Granulometria y Limites de Consistencia

8/17/2019 Granulometria y Limites de Consistencia

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Granulometría y Límites de Consistencia

Laura N. Henao, Miguel A. Castañeda, José L. Camargo, Sergio A. Aldana y

Jhon F. García.

Universidad la Gran Colombia

Laura N. Henao, Miguel A. Castañeda, José L. Camargo, Sergio A. Aldana y Jhon F.

García, Estudiantes Ingeniería Civil, Universidad la Gran Colombia.

La correspondencia concerniente a este artículo debe ser enviada a José L. Camargo,

Estudiante de Ingeniería Civil, Universidad la Gran Colombia. E-mail: [email protected]


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Granulometría y límites de consistencia. Laura Natalia Henao LaraMiguel Ángel Castañeda Mora

José Luis Camargo GarcíaSergio Andrés Aldana MejíaJhon Fredy García Calderón

2

Índice

Desarrollo del informe ................................................................................................. 11 1

Marco Teórico .............................................................................................................. 13 2

2.1 Exploración de Suelo ............................................................................................ 13

2.2 Métodos de Exploración ....................................................................................... 13

2.2.1 SPT - Standard Penetration Test ..................................................................... 13

2.2.2 CPT - Cone Penetration Testing .................................................................... 14

2.2.3 VST - Vane Shear Test ................................................................................... 15

2.2.4 DMT - Flat Plate Dilatometer Test ................................................................. 16

2.2.5 PMT - Pressuremeter Test .............................................................................. 16

2.3 Identificación de Suelos ........................................................................................ 17

2.4 Clasificación de suelos ......................................................................................... 18

2.4.1 AASHTO ........................................................................................................ 19

2.4.2 SUCS .............................................................................................................. 21

2.5 Límites de Atterberg ............................................................................................. 23

2.5.1 Limite Líquido (LL) ....................................................................................... 23

2.5.2 Límite Plástico (LP) ........................................................................................ 24

2.5.3 Límite de Contracción (SL) ............................................................................ 24


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3

2.6 Granulometría ....................................................................................................... 26

2.7 Hidrometría ........................................................................................................... 27

2.8 Historia ................................................................................................................. 29

2.8.1 Albert Mauritz Atterberg ................................................................................ 30

2.8.2 Arthur Casagrande .......................................................................................... 31

2.9 Ensayo Cono Británico Límite Líquido ................................................................ 32

2.10 Fabrica del Suelo .................................................................................................. 33

2.11 Angulo Residual – Angulo Pico ........................................................................... 34

Definición de parámetros ............................................................................................. 36 3

3.1 Vasijas de evaporación ......................................................................................... 36

3.2 Espátula ................................................................................................................ 36

3.3 Recipiente para contracción .................................................................................. 36

3.4 Regla de metal ...................................................................................................... 36

3.5 Recipiente de vidrio .............................................................................................. 36

3.6 Placa de vidrio ...................................................................................................... 36

3.7 Probeta .................................................................................................................. 36

3.8 Balanza ................................................................................................................. 36

3.9 Mercurio ............................................................................................................... 37

3.10 Horno .................................................................................................................... 37


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4

3.11 Guantes de asbesto y de caucho ........................................................................... 37

Valores típicos ............................................................................................................. 38 4

4.1 Límites de Atterberg ............................................................................................. 38

Edición de resultados ................................................................................................... 43 5

5.1 Granulometría ....................................................................................................... 43

5.2 Límites de Atterberg o de consistencia ................................................................. 44

Solución del ensayo ..................................................................................................... 45 6

6.1 Granulometría ....................................................................................................... 45

6.1.1 Clasificación del suelo .................................................................................... 47

6.2 Límites de Atterberg o de consistencia ................................................................ 48

6.2.1 Limite líquido ................................................................................................. 48

6.2.2 Limite Plástico ................................................................................................ 51

6.2.2.1 Índice de plasticidad .................................................................................... 52

6.2.3 Límite de Contracción .................................................................................... 53

Descripción de lo que se hizo ...................................................................................... 55 7

7.1 Granulometría ....................................................................................................... 55

7.2 Límites de Atterberg o de consistencia ................................................................. 59

7.2.1 Límite Líquido ................................................................................................ 59

7.2.2 Límite Plástico ................................................................................................ 62


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5

7.2.3 Límite de contracción ..................................................................................... 64

Discusión del error ....................................................................................................... 69 8

Comparación con datos típicos .................................................................................... 70 9

Aplicaciones ............................................................................................................. 71 10

Recomendación y valoración ................................................................................... 72 11

Bibliografía ............................................................................................................... 73 12


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6

Índice Tabla

Tabla 1 Limites de Atterberg para minerales arcillosos ..................................................... 38

Tabla 2 Clasificación de material según tamaño de partícula ............................................ 40

Tabla 3. Datos tomados y calculados. ................................................................................ 45

Tabla 4. Datos tomados en Laboratorio UGC, Límite Liquido ......................................... 48

Tabla 5. Datos tomados en Laboratorio UGC, Límite Plástico. ........................................ 51

Tabla 6. Datos tomados en Laboratorio UGC, Límite de Contracción. ............................. 53


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Índice de imágenes

Imagen 1. Explicación del ensayo. ..................................................................................... 23

Imagen 2. Procedimiento ensayo LP. ................................................................................. 24

Imagen 3. Tamices ............................................................................................................. 26

Imagen 4. Columna de Tamices ......................................................................................... 26

Imagen 5. Ensayo de Hidrometría. ..................................................................................... 29

Imagen 6. Albert Mauritz Atterberg ................................................................................... 30

Imagen 7. Arthur Casagrande ............................................................................................. 31

Imagen 8. Exploración de suelo para obtener muestra ....................................................... 34

Imagen 9. Datos tomados en Laboratorio UGC, Granulometría ........................................ 43

Imagen 10. Datos tomados en Laboratorio UGC, Limites de Atterberg. ........................... 44

Imagen 11. Tamiz de 1” ..................................................................................................... 56

Imagen 12. Tamiz Nº10 ...................................................................................................... 56

Imagen 13. Tamiz Nº200 .................................................................................................... 56

