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MECÁNICA DE SUELOS I ING. MORALES UCHOFEN WALTER
LIMITES DE CONSISTENCIA
INTRODUCCION
Existen suelos que al ser remodelados, cambiando su contenido de agua si es necesario,
adoptan una consistencia característica, que de épocas antiguas se ha denominado
plástica. Estos suelos han sido llamados arcillas, originalmente, por los hombres
dedicados a la cerámica; la palabra pasó a la mecánica de suelos, en épocas más
recientes, con idéntico significado. La plasticidad es, en este sentido, una propiedad tan
evidente que ha servido de antaño para clasificar suelos en forma puramente descriptiva.
Los suelos que poseen algo de cohesión, según su naturaleza y cantidad de agua, pueden
presentar propiedades que lo incluyan en el estado sólido, semi-sólido, plástico o semi-
líquido. El contenido de agua o humedad límite al que se produce el cambio de estado
varía de un suelo a otro.
En la realización de estos ensayos se determinará la consistencia de las muestras
alteradas extraídas de la calicata 4.
OBJETIVOS
Calcular el contenido de humedad que posee nuestra muestra de suelo.
Reconocimiento de los instrumentos necesarios para realizar el ensayo de límite
liquido.
MARCO TEORICO
Los tres estados de la materia que se identifican son: el sólido, el líquido y el
gaseoso. El estado sólido se identifica por su impenetrabilidad, el líquido y el
gaseoso se reconocen porque son estados fluidos. Sin embargo, existe un
cuarto estado conocido como estado plástico, caracterizado porque a la
materia se le puede dar la forma que uno quiera, esto es que puede ser
moldeada; ésta es la consistencia que adquiere la masa para hacer pasteles
cuando el panadero la trabaja. En los suelos para lograr ese estado es
necesario hacer un “remoldeo” del suelo con espátulas y agregarle o quitarle
agua hasta lograr la consistencia plástica; de hecho existe un rango de
humedades para las cuales el suelo se comporta plásticamente. Incluso se
puede hablar de estado intermedios de la materia tales como el semisólido o
el semilíquido dependiendo del contenido de agua del suelo remoldeado.
1. LL Límite Líquido: frontera superior entre el estado plástico y el semilíquido.
2. LP Límite Plástico: frontera inferior entre el estado plástico y el semisólido.
3. LC Límite de contracción: frontera entre los estados semisólido y sólido.
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MATERIALES Y PROCEDIMIENTO
I. MATERIALES:
Muestra de suelo alterada Copa de Casagrande:
Ranurador.- Tamiz N° 40
Mortero. Espátula
Recipiente Cápsulas
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Balanza Estufa
II. PROCEDIMIENTO:
DETERMINACION DEL LÍMITE LIQUIDO:
Para le realización del ensayo
primero se realizara el procedimiento
de toma de muestra del cual se
extraerá una muestra alterada para
este ensayo para procederlo a secarlo
naturalmente a temperatura de
ambiente.
Se tritura la muestra del suelo con el pilón y el mortero; de cada
estrato (2 estratos) para tener una muestra uniforme y luego se
hace pasar por el tamiz N°40, hasta tener aproximadamente unos
200 gr.
La muestra obtenida en el paso anterior se procede a tamizar por
la malla del tamiz n°40 para evitar el paso de sustancias que fueran
diferentes del suelo como por ejemplo raíces, plásticos u otras
materias.
La muestra obtenida en el paso anterior se coloca en una bandeja
y se le agrega agua destilada de la piseta, mezclándola de manera
homogénea con una espátula para obtener una muestra ni tan seca
ni tan mojada.
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Una vez realizado el proceso
anterior se transfiere una porción de la masa obtenida
anteriormente a la copa de Casagrande, se la amasa bien y se la
distribuye de manera que el espesor en el centro sea
aproximadamente 1 cm. Una vez puesto la masa en la copa de
Casagrande; con el Ranurador se le hace una abertura de
aproximadamente 2 cm de tal forma que quede limpio el fondo
de la copa, la muesca debe seguir una dirección normal al eje de
rotación en su punto medio.
Se gira la manivela hasta que la ranura se cierre en
aproximadamente 12.7 mm. Teniendo en cuenta el número de
veces de golpes que realiza la copa.
