Análisis de muestra de suelo limoso

Klever Marcelo Maurad, Diego Bravo Jácome, Sebastián Chica Ginna Calle, Franklin Romero, Luis Octavio Ávila 21/04/2015

1. Introducción:

Es importante conocer las propiedades o características del tipo de suelo que se utilizara en cualquier obra de Ingeniería Civil, los principales ensayos que se realizan son el análisis granulométrico, determinación de los límites de ATTERBERG, humedad óptima para la compactación.

La granulometría tiene por objeto la clasificación de suelos, y mediante la cual según las características físicas los tipos de suelo pueden agruparse. Mediante la clasificación de suelos podemos comparar, describir las propiedades y en base a esto poder tomar una decisión acerca de qué tipo de material es el más conveniente en los diferentes tipos de obras ingenieriles. Para el diseño de pavimentos, resulta necesario realizar un análisis previo del material que se encuentra en el terreno, así como de aquel que se va a utilizar para conformar el conjunto de capas superpuestas que se utilizan para el diseño de pavimentos. Se deben determinar sus propiedades en base a la granulometría.

Cuando se trata de suelos limosos a arcillosos estas propiedades dependen de la adhesión y plasticidad del suelo para lo cual se requiere determinar la plasticidad mediante los límites de Atterberg. En base a las propiedades de los suelos antes mencionadas se tiene dos clasificaciones de suelos las cuales se basan en el tamaño de las partículas y en los límites de Atterberg. Estos dos sistemas son: el sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS) y el sistema AASHTO. Siendo este último el más utilizado en el diseño y construcción de carreteras.

Además de la determinación de la granulometría y los límites de Atterberg es importante saber el porcentaje de humedad para el cual la densidad seca del material es máxima. Para esto realizamos la prueba de Proctor modificado.

Al tratarse de un suelo limoso (fino) no se omitirá el análisis granulométrico.

2. Objetivos: 2.1. Análisis Granulométrico del material2.2. Determinación de los límites de Atterberg2.3. Determinar la humedad necesaria en un suelo para lograr la compactación máxima.2.4. Clasificación del suelo en base a sus propiedades

Los ensayos se detallan a continuación.

3. Determinación de los límites de Atterberg

3.1. Marco Teórico

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. El método usado para medir estos límites se conoce como método de Atterberg y los contenidos de agua o humedad con los cuales se producen los cambios de estados, se denominan límites de Atterberg.

Límite líquido (LL). Humedad de un suelo remoldeado, límite entre los estados líquido y plástico, expresado en porcentaje.

Límite plástico (LP). Humedad de un suelo remoldeado, límite entre los estados plástico y semi-sólido, expresado en porcentaje.

3.2. Determinación de Limite Liquido

3.2.1. Equipo necesario Aparato de límite líquido (máquina de

Casagrande), el que consiste en una taza (cuchara) de bronce con una masa de 200 ± 20 gramos, montada en un dispositivo de apoyo fijado a una base de caucho, madera o plástico duro.

Acanalador (Casagrande o ASTM), mango de calibre de 1 cm. para verificar altura de caída de la cuchara.

Plato de evaporación de porcelana de 120 mm. de diámetro.

Espátula Horno de secado Balanza de precisión de 0,01 gr.

3.2.2. Procedimiento Se pone la muestra en el plato de evaporación agregándole

suficiente cantidad de agua, mezclando con la espátula hasta lograr una pasta homogénea.

Se coloca el aparato de límite líquido sobre una base firme (verificando que esté limpia y seca) y se deposita en la taza unos

50 a 70 gramos. del material preparado previamente, para luego alisar la superficie con la espátula.

Una vez enrasado, se pasa el acanalador para dividir la pasta en dos partes, a través de un surco. Si se presentan desprendimientos de la pasta en el fondo de la taza, se debe retirar todo el material y reiniciar el procedimiento.