Imagen 14. Mezcla de hexametafosfato, agua y el material. ............................................. 57

Imagen 15. Hidrometro. ..................................................................................................... 57

Imagen 16. Uso de hidrómetro en la mezcla ...................................................................... 58

Imagen 17. Final del ensayo cuando el material a descendido por completo .................... 58

Imagen 18. Homogenización y saturación de material. ..................................................... 60

Imagen 19. Ranurador metálico. ........................................................................................ 60

Imagen 20. Modo de uso de ranurador en el ensayo. ......................................................... 60

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8

Imagen 21. Abertura entre la muestra después de los golpes ............................................. 61

Imagen 22. Recipiente a usar para una de las muestras. .................................................... 61

Imagen 23. Limpieza del equipo para continuar con el ensayo. ........................................ 62

Imagen 24. Armado de Rollitos para ensayo. .................................................................... 63

Imagen 25. Rollitos a utilizar para ensayo de Límite Plástico. .......................................... 64

Imagen 26. Recipiente con mercurio para medida de volumen final de galleta ................ 66

Imagen 27. Peso de mercurio capacidad de recipiente transparente. ................................. 66

Imagen 28. Llenado de mercurio recipiente donde colocaremos muestra. ........................ 67

Imagen 29. Enrazada para saber capacidad volumétrica de recipiente C2. ....................... 67

Imagen 30. Peso de mercurio que cabe en recipiente C2. .................................................. 68

Imagen 31. Llenado de recipiente con muestra, previamente untado de vaselina. ............ 68


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Índice de figuras

Figura 1. Sistema de clasificación AASHTO ..................................................................... 20

Figura 2. Sistema de clasificación AASHTO ..................................................................... 20

Figura 3. Grafica de Límite de Contracción. ...................................................................... 25

Figura 4. Gráfico de Curvas granulométricas de agregados. ............................................. 27

Figura 5. Mapa conceptual de Fases de Límites. ............................................................... 30

Figura 6. Enayo de Cono Britanico .................................................................................... 33

Figura 7. Diagrama esfuerzo vs deformación prueba de corte directo. .............................. 35

Figura 8. Diagrama esfuerzo vs deformación de prueba de corte directo. ......................... 35

Figura 9. Gráfico de Análisis Granulométrico. .................................................................. 46

Figura 10. Grafica de curva de fluidez Límite Liquido. ..................................................... 50


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Anexos

Anexo 1: Cuadro de Excel de granulometría calculada

Anexo 2: Cuadro de Excel de límites de consistencia calculados

Anexo 3: Cuadro de Excel clasificación de suelo AASHTO


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Desarrollo del informe1

Laura Natalia Henao Lara Estilos, edición final de imágenes y tablas,

comparación de datos, recomendación y

valoración, reflexión práctica, discusión del

error, revisión de cálculos, valores típicos.

Miguel Ángel Castañeda Mora Edición, cálculo y solución de los ensayos,

cuadros anexos, Clasificación de suelos

método AASHTO y SUCS, definición de

parámetros, discusión del error, comparación

con valores típicos.

José Luis Camargo García Marco teórico, límites de Atterbeg,

granulometría, ensayo de cono británico,

fabrica del suelo, ángulo residual,

clasificación de suelos.,


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12

Sergio Andrés Aldana Mejía Descripción de lo que se hizo (Limite

plástico, Limite Liquido, Limite de

Contracción y Granulometría)

Jhon Fredy García Calderón Aplicaciones a la ingeniería, valores típicos

(Limite de plasticidad, de contracción y

Limite Plástico)


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Marco Teórico2

2.1 Exploración de Suelo

Tiene como objetivo determinar las principales características geotécnicas de un suelo a

partir de la información recolectada en campo, dicha información puede ser recolectada con

equipos manuales, mecánicos o automatizados; los equipos manuales son usados generalmente para diseño de cimentación y se explora a una profundidad aproximada de 10 metros.

2.2 Métodos de Exploración

Los principales métodos de son:

2.2.1 SPT - Standard Penetration Test

Usa en suelos duros, semi-blandos y blandos, está dada por l correlación de número de

golpes y la resistencia del suelo, esto significa que entre mayor cantidad de golpes sean dados es

porque el suelo es más duro; se dan golpes con una pesa de 140 libras tomando una altura de 30

pulgadas para después dejarlo caer, cada tubo tiene un peso aproximado de 5 kilos, las muestras

se toman cada 15 centímetros ignorando los primeros 15.


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14

Se inicia con el barreno en los suelos blandos mediante rotación hasta encontrar suelo

duro, los sedimentos que quedan adheridos al barreno serán utilizados también como muestras

pero estas son consideradas muestras alteradas, seguido de esto se retira el barreno y se coloca

otro equipo que sirva para tomar muestras inalteradas como la cuchara partida o el tubo Shelby

también llamado tubo de pared delgada; el primer equipo es un tubo de acero de dureza especial

con roscas en los extremos usadas para unir los extensores del equipo y sujetar la cuchara,

después de ser golpeado y llegar a la profundidad deseada se retira el equipo se quitan las roscas

y se abre el tubo exponiendo la muestra y dejándola lista para ser analizada, el segundo equipo es

más común usarlo en suelos blandos ya que al ser muy gruesa la pared del tubo puede alterar el

suelo, estos tubos tienen un diámetro de 3 a 4 pulgadas desde los bordes externos de este, la

muestra tomada con este equipo no es desencofrado sino es enviado tal cuál al laboratorio para

ser analizado; estas muestras son envueltas en papel aluminio o plástico para conservar la

humedad; al realizar el análisis se puede utilizar corte directo o compresión inconfinada

(Información suministrados por laboratorista Universidad la Gran Colombia).

