Laboratorio 1: Clasificación USCS
Integrantes:
Vicente Damianovic
Jesus Errandonea
Tania Órdenes
Diego Ramirez
Profesor: Juan Carlos Tiznado
Ayudante: Vicente Rivera Soto
Día asignado: Jueves 30 de marzo 2023
Fecha de entrega: 12 de abril 2023
Índice
1. Resumen ejecutivo……………………………………………………………………2
2. Introducción……………………………………………………………………….….2
2.1. Tamizado y determinación de la granulometría……………………………….....2
2.2. Límites de Atterberg……………………………………………………………..3
2.2.1 Límite Líquido……………………………………………………….…3
2.2.2. Límite Plástico………………………………………………………....3
3. Metodología………………………………………………………………………….3
3.1. Límite Líquido………………………………………………………………..…4
3.2. Límite Plástico………………………………………………………………….5
4. Resultados y discusión……………………………………………………………....6
4.1 Cálculo límite líquido…………………………………………………………...6
4.2. Cálculo Límite Plástico…………………………………………………………7
4.3. Tamizado y Determinación Granulometría……………………………………..8
5. Conclusión…………………………………………………………………………..11
6. Referencias bibliográficas………………………………………………………..…11
7. Anexos……………………………………………………………………………....12
1
1. Resumen Ejecutivo
A continuación se detalla la experiencia de laboratorio realizada con el fin de
clasificar según el sistema USCS. Para la clasificación de suelos existen dos metodologías
para poder determinar las características principales, el tamizado junto a la determinación de
granulometría, y los límites de Atterberg. Con el primer ensayo se busca determinar la
distribución del tamaño de partículas del suelo examinado, obteniendo un suelo grueso con
un 49% de grava, 36% de arena y 15% de suelo fino.
Por otro lado, los límites de Atterberg se obtienen a partir de dos ensayos diferentes,
primero para el límite líquido se realizó la prueba de vibraciones por percusión y se obtuvo
un valor de 23,3%. Para el límite plástico se analizó el contenido de humedad formando
cilindros amasando la muestra, y se obtuvo que con 12,46% la muestra comenzaba a
desmigarse. Con los límites de Atterberg y la granulometría correspondiente se determinó
que el suelo es grava del tipo arcillosa con arena.
Para estos ensayos es necesario gran precaución principalmente para determinar los
límites de Atterberg ya que implican especial cuidado ya que un exceso de humedad, o
cantidad incorrecta de muestra podría alterar los resultados, especialmente cuando debemos
encontrar valores a través de estimaciones. Para la granulometría el error no debería ser
importante ya que al tratarse de tamices ya establecidos no debería haber error en sus
dimensiones, lo que da cierta confianza en los resultados.
2. Introducción
En el presente informe se analizarán los resultados obtenidos en el Laboratorio del
ramo Fundamentos de Geotecnia realizado el día 30 de marzo. Específicamente, se realizaron
distintos ensayos con el fin de poder clasificar los suelos según distintos parámetros,
rigiéndose por el sistema USCS. Para lograr este objetivo, se realizaron ensayos como el de
tamizado para determinar la granulometría, y ensayos relacionados con los límites de
Atterberg, los cuales son el límite líquido, límite plástico y el límite de contracción.
2.1. Tamizado y determinación de la granulometría
Con este ensayo se pretende determinar cómo se distribuyen las partículas en el suelo
en base a su tamaño (diámetro nominal). En una primera instancia, se utilizan mallas
metálicas con aperturas cuadradas y conocidas (tamices), por los que pasa el material que
corresponden a partículas mayores a 0,075 mm. El diámetro nominal que se calcula es
equivalente a su tamaño mínimo.
2
Por otro lado, para la fracción de suelo que se encuentra bajo los 0,075 mm, se debe
hacer un estudio con ensayos de sedimentación para determinar la distribución de los granos
más pequeños. El diámetro nominal del grano equivale al “diámetro de una esfera de igual
peso unitario que el peso unitario promedio de las partículas que sedimentan en la suspensión
a igual velocidad” (Sáez E., Osses R., Humire F. & Ampuero A, 2020).
2.2. Límites de Atterberg
Estos límites, también conocidos como “Límites de Consistencia”, son propiedades
índice que ayudan a analizar el suelo fino en base a su contenido de humedad, y cómo la
cantidad límite se relaciona con los cambios de estado según la naturaleza del suelo.