Se procede a agregar
agua a la muestra
Se procede al mezclado: tiene que ser uniforme para la
óptima realización del ensayo
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Ahora se procede a sacar una porción de
la masa del centro cuarteada para luego
ponerlo en la capsula previamente
anotados los datos de la capsula y así
colocarlos en la estufa.
Se realiza este procedimiento cuatro
veces con contenidos crecientes de agua,
con la finalidad de obtener cuatro puntos
procurando que el número de golpes
requeridos para que cierre la ranura sean
uno mayor y dos menores que 25, o
viceversa.
Se coloca cada una de las cuatro muestras en sus respectivas
capsulas, se pesan y luego se colocan en la estufa a una
temperatura de 105 °C durante 24 horas. Luego se retiran de la
estufa y se vuelven a pesar.
Para lograr que la muestra cierre entre la cantidad de golpes
deseada debemos variar el contenido de agua, pues a menor
cantidad de agua menos golpes. Si se pasará la cantidad de agua
como sucedió en nuestro grupo, se contrarresta añadiendo un
poco de material.
Peso del recipiente
más la muestra
Muestra en la estufa
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DETERMINACION DEL LIMITE PLASTICO
El límite plástico en el suelo se define como el mínimo contenido
de agua de la fracción que pasa la malla (N° 40), para que se
puedan formar con ella cilindros de 3 mm, sin que se rompan o
se desmoronen.
Equipos y materiales:
Muestra restante del ensayo de limite liquido
Capsula de aluminio
Balanza electrónica
Espátula
Recipiente plástico
Piseta con agua
Horno
Plancha de vidrio, plástica o madera
Procedimiento: 1. Se toma una muestra de material preparado de
acuerdo con la prueba de LL, a la cual se le da la forma de
una pequeña esfera de aproximadamente 12 mm de
diámetro, que deberá moldearse con los dedos para que
pierda la humedad y se forma un cilindro manipulándolo
sobre la palma de la mano, aplicando con los dedos la
presión necesaria para tal fin.
2. A continuación, se rola el cilindro con los dedos de la
mano sobre la placa de madera, dando la presión requerida
para reducir su diámetro hasta que este sea uniforme en
toda su longitud y ligeramente mayor de 3 mm, la velocidad
de rodado deberá ser de 60 a 80 ciclos por minuto,
entendiéndose por ciclo un movimiento completo de la
mano hacia adelante y hacia atrás, hasta volver a la posición
de la partida.
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3. Si al alcanzar dicho diámetro el cilindro no se rompe
en varias secciones simultáneamente, su humedad es
superior a la del límite plástico. En ese caso se debe juntar
todo el material, se forma nuevamente una pequeña esfera,
manipulándola con los dedos para facilitar la pérdida de
agua y lograr una distribución uniforme de la misma.
4. Se repiten los pasos 1 hasta el 3 hasta lograr que el
cilindro se rompa en varios segmentos precisamente en el
momento de alcanzar el diámetro de 3 mm.
5. El contenido de humedad que tiene el suelo en ese
momento representa el límite plástico, el cual se determina
colocando las fracciones de suelo en un recipiente,
secándolas al horno.
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DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE
CONTRACCIÓN
El límite de contracción es la frontera entre los estados semi-
sólido y sólido, quedando definido como el contenido de agua mínimo
para el cual el suelo no retrae su volumen aún cuando pierda o se
evapore agua. Observando una gráfica de volumen del suelo en función
de su contenido de humedad, observaríamos que todo suelo llega a un
punto donde su volumen no decrece aún cuando el contenido de
humedad siga disminuyendo. Es este punto, el contenido de humedad
que deseamos cuantificar.
Equipos y materiales:
Muestra triturada y pasada por tamiz Nº40
Espátula o cuchillo para enrazar
Molde cilíndrico, metálico o de porcelana, con el fondo
plano
Pires de vidrio
Recipiente plástico
Balanza electrónica
Mercurio (Hg)
Horno
Piseta con agua
Vaselina
Roca cilíndrica y plana
TAMICES Y RECIPIENTES
PLASTICOS
MOLDE CILINDRICO VASELINA MERCURIO (Hg)
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Procedimiento:
1. Recubrir el interior del molde con una capa delgada de
lubricante (por ejemplo, vaselina o aceite de silicón para prevenir
la adherencia de suelo al molde).