2.2.2CPT - Cone Penetration Testing

Se usa para determinar las propiedades geotécnicas y estratificación de los suelos, en este

ensayo se busca realizar mediciones mecánicas simples de la resistencia total del suelo a la

penetración usando un manómetro para leer cargas por medio de varillas con punta cónica

empujadas en intervalos de 20 centímetros, en 1948 se inicia el uso de conos eléctricos; existe un


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instrumento que puede ser usado en campo con resultados de baja precisión pero que pueden dar

una idea del tipo de suelo, se llama penetrómetro de bolsillo y es usado solamente para arcillas,

unidades de medida en kg/cm2 está basado en el ensayo de compresión incofinada; para este

ensayo es necesario empujar la varilla a una velocidad estándar de 1 a 2 cm/s, la varilla que será

penetrada en el suelo cuenta con una punta cónica con un ángulo de 60° y un área de 1000mm2.

2.2.3 VST - Vane Shear Test

Este ensayo permite medir la resistencia al corte de arcillas suaves a duras y limos con

intervalos de profundidad regulares a un metro.

Este aparato es una paleta de acero inoxidable con cuatro cuchillas unidas a una barra de

acero la cuál será introducida en el suelo, la altura es generalmente 130mm el doble de su

diámetro 65mm; se inicia girando el dispositivo y la varilla axialmente en el suelo blando, dicha

paleta se gira a una velocidad muy lenta de 6º a 12º por minuto.

Si se desea saber un valor aproximado de la resistencia del suelo en campo, existen dos

equipos de los cuales no se va a obtener muestras y uno de ellos con resultados no tan precisos,

Veleta de bolsillo toma la resistencia a la cortante de un suelo, usado en arcillas duras, medias y

blandas, se gira hasta que se haga un corte en el suelo/muestra está basado en el ensayo de corte

directo, para este también se encuentra Veleta de campo es un equipo más grande y preciso, se

coloca la veleta sobre el suelo, a la veleta se le coloca un torcometro, se empieza a girar y el

14/02/15 10:15 14/02/15 10:15


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torcometro comienza con el registro de datos correspondientes a la cantidad de fuerza que se

hizo para cortar el suelo.

2.2.4 DMT - Flat Plate Dilatometer Test

Este ensayo fue inventado por Silvano Marchetti en 1975; la idea de este ensayo es

insertar en el suelo una hoja de placa a una velocidad constante de 2mm/s una hoja de 15mm deespesor y 96mm de ancho, generalmente para insertar la hoja se hace uso de un equipo llamado

célula de carga para así medir el empuje de penetración, los datos del empuje son tomados cada

20cm y se infla la membrana, al realizar el ensayo normalmente los suelos muy débiles o blandos

tienden a derrumbarse comúnmente 60mm de diámetro al ras de la membrana.

En este ensayo se obtienen la estratigrafía, el módulo de elasticidad, los esfuerzos

laterales y la resistencia al corte de arenas, limos y arcilla.

2.2.5 PMT - Pressuremeter Test

Este ensayo tiene como fin medir fácil y rápido la relación tensión – deformación en el

suelo, genera parámetros como el módulo de elasticidad, consiste en una sonda cilíndrica, la cual

se inserta en la perforación hecha al suelo para leer la presión, a esta sonda se le genera una

presión para inflarla, expandiéndola de forma tan que toca las paredes de la excavación y esta

empieza a deformarse, la presión de la sonda permanecerá constante por lo que los datos


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registrados serán el volumen necesario para mantener la presión, estos datos se registran con un

equipo de lectura que permanece fuera de la excavación, cabe aclarar que la membrana o sonda

aumenta su volumen cuando las paredes de la excavación se deforman.

El uso de este equipo se inició en 1954 por Louis Menard aun estudiante universitario

para entonces, mejoro y avanzo unas pruebas bases hechas por Ralph Peck en 1933. Existen tres

categorías piesométricas, el presiométrico de pozo, auto-talado presiométrico y presiómetros de

desplazamiento; el primero se inserta en un agujero realizado, el segundo es auto-aburrido en el

suelo minimizando inconvenientes que pueda presentar el sol a el ensayo y por ultimo este

presiómetro la sonda tiene forma cónica y es empujado sobre el suelo de la base del pozo.

2.3 Identificación de Suelos

Existe una variedad de suelos muy amplia por lo que fue necesario buscar la forma de

clasificarlos, las primeras clasificaciones de suelo estaban basados en las características de los

suelos, aquellas características que son organolépticas como el color, olor, textura, sabor, tamaño

entre otras. Con el paso del tiempo se ve la necesidad de usar otros métodos un poco más

precisos, así nacieron los sistemas basados en las características granulométricas del suelo; con

este método se hizo una clasificación general de los suelos en grava, arenas, limos y arcillas,

clasificación que aún se relaciona únicamente con el tamaño de las partículas que constituyen

cada suelo. Según información proporcionada por el laboratorista de la Universidad la Gran

Colombia, Marcos, cuando se usa este método podemos identificar si el suelo es arena, fino o


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grueso teniendo en cuenta cumplir con lo siguiente; todo lo que sea retenido por el tamiz Nº 4

será llamado agregado grueso, el material que sea retenido entre los tamices Nº 4 y Tamiz 200 se

clasificara como arenas y todo lo que pase el Tamiz 200 serán suelos finos como turbas, suelos y

cenizas volcánicas, arcillas, limos, materiales orgánicos, etc.

2.4 Clasificación de suelos

Tenemos el sistema unificado de clasificación de suelos basado en la determinación de la

granulometría del suelo y los límites de Atterberg, el cual se divide en sistema AASHTO usado

en vías y el Sistema unificado de clasificación de suelos USCS usado en cimentación, al ser

tantas las propiedades y variedades de suelos existentes se crean estas dos clasificaciones las

cuales agrupan los suelos con características semejantes, también excluyen los suelos que no

estén orientados al campo de la ingeniería.

Sistema AASHTO para este método de clasificación se deben obtener el límite líquido,

índice de plasticidad y material que pasa por el Tamiz Nº 10, 40 y 200; aquí se clasifican en 8

grupos los cuales se identifican por la letra A seguida del número 1 al 7 si son suelos inorgánicos

y seguida del número 8 si es un suelo orgánico; la clasificación de A1 a A3 son suelos granulares

y los que se encuentran de A4 a A7 son suelos finos

.