2.2.1. Límite Líquido (𝐿𝐿 𝑜 𝑤𝐿)
Corresponde al contenido de humedad en el cual el suelo presenta una porción muy
pequeña de resistencia al esfuerzo de corte. Se somete la muestra a vibraciones por percusión
con un dispositivo normalizado, en el cual se puede observar como en la muestra se cierra
una grieta hecha manualmente (de forma normalizada).
2.2.2. Límite Plástico (𝐿𝑃 𝑜 𝑤𝑃)
En este experimento, el contenido de humedad límite es aquel en donde la porción de
suelo empieza a desmigajarse al amasarlo en forma cilíndrica hasta un diámetro de 3 mm
aproximadamente.
3. Metodología
En este laboratorio se pasó a desarrollar distintos ensayos para determinar los Límites
de Atterberg, para ejecutar estos se necesitan distintas herramientas generales, las cuáles se
mencionan a continuación:
1.
Una balanza de 100 g de capacidad y 0,001 g de precisión y otra de 500 g de
capacidad y 0,01 g de precisión.
2. Horno de temperatura controlada
3. Cápsulas de aluminio, herméticos, de no más de 50 cm3 de capacidad
4. Toallas de papel
5. Espátulas
6. Placas de vidrio que se usar´an para mezclar y secar
7. Desecador
8. Pisetas
9. Pulverizadores de agua
10. Tamiz #40 (425 µm)
11. Agua destilada
3
También es fundamental desarrollar los ensayos dentro de una sala húmeda, con
rapidez y prolijidad, ya que las variaciones en humedad pueden afectar el peso de las
pequeñas muestras.
3.1. Límite Líquido
En general para todos los ensayos se necesitan herramientas generales para poder
ejecutarlos, pero en el caso de el Límite Líquido, se necesita un acanalador normalizado y un
aparato de Casagrande. El acanalador normalizado es un instrumento que se utiliza
normalmente en tareas de cocina, pero para este caso lo utilizamos para dividir la mezcla en
dos. El aparato de Casagrande es un instrumento con una especie de manivela que permite
elevar un pedazo de metal para generar golpes a la mezcla.
Para poder realizar el ensayo primero se debe tener los instrumentos calibrados, ya
teniendo esto podemos empezar. Primero se deben pesar las distintas cápsulas entregadas y
anotar los valores. Posteriormente se mezcla agua con el suelo fino hasta encontrar una
consistencia ideal, una vez se tiene la mezcla, con una espátula se esparce la mezcla sobre el
metal de la herramienta Casagrande y no debe superar los hombros del acanalador, luego con
el acanalador se hace un corte en la mitad de la mezcla. A continuación, se debe llevar la
cuenta de la cantidad de golpes ejecutada en el aparato Casagrande, se debe generar 2 golpes
por segundo hasta que se llegue al espaciamiento solicitado, que en este caso es de 1
centímetro. Una vez terminada esta parte se debe extraer una muestra, colocarla en una
cápsula y pesarla, para posteriormente secarla en un horno y volver a pesarla después.
Este método se realizó 3 veces, una vez entre 15 y 20 golpes, otra vez entre 20 y 25
golpes, y una última vez entre 20 y 35 golpes. En el caso del ensayo realizado se tuvieron 18,
23 y 33 golpes hasta que la mezcla se juntó 1 centímetro.
El objetivo de este procedimiento es tener 3 muestreos para poder realizar una curva
de flujo que compara la humedad con la cantidad de golpes y determinar la humedad a los 25
golpes, la cuál corresponde al Límite Líquido.
4
Figura 1: Ensayo Laboratorio Límite Líquido
3.2. Límite Plástico
Para este ensayo se necesita una placa de vidrio opaco esmerilado y también una
varilla de comparación normalizada de 3 mm de diámetro y 150 mm de longitud. Con estas
herramientas y las previamente mencionadas en la metodología se puede realizar el ensayo de
límite plástico. Primero se moldea sobre una placa de vidrio pequeñas muestras hasta llegar a
un diámetro similar al del interior de un lapiz bic, más allá de este diámetro la muestra
comienza a desmigajarse, por ende se debe amasar hasta llegar al diámetro pedido.
Paralelamente se tienen cápsulas rotuladas las cuáles se deben pesar y anotar los
valores, para posteriormente introducir de 4 a 5 muestras amasadas en las cápsulas y volver a
pesarlas. Este procedimiento se debía hacer a una rapidez alta ya que no se debe perder la
humedad dentro de las muestras. Después se colocaron las muestras con sus recipientes un
◦
horno a 60 +− 5 𝐶 por 24 horas, volviendo a pesar la muestra totalmente seca para poder
comparar resultados y encontrar el límite plástico.
