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Universidad Nacional “Pedro Ruiz Gallo”
2013-I
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DOCENTE:
ING. CACHAY SILVA ROBERTO
ALUMNO: RUBIO MENA JHONNY FRANKLIN
CICLO:
2013-II
Lambayeque, MAYO del 2014
UNIVERSIDAD NACIONAL PEDERO RUIZ GALO
MECÁNICA DE SUELOS
INGENIERÍA
AGRICOLA
“DETERMINACION DEL LÍMITE DE CONTRACCIÓN”
Universidad Nacional “Pedro Ruiz Gallo”
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2013-II
Le dedico primeramente mi trabajo a Dios fué el creador de todas las cosas, el que me ha dado
fortaleza para continuar cuando a punto de caer he estado; por ello, con toda la humildad que de
mi corazón puede emanar. De igual forma, a mis Padres, a quien le debo toda mi vida, les
agradezco el cariño y su comprensión, a ustedes quienes han sabido formarme con buenos
sentimientos, hábitos y valores, lo cual me ha ayudado a salir adelante buscando siempre el
mejor camino.
A mis maestros, gracias por su tiempo, por su apoyo así como por la sabiduría que me
transmitieron en el desarrollo de mi formación profesional, en especial al Ingeniero Cachay Silva
Roberto, por haber guiado el desarrollo de este trabajo y llegar a la culminación.
Primero y antes que nada, dar gracias a Dios, por estar
conmigo en cada paso que doy, por fortalecer mi
corazón e iluminar mi mente y por haber puesto en mi
camino a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante todo el periodo de
estudio. Agradecer hoy y siempre a mi familia por el esfuerzo realizado por ellos. El apoyo en mis
estudios, de ser así no hubiese sido posible. A mis padres y demás familiares ya que me brindan
el apoyo, la alegría y me dan la fortaleza necesaria para seguir adelante.
Un agradecimiento especial al Ingeniero Cachay Silva Roberto, por la colaboración, paciencia,
apoyo y sobre todo por esa gran amistad que me brindó y me brinda, por escucharme y
aconsejarme siempre.
DEDICA
TORIA
INDICE
AGRADE
CIMIENT
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2013-II
DEDICATORIA
AGRADECIMIENTO
ÍNDICE 3
INTRODUCCIÓN 4
RESUMEN……………………………………………………………………………………………….. 5
OBJETIVOS 6
ALCANCE 7
USO E IMPORTANCIA 7
MARCO TEÓRICO 8
PRÁCTICA LIMIETE DE CONTRACCION ….………………………………………………..12
EQUIPOS Y MATERIALES 13
ASPECTOS DE SEGURIDAD EN EL USO DEL MERCURIO…………………………...14
CALCULOS 15
CONCLUSIONES 20
RECOMENDACIONES 21
BIBLIOGRAFIA SERIGRAFÍA 22
ANEXOS 23
INTROD
UCCION
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Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden
existir estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo se encuentra en
estado sólido, cuando
Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son
los denominados límites de Atterberg. Los ensayos se realizan en el laboratorio y
miden la cohesión del terreno y su contenido de humedad, para ello se forman
pequeños cilindros de 3mm de espesor con el suelo.
La determinación de los límites de consistencia, es muy importante porque nos
muestra el comportamiento del suelo con las diferentes cantidades de agua
presentes en él. Una de las características importantes es el comportamiento del
suelo sin la presencia de agua, y es por eso que se realiza el ensayo de límite de
contracción; ya que si el agua en el suelo esta en proceso de evaporación, éste
adquiere mayor solidez y va contrayéndose hasta que llega un momento en que
cesa la contracción, no obstante continua el proceso de evaporación. A este límite
en que cesa la contracción del suelo, aunque continué la evaporación del agua, es
al que se llama límite de contracción. Su valor como en los casos anteriores, esta
dado por su contenido de humedad, expresado en porcentaje.
.