Por otro lado tenemos el sistema de clasificación unificada de suelos (SUCS) tiene como

objetivo permitir la clasificación del suelo en el terreno agrupado según su comportamiento como


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material de ingeniería teniendo como base su granulometría y plasticidad. Se usan letras para

hacer la identificación G-Grava, S-Arena, M-Limo, W-Bien gradada, P-Pobremente gradada, C-

Arcilla, O-Limos y arcillas orgánicas, L- Baja y media plasticidad, H-Alta plasticidad y Pt-

Turbas o fangos.

2.4.1 AASHTO

Fue desarrollado en 1929, ha tenido variaciones durante el tiempo que las define el

(Comité para la Clasificación de Materiales para Subrasantes y Caminos Tipo Granulares delConsejo de Investigaciones Carreteras)

Esta clasificación maneja siete grupos con los símbolos del A-1 al A-7 y cada uno de ellos

determina el tipo de material que se describe de la siguiente manera:

A1 Fragmentos de piedra grava y arena.

A2 Grava, Arena limosas y arcillosas.

A3 Arena Fina.

A4 – A5 Suelos Limosos

A6 – A7 Suelos Arcillosos

La descripción general de la calificación de suelos por este sistema se muestra como en la

siguiente tabla:


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Figura 1. Sistema de clasificación AASHTO

Fuente: “Fundamentos de ingeniería geotécnica – Braja M. Das” – Pag.36

Figura 2. Sistema de clasificación AASHTO



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21

2.4.2 SUCS

El primer sistema SUCS fue presentado por Casagrande en 1942, su aplicación eran para

usarse en la construcción de aeropuertos después de la segunda guerra mundial, para realiza la

descripción del tipo de suelo se deben tener en cuenta las dos siguientes variables:

Suelos de grano grueso.

Símbolos del Grupo comienza con la siguiente letra:

1. Gravas o suelo gravoso. Símbolo (G)

2. Arenas o suelos arenosos. Símbolo (S)

Suelos de grano fino.

Símbolos del Grupo comienza con la siguiente letra:

1. Limos inorgánicos. Símbolo genérico (M)

2. Arcillas inorgánicas, Símbolo genérico (C)

3. Limos y arcillas orgánicas, Símbolo (O)

Otros símbolos son también usados para la clasificación:

• W: bien graduado

• P: mal graduado

• ' L: baja plasticidad (límite líquido menor que 50)

• H: alta plasticidad (límite líquido mayor que 50)


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La descripción general de la calificación de suelos por este sistema se muestra como en la

siguiente tabla:

Figura 3 Sistema de Clasificación SUCS



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2.5 Límites de Atterberg

2.5.1 Limite Líquido (LL)

En relación a la figura cada uno de los limites dependerá del contenido de agua creciente

que se le aplique, se muestra que el limite liquido pasa de un estado plástico a un estado líquido,

mediante el procedimiento utilizado para la determinación de este ensayo Casagrande en (1932)

Concluyo que cada golpe en un dispositivo correspondía a una resistencia cortante del suelos deaproximadamente 0,1 KN/m2.

Imagen 1. Explicación del ensayo.

Fuente:

http://4.bp.blogspot.com/_Tcv3uzHT3M4/TPwcuwJZpVI/AAAAAAAAACU/f8Z4etfWg7c/s1600/limite1.jpg


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24

2.5.2 Límite Plástico (LP)

El límite plástico es el límite inferior de la etapa plástica del suelo, el suelo pasa de un

estado plástico a un estado semisólido y se rompe.

Este también define el contenido de agua, pero en porcentaje, con el cual el suelo, al ser

enrollado en barras uniformes de 3.2 mm de diámetro, se desmorona.

Imagen 2. Procedimiento ensayo LP.

Fuente: https://farm7.staticflickr.com/6050/6264415228_f3f80f8a19_m.jpg

2.5.3 Límite de Contracción (SL)

La masa de suelo se contrae cundo pierde el agua del suelo, cuando la pérdida de agua es

constante, el material alcanza una etapa de equilibrio en la que más pérdida de agua conducirá a

que no exista ningún cambio de volumen en este.


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25

Cuando ya no hay cambio de volumen de la masa del suelo, se define como límite de

contracción.

Figura 4. Grafica de Límite de Contracción.

Fuente: https://sites.google.com/site/santiagoosorioster/fLC.JPG


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26

2.6 Granulometría

La granulometría comprende el procedimiento para la separación de un suelo en

diferentes fracciones, Fracción fina y fracción gruesa, con este procedimiento se separa los

agregados como son gravas, arenas y arcillas.

El método más utilizado es obtener las partículas por una serie de tamices que actúen

como filtros del material, este permite observar que material queda atrapado y cual continúa para

el tamiz siguiente, con ello se calcula el porcentaje retenido y el tamaño de las partículas que se

encuentran en el agregado.

Imagen 3. Tamices

Fuente Propia


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27

Uno de los criterios de aceptación de material para ser utilizados en bases o sub-bases de

vías, canchas, drenajes, entre otras, se les realizara el ensayo de granulometría, y la curva

obtenida deberá cumplir con lo establecido según la norma.

Figura 5. Gráfico de Curvas granulométricas de agregados.

Fuente: http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/ciencia5_archivos/image004.jpg

2.7 Hidrometría

El ensayo hidrométrico se está basado en la sedimentación de las partículas más

pequeñas o granos de suelo en el agua.


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28

Cuando el material se esparce dentro del agua las partículas y granos de ese material

tienen un proceso de asentamiento a distintas velocidades, en correlación sus características

principales.

La velocidad de caída de partículas dentro del recipiente con un fluido, el diámetro de la

esfera de las partículas se expresa con una ley que describe el movimiento de un cuerpo en un

medio viscoso es influenciado por la acción de una fuerza viscosa, la ley de Stokes.

Las variables principales son:

Donde,

v = Velocidad

ρs = Densidad de las partículas de suelo

ρw = Densidad del agua

μ = Viscosidad del agua

D = Diámetro de las partículas del suelo.


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29

Imagen 5. Ensayo de Hidrometría.

Fuente Propia

2.8 Historia

En 1900, Albert Mauritz Atterberg, realizo un método para describir la consistencia los

suelos de grano fino con varios contenidos de agua. Con una limitada presencia de agua, el suelo

se comporta más como un compuesto frágil y Cuando tiene gran cantidad de agua se une con el

suelo y forma un líquido.

