Los ensayos de laboratorio se realizan con el propósito de determinar las características geotécnicas del suelo estudiado. Estos ensayos se elaboran sobre las muestras previamente obtenidas y dependiendo del tipo de ensayo, se determinan diferentes características de éste.
2.7.1 Análisis granulométrico por medio del hidrómetro.
Este ensayo determina cuantitativamente la distribución de los tamaños de las partículas de un suelo.
El ensayo se debe realizar exclusivamente a tamaños inferiores a 75 m o el porcentaje de material que pasa el tamiz N° 200, el procedimiento de este ensayo está determinado por la norma I. N.V. E –124 - 13 “análisis granulométrico por medio del hidrómetro” (NORMA INVIAS, 2013). En el caso del proyecto investigativo se
realizará para caracterizar los dos tipos de arcillas (bentonitas y caolinitas).
Este ensayo se basado en el principio de sedimentación de granos de suelo en agua. Cuando una muestra de suelos se sedimenta en el agua, las partículas que se encuentran en movimiento se van asentando a diferentes velocidades debido a sus formas, tamaños y pesos. Por simplicidad, se supone que todas las partículas de los suelos son esferas y que la velocidad de las partículas se expresa por la ley de Stokes (Villalaz, 2004).
2.7.2 Límites de Atterberg
Originalmente Albert Atterberg definió seis “límites de consistencias” para los suelos finos, pero en el uso actual de la ingeniería el termino se aplica solamente a los límites líquido y plástico de los suelos, que más comúnmente son conocidos como límites de Atterberg estos límites dividen diferentes estados de consistencia de los suelos plásticos (NORMA INVIAS, 2013).
También conocidos como límites de consistencia y son aplicables solamente a material fino, se definen según Albert Mauritz Atterberg como:
“Fases generales por las que pasa el suelo al irse secando y no existen criterios estrictos para distinguir sus fronteras”.
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En los suelos según el contenido de agua se presentan cuatro estados básicos que definen el comportamiento del suelo, denominados: solidos, semisólido plástico y líquido (Das, 1999).
2.7.2.1. Límite de plástico (PL). INV E-126-13: límite plástico e índice de plasticidad de los suelos.
El límite plástico es el contenido de agua del suelo, expresado en porcentaje, n otras palabras, es cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado sólido y se contrae al perder humedad.
En este en ensayo se obtiene el contenido más bajo de agua (porcentaje) con el cual el suelo al hacer rollitos de diámetro 3,2 mm, se desmorona. La norma I.N.V.E – 126 – 13 “Límite plástico e índice de plasticidad de suelos”, específica el procedimiento para determinar el índice de plasticidad (PI).
Después de seguir el procedimiento descrito en la norma se determina el límite pastico de la siguiente manera:
𝑃𝐼 = 𝐿𝐿 − 𝑃𝐿 [1]
Donde, el límite plástico se calcula de la siguiente manera:
𝑃𝐿 =
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝑎𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑛𝑜
∗ 100
[2]2.7.2.2. Límite de Líquido (LL). INV E-125-13: determinación del límite líquido de los suelos.
Es el límite en el cual el suelo pasa de un estado plástico a un estado líquido. La determinación del límite líquido interviene en varios sistemas de clasificación de suelos dado que contribuye en la caracterización de la facción fina de los suelos. El límite líquido, solo o en conjunto con el límite plástico y el índice de plasticidad, se usa con otras propiedades del suelo para establecer correlaciones sobre su comportamiento, los procesos de expansión y contracción y la resistencia al corte (INVIAS , 2007).
Donde se obtiene el contenido de agua en porcentaje requerido para cerrar una ranura de 12,7 mm a lo largo del fondo de la ranura a los 25 golpes. Casagrande (1932) concluyo que cada golpe a un dispositivo estándar para límite líquido equivale a una resistencia cortante del suelo de aproximadamente 1 gr/cm2 (Das, 1999). La Norma I.N.V.E – 125 - 13 “Determinación del Límite Líquido de los suelos”
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2.7.2.3. Índice de plasticidad. “Es el rango de contenidos de agua, dentro del cual
un suelo se comporta plásticamente, numéricamente, es la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico” (NORMA INVIAS, 2013). Este límite muestra el margen de contenidos de agua en que es trabajable una arcilla al resultar un valor alto se dice que es “más plástica”, si tiene un índice de plasticidad superior.
2.7.3 Gravedad específica.
INV E-128-13: determinación de la gravedad específica de las partículas de los suelos.
Es la relación entre la masa de un cierto volumen de solidos a una temperatura dada y la masa del mismo volumen de agua destilada y libre de gas a igual temperatura. La temperatura generalmente usada como referencia es 20°C (NORMA INVIAS, 2013).
El valor de la gravedad específica radica su importancia en el cálculo de la relación de vacíos de un suelo ya que es necesaria para poder hallarla, además de servir para hacer el análisis hidrométrico, se usa en el ensayo de compactación proctor para graficar la recta de saturación máxima.
2.7.4 Método de adsorción de agua.
El método de adsorción de agua es un método de fácil realización y bajo costo que se puede ejecutar en cualquier laboratorio que cuente con los elementos básicos. Para el desarrollo del ensayo, las muestras de arcillas obtenidas deben ser sometidas a un proceso de secado en un horno a varias temperaturas durante 24 horas. Posteriormente son expuestas a una atmósfera saturada de agua por tiempo indefinido. Durante ese periodo de tiempo se determina gravimétricamente el peso cada 24 horas hasta obtener constancia. Ahora, conociendo el valor del peso seco de las muestras se determina el valor de adsorción de agua y se transforma en valor de superficie específica, considerando el área de la molécula de agua es de 0,106nm2 (Lombardi, y otros, 2001).
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