1 OBJETIVOS

Determinar la granulometría del suelo a usar en los próximos ensayos de pavimentos, asi como la grafica de su gradación y su posterior clasificación en el sistema SUCS y AASHTO.

Mediante los procedimientos explicados en clase, determinar los limites de Atterberg correspondientes al suelo a tratar y con ayuda de estos darle la clasificación correspondiente si se merece.

Aprender el correcto procedimiento del ensayo, tanto en la práctica, como el procedimiento de cálculo de resultados.

2. MARCO TEORICO

CLASIFICACION Y DESCRIPCION DE SUELOS EN INGENIERIA

El objeto de la clasificación de los suelos es aportar unas bases sobre las cuales puedan los suelos dependiendo de sus propiedades físicas y de su apariencia, con el propósito de comparar diferentes suelos, describir sus propiedades y estimar su conveniencia para la utilización en un trabajo de ingeniería específico, como lo son las mezclas

asfálticas.

Las características físicas y la apariencia de un suelo granular dependen principalmente de la distribución del tamaño de partículas en el depósito de suelo, asi como en uno arcilloso dependen de la adherencia del tipo stiction y la plasticidad.

Es por eso que la fracción granulara de un depósito de suelo se clasifica de acuerdo con su distribución de tamaños de partículas (granulometría), en tanto que la fracción arcillosa se clasifica de acuerdo con sus características de plasticidad con los parame-

tros conocidos como límites de Atterberg.

DISTRIBUCION DE TAMAÑOS DE PARTICULAS

La distrución de tamaños de las partículas en una masa de suelo se representa usualmente con la curva de gradación o la curva de distribución de tamaños de las partículas, en la cual el porcentaje de partículas inferiores a un tamaño en partículas representa en función de este tamaño en escala logarítmica.

La curva granulométrica se obtiene midiendo la distribución de tamaño de las partículas de una muestra de suelo representativa; en arenas y gravas esto puede hacerse con el análisis por tamizado y por un análisis por sedimentación para la parte limosa.

Analisis por tamizado.-

Referencias: AASHTO T87-70 (Preparacion de muestra); AASHTO T88-70(Procedimiento de prueba), ASTM D421-58 y D422-63

Una muestra representativa de masa conocida de suelo se pasa a través de una serie de tamices estándar con aberturas cada vez más pequeñas y luego se mide la masa retenida en cada uno de los tamices. Con este resultado puede calcularse el porcentaje de la masa de la muestra que pasa a través de cada tamiz para representarlo en función de la abertura correspondiente

Ocasionalmente el análisis granulométrico nos puede predecir los movimientos del agua a través del suelo, aun cuando los ensayos de permeabilidad sean más comunes.

El análisis granulométrico es un intento de determinar las proporciones relativas de diferentes tamaños de grano presentes en una masa de suelos dadas. Obviamente para obtener un resultado significativo la muestra debe ser estadísticamente representativa de la masa de suelo. Siendo imposible físicamente determinar el tamaño real de cada partícula de los suelos, el método solamente agrupa los materiales por rango de tamaño.

Para el análisis de la muestra pasante de la malla N°200 se utiliza el método de granulometría por sedimentación, para poder tener una mejor representación del suelo en la curva granulométrica, no se tratará pero en algunos casos es necesario hacerla.

Divisiones mayoresSímbolo

del grupoNombre del grupo

Suelos granulares gruesosmás del 50% retenido en el tamiz nº200 (0.075 mm)

Grava> 50% de la fracción gruesa retenida en el tamiz nº4 (4.75 mm)

grava limpia menos del 5% pasa el tamiz nº200

GWgrava bien gradada, grava fina a gruesa

GPgrava pobremente gradada

grava con más de 12% de finos pasantes del tamiz nº 200

GM grava limosa

GC grava arcillosa

Arena≥ 50% de fracción gruesa que pasa el tamiz nº4

Arena limpiaSW

Arena bien gradada, arena fina a gruesa.

SPArena pobremente gradada

Arena con más de 12% de finos pasantes del tamiz nº 200

SM Arena limosa

SC Arena arcillosa

Suelos de grano finomás del 50% pasa el tamiz No.200

limos y arcillaslímite líquido < 50

inorgánicoML limoCL arcilla

orgánico OLLimo orgánico, arcilla orgánica

limo y arcillalímite líquido ≥ 50

inorgánicoMH

limo de alta plasticidad, limo elástico

CH Arcilla de alta plasticidad

orgánico OHArcilla orgánica, Limo orgánico

Suelos altamente orgánicos Pt turba

La tabla anterior nos muestra la clasificación SUCS de los suelos basados en los porcentajes retenidos y pasantes de una granulometría, vale decir que para algunos de estas clasificaciones se hace falta el conocimiento de los límites de Atterberg, el cual se trata a continuación, no si antes mencionar la descripción de una gradación.