Dependiendo del contenido de agua, el comportamiento del suelo se clasifica en cuatro

estados denominados sólido, semisólido, plástico y líquido.


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Figura 6. Mapa conceptual de Fases de Límites.

Fuente: https://mecanicadesuelos.files.wordpress.com/2011/03/limites1.png

Es importante tener en cuenta que en 1932 Arthur Casagrande modifica los límites propuestos por

Atterberg de la relación de la plasticidad del suelo con los diferentes grados de humedad para clasificación

del suelo.

2.8.1 Albert Mauritz Atterberg

Imagen 6. Albert Mauritz Atterberg

Fuente: http://sok.riksarkivet.se/sbl/bilder/18906_7_002_00000412_2.jpg


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31

Nacido en Härnösand, Suecia el 19 de Marzo de 1846 y falleció el 4 de abril de 1916,

químico de la Universidad de Uppsala donde trabajo hasta 1877, en este mismo año fue

nombrado Director de “Chemical Station and Seed Control Institution” de Kalmar donde basa

sus investigaciones en ciencia agrícola donde clasifica y ordena variedades de semillas de maíz y

avena.

En 1900 cuando tenía 54 años inicia estudios de las propiedades físicas del suelo en

función a su granulometría, en 1901 presenta el primer sistema de clasificación de suelos,

dividiendo las arenas de los suelos finos la cual se ha mantenido hasta hoy.

En 1908 publica resultados de estudios correspondientes a la plasticidad del suelo y la

relación de este con distintos grados de humedad, no llego a concluir su investigación ya que

falleció a la edad de 70 años.

2.8.2 Arthur Casagrande

Imagen 7. Arthur Casagrande

Fuente: http://www.arqhys.com/contenidos/fotos/contenidos/Arthur-Casagrande.jpg


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32

Nacido en Austria el 28 de Agosto de 1902 y fallece el 6 de Septiembre de 1981, a los 22

años se convierte en Ingeniero Civil en Viena, trabaja allí durante un tiempo como asistente del

laboratorio de hidráulica, debido a la Primer Guerra Mundial se va a Estados Unidos donde entro

a trabajar en el Instituto de Tecnología de Massachusetts donde se convertiría en la mano derecha

de Terzaghi, con quien trabajo desde 1926 durante casi 8 años, luego se vuelve en uno de los más

importantes pioneros en la mecánica de suelos aportando el ensayo de la cuchara de casa grande,

prueba del hidrómetro y el primero que condujo la prueba de cortante triaxial.

2.9 Ensayo Cono Británico Límite Líquido

Debido al que el método convencional para hallar el límite liquido de un material no era

con una total exactitud, y la serie de errores que se pueden generar al realizarlo debido a la

cantidad de agua que se aplicara al material, o al manejo que se le dé antes de usarlo en la

cuchara de Casagrande, se generaron otra seria de ensayos para determinar el limite liquido de un

material, entre estos se encuentra:

Método del Cono británico (Ensayo de Penetración) Norma Inglesa BS 1377:1990 el

procedimiento a seguir para obtener el límite líquido del material mediante este ensayo es medir

el contenido de humedad a la que un cono de 60 Gr de peso, con un ángulo de 60°, es sumergido

10 a 20 mm (según la norma) en una taza de material remoldeado en un período de 5 segundos.


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33

Figura 7. Ensayo de Cono Británico

Fuente:

http://3.bp.blogspot.com/_RfXS8XXEygw/TObkKEDtBsI/AAAAAAAAAHQ/N73xyL_1qcQ/s1600/cono+de+caida.jpg

2.10 Fabrica del Suelo

La fábrica hace referencia a como se acomodan las partículas en un determinado suelo,

por citar un ejemplo al hacer una exploración de campo y tomar una muestra inalterada de algún

material encontramos que ese suelo presentaba su propia fábrica, tanto en distribución, como en

características del suelo, forma, tamaño entre otras.


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34

Imagen 8. Exploración de suelo para obtener muestra

Fuente: http://www.myv-sg.com/fotos/big/MCPT.jpg

2.11 Angulo Residual – Angulo Pico

El Angulo residual y Angulo pico están relacionados con la resistencia al cortante que

contiene un suelo, estos serían los Angulo de fricción de obtenidos en prueba de corte directo

sometiendo la arenas o arcillas a cargas con velocidades que tienen que ser mínimas

El grafico que se muestra a continuación es la relación del esfuerzo cortante y la

deformación horizontal a la que se ve sometida la muestra, la parte superior es la resistencia

cortante pico y la parte inferior la resistencia al cortante residual.


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35

Figura 8. Diagrama esfuerzo vs deformación prueba de corte directo.


La segunda grafica muestra el esfuerzo cortante en la falla vs el esfuerzo normal en 2

tipos de arcillas una pre consolidada y otra normalmente consolidada.

Figura 9. Diagrama esfuerzo vs deformación de prueba de corte directo.



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36

Definición de parámetros3

3.1 Vasijas de evaporación

De porcelana, de 115 mm (4- l/2") y de 150 mm (6") de diámetro aproximadamente.

3.2 Espátula

De 76 mm (3") de longitud y 20 mm (3/4") de ancho.

3.3 Recipiente para contracción

De porcelana o de metal Monel (aleación de níquel y cobre) con una base plana y de 45

mm (1 3/4") de diámetro y 12.7 mm (1/2") de altura.

3.4 Regla de metal

De 100 mm (4") o más de longitud.

3.5 Recipiente de vidrio

De 50 mm (2") de diámetro y 25 mm (1") de altura, con bordes lisos y nivelados.

3.6 Placa de vidrio

Con tres patas metálicas salientes para sumergir la muestra de suelo en mercurio.

3.7 Probeta

Con capacidad de 25 ml y graduada cada 0.2 ml.

3.8 Balanza

Con sensibilidad de 0.1 g.


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37

3.9 Mercurio

Suficiente para llenar el recipiente de vidrio, hasta que rebose.