En ingeniería, la mecánica de suelos es la aplicación de las leyes de la física y las
ciencias naturales a los problemas que involucran las cargas impuestas a la capa
RESUME
N
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superficial de la corteza terrestre. Esta ciencia fue fundada por karl von terzaghi, a
partir de 1925.
Es gracias a estos límites que en la actualidad la experiencia acumulada en las
determinaciones es suficiente para tener una idea bastante clara del tipo de suelo
que se está analizando y de las propiedades que el mismo posee. Su gran facilidad
de ejecución en el laboratorio permite obtener de manera sencilla y bastante rápida
una identificación del suelo.
Una muestra de suelo de grano fino es remoldeada con agua para obtener una
consistencia aproximada al límite líquido. La pasta saturada es colocada dentro de
un recipiente con un volumen conocido y secada lentamente. Se determina la
masa final y el volumen de la pasta sólida del suelo. Este ensayo utiliza material
peligroso para la salud como es el mercurio.
Para poder obtener de forma sencilla algunas características o propiedades de los
suelos, los límites de Atterberg o límites de consistencia son de gran utilidad. Son
estos los que nos permiten trabajar con suelos finos como limos y arcillas,
pudiendo de este modo encontrarse en un estado sólido, semisólido, plástico y
líquido.
Objetivo principal
Determinación del Límite de Contracción de un suelo.
Objetivos secundarios:
OBJETIV
OS
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Al finalizar la práctica el estudiante será capaz de:
Describir el procedimiento para el ensayo de límite de contracción de un
suelo.
Calcular el límite de contracción de un suelo, correctamente.
Identificar el equipo que se utiliza en el ensayo de límite de
contracción.
- Este método provee un procedimiento para obtener los datos que son
usados para calcular el límite de contracción y la relación de contracción.
- El límite líquido, plástico, y de contracción a menudo son referidos
colectivamente como los Límites de Atterberg, en homenaje a su inventor el
científico en suelos A. Atterberg. Estos contenidos de agua distinguen las
fronteras de los diferentes estados de consistencia de los suelos cohesivos.
- Este método se realiza sólo en porciones de suelo que pasan la malla No.
40 (425 µm). La contribución relativa de esta porción de suelo, puede ser
ALCANC
E
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considerada cuando se usa este método para evaluar las propiedades de
los suelos en conjunto
Los factores de contracción cubiertos en este método de ensayo, sólo
pueden ser determinados básicamente en suelos de grano fino (cohesivos),
que presentan una resistencia cuando estos son secados al aire. - El
termino “límite de contracción” expresado como un contenido de agua en
porcentaje, es asumido típicamente para representar la cantidad de agua
que se requiere para llenar los vacíos de un suelo cohesivo dado, en su
mínima relación de vacíos obtenida por secado (generalmente al horno).
Así, el concepto de límite de contracción se puede usar para evaluar el
potencial de contracción o la posibilidad de desenvolvimiento, o ambos, de
grietas en el movimiento de tierras que involucren suelos cohesivos. Los
Datos obtenidos de este método de ensayo se pueden usar para calcular la
contracción volumétrica y lineal
MARCO TEÓRICOLIMITE DE CONTRACCIÓN
1.Marco teórico
Suelo Cohesivo: Un suelo que en cuanto está confinado y en estado seco, tiene una
considerable resistencia y presenta una cohesión significativa para cuando esta sumergido.
Resistencia en Estado Seco: Es una medida
descriptiva del esfuerzo requerido para
triturar una bola de suelo secada al aire de
½” (12 mm) de diámetro.
USO E
IMPORTAN
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Límite de contracción: Es el contenido máximo de agua, en el cual una reducción en su
contenido, no causará una disminución en el volumen de la masa del suelo.
Relación de contracción: Es la relación del cambio de un volumen dado, expresado como un
porcentaje del volumen seco al cambio correspondiente en su contenido de agua por arriba del
límite de contracción, expresado como un porcentaje del peso del suelo secado al horno.