Descripcion de una gradación:

La forma de la curva de distribución de tamaños de las partículas indica si el tamaño de las partiuclas en el suelo varia en un rango amplio o estrecho, y se utiliza para describir la gradación del suelo.

Si un suelo de granos gruesos contiene proporciones aproximadamente iguales de todos los tamaños de partículas se describe como bien gradado, y se caracteriza por tener una curva relativamente suave que cubre un amplio rango de partículas.

Una indicación de la gradación puede expresarse numéricamente con el coeficiente de uniformidad, Cu, que se define como:

O con el coeficiente de curvatura, Cc, definido como:

CONSISTENCIA DE LAS ARCILLAS Y LIMITES DE ATTERBERG

Referencia:AASHTO T89-68 y T90-70

ASTM 423-66 (Limite liquido) y D424-59 (Limite plástico)

Una de las características más importantes de las arcillas es su plasticidad. La magnitud de la plasticidad que presenta una arcilla natural depende de su composición mineralógica y contenido de humedad. Además, la consistencia de una arcilla natural varía de acuerdo con el contenido de humedad, desde un estado sólido en condición seca, pasando por un estado semisólido para bajos contenidos de humedad en que el suelo se desmorona y no presenta plasticidad, pasando también por un estado plástico para altos contenidos de humedad.

A. Atterberg, cientifico sueco dedicado a la agricultura propuso límites:

CuD

60

D10

CcD

60 2D

10D

60

1. Límite de cohesión. Es el contenido de humedad con el cual las boronas de suelo son capaces de pegarse una a otras.

2. Límite de pegajosidad. Es el contenido de humedad con el cual el suelo comienza a pegarse a las superficies metálicas tales como la cuchilla de la espátula. Esta condición tiene importancia práctica para el ingeniero agrícola pues se relaciona con la capacidad del suelo para adherirse a las cuchillas o discos del arado cuando se cultiva un suelo.

3. Límite de contracción (LC). Es el contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción adicional de volumen o contracción en el suelo. El método para determinar este contenido de humedad se presenta en el Experimento No. 4.

4. Límite plástico (LP). Es el contenido de humedad por debajo del cual se puede considerar el suelo como material no plástico.

5. Límite líquido (LL). Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un material plástico. A este nivel de contenido de humedad el suelo está en el vértice de cambiar su comportamiento al de un fluido viscoso

Tanto el límite líquido como el límite plástico, ha sido ampliamente utilizado en el mundo porque son necesarios a la hora de clasificar el suelo. El límite de contracción ha sido utilizado en zonas donde existía la variación de volumen con respecto al cambio de humedad, claro está en los que se notaba a gran escala estos.

Se hace notar que los límites de Atterberg no son más que contenidos de humedad.

3.-MATERIALES Y EQUIPO UTILIZADO

MUESTRA DE SUELO.- La muestra de suelo a tratar en el laboratorio fue traída de la cantera de Chiguata la cual será analizada durante todo el desarrollo del curso de Pavimentos.

PALA.- Dicho instrumento será utilizado para la remoción del material hacia bandejas o sacos, según sea necesario, también se usará para hacer el debido cuarteo, necesario cada vez que se toma una porción de la muestra total.

BANDEJA.- Dicho material será utilizado para el transporte, y colocación de la muestra de suelo, serán de distintos tamaños

CUCHARA.- Este utensilio metálico, nos ayudará en la remoción de masas pequeñas cuando se trate de dosificar este en la balanza.

BALANZA.- Instrumento de medición de masa, en nuestro caso peso, los cuales son muy necesarios en todos los ensayos de pavimentos, constatarse de que este esté en perfecto estado y calibrado es necesario.

TAMICES.- Son los “discriminadores” los cuales nos sirven para separar los materiales por un “diámetro nominal” las mallas son las que nos da la ASTM y son las siguiente:

CUCHARA DE CASAGRANDE.- Instrumento que nos permitirá determinar el límite líquido, está viene implementada con su debido separador el cual está normado.

CUCHILLO MANTEQUILLERO.- Dicho instrumento nos permite “untar” el suelo a la Cuchara de Casagrande.

LAMINA DE VIDRIO.- La lámina de vidrio nos permitirá realizar el rolado de pequeñas muestras para la obtención del límite plástico.