3.10 Horno

termostáticamente controlado y que pueda conservar temperaturas constantes y uniformes

hasta 110° ± 5° C (230° ± 9° F), para secar la muestra.

3.11 Guantes de asbesto y de caucho

Se toma una muestra que pese aproximadamente 30 g, de una porción de material

completamente mezclado, que pase el tamiz de 0.425 mm (No.40), de acuerdo con los métodos

descritos en la norma INV E – 106 o en la norma INV E – 107.


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38

Valores típicos4

4.1 Límites de Atterberg

Tabla 1 Limites de Atterberg para minerales arcillosos

Tabla 2 Grado de plasticidad de los suelos

IP DESCRIPCION

0-3 No plástico

3-15 Ligeramente plástico

15-30 Baja plasticidad

>30 Alta plasticidad

Nota : Recuperado de (sowers, 1979)


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Tabla 3 Pendiente de la línea que correlaciona el índice de plasticidad y la fracción en peso de las

partículas (A)

TIPO DE ARCILLA MINERALES ACTIVIDA (A)

De caolin Muscovita 0.4-0.5

Glaciales Caolinita 0.5-0.75

Común Illita 0.75-1.25

Orgánica Montmonlonita >1.25

Tabla 4 Limite Líquido

ARENA LIMO ARCILLA

15-20 30-40 40-150

Tabla 5 Limite Plástico

ARENA LIMO ARCILLA

- 20-25 25-50

Tabla 6 Limite de retracción

ARENA LIMO ARCILLA

12-18 14-15 8-35


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40

4.2 Granulometría

Tabla 7 Clasificación de material según tamaño de partícula

Tabla 8 Denominación y abertura de tamices para gradaciones

DESIGNACIÓN Y

ABERTURA EN mm

DESIGNACIÓN DEL

TAMIZ ASTM

ABERTURA EN

mm ASTM

125

100

80

63

5

4

3

2,5

127

101,6

76,2

63,5


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41

DESIGNACIÓN Y

ABERTURA EN mm

DESIGNACIÓN DEL

TAMIZ ASTM

ABERTURA EN

mm ASTM

50

40

32

25

20

16

12,5

0

1

8

6,3

5

4

3,2

2,5

2

1,6

1,251

0,8

0,63

2

1,5

1,25

1

3/4

5/8

1/2

3/

8

5/16

1/4

Nº 4

Nº 5

Nº 6

Nº 8

Nº 10

Nº 12

Nº 16 Nº 18

Nº 20

Nº 30

50,8

38,1

31,7

25,4

19,1

15,9

12,7

9,52

7,93

6,35

4,75

4

3,36

2,38

2

1,68

1,19

10,84

0,59

0,5


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42

DESIGNACIÓN Y

ABERTURA EN mm

DESIGNACIÓN DEL

TAMIZ ASTM

ABERTURA EN

mm ASTM

0,5

0,4

0,32

0,25

0,2

0,16

0,125

0,1

0,08

0,063

0,05

0,04

Nº 35

Nº 40

Nº 50

Nº 60

Nº 70

Nº 80

Nº 120

Nº 140

Nº 200

Nº 230

Nº 270

Nº 325

0,42

0,297

0,25

0,21

0,177

0,125

0,105

0,074

0,062

0,053

0,044

Tabla 9 Tamaño máximo de la partícula de suelo para el material retenido en la malla Nº 10

115 g Arenas

65 g Limos y arcillas.

Fuente: Manual de Laboratorio de Suelos de La Universidad Católica del Norte (Chile)


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Edición de resultados5

5.1 Granulometría

Imagen 9. Datos tomados en Laboratorio UGC, Granulometría

Fuente Propia


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44

5.2 Límites de Atterberg o de consistencia

Imagen 10. Datos tomados en Laboratorio UGC, Limites de Atterberg.

Fuente Propia


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Solución del ensayo6

6.1 Granulometría

Tabla 10. Datos tomados y calculados.

Peso de la muestra seca (g) 2340

TAMIZ PESO

MUSTRA

RETENIDA

PORECENTAJE

INCH mm RETENIDO ACUMULADO QUE PASA

1 25 67.7 2.9% 2.9% 97.1%

3/4 19 256.3 11.0% 13.8% 86.2%

1/2 12.5 535.1 22.9% 36.7% 63.3%

3/8 9.5 289.8 12.4% 49.1% 50.9%

N 4 4.75 315.6 13.5% 62.6% 37.4%

N 10 2 171.9 7.3% 69.9% 30.1%

N 40 0.6 531.9 22.7% 92.7% 7.3%

N200 0.074 152.2 6.5% 99.2% 0.8%

FONDO 17.3 0.7% 99.9% 0.1%


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46

Figura 10. Gráfico de Análisis Granulométrico.


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47

6.1.1 Clasificación del suelo

Imagen 11. Clasificación SUCS

Según la imagen utilizada de sistema unificado de clasificación de suelos, podemos hacer

la descripción de nuestra muestra siguiendo los pasos descritos y con la granulometría hecha.

Sabiendo esto, se puede proseguir diciendo que en el tamiz N° 200 se retiene más del

50% de la muestra, posteriormente también podemos asegurar que en el tamiz N° 4 se retiene

más del 50% del material, ahora se procede a mirar si en el tamiz 200 pasa menos del 5% de la

muestra como sucede en este caso, siendo así tenemos un material con una clasificación GP


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48


6.2.1 Limite líquido

Tabla 11. Datos tomados en Laboratorio UGC, Límite Liquido

Recipiente L52 L39 L30

Nº Golpes 38 27 19

Wr (g) 18.63 19.62 19.17

Wr + Wmh (g) 37.13 35.83 34.11

Wr + Wms (g) 26.61 26.48 25.23

Muestra 1 L52

( )

( )


49/75



49

Muestra 2 L39

( )

( )

Muestra 3 L30

( )

( )


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50

Figura 11. Grafica de curva de fluidez Límite Liquido.

Limite líquido a los 25 golpes es 142% según grafica


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51

6.2.2 Limite Plástico

Tabla 12. Datos tomados en Laboratorio UGC, Límite Plástico.