Contracción volumétrica: Es la disminución en volumen, expresada como un porcentaje de la
masa de suelo en estado seco; cuando el contenido de agua es reducido de un porcentaje dado
del límite de contracción. En el estado semisólido, el proceso el decrecimiento de volumen del
suelo es precisamente igual al valor de agua perdida por evaporación. Sin embargo cuando el
contenido de humedad llega a un cierto valor mínimo, la muestra deja de disminuir su volumen
con la pérdida de humedad pero el peso de la muestra continúa decreciendo.
Puede decirse que en ese punto la muestra pasa de un estado semisólido a uno sólido. El límite
entre los dos estados es marcado por el cambio de color de oscuro a claro y el contenido de
humedad correspondiente a dicho límite Atterberg lo denominó “límite de contracción”.
En el estado semisólido, los vacíos están completamente llenos de agua. La superficie libre de
agua se localiza dentro de la superficie de la muestra y la tensión superficial ejerce en la
superficie exterior de la muestra una
presión distribuida uniforme, comparable a
la presión externa actuando como una
presión hidrostática en cada punto
perpendicular a la superficie externa de la
muestra. Por esta razón el aire no puede
entrar en la arcilla ya que la presión
ejercida por la tensión superficial es más
pequeña que la presión requerida para
comprimir o contraer la arcilla.
En el límite líquido la presión ejercida por
la tensión superficial del agua o “presión capilar” es prácticamente igual a cero. En el límite
plástico ya suma varias atmósferas y durante el proceso de contracción en el estado semisólido
su valor es todavía más grande.
Límite de Contracción (ASTM D-427)
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Una muestra de suelo secada lentamente (sometida a desecación), formará un menisco capilar
entre los granos individuales del suelo. Como resultado, los esfuerzos entre los granos
(esfuerzos efectivos o intergranulares), aumentarán y el suelo disminuirá de volumen. A medida
que la contracción continúa, el menisco se hace más pequeño y los esfuerzos capilares se
incrementan, lo cual reduce aún más el volumen. Se llega hasta un punto donde no hay mayor
reducción de volumen, pero el grado de saturación es esencialmente 100 %. El contenido de
agua al cual esto ocurre se define como límite de contracción (LC, SL o wS).
En este punto, el menisco capilar comienza a retraerse bajo la superficie del suelo y el color de la
superficie cambia de uno resplandeciente a una apariencia uniforme (el mismo efecto se observa
cuando un suelo dilatante se retrae bajo la superficie, que adquiere apariencia uniforme (parda)
debido a la reflectividad en los cambios en superficie).
También puede decirse que el límite de contracción es el menor contenido de humedad al que
una muestra de suelo no reducirá volumen con posterior secado.
Determinación del Límite de Contracción
Atterberg (1911), originalmente trabajó con pequeñas barras de arcilla que dejó secar
lentamente. Observó el punto en el cual el color cambiaba y al mismo tiempo anotó que la
longitud era esencialmente mínima en ese punto.
Terzaghi propuso que uno podría medir el volumen seco y la masa seca y a la vez calcular el
contenido de agua en el punto de mínimo volumen. En la figura 2 se ilustra este procedimiento.
Una pequeña cantidad de suelo de masa total Mi se coloca en un pequeño recipiente de
volumen conocido Vi y se permite un secado lento. Luego de tener la masa seca al horno Ms, el
volumen se suelo seco Vd se mide pesando la cantidad de mercurio que la muestra de suelo
desplaza. El límite de contracción se calcula a partir de alguna de las siguientes expresiones:
Ambas ecuaciones corresponden a las dos partes de la figura 2 y puede ser fácilmente derivada de la figura y los diagramas de fase del suelo
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Aunque el límite de contracción fue una popular prueba de clasificación durante los años 20, está
sujeta a considerable incertidumbre y por ello no se practica más. El ensayo tiene algunas
características indeseables: involucra errores como resultado de burbujas de aire en la muestra
de suelo seco, agrietamiento durante el secado, pesado y otras medidas de error y el peligro de
envenenamiento al operador con mercurio. Casagrande sugirió secar muestras grandes y medir
físicamente sus dimensiones para evitar el problema del envenenamiento por mercurio.