Cuando se tiene el surco, se gira la manivela del aparato con una frecuencia de 2 golpes por segundo, contando el número de golpes necesarios para que la ranura cierre en 10 mm. de longitud en el fondo de ella

Finalmente, se toman aproximadamente 10 gramos del material que se junta en fondo del surco para determinar la humedad.

3.2.3. Cálculos y gráficos

Para el ensayo se realizaron 4 pruebas y mediante interpolación obtuvimos la humedad a los 25 golpes.El porcentaje de humedad en cada lectura se determinó por medio de la ecuación:

%w=Wh−WsWs

∗100 (1)

Tarro Golpes W

húmedoW seco w

# gr gr %

m6 13 5 2.8 78.571

m5 20 12.3 7.5 64.000

m2 33 6.8 4.2 61.905

m1 37 12.7 7.9 60.759

Tabla 1. Humedades obtenidas en el ensayo

A partir de los resultados obtenidos en la Tabla 1, determinamos el Limite Liquido por medio de un ajuste lineal de la gráfica del número de golpes respecto al porcentaje de humedad.

10 15 20 25 30 35 400.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

f(x) = − 0.633574080530279 x + 82.6234536104238

w

Numero de golpes

Porc

enta

je d

e hu

med

ad

Grafico 1. Porcentaje de humedad vs número de golpes.

Para hallar el contenido de humedad a los 25 golpes, utilizamos la ecuación obtenida en el ajuste lineal de donde se tiene:

% a los 25 golpes = 66.78Por lo tanto:

LL = 66.78

3.3. Determinación de Límite Plástico 3.3.1. Equipo necesario

Espátula hoja flexible Placa de vidrio esmerilado. Horno de secado. Patrón de comparación, puede usarse un

alambre o plástico de 3 mm. de diámetro. Balanza de precisión de 0,01 gr.

3.3.2. Procedimiento La muestra de ensayo se prepara de manera

idéntica a la descrita en el límite líquido, o bien puede usarse la misma muestra que se usó en ese ensayo, en la etapa en que la pasta de suelo se vuelva lo suficientemente plástica para moldearla como una esfera.

Se toma una porción de suelo de aproximadamente 1cm3, se amasa entre las manos y se hace rodar con la palma de la mano o la base del pulgar, por sobre la superficie de amasado, formando un

cilindro. Cuando se alcance un diámetro aproximado a 3 mm. se dobla y amasa nuevamente, para volver a formar el cilindro, lo que se repite hasta que el cilindro se disgregue al llegar al diámetro de 3 mm. en trozos de tamaño de 0,5 a 1 cm. de largo y no pueda ser reamasado ni reconstituido.

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. Se deben hacer tres determinaciones que no difieran entre sí en más de 2%, en caso contrario deberá repetirse el ensayo.

3.3.3. Cálculos y gráficos

PruebaTarro

W húmedo

W seco Humedad Humedad

# gr gr % Promedio1 C1 13.3 10.1 31.68

29.142 C2 11.9 9.4 26.60

Tabla 2. Determinación del Limite Plástico.

LP = 29.14

3.3.4. Índice de Plasticidad

El índice de plasticidad se calcula como la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico:

IP=¿ – LP=66.78−29.14=37.64

4. Ensayo de Compactación Proctor Modificado (humedad óptima ) 4.1. Marco Teórico

La humedad óptima corresponde al contenido de humedad en el material que permite obtener el máximo peso específico, generalmente este valor de humedad está entre un 15-20% debajo del límite liquido del suelo. La compactación perfecta es cuando se ha eliminado completamente la presencia de aire y los espacios vacíos presentes están saturados.

4.2. Equipo necesario 4.2.1. Materiales y Equipos

Muestra de suelo de 12000 gramos.

Cilindro de compactación. Espátula (enrasador). Balanza Recipiente de agua.

Pisón o martillo. Recipientes adecuados para la determinación de la humedad. Horno.