Recipiente L23 L41

Wr (g) 19.53 18.53

Wr + Wmh (g) 27.49 27.68

Wr + Wms (g) 24.32 24.12

Muestra 1 L23

( )

( )


52/75



52

Muestra 2 L41

( )

( )

6.2.2.1 Índice de plasticidad


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53

6.2.3 Límite de Contracción

Tabla 13. Datos tomados en Laboratorio UGC, Límite de Contracción.

Recipiente C2

Wr (g) 19.80

Wr + Wmh (g) 41.14

Wr + Wms (g)

WHg que cabe en el r C2 (g)

WHg equivalente a la muestra seca (g)

29.01

221

94.4

⁄

⁄

Donde,

Vim = Volumen inicial muestra

WHg C2 = Peso del mercurio que cabe en el recipiente C2

Vfm = Volumen final muestra

WHgms = Peso del mercurio equivalente a la muestra seca


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54

( )

() () ( )

()

⁄ (

)

()

()

( ) ( )


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55

Descripción de lo que se hizo7

7.1 Granulometría

La idea del ensayo granulométrico es definir porcentajes según el tamaño de las partículas

de la muestra a analizar para así definirla como grava, arena o finos.

Antes de realizar el tamizado la muestra debe ser lavada, con el fin de separar las partículas más pequeñas de las grandes disminuyendo así el error del ensayo.

Iniciamos el ensayo con el tamiz de 2 “ ya que es nuestro tamiz donde pasa el 100% del

material, seguimos con el tamiz del 1” en el cual podemos observar que ya retiene material así

que procedemos a pesarlo y a apartamos de nuestra muestra original, seguimos este

procedimiento hasta pasar el tamiz 200 y llegar al fondo.

El material retenido hasta el Tamiz Nº4 será considerado gravas lo que este retenido entre

el Tamiz 200 y el Tamiz Nº10 será tomado como arenas y todo aquello material que pase el

Tamiz 200 y llegue a el fondo o vasija final serán los finos (arcillas y limos).


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56

Fuente Propia

Para el análisis de los finos se usa la hidrometría, este es un procedimiento que dura de 2

a 3 días tiempo él cual depende del material que se analice, este ensayo consiste en mezclar el

material fino con hexametafosfato al 4% y agua, luego esta solución se coloca en una probeta y

se deja “sentar”, a medida que pasa el tiempo se usa un hidrómetro para hacer medidas dentro de

la solución, el hidrómetro se hundirá o flotara según sea la temperatura, densidad, gravedad

específica y otros factores. La base de este ensayo es la Ley de Stoke en la cual se tiene en cuenta

la velocidad con la que desciende la partícula del material.

Entre más plástico es un suelo más capacidad de recoger o absorber agua posee, como las

arcillas están cargadas eléctricamente estas pueden recoger un peso mayor al de su partícula en

agua, así que la función del hexametafosfato es el de separar las partículas neutralizando las

cargas y de esta forma la partícula no podrá absorber tanta agua cayendo lentamente a el fondo de

la probeta.

Imagen 12. Tamiz de 1” Imagen 13. Tamiz Nº10 Imagen 14. Tamiz Nº200


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57

Imagen 15. Mezcla de hexametafosfato, agua y el material.

Fuente Propia

Imagen 16. Hidrómetro.

Fuente Propia


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58

Imagen 17. Uso de hidrómetro en la mezcla

Fuente Propia

Imagen 18. Final del ensayo cuando el material ha descendido por completo

Fuente Propia


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59


7.2.1 Límite Líquido

Este ensayo se realiza a todo el material que pasa el Tamiz 40, se debe homogenizar la

muestra añadiéndole agua para realizar la prueba en la cazuela de Casagrande, esta muestra debe

estar maleable para una buena ejecución del ensayo, es importante usar la cantidad necesaria y

descrita por la norma a colocar en la cazuela de esta manera el ensayo será más exacto, al tener

muchos factores de error fue realizada por el laboratorista ya que él ya sabe cómo se debe hacer ytiene experiencia en ello, lo más probable es q si un estudiante la hace tenga muchas fallas.

La altura que debe tener la muestra en la cazuela es de 10 mm y se realiza una abertura

con un ranurador el cual puede ser metálico o plástico pero tiene q cumplir que su punta tenga

una abertura de 2mm, seguido de hacer la ranura se inicia el movimiento del excéntrico haciendo

subir y bajar la cazuela de modo que se golpea con la base del equipo, esto se debe hacer hasta

que la ranura que se había hecho quede aproximadamente de 13mm de ancha, el punto con menos

humedad se encuentra entre los 25 a 30 golpes, intermedio de 20 a 30 y el de mayor humedad de

15 a 25 golpes. Es importante saber que el número ideal de golpes son 25, pero por obvias

razones no siempre se cerrara la muestra a los 25 golpes por esta razón es necesario tomar 3

muestras a partir de las cuales se graficara la humedad de cada muestra y a partir de la línea de

tendencia de la curva de fluidez se halla el limite liquido el cual será la humedad a los 25 golpes

en nuestra gráfica.


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60

Imagen 19. Homogenización y saturación de material.

Fuente Propia

Imagen 20. Ranurador metálico.

Fuente Propia

Imagen 21. Modo de uso de ranurador en el ensayo.

Fuente Propia


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61

Imagen 22. Abertura entre la muestra después de los golpes

Fuente Propia

Imagen 23. Recipiente a usar para una de las muestras.

Fuente Propia


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62

Imagen 24. Limpieza del equipo para continuar con el ensayo.

Fuente Propia

7.2.2 Límite Plástico

Este procedimiento es un poco ortodoxo pero de gran utilidad, se toma la misma muestrausada para el límite líquido (muestra ya con agua) cogemos un poco de muestra y empezamos a

amasar tratando de hacer rollitos los cuales deben ser aproximadamente de 3 mm de diámetro

cuando se tengan los rollitos empezamos a romperlos para colocarlos en el recipiente hasta tener

unos 20g en rollitos se pesa y se mete al horno a una temperatura promedio de 105ºC hasta que la

muestra quede seca. Luego se saca del horno se pesa de nuevo y se procede a hacer los cálculos

necesarios.