2. Colocar una porción de suelo húmedo de aproximadamente un
tercio de la capacidad del molde en el centro de éste y extenderlo
hasta los bordes, golpeando el molde contra una superficie firme
en este caso la roca plana.
3. Agregar una porción similar a la primera y golpear el molde
hasta que el suelo este completamente
compactado y todo el aire atrapado suba
a la superficie.
4. Agregar material y compactar hasta
que el molde este completamente lleno y
con exceso de suelo sobre el borde.
5. Enrasar con la regla y limpiar posibles
restos de suelo adherido al exterior
del molde.
6. Inmediatamente de enrasado, pesar el
molde con el suelo compactado. Restar el
peso del molde determinando el peso del
suelo húmedo (Wh).
7. Dejar secar lentamente al aire hasta que
la pastilla de suelo moldeado se despegue
de las paredes del molde o hasta que
cambie de color oscuro a claro.
Nota: Se recomienda efectuar el ensaye,
hasta el inicio del secado, en cámara
húmeda. Si no se cuenta con este
dispositivo se deben tomar todas las precauciones necesarias para
reducir la evaporación.
8. Secar en horno a 110 ±5 °C hasta masa constante.
Nota: El secado en horno a 110 ±5 °C no entrega resultados
fiables en suelos que contienen yeso u otros
minerales que pierden fácilmente el agua de
hidratación o en suelos que contienen
cantidades significativas de materia orgánica.
9. Pesar el molde con el suelo seco. Restar el
peso del molde determinando el peso del suelo
seco (Ws).
10. Determinar el volumen de la pastilla de suelo seco.
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11. Llenar la taza con mercurio hasta que
desborde, enrasar presionando con la
placa de vidrio y limpiar los restos de
mercurio adheridos al exterior de la taza.
12. Colocar la taza llena de mercurio
sobre el plato de evaporación, colocar la
pastilla de suelo sobre la superficie del
mercurio y sumergirlo cuidadosamente
mediante las puntas de la placa de vidrio
hasta que ésta tope firmemente contra el
borde de la taza (Es esencial que no
quede aire atrapado bajo la pastilla de suelo ni bajo la placa de
vidrio).
13. En seguida, obtener el volumen de mercurio desplazado por la
pastilla de suelo, para esto se pesa y se divide por la densidad del
mercurio (ϒHg = 13.55
g/cm³), registrarlo como volumen de la pastilla de suelo seco (Vs)
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Resultados Obtenidos:
PERFIL - MUESTRA
CAPSULA N° 268 202 369 86
1. Peso suelo humedo + cápsula (gr) 32.6 28.85 29.14 28.1
2. Peso suelo seco + cápsula (gr) 29.48 26.9 27.06 26
3. Peso del agua (gr) 3.12 1.95 2.08 2.1
4. Peso de la cápsula (gr) 21.48 22.17 22.05 21.18
5. Peso suelo seco (gr) 8 4.73 5.01 4.82
6. % de humedad 39.00 41.23 41.52 43.57
N° de golpes 32 23 24 17
a x b y
-0.3 25 48.259 40.759
PERFIL - MUESTRA C4 - E1 C4 - E1
CAPSULA N° 254 84
1. Peso suelo humedo + cápsula (gr) 22.88 22.24
2. Peso suelo seco + cápsula (gr) 22.68 22.07
3. Peso del agua (gr) 0.2 0.17
4. Peso de la cápsula (gr) 21.67 21.24
5. Peso suelo seco (gr) 1.01 0.83
6. % de humedad 19.80 20.48
7. Promedio
LL : LÍMITE LÍQUIDO 40.759
LP: LÍMITE PLÁSTICO 20.14
IP: ÍNDICE PLÁSTICO 20.62