CAPSULAS DE HUMEDAD.- Dichos recipientes nos permitirán depositar las muestras de suelo, las que posteriormente serán llevadas al horno, para así obtener el contenido de humedad de la muestra.

HORNO DE LABORATORIO.- Es un tipo de horno comúnmente usado para deshidratar reactivos de laboratorio o secar instrumentos.

MANDIL Y GUANTES.- Equipo de identificación y protección, pues al laboratorio solo se puede ingresar con mandil, por el reconocimiento de alumnos pertenecientes a este.

4.- PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

Una vez que se tiene la muestra secada al sol, se procederá a extraer unos 10 kilogramos, no sin antes hacer su respectivo cuarteo, de los mismos realizaremos la granulometría de agregado grueso y fino.

Una vez que se usa la malla #4 para separar en agregado grueso y fino, se procede a lavar por separado.

El agregado grueso se lava en una bandeja a chorro continuo, pues se hace mejor; en cuando al agregado fino se hace el lavado en la malla #200.

Dichos materiales lavados posteriormente se dejan al horno para el secado y su posterior tamizado por las mallas.

Una vez pasadas mínimas 24 horas se va a realizar el tamizado de las muestras y el posterior pesado de cada retenido en cada malla.

Dichos datos son los siguientes:

Cantidad UnidWsuelo 10 KgWbf+f 6.396 KgWbf 1.116 KgWbg+g 5.156 KgWbg 0.435 Kg

Ahora pasando a lo que son límites de Atterberg, solo se tratará dos tipos de límites, líquido y plástico.Los ensayos de límites de Atterberg deben hacerse sobre suelos tamizados a través de la malla de N°40, aproximadamente unos 500 gramos o dependiendo de los ensayos que necesitemos.

Para seguir con el ensayo, tenemos que saturar la muestra y dejarla curar por lo menos por un día, esto último es recomendable, pero también se puede hacer en el mismo instante.

Una vez que se ha curado 24 horas mínimas pasadas, se procede a trabajar los límites; para ello se separan en dos muestras las cuales se trabajaran de distinta manera.

Para el limite líquido, se tiene que llegar a una humedad trabajable minima para poder empezar con el ensayo; se coloca la muestra en la cuchara de Casagrande en forma de media luna, se separa con el utensilio que viene con este formando una ranura por el medio, y se procede al golpeteo, este debe ser mayor de 25 generalmente muy por encima, como unos 50 golpes o hasta que la ranura cierre unos 12.7 mm y seguidamente se le aumenta agua a la muestra hasta que se consigan golpes entre el valor de 25, en cada ensayo se ha de tomar la muestra en cápsulas para hallar el contenido de humedad, que es justamente lo que es al final los límites.

Para el límite plástico se necesita el rolamiento de muestra hasta alcanzar una forma cilíndrica de diámetro de 3mm (1/8 de pulgada), hasta que este se agriete transversalmente, se tiene que considerar que si en el proceso de rolamiento falló por desprendimiento o se agrietó antes de alcanzar el diámetro normado se ha de hacer otro ensayo.Una vez que se logra hacer el ensayo, se toma por lo menos 3 contenidos de humedad con ayuda de la balanza y el horno obtendremos los datos faltantes.

 CAPSULA

1CAPSULA

2CAPSULA

3

Ws+c+a 44.1 37.36 38.13

Ws+c 41.13 35.61 36.23

Wc 26.8 26.81 27.1

PRESENTACION DE DATOS Y CALCULOS

  CantidadUnid

Wsuelo 10 Kg

Wbf+f 6.396 Kg

Wbf 1.116 Kg

Wbg+g 5.156 Kg

Wbg 0.435 KgWgrues

o 5.28 Kg

Wfino 4.721 Kg

Cuadro N°1: Muestra del agregado grueso

TAMIZDiametro

(mm)

Peso retenido

(g)

Porcentaje

retenido (%)

Correción (g)

Peso retenido corregido

Porcentaje

Pasante

2 1/2 63.5 0 0.00 0.00 0.00 100.00

2 50.4 227 4.91 4.61 231.61 95.09

1 1/2 38.1 903 19.52 18.35 921.35 75.57

1 25.4 842 18.20 17.11 859.11 57.37

3/4 19.1 522 11.28 10.61 532.61 46.09

1/2 12.7 705 15.24 14.33 719.33 30.85

3/8 9.52 435 9.40 8.84 443.84 21.44

1/4 6.35 583 12.60 11.85 594.85 8.84

N°4 4.75 312 6.74 6.34 318.34 2.10

Fondo 0 97 2.10 1.97 98.97 0

Suma 4626

Error 94

Cuadro N°2: Muestra del agregado fino

TAMIZDiametro

(mm)