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63

Imagen 25. Armado de Rollitos para ensayo.

Fuente Propia


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64

Imagen 26. Rollitos a utilizar para ensayo de Límite Plástico.

Fuente Propia

7.2.3 Límite de contracción

Para este ensayo usamos la misma muestra de limite plástico y limite líquido, la idea es

colocar en un recipiente la parte de la muestra saturada previamente se debe intentar extraer

todos los vacíos de aire ya que esto afectaría la densidad de la muestra y por ende los resultados

del ensayo, esto se hace golpeando el recipiente con la muestras, contra una superficie sólida para


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65

lograr una buena compactación después de esto llenamos hasta el tope del recipiente con la

muestra y nos aseguramos que quede de manera regular quitando los excedentes de material con

una espátula.

Es importante mencionar que antes de llenar el recipiente con la muestra lo llenamos con

mercurio y pesamos la cantidad de mercurio correspondiente a lo que cabe en el recipiente con

esto podemos calcular la capacidad volumétrica de nuestro recipiente.

Pesamos la muestra y el recipiente e introducimos la muestra al horno buscando eliminar

todo el contenido de agua que este tenga. Cuando se tenga la muestra seca se debe pesar con el

recipiente luego procedemos a colocar en una vasija un recipiente más grande el cual llenamos

con mercurio la enrazamos y colocamos la muestra seca dentro, al ser tan denso el mercurio este

no va a ingresar en la muestra por lo que enrazamos de nuevo y el sobrante que queda en la

vasija corresponderá a él volumen de la muestra contraída.


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66

Imagen 27. Recipiente con mercurio para medida de volumen final de galleta

Fuente Propia

Imagen 28. Peso de mercurio capacidad de recipiente transparente.

Fuente Propia


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Imagen 29. Llenado de mercurio recipiente donde colocaremos muestra.

Fuente Propia

Imagen 30. Enrazada para saber capacidad volumétrica de recipiente C2.

Fuente Propia


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68

Imagen 31. Peso de mercurio que cabe en recipiente C2.

Fuente Propia

Imagen 32. Llenado de recipiente con muestra, previamente untado de vaselina.

Fuente Propia


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69

Discusión del error8

Según la norma INV E-234-07 Se podrían presentar errores en el análisis granulométrico

los cuales son, aglomeraciones de partículas no disgregadas, para lo cual se debería disgregar

dichas partículas antes de hacer su respectivo análisis, también se podrían dar tamices

sobrecargados, en la norma da cuenta de que este error es el más común y más serio, este error es

que al tamizar nos dan partículas del material más gruesas de lo que son en realidad, otro error

muy común es la duración del tamizado, ya que a veces es muy poco tiempo y las partículas no

alcanzan a pasar por el tamiz, también se encuentran errores relacionados meramente al estado

del tamiz, siendo de vital importancia el buen estado de las mallas, procurar que no estén rotas ni

deformadas, es importante también tener en cuenta las pérdidas de material al sacar lo que retuvo

cada tamiz, por último y no menos importante el error en la toma y análisis de datos


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Comparación con datos típicos9

Si comparamos los resultados con los datos típicos podemos encontrar que el mineral

principal de esta muestra es Montmorillonita, en los límites de plasticidad y liquido el porcentaje

dado da Montmorillonita y con elementos como Mg y Fe correspondiente, el porcentaje de índice

plástico también nos da como resultado el mismo mineral con Fe también, el único resultado

diferente es el del límite de contracción donde nos resulta ser la Caolinita el mineral

predominante con elementos como el Mg.

En la granulometría podemos encontrar que tenemos 62.59% de grava, 36.6% de arena y

0.7% de finos.


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71

Aplicaciones10

El análisis granulométrico es unos de los criterios de aceptabilidad de los suelos más

importantes, ya que gracias a este análisis podemos determinar dichas proporciones de tamaños

de grano presentes en una masa de suelo, en la ingeniería en suelos muy finos se corre el riesgo

de que el material sea arrastrado en suspensión por el agua ya que circula por dicho suelo, estos

factores se pueden evitar por filtros de material granular bien gradado, éstos filtros son

establecidos a partir del análisis granulométrico.

Gracias al análisis granulométrico al cual se somete un suelo es de gran ayuda en la

construcción de vías, presas de tierra, diques entre otros, ya que con este análisis podemos

conocer la permeabilidad y cohesión del suelo siendo factores de gran utilidad en la

caracterización de suelos.

Los factores de contracción de los suelos es un contenido de humedad

especifico, en la ingeniería este contenido divide la consistencia del suelo siendo

solida o semisólida y determina el contenido de humedad máximo que el suelo soporta

antes de generar cambios en el volumen en dicho material, en suelos finos

generalmente cuando presenta gran cantidad de partículas compuestas de arcillas

alterara su volumen de acuerdo al contenido de humedad, es decir a más contenido de

humedad proporcionalmente aumentara su volumen, por lo tanto cuando hay gran

presencia de humedad en suelos es necesario realizar estabilizaciones para controlar el

contenido de humedad.


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Recomendación y valoración11

Como todos los laboratorios realizados hasta el día de hoy el laboratorista ha sido un

excelente apoyo, explica muy bien cómo se deben realizar los laboratorios, el funcionamiento de

los equipos y herramientas y como debemos desarrollar el análisis de los datos, pero

consideramos que siendo la persona encargada del laboratorio y teniendo claro todas las normas y

la parte de seguridad fue un poco irresponsable con el uso del mercurio, como ya sabemos es un

elemento toxico incluso en pequeñas cantidades y es obligatorio el uso de elementos de seguridad

para la manipulación de este; en nuestro caso en particular el laboratorista no estaba usando estos

elementos y estaba permitiendo que los estudiantes jugaran con residuos de mercurio que se

encontraban en el mesón, la idea del laboratorio no es solo aprender los procedimientos para

realizar los ensayos también debe ser un espacio en el que se inculque a los estudiantes la buena

manipulación de estas sustancias. Por todo lo demás el desarrollo del laboratorio fue excelente se

podía observar el interés del grupo por hacer parte de la práctica y se tuvo un muy buen resultado

de trabajo.


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73

Bibliografía12

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