Limites de Consistencia

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.



MATERIALES Y PROCEDIMIENTO

I. MATERIALES:

Muestra de suelo alterada Copa de Casagrande:

Ranurador.- Tamiz N° 40

Mortero. Espátula

Recipiente Cápsulas



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.



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



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



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.



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.



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)



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.



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)



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"



PERFIL - MUESTRA

CAPSULA N° 34 142 199 264


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


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


CAPSULA N° 282 56






6. % de humedad 15.49 14.77

7. Promedio





C4-E2


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"



PERFIL - MUESTRA

CAPSULA N° 24 36 145 289


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


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


CAPSULA N° 274 83






6. % de humedad 9.86 10.23

7. Promedio





C4-E3


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"



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

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