5
Figura 2: Muestras amasadas dentro del recipiente
4. Resultados y discusión
4.1 Cálculo límite líquido
En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos de las tres muestras de suelo
utilizadas en el ensayo de límite líquido.
Tabla 1. Ensayo limite líquido con aparato de Casagrande.
Número
Cápsula
Peso cápsula
(g)
Peso húmedo Peso seco (g) Contenido de Número de
(g)
humedad %
golpes
111
23,3
5,9
4,8
22,9
18
114
21,5
5,9
4,7
25,5
23
119
21,6
7,2
6,4
12,5
33
Fuente: Elaboración propia.
Mediante la tabla 3, es posible obtener el límite líquido a través del gráfico que
relaciona la variable de contenido de humedad con respecto al número de golpes hechos en el
experimento.
6
Figura 3: Gráfico Límite Líquido
Para obtener el límite líquido, se realiza un gráfico donde el eje coordenado y presenta
los valores de la humedad, mientras que x los valores para el número de golpes. Luego, se
realiza una regresión lineal, la cuál nos indica el límite líquido (25 golpes). A partir de esta,
podemos visualizar que al utilizar 25 como número de golpes, se obtiene una humedad que
equivale al 23,3%.
4.2 Cálculo límite plástico
En está sección se desarrolla el ensayo de límite plástico. La siguiente tabla contiene
los pesos y porcentaje de humedad provenientes de 3 muestras con las cuales se realizó el
ensayo.
Tabla 2. Muestras amasadas para el cálculo del límite plástico.
Número
Cápsula
Peso cápsula (g) Peso húmedo
(g)
Peso seco (g)
Contenido de
humedad %
121
18,9
2,5
2,2
13,6
125
20,8
2,3
2,1
9,5
149
21,8
1,6
1,4
14,3
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 3. Tabla resumen con límites líquidos y plásticos.
Límite Líquido (LL) Límite Plástico (LP)
Número de cápsula
1
2
3
4
5
6
Cápsula + suelo
29,2
27,4
28,8
21,4
23,1
23,4
A
7
húmedo [g]
Cápsula + suelo seco
[g] 1
23,3
21,5
21,6
21,1
22,9
23,2
B
Cápsula [g]
23,3
21,5
21,6
18,9
20,8
21,8
C
Agua [g]
5,9
5,9
7,2
0,8
0,7
0,5
A-B
Peso suelo seco [g]
4,8
4,7
6,4
2,2
2,1
1,4
B-C
Humedad %
22,9
25,5
12,5
13,6
9,5
14,3 (A-B)/(B-C)*100
Número de golpes
18
23
33
-
-
-
Fuente: Elaboración propia.
De esta tabla podemos obtener el límite plástico en base a un promedio de todas las
muestras, obteniendo un valor de 12,46%. Cabe señalar, que como el porcentaje de humedad
de las muestras 121 y 149 con la muestra 125 difieren en más de un 2% el ensayo debería
repetirse. Sin embargo, dada que la experiencia de laboratorio es única nos quedaremos con
el límite plástico obtenido. Ahora bien, es necesario analizar el proceso de tamizado y
granulometría para obtener la información completa y de esa manera poder determinar el tipo
de suelo.
4.3 Tamizado y determinación de granulometría
A continuación se muestran los resultados obtenidos mediante el proceso de tamizado.
A partir de este procedimiento es posible determinar el tipo de suelo con el cual se trabajó.
Tabla 4. Fracción de muestra sobre tamiz #4.
Fracción sobre tamiz #4
Tamiz
Abertura (mm)
%Retenido %Retenido
Acumulado
%Pasante
%Pasante (Valor
Entero)
4”
100
0
0
100
100
3”
75
0
0
100
100
2 ½”
63
0
0
100
100
2”
50
0
0
100
100
1 ½”
37,5
0
0
100
100
1”
25
0
0
100
100
¾”
19
8
8
92
92
⅜”
9,5
25
33
67
67
8
#4
4,75
16
49
51
Pasa malla #4 (Residuo)
Suma de masas
51
51
F = P/W
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 5. Fracción de la muestra bajo tamiz #4.
Fracción bajo tamiz #4
Tamiz
Abertura
%Retenido %
% pasante
(mm)
%Retenido acumulado pasante (valor entero)
#8
2,36
8
57
43
43
#16
1,18
5
62
38
38
#30
0,6
6
68
32
32
#50
0,3
6
74
26
26
#100
0,15
6
80
20
20
#200
0,075
5
85
15
15
Pasa malla #200
(residuos)
15
Suma de masas
Fuente: Elaboración propia.