Uno de los mayores problemas con el límite de contracción, es que la cantidad de contracción
depende no solo del tamaño del grano, sino de la fábrica inicial del suelo. El estándar, por
ejemplo la designación ASTM D427; del procedimiento, es comenzar con un límite de humedad
cercano al límite líquido. Sin embargo, especialmente con arcillas limosas y arenosas,
frecuentemente se produce un límite de contracción mayor que el límite plástico, lo cual carece
de sentido. Casagrande sugiere que el contenido inicial de agua sea ligeramente mayor que el
límite plástico, si es posible, pero debe admitirse que es imposible evitar atrapar burbujas de aire.
Influencia de la Histéresis del Agua del Suelo
El potencial de agua no es función única del contenido de agua del suelo, sino que depende de
la historia previa de la humedad de la muestra. A este fenómeno se le llama histéresis del agua
del suelo.
En la figura 7 se
representa el efecto de
la histéresis de un
suelo que inicialmente
estuvo saturado, luego
se secó lentamente
hasta un valor de -
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LC=ω−[(V−V O ) γωW O
]+100
1500 julios/kg, después se le mojó con incrementos similares de agua hasta hacerlo llegar cerca
del punto de saturación, donde las curvas se cerraron. Si el proceso de secamiento hubiera
cesado mas pronto, la curva de mojadura hubiera tenido una trayectoria distinta, tal como lo
muestra la curva ‘scanning’ B-A. De igual manera, si el secamiento hubiera comenzado antes
que se alcanzara la saturación completa, la curva de secamiento habría seguido la trayectoria de
la curva ‘scanning’ A-C. Si el suelo se hubiera secado mas de lo que indica la figura, la curva de
mojadura sería una curva ‘scanning’. La curva de secamiento limitante se encuentra con
secamiento que comienza con saturación completa y la curva de mojadura limitante comienza
con el suelo a la mayor sequedad posible, pues en la mayoría de las aplicaciones de campo el
secamiento es al aire (los suelos pueden secarse con P2O5 en el vacío, para conseguir
secamiento completo).
Las curvas anteriores dependen de la temperatura, estructura y composición. Cuando estas
variables se mantienen constantes, los puntos que se determinan experimentalmente deben caer
entre las curvas limitantes
2. PRÁCTICA LÍMITE DE CONTRACCIÓN
Es el contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción adicional
de volumen o contracción en el suelo.
Los cambios en el volumen de un suelo fino se producirán por encima de la humedad
correspondiente al límite de contracción.
Donde:
LC : Límite de contracción (% ) .
ω : Contenido de humedad del suelo al momento del ensayo
V : Volumen del suelo húmedo.
Vo : Volumen del suelo seco.
Wo : Peso de suelo seco (pastilla).
Γ ω : Densidad del agua (1.0 gr/cm3).
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2.1. EQUIPO Y MATERIALES
Cápsula de contracción
Plato de evaporación
Recipiente volumétrico de vidrio para medir la cantidad de volumen que ocupa el suelo
Espátula
Placa
Plástica con tres apoyos.
Probeta graduada de 25 ml. y graduada cada 0.2 ml.
Balanza con sensibilidad de 0.1 gr.
Tamiz N°40
Mercurio.
Grasa lubricante
Equipo basico Probeta y mercurio
Espátula
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Horno Plato Tamiz
2.2. PROCEDIMIENTOS:
Se utiliza suelo pasado por la malla No.40, se amasa y se lleva a un contenido de
humedad similar o algo superior al límite líquido.
Recubrir el interior de la cápsula de evaporación con una capa fina de grasa.
Llenar la cápsula de evaporación en tres capas. Compactar cada capa dando golpes
suaves sobre una superficie firme para eliminar las burbujas de aire.
Luego de completar la tercera capa, se enrasa utilizando la espátula.
