PERFIL DE

PROYECTO DE GRADO

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO MEDIANTE EL PENETROMETRO DE CONO Y CASAGRANDE

POSTULANTE: Univ. José Luis Hayvar Pinto

Asesor 1: Ing. Luis Pacosillo Ticona

Asesor 2: Ing. Ángel Ramos Maita

La Paz – Bolivia

2013

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO MEDIANTEEL PENETROMETRO DE CONO Y CASAGRANDE

1.- Justificación general.-

De acuerdo a los procedimientos habituales que se realiza en cualquier laboratorio

de mecánica de suelos en nuestro País, cuando se desea determinar los límites

de consistencia de un suelo, es decir el límite líquido de un suelo se aplica:

La cuchara de Casagrande ( para Límite liquido Norma: ASTM D4318,

AASHTO T-90)

Específicamente este ensayo de límite líquido, si bien el mismo está respaldado

por procedimientos bajo norma (ASTM D4318, AASTHO T-90), sin embargo es

importante tomar en cuenta que existen factores de influencia que pueden afectar

a la correcta determinación de los resultados esperados.

2.- Fines.-

Mediante esta investigación se plantea realizar una comparación de metodologías

de determinación del límite líquido entre el método de Penetrómetro de Cono y

método de Casagrande, poniendo énfasis en el primer método para comprobar el

grado de confiabilidad del mismo para los suelos de nuestro medio y para

comparar resultados entre ambos.

3.- Estado del Arte.-

Actualmente en nuestro País, para determinar el límite líquido de un suelo se

emplea el método de Casagrande, el cual está regido bajo la norma ASTM D4318,

AASHTO T-90, siendo una práctica común en todos los laboratorios de mecánica

de suelos utilizar la cuchara de Casagrande.

Sin embargo existe otro procedimiento que se denomina el método de

Penetrometro de Cono, cuyo procedimiento también está respaldado bajo la

norma Inglesa BS 1377, pero que no está difundido especialmente en nuestro

País, porque desde generaciones pasadas los laboratorios de mecánica de suelos

se han acostumbrado al método de Casagrande. Sin embargo en algunos países

este método de penetrometro de cono es alternativo; razón por lo cual nos motiva

a realizar esta investigación.

4.- Objetivos.-

4.1.- Objetivo general.-

Determinación del límite liquido mediante el penetrometro de cono (Norma BS

1377, British Standard) y Casagrande (Norma ASTM D4318), para diferentes

tipos de suelos.

4.2.- Objetivos específicos.-

-Preparación y muestreo del suelo.

Determinar el límite líquido de un suelo mediante el penetrometro de cono y

Casagrande.

-Comparar resultados de los métodos prescritos.

-Aplicar los resultados de ambos métodos en la clasificación por el Sistema

Unificado de Clasificación de Suelos.

5.- Alcance.-

Mediante la realización de esta investigación y obteniendo resultados finales se

pretende establecer si para los suelos de nuestro medio, el método de

penetrometro de cono puede sustituir al método de Casagrande o ser alternativo.

Por lo tanto el alcance de la investigación implica:

Realizar ensayos de mecánica de suelos bajo el método de Penetrometro

de Cono y bajo el método de Casagrande.

Realizar un análisis minucioso de las condiciones o factores de influencia

de ambos métodos.

Mediante una profunda revisión bibliográfica, determinar el marco teórico

que respalda cada uno de los métodos y especialmente el método de

Penetrometro de Cono para su correcta aplicación.

6.- Marco teórico.-

Límites de Atterberg.

Los límites de Atterberg o también llamados límites de consistencia se basan en el

concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse

en diferentes estados, dependiendo de su propia naturaleza y la cantidad de agua

que contengan. Así, un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido,

plástico y líquido o viscoso (ver Fig.1). La arcilla, por ejemplo, si está seca se

encuentra muy suelta o en terrones, añadiendo agua adquiere una consistencia

similar a una pasta, y añadiendo más agua adquiere una consistencia fluida.

Fig. 1.- Limites de Atterberg

El contenido de agua con que se produce el cambio entre estados varía de un

suelo a otro y en mecánica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango

de humedades para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir,

acepta deformaciones sin romperse (plasticidad). Se trata de la propiedad que

presentan los suelos hasta cierto límite.

El método usado para medir estos límites de humedad fue ideado por el científico

sueco Albert Atterberg en el año 1911. Los límites de Atterberg son propiedades,

valores de humedad de los suelos que se utilizan en la identificación y clasificación

de un suelo.

Límite líquido según método de Casagrande

El límite líquido como fue definido por Atterberg ha estado sujeto a distintas

variaciones en su determinación. Fue Terzaghi, quien le sugirió a Casagrande en

1927, que diseñara un dispositivo mecánico que pudiera eliminar en la medida de

lo posible los errores del operador en la determinación del mismo. Casagrande

desarrolló un dispositivo normalizado como se muestra en la norma ASTM D4318,

AASHTO T-90. El límite líquido, como ya se ha comentado anteriormente, se

estableció como la humedad que tiene un suelo amasado con agua y colocado en

una cuchara normalizada, cuando un surco, realizado mediante un acanalador

normalizado, que divide dicho suelo en dos mitades, se cierra a lo largo del fondo

en una distancia de 13 mm, tras haber dejado caer 25 veces la mencionada

cuchara desde una altura de 10 mm sobre una base también normalizada, con

una cadencia de 2 golpes por segundo. La altura de caída, como las dimensiones

del cascador y las dimensiones de la ranura, como el material de la base, etc., son

factores de influencia en los resultados obtenidos.