De la tabla 1 y 2 se puede apreciar la distribución del tipo de suelo de la muestra. En
este caso en particular, se evidencia un suelo de tipo grueso. La malla #200, la cual es el
límite entre un suelo grueso y fino, deja pasar solo 15% de la muestra. Así mismo, la malla
#4 retiene 49% del total de la muestra, lo que quiere decir que un 49% es grava, un 36% es
arena y el 15% restante son finos.
9
Figura 4: Ensayo de granulometría. Fuente: Elaboración propia.
En la figura anterior, se ve gráficamente el ensayo de granulometría y el porcentaje
pasante para cada tamiz.
Para determinar detalladamente el tipo de suelo es necesario utilizar el coeficiente de
uniformidad (Cu) y el coeficiente de curvatura (Cc). El coeficiente de uniformidad,
corresponde a la razón entre el diámetro que pasa el 60% de la muestra y el diámetro que deja
pasar 10% de la muestra.
𝐶𝑢 = 𝐷60/𝐷10
Por otro lado, el coeficiente de curvatura es la razón entre el diámetro que deja pasar
el 30% al cuadrado, con la multiplicación del diámetro que deja pasar el 10% con el el
diámetro que deja pasar el 60%.
2
𝐶𝑐 = 𝐷30 /(𝐷10 * 𝐷60)
Será necesario interpolar para determinar los diámetros pedidos.
𝑦=
𝑦1 − 𝑦0
𝑙𝑜𝑔( 𝑥1) − 𝑙𝑜𝑔 (𝑥0)
[𝑙𝑜𝑔(𝑥) − 𝑙𝑜𝑔 (𝑥0)] + 𝑦0
Obteniendo:
D10 = 0,04 mm
D30 = 0,47 mm
D60 = 7,02 mm.
𝐶𝑢 = 175, 6 𝐶𝑐 = 0, 81
10
Con estos valores, el límite líquido y el índice de plasticidad, podemos determinar el
tipo de suelo usando el diagrama visto en clases. En base a los porcentajes pasantes no es
necesario utilizar los coeficientes, específicamente porque el porcentaje que pasa la malla
#200 es mayor a 12%.
Obtenemos el índice plástico (IP), el cual es IP = LL - LP = 23,3 - 12,46 = 10,84.
Utilizando el gráfico correspondiente tenemos que la parte fina tiene las
características de CL o OL (Arcilla de baja plasticidad o Limo orgánico de baja
compresibilidad). En base a esto y que es un suelo de tipo grava que consta de 36% de arena
podemos obtener un suelo del tipo Grava arcillosa con arena. (Clayey Gravel with sand)
5. Conclusión
A partir del desarrollo experimental para clasificar el suelo se puede concluir que el
límite plástico y líquido son excelentes métodos para entender mejor el comportamiento del
suelo o muestra. En torno a la granulometría, es esencial para poder clasificar con nombres
específicos el tipo de suelo y como este puede afectar distintas características de la geotecnia
en general. Es importante recalcar que para que estos experimentos y ensayos sean ejecutados
de buena forma, es necesario seguir paso a paso las instrucciones dadas y tener en cuenta los
factores externos como la velocidad del experimento, el factor de humedad a lo largo del
tiempo, el error humano, etc; para tener un entendimiento de los resultados que pueden verse
reflejados en problemas aplicados en la ingeniería en general.
De los resultados finales de los experimentos se obtuvo una humedad de 23,3%
correspondiente al límite líquido, una humedad de 12,46% con respecto al límite plástico y de
la granulometría se obtuvo un suelo de tipo grava arcillosa con arena.
Finalmente es necesario apreciar el trabajo en equipo logrado a lo largo de los
experimentos y también durante el desarrollo del informe, la convivencia y entendimiento
entre compañeros ayuda significativamente a encontrar un balance necesario a la hora de
ejecutar un trabajo en equipo.
6. Referencias bibliográficas
[1] Sáez E., Osses R., Humire F. & Ampuero A. (Marzo, 2020). Fundamentos de Geotecnia
ICE-2604, Manual de Laboratorios. Pontificia Universidad Católica de Chile, Departamento
de Ingeniería Estructural y Geotécnica.
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7. Anexos
Anexo 1: Resultados del proceso de tamizado.
Anexo 2: Peso de las cápsulas luego de ser horneadas.
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Anexo 3: Clasificación suelos gruesos según USCS.
Anexo 4: Carta de plasticidad de casagrande (ASTM D2487)
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