4.2.2. Procedimiento

Usamos una muestra de suelo limoso. Colocar la muestra dentro del molde en 5 capas sucesivas, aplicándoles a cada una 56

golpes repartidos en toda el área, dados con el pisón. Quitar cuidadosamente la extensión del molde (anillo) y enrasar la parte superior del

cilindro Determinar y registrar el peso del cilindro con el suelo compactado sin considerar al

collarín. Retirar el suelo del molde y obtener el contenido de agua de dos muestras

representativas. Repetir el proceso con un contenido de agua cada vez mayor hasta que se tengan por lo

menos dos determinaciones en las que el peso del molde con el suelo compactado sea inferior a los anteriores.

4.2.3. Cálculos y gráficos

Proctor

Tarropeso

húmedo + Tarro

Peso Seco + tarro

Peso Tarro

Peso Húmedo

Peso Seco %w

1 p1 73.6 70.7 49.7 23.9 21 13.81 13.06p4 70.4 67.1 40.3 30.1 26.8 12.31

2 p3 74 68.1 39.9 34.1 28.2 20.92 20.24p2 73 68.5 45.5 27.5 23 19.57

3 62 86.8 79.6 44.5 42.3 35.1 20.51 20.1374 75 70.2 45.9 29.1 24.3 19.75

4 177 76.8 71.1 48 28.8 23.1 24.68 25.4667 60.5 56.8 42.7 17.8 14.1 26.24

Tabla 3. Porcentaje de humedad.

Proctor Peso suelo + cilindro gramos

Peso cilindro

Peso Suelo Volumen Cilindro m3

Densidad Seca

gramos kg kg/m31 11249 3,708 0,00321744 1152,4690442 11558 4,017 0,00321744 1248,5081313 11785 7541 4,244 0,00321744 1319,0611174 11612 4,071 0,00321744 1265,29166

Tabla 4. Porcentaje densidades secas.

12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 26.00 28.001050.00

1100.00

1150.00

1200.00

1250.00

1300.00

1350.00

f(x) = − 0.09551091782 x³ + 2.88789973444 x² + 7.81677724632 x + 770.567716653

% Humedad vs Densidad seca

Grafico 2. Comportamiento de la densidad con distintas humedades De este grafico anterior obtenemos que el peso especifico seco máximo es de aproximadamente

1322 kg/m3 con una humedad optima del 21%

5. Resultados generales del estudio

Limite Liquido 67Limite Plástico 29

Índice de Plasticidad 38Humedad Optima 21%

Tipo de Suelo AASHTO A-5 SUELO LIMOSO

6. Conclusiones y Recomendaciones La compactación es un método ideal para mejorar las propiedades algunos suelos que se

utilizan en obras de construcción. El ensayo de Proctor modificado nos ayuda a representar en el laboratorio las técnicas de

compactación utilizadas en campo. Conocer el contenido de humedad óptimo es de mucha importancia ya que es de gran

utilidad a la hora de buscar una solución para mejorar las propiedades de resistencia al cortante, densidad y otras del suelo. En el caso del material que se utilizo en nuestra prueba se obtuvo un 21% de humedad óptima.

Expresar el límite líquido (LL) del suelo, como la humedad correspondiente a la intersección de la curva de flujo con la abscisa en 25 golpes, aproximando al entero más próximo. Este dato también puede interpolarse matemáticamente con N=25 golpes, obteniendo así el límite líquido.

Cuando se realiza el ensayo del límite plástico, para producir la falla no es necesario reducir la velocidad de amasado y/o la presión de la mano cuando se llega a 3 mm. de diámetro. Los suelos de muy baja plasticidad son una excepción en este sentido, en estos

casos, la bolita inicial debe ser del orden de 3 mm. antes de empezar a enrollar con la mano.

7. Bibliografía Juárez B. E y Rico R. A. (1975). Mecánica de suelos Tomo 1: Fundamentos de la

mecánica de Suelos. México: Limusa. Braja M. D. (2001). Principios de ingeniería de cimentaciones. California: International

Thomson Editores. Fournier, R. Material del curso mecánica de suelos I ASTM D-698. Características de compactación de suelo en laboratorio usando esfuerzo

normal.