Para entender el significado del ensayo mediante el dispositivo desarrollado por

Casagrande, se puede decir que para golpes secos, la resistencia al corte

dinámica de los taludes de la ranura se agota, generándose una estructura de flujo

que produce el deslizamiento (ver Fig.2). La fuerza resistente a la deformación

puede considerarse como la resistencia al corte de un suelo. La resistencia al

corte de todos los suelos en el límite líquido es constante y tiene un valor

aproximado de 2,2 kPa.

Fig.2.- Deslizamiento de un suelo en el límite líquido

Límite líquido según método de Penetrometro de cono

Además del método de la cuchara de Casagrande adoptado por las normas de

todo el mundo, existe un método alternativo donde se mejoran algunas

deficiencias. Esencialmente el ensayo del límite líquido es una medida de la

resistencia de corte de un suelo blando cuya humedad se acerca al estado líquido.

La teoría de plasticidad desarrollada por Prandtl estableció una relación entre la

resistencia de corte y la resistencia a penetración de un suelo, esta relación es

una constante en materiales como las arcillas saturadas. Entonces, podemos decir

que el ensayo de penetración debería ser una medida válida de límite líquido. Para

ello históricamente existen distintos tipos de conos para determinar el límite líquido

como se muestran en las figuras 3, 4 y 5.

El cono ruso: Inicialmente se usó la aguja de Vicat y conos estrechos,

aparentemente esos ensayos no proveían resultados satisfactorios. El primer

ensayo estandarizado fue el mencionado por Vasilev en 1949, donde el aparato

empleado es el mostrado en la Fig.3, donde una penetración de 10 mm indica el

límite líquido.

El cono hindú: El desarrollo de un ensayo simplificado de límite líquido por el

Indian Central Road Research Institute comenzó en 1953 y concluyó con el

dispositivo mostrado en la Fig.4, donde una penetración de una pulgada indica el

límite líquido.

El cono del Georgia Institute of technology: Experimentos para un ensayo

simplificado de límite líquido condujo en 1951 al Georgia Institute of Technology a

encontrar un método de penetración. El penetrómetro utilizado es el mostrado en

la Fig.5, donde una penetración de 10mm indica el límite líquido. Para ello habrá

que medir las penetraciones de muestras con distinta humedad e interpolar para

10 mm

Fig. 3.- Cono Ruso Fig. 4.- Cono Hindú

Fig. 5.- Cono de Giorgia

Actualmente el equipo del Penetrometro de cono (fig. 6) está construido bajo la

norma BS 1377 y es utilizado para determinar el contenido de humedad en el que

los suelos arcillosos pasan de un estado plástico a líquido y empleados también

para determinar la resistencia al corte no drenado. Disponibles en dos versiones:

el modelo estándar y el semiautomático, en el que se deja que el cono caiga

libremente durante 5 segundos.

Las Características del aparato son:

Base de hierro fundido con patas niveladoras

Medidor de penetración digital, con una precisión de 0,01 mm

Dispositivo de ajuste vertical micrométrico

Puesta a cero automática

Mecanismo de liberación electrónico (sólo el modelo semiautomático)

Fig. 6.- Penetrometro de Cono (fuente: Empresa Controls)

7.- Marco Práctico.-

Para la ejecución de esta investigación, los ensayos de laboratorio estarán

basados en las normas de mecánica de suelos bajo la siguiente metodología:

Ubicación de las calicatas

Obtención y toma de muestras.

Realización de ensayos de laboratorio por el método de Penetrometro de

Cono y por el método de Casagrande en el IEM-UMSA.

Trabajos de cálculo de gabinete según normas respectivas.

Análisis de resultados.

Clasificación de suelos.

8.- Bibliografia.-

* Juárez Badillo, Rico Rodríguez. “Mecánica de Suelos”, Tomo I. Editorial Limusa.

* Braja M. Das, “Mecánica de Suelos Avanzada”.

* K. Terzagui y R. B. Peck. “Mecánica de suelos en la Ingeniería Práctica”,

Editorial El Ateneo 1955.

* Jiménez Salazar. “Mecánica de Suelos”, Editorial Dossat, 1954.

* Lambe Inc. Wiley. “Soil Testing. For Engineers” 1958.

* K. Terzagui, Rick, Mersi. “Mecánica de Suelos”

* Gregory Ptschebotarioff, “Mecánica de Suelos”.

* J. E. Bowles, “Análisis y Diseño de Fundaciones”, Mc Graw-Hill, 1977.

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO MEDIANTEEL PENETROMETRO DE CONO Y CASAGRANDE

CONTENIDO

1. Justificación general

2. Fines.

3. Estado del arte.

4. Objetivos

4.1.- Objetivo general

4.2.- Objetivos específicos.

5. Alcance

6. Marco teórico.

7. Marco práctico.

8. Resultados y análisis

9. Conclusiones y recomendaciones

10.Bibliografia

Anexos.