Se toma el peso de la cápsula con el suelo húmedo para determinar el contenido de
humedad y se lleva al horno.
Se deja secar en el horno a temperatura estándar.
Luego del secado se retira y se halla el peso seco. Se puede observar la variación del
volumen por secado.
Luego se debe determinar el volumen de la muestra de suelo seca. Se utiliza el
desplazamiento en mercurio.
El volumen desplazado por el suelo se recoge con ayuda de un recipiente y se coloca
en la probeta graduada para determinar su volumen.
Luego determinar el volumen inicial que será igual al volumen de la cápsula.
Aspectos de seguridad en el uso del mercurio
El mercurio es una sustancia tóxica, por lo tanto se evitará el contacto con la piel.
Almacenar el mercurio en contenedores sellados aprueba de roturas.
Se realizarán los ensayos en ambientes bien ventilados para evitar la inhalación de vapor
de mercurio.
Tratar de minimizar los derrames en el ensayo.
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Se limpiarán los derrames rápidamente para evitar su evaporación en el ambiente.
Se desecharán los materiales contaminados incluyendo la torta de suelo seco de manerab
segura.
3. CÁLCULOS
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BIBLIOGRAFÍA
DOCUMENTOS DE REFERENCIA.
- NORMAS ASTM: D 427 Método estándar de prueba para factores de contracción de
suelos por el método de mercurio. D 653 Terminología relacionada a suelos, rocas y
fluidos contenidos. D 2216 Método de prueba para la determinación en laboratorio del
contenido de agua (humedad) de suelos y rocas.
- NORMAS AASHTO: T 92 Método estándar para la determinación del límite de
contracción de los suelos.
- Norma ASTM D 427 - 98: “Método estándar de prueba para factores de contracción de
suelos por el método de mercurio”. MANUAL DE LABORATORIO DE SUELOS DE
INGENIERÍA CIVIL. Autor: Joseph E. Bowles. Editorial: Mc Graw – Hill. CARRETERAS,
CALLES Y AEROPISTAS. Principios generales de mecánica de suelos aplicados a
pavimentos flexibles. Autor: Ing. Raul Valle Rodas. Editorial: El Ateneo. Sexta edición.
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En el presente ensayo se obtuvo como límite de contracción el siguiente resultado: Lc =
38.19 % Podemos concluir que nuestro ensayo fue regular
Llegamos a la conclusión de que secado al horno el suelo no reduce su volumen
Por último, es muy importante este tipo de prácticas, ya que nos familiariza con los
procedimientos usados en la vida profesional y el resultado de un buen aprendizaje se
verá reflejado en un buen desarrollo laboral.
RECOMENDACIONES
Tener cuidado al momento de pesar las muestras ya que el mínimo descuido afecta los
resultados.
Leer con anticipación lo que se va a realizar en la práctica de laboratorio para conocer
las especificaciones de cómo tratar las muestras y con ello obtener resultados más
confiables.
Se debe tener mayor cuidado al momento de agregar el agua en todos los ensayos ya
que si agregamos demasiada o poca agua haría que la muestra no se pueda trabajar,
debido a que la prueba tiene un parámetro establecido y debe cumplirse sin alterar nada.
Es recomendable emplear diferentes tipos de suelos para ver la variación en su
comportamiento, dependiendo de su composición, ya que algunas texturas necesitan
mayor cantidad de agua que otras (ejemplo: las arcillas).
La determinación del límite líquido y límite plástico de un suelo deben hacerse
simultáneamente, para poder establecer correlaciones válidas entre los resultados
obtenidos..
También es recomendable desarrollar el limite de contraccion, y realizar sus cálculos
respectivos, ya que es uno de los parámetros importantes para el encontrar el índice de
plasticidad.
Es importante los parámetros de contracción, ya que con estos datos se puede
desarrollar la carta de plasticidad con el cual podemos determinar el acompañante del
suelo y darle el nombre adecuado con el cual se trabajara.
CONCLU
SIONES
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Anexos
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