Peso retenido

(g)

Porcentaje

retenido (%)

Correción (g)

Peso retenido corregido

Porcentaje

Pasante

1/4" 6.35 0 0.00 0.00 0.00 100.00

#4 4.76 4.3 1.19 0.00 4.30 98.81

#8 2.38 60.64 16.83 0.03 60.67 81.97

#20 0.84 85.7 23.79 0.05 85.75 58.18

#30 0.59 30.32 8.42 0.02 30.34 49.76

#40 0.42 29.2 8.11 0.02 29.22 41.66

#50 0.3 31.22 8.67 0.02 31.24 32.99

#60 0.25 16.86 4.68 0.01 16.87 28.31

#80 0.18 31.84 8.84 0.02 31.86 19.47

#100 0.149 17.7 4.91 0.01 17.71 14.56

#200 0.074 46.45 12.89 0.02 46.47 1.66

fondo 0 5.99 1.66 0.00 5.99 0.00

Suma 360.22

Error 0.19

GRUESO: 4.72/10 = 0.472FINO : 5.72/10 = 0.572

  GRUESO FINOP=0.472G+0.5

28F

2 1/2 " 100.00 100.00 100.00

2" 95.09 100.00 97.68

1 1/2" 75.57 100.00 88.47

1" 57.37 100.00 79.88

3/4" 46.09 100.00 74.55

1/2" 30.85 100.00 67.36

3/8" 21.44 100.00 62.92

1/4" 8.84 100.00 56.97

#4 2.10 98.81 53.16

#8 0.00 81.97 43.28

#20 0.00 58.18 30.72

#30 0.00 49.76 26.28

#40 0.00 41.66 22.00

#50 0.00 32.99 17.42

#60 0.00 28.31 14.95

#80 0.00 19.47 10.28

#100 0.00 14.56 7.69

#200 0.00 1.66 0.88

LIMITES DE ATTERBERG

El presente suelo no presenta límite líquido, pues se vio que cuando se hacia el ensayo, este cerraba la ranura a los 7~10 golpes cuando tenía un contenido de humedad con el cual era posible trabajar, se intentó disminuir el contenido de humedad, llegando a los 20 golpes, pero igualmente hubo un error, pues el material revenia y esto claramente es una falla, pues normalmente debería cerrar la ranura sin que el suelo decaiga.

En cuanto al límite plástico:

 CAPSULA

1CAPSULA

2CAPSULA

3

Ws+c+a 44.1 37.36 38.13

Ws+c 41.13 35.61 36.23

Wc 26.8 26.81 27.1

Ww 2.97 1.75 1.9

Wss 14.33 8.8 9.13

w(%) 20.73 19.89 20.81wprom(

%)20.47

Grafica 1: Granulometría global de la muestra de suelo:

0.010.11101000.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

Granulometria global

Diametro (mm)

% d

e pa

sant

e

5.-ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CLASIFICACION SUCS

Grava 46.84%Arena(S) 52.28Finos 0.88%

S>G Por lo tanto es una ArenaF<5% Suelo grueso sin fino

D60= 7.6D30= 0.175D10 = 0.79

Cu = 43.43Cc= 0.47

Por lo tanto es una Arena pobremente graduada (SP)

CLASIFICACION AASHTO

PASANTES DE:

TAMIZ #10 41.00TAMIZ #40 22.00TAMIZ #200 0.88

Considerando el hecho de que no presenta límite líquido, pero si plástico, igualmente no presenta índice de plasticidad, por ello se le clasifica como un SUELO GRUESO A3, que es una ARENA FINA cuya fundación es de EXCELENTE A BUENA.

En general se puede concluir que es un buen agregado el tratado, aunque no cuenta con limite liquido por ser una arena, según los resultados arrojados por las clasificaciones nos dan a entender que es bueno.

Se recomienda tomar los correctos pesos al momento de hacer el ensayo y no anotar bien, pues esto puedo con llevar a cometer simples errores los cuales van a repercutir en nuestros resultados

Analizar bien si los datos obtenidos son lógicos para no caer en el error, y si se hace, corregir en el mismo instante.

Realizar todos los pesos con una misma balanza y no usar diferentes, pues cada una de estas están calibradas de una manera o puede que no lo estén totalmente, asi una balanza este mal, si se empieza con esta se debe terminar con esta.

6.-BIBLIOGRAFIA

MECANICA DE SUELOS – Peter L. Berry; David Reid MANUAL DE LABORATORIO DE SUELOS - Joseph Bowles