ENSAYO: LÍMITE LÍQUIDO
ENSAYO: LÍMITE PLÁSTICO
C4-E1
20.14
y = -0.3x + 48.529
38
40
42
44
15 20 25 30 35
% D
E H
UM
EDA
D
N° DE GOLPES
LIMITE LÍQUIDO "C4 - E1"
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PERFIL - MUESTRA
CAPSULA N° 34 142 199 264
1. Peso suelo humedo + cápsula (gr) 29.28 26.72 29.03 29.2
2. Peso suelo seco + cápsula (gr) 27.48 25.71 27.6 27.81
3. Peso del agua (gr) 1.8 1.01 1.43 1.39
4. Peso de la cápsula (gr) 21.31 22.14 22.12 21.18
5. Peso suelo seco (gr) 6.17 3.57 5.48 6.63
6. % de humedad 29.17 28.29 26.09 20.97
N° de golpes 15 18 25 30
a x b y
-0.5172 25 37.509 24.579
PERFIL - MUESTRA C4 - E2 C4 - E2
CAPSULA N° 282 56
1. Peso suelo humedo + cápsula (gr) 21.75 22.05
2. Peso suelo seco + cápsula (gr) 21.64 21.92
3. Peso del agua (gr) 0.11 0.13
4. Peso de la cápsula (gr) 20.93 21.04
5. Peso suelo seco (gr) 0.71 0.88
6. % de humedad 15.49 14.77
7. Promedio
LL : LÍMITE LÍQUIDO 24.579
LP: LÍMITE PLÁSTICO 15.13
IP: ÍNDICE PLÁSTICO 9.45
ENSAYO: LÍMITE LÍQUIDO
C4-E2
ENSAYO: LÍMITE PLÁSTICO
15.13
y = -0.5172x + 37.509
20
22
24
26
28
30
32
10 15 20 25 30 35
% D
E H
UM
EDA
D
N° DE GOLPES
LIMITE LÍQUIDO "C4- E2"
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LIMITES DE CONSISTENCIA
PERFIL - MUESTRA
CAPSULA N° 24 36 145 289
1. Peso suelo humedo + cápsula (gr) 26.5 27.87 28.13 26.96
2. Peso suelo seco + cápsula (gr) 25.53 26.69 26.79 25.72
3. Peso del agua (gr) 0.97 1.18 1.34 1.24
4. Peso de la cápsula (gr) 21.31 22.14 22.12 21.18
5. Peso suelo seco (gr) 4.22 4.55 4.67 4.54
6. % de humedad 22.99 25.93 28.69 27.31
N° de golpes 30 21 13 10
a x b y
-0.2523 25 30.899 24.5915
PERFIL - MUESTRA C4 - E3 C4 - E3
CAPSULA N° 274 83
1. Peso suelo humedo + cápsula (gr) 21.71 22.01
2. Peso suelo seco + cápsula (gr) 21.64 21.92
3. Peso del agua (gr) 0.07 0.09
4. Peso de la cápsula (gr) 20.93 21.04
5. Peso suelo seco (gr) 0.71 0.88
6. % de humedad 9.86 10.23
7. Promedio
LL : LÍMITE LÍQUIDO 24.5915
LP: LÍMITE PLÁSTICO 10.04
IP: ÍNDICE PLÁSTICO 14.55
ENSAYO: LÍMITE LÍQUIDO
C4-E3
ENSAYO: LÍMITE PLÁSTICO
10.04
y = -0.2523x + 30.899
20
22
24
26
28
30
0 5 10 15 20 25 30 35
% D
E H
UM
EDA
D
N° DE GOLPES
LIMITE LÍQUIDO "C4 - E3"
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LIMITES DE CONSISTENCIA
Conclusiones:
Hallar el límite líquido y el límite plástico son condiciones
necesarias para poder hallar su índice de plasticidad, en nuestro
caso se halló con éxito.
El índice de plasticidad y el limite liquido servirán para que más
adelante el suelo se pueda clasificar
E1 E2
a) 8 5
b) 53.23 54.29
c) 47.54 49.99
d) 5.69 4.30
e) 32.00 31.87
f) 15.54 18.12
g) 36.62% 23.73%
h) 38.10 38.10
i) 196.02 193.17
j) 157.92 159.07
k) 11.67 11.46
l) 87.24 61.03
m) 49.14 22.93
n) 8.04 9.77
r) 13.26% 14.40%
Volúmen de cápsula = Volúmen de muestra
Peso recipiente con mercurio remanente
Peso mercurio remanente
Volúmen muestra seca
Límite de Contracción
% Humedad inicial
Peso recipiente
Peso recipiente con mercurio de cápsula de contracción
limite de contraccion
Peso Mercurio
Cápsula N°
Peso cápsula con suelo húmedo
Peso cápsula con suelo seco
Peso de agua contenida
Peso cápsula
Peso suelo seco