Disgregado, y Cuarteado de

Muestras, una proporcin de tamao tal que, una vez cribada en forma

manual por la malla N 40 (0.425 mm), se obtengan aproximadamente 300

g. del material que pase por esa malla; ste se coloca en una charola.

2. Se separan aproximadamente 250 g, de acuerdo con lo indicado en el

manual M-MMP-1-03, Secado, Disgregado, y Cuarteo de Muestras; se

obtiene y se registra la masa del material separado, con aproximacin de

0.01 gramos

3. Se coloca el material separado en un recipiente apropiado, se le agrega el

agua necesaria para saturar al material y se deja en reposo durante

aproximadamente 24 horas, en un lugar fresco, cubriendo el recipiente con

un pao que se mantendr hmedo al fin de reducir al mnimo la prdida de

agua por evaporacin.

41

2.5.5 DETERMINACIN DEL LMITE LQUIDO (LL).

2.5.5.1 EQUIPO Y MATERIALES.

El equipo necesario para realizar esta prueba es: copa de Casagrande, balanza,

horno, vaso o recipiente, cpsula de porcelana, esptula, cuentagotas, vidrios de

reloj y pao, mismos que se encuentran descritos en pasos anteriores.

2.5.5.2 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA.

1. De la fraccin del material preparada de acuerdo en el apartado anterior de

preparacin de la muestra de este manual, se toma una porcin de

aproximadamente 150 g, que se coloca en la cpsula de porcelana donde

se homogeniza utilizando la esptula.

2. En la copa de Casagrande, previamente calibrada como se indica en el

apartado de calibracin de equipo de copa de Casagrande de este manual,

se coloca una cantidad suficiente de material para que, una vez extendido

con la esptula, se alcance un espesor de 8 a 10 mm en la parte central de

la copa, considerando lo siguiente:

A)- Para evitar que el material colocado sobre la copa sea insuficiente, es

conveniente poner una cantidad ligeramente mayor y eliminar el sobrante al

enrasarlo con la esptula.

B)- Para extender el material se procede del centro hacia los lados sin aplicar una

presin excesiva y con el mnimo de pasadas de la esptula, como se muestra en

la figura 2.

42

Fig 14 colocacin del material en la copa de Casagrande.

3. Mediante una pasada firme del ranurador se hace una abertura en la parte

central del material contenido en la copa, para lo cual, el ranurador se

mantendr siempre normal a la superficie interior de la copa, como se

indica en la figura 3 de esta norma.

4. La ubicacin, forma y dimensiones que tendr la ranura en su parte central

se ilustran en la figura 4 de esta norma.

5. Inmediatamente despus del colocado y ranurado del material, se acciona

la manivela del aparato para hacer caer a copa a razn de dos golpes por

segundo, y se registra el nmero de golpes necesarios para lograr que los

bordes inferiores de la ranura se pongan en contacto en la longitud de 13

mm.

Fig 15 formacin de la ranura en la determinacin del lmite lquido.

43

6. Logrando lo anterior se toman con la esptula aproximadamente 10 g de

material de la porcin cerrada de la ranura y, para determinar su contenido

de agua w%, de acuerdo con el procedimiento indicado en el manual M-

MMP-1-04, Contenido de Agua, se colocan en un vidrio de reloj del que

previamente se han determinado su masa.

7. Una vez que se ha tomado la porcin requerida para la determinacin del

contenido agua, el material restante se integra a la cpsula de mezclado,

para lavar y secar la copa y el ranurador.

8. Inmediatamente, mediante con l cuenta gotas, se agrega agua al material

en la cpsula y se homogeniza con la esptula, dicho material se prueba

segn se indic del inciso B al inciso 7. Este procedimiento se repite hasta

obtener puntos para trazar una lnea de tendencia en un formato. Las

cantidades de aguas adicionadas a la muestra ser que todas las pruebas

queden comprendidas entre 10 y 35 golpes en la copa de Casagrande,

siendo necesario obtener valores por arriba y por debajo de los 25 golpes

ya que para consistencias menores a 10 golpes es difcil identificar el

momento de cierre de la ranura en la longitud especificada y para ms de

35 golpes se dificulta la ejecucin de la prueba.

Fig 16 forma y dimensiones de la ranura.

9. Se grafican los puntos correspondientes a cada determinacin, respetando

el eje de las abscisas en escala logartmica, el nmero de golpes n, y en el

de las ordenadas en escala aritmtica, los respectivos contenidos de agua

44

w%, tal como se muestra en la figura 5. Se traza una lnea recta que una

aproximadamente los puntos graficados; a esta recta se le llama curva de

fluidez.

Fig 17 determinacin de los lmites de plasticidad.

2.5.5.3 CLCULOS Y RESULTADOS.

De la grfica de la figura 5 de esta norma, se obtiene el valor del lmite lquido

determinando la curva de fluidez el contenido de agua correspondiente a los 25

golpes.

45

2.5.5.4 PRECAUCIONES.

Para evitar errores durante la ejecucin de la prueba, se observan las siguientes

precauciones:

1. Que la prueba se realice en un lugar cerrado, con ventilacin indirecta,

limpio y libre de corrientes de aire, de cambio de temperaturas y de

partculas que puedan provocar la alteracin del material.

2. Que todo el equipo est perfectamente limpio y funcional, especialmente

la copa y el ranurador deber estar limpios, calibrados y sin indicios de

desgaste.

3. Que las dimensiones del ranurador que se utilicen sean las

especificadas.

4. Que al efectuar la prueba, que la ranura se cierre debido al flujo

provocado por los golpes y no al deslizamiento de la muestra sobre la

copa o la presencia de burbujas de aire entre el material y la copa,

originadas por una mala colocacin de ste y que ocasionan que fluy

caracterizaciÓn y mejoramiento de una arcilla tÍpica de la ciudad de los mochis, ing. josé luis...

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