informe laboratorio 2

Ao De La Consolidacin Econmica Y Social Del Per

TEMA:CONSISTENCIA DEL SUELO LIMITE LIQUIDOCURSO: MECANICA DE SUELOS DOCENTE: Mag. Ing. Amancio Guzmn Rodrguez ALUMNO: Romero Cabezas Juan Valds Gutirrez Carvajal Estrada Zavala Egoavil Villarreyes Davila CARRERA: INGENIERIA CIVIL CICLO: V TURNO NOCHE

LIMA 2012

UNIVERSIDAD PERUANA DE INTEGRACIN GLOBAL RES. 099-2007-CONAFU

INTRODUCCIN En el presente Informe daremos a conocer el mtodo para medir Lmite Lquido, e ndice de Plasticidad, correspondiente al Ensaye de Atterberg, considerando la consistencia de un suelo que disminuir o aumentar dependiendo de la cantidad de su componente lquido.- Una vez disminuida la humedad en el suelo arcilloso lquido.

OBJETIVOS: As pues, se podr saber si la consistencia o clasificacin del suelo y, en consecuencia, su comportamiento varan con la temperatura, si es que esta modifica realmente el lmite lquido del suelo en el rango de temperaturas estudiado. Determinar El Lmite Lquido (LL) , de acuerdo al mtodo de Atterberg. Determinar datos y clculos, a travs de N de golpes, pesos en gramos, porcentaje de humedad y Curva de Fluidez.

LIMITE LIQUIDO (METODO ATTERBERG)

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FUNDAMENTOS TEORICOS:

Consistencia del Suelo - Lmites de Atterberg - Lmite Lquido

El lmite lquido es el contenido de agua, expresado en porcentaje respecto al peso del suelo seco, que delimita la transicin entre el estado lquido y plstico de un suelo remoldeado o amasado. En las imgenes a continuacin podemos observar un esquema hipottico del estado de un suelo antes y despus del ensayo de Lmites de Atterberg:

Estructura del Suelo Inalterado

Estructura del Suelo Remoldeado o AmasadoLIMITE LIQUIDO (METODO ATTERBERG)

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Se define como el contenido de agua necesario para que la ranura de un suelo ubicado en el equipo de Casagrande, se cierre despus de haberlo dejado caer 25 veces desde una altura de 10mm. Tambin puede definirse como el menor contenido de humedad de un suelo que puede fluir por vibracin. El lmite lquido como fue definido por Atterberg ha estado sujeto a distintas variaciones en su determinacin. Fue Terzaghi, quien le sugiri a Casagrande en 1927, que diseara un dispositivo mecnico que pudiera eliminar en lo posible los errores del operador en la determinacin del mismo (figura 1).

Figura 1. Dispositivo Bsico de Casagrande Casagrande desarroll un dispositivo normalizado como se muestra en la Figura 2 y descrito por la norma ASTM D 423 excepto por el acanalador utilizado. El lmite lquido se estableci como el contenido de agua de un suelo cuando para 25 golpes ejercidos por la cada de la taza (a razn de 2 golpes por segundo) desde la altura de 1 cm., dos secciones determinadas de suelo separadas por una ranura normalizada de 2 mm de espesor en su parte inferior y 11 mm en su parte superior y una altura de 8 mm, cerraran en una distancia de pulgada a lo largo de la parte inferior de la ranura.


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La altura de cada, 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 detallado en la Figura 2, podemos decir que para golpes secos, la resistencia al corte dinmica de los taludes de la ranura se agota, generndose una estructura de flujo que produce el deslizamiento (ver Figura 3). La fuerza resistente a la deformacin puede considerarse como la resistencia al corte de un suelo. La resistencia al corte de todos los suelos en el lmite lquido es constante y tiene un valor aproximado de 22 g/cm.

La Curva de Flujo Casagrande observ que el nmero de golpes necesarios para cerrar la ranura dependa del contenido de agua del suelo y que cuando una serie de resultados de un suelo se representa en un grafico donde el eje de la humedad es aritmtico y el eje del nmero de golpes es logartmico, esos resultados forman una lnea recta. Esa curva fue llamada curva de flujo. Las ventajas de graficarla de este modo son: la curva puede ser dibujada con pocos puntos, se pueden detectar mas fcilmente los errores en una lnea recta (escala semilogartmica) que en una lnea curva (escala aritmtica) y el ndice de flujo puede ser definido por la pendiente de la recta (ver Fig.4).LIMITE LIQUIDO (METODO ATTERBERG)

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Esta

curva

puede

ser

representada

por

la

siguiente

ecuacin:

=-FLogN+C(1) donde: :contenidode Fconstante, N: C: humedad llamada numero en porcentaje ndice de de de suelo seco. flujo. golpes. constante.

El numero de golpes N puede ser considerado como representada por la fuerza igual a N veces la fuerza ejercida en la aplicacin de un solo golpe. La resistencia al corte de un suelo es obviamente proporcional a la fuerza requerida para producir una deformacin dada (en nuestro caso el cierre de la ranura). Entonces, el nmero de golpes N de la ecuacin (1), puede ser tomado como proporcional a s, la resistencia al corte de un suelo, y puede ser escrita como: = F Log s + C1 (2)

donde C1 es diferente a C debido a que s est expresado en unidades fsicas. Efecto de la Maceracin

El concepto tempering corresponde a la maceracin de la pasta de suelo preparada con una humedad cercana a la del lmite lquido, estacionndola hermticamente un perodo determinado de tiempo. De acuerdo a investigaciones realizadas por Raymond F. Dawson, se observ que el efecto del tiempo de maceracin de la muestra modificaba los valores obtenidos de lmite lquido con respecto a los valores obtenidos si no se dejara macerar la muestra.LIMITE LIQUIDO (METODO ATTERBERG)

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Los resultados de una serie de ensayos sobre dos suelos diferentes realizados con distintos perodos de maceracin, se graficaron como se muestra en la Fig.5. Para el Suelo N 2, el lmite lquido se redujo desde aproximadamente 70% a alrededor de 63%, donde la mayora del efecto de reduccin se produjo durante la primera hora de maceracin. Para el suelo N 1, el lmite lquido se redujo desde 50% a 45%, donde la mayora del efecto se produjo en las primeras 8 horas de maceracin. El mayor efecto producido por la maceracin de la pasta de suelo no se produce en un perodo determinado de tiempo para diferentes tipos de suelo, variable hasta hoy desconocida. Lo que si se puede afirmar, es que a partir de las 12 horas de maceracin de la pasta de suelo, los resultados obtenidos por un mismo operador sobre distintos suelos, no varan con el tiempo de maceracin. Con estos resultados publicados, resulta importante incorporar el efecto de maceracin a la metodologa de ejecucin del lmite lquido.

Efecto del Secado Otro de los factores influyentes en los resultados de los ensayos de los lmites lquidos, es el secado previo a que sea sometida la muestra. Al comparar los resultados obtenidos sobre distintos tipos de suelos en estado natural, secados al aire y secados al horno, se observ que todos los suelos no reaccionaban de la misma manera frente al secado. Luego se determin que el mayor efecto producido por el secado se daba en los suelos conLIMITE LIQUIDO (METODO ATTERBERG)

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contenidos considerables de materia orgnica, donde la diferencia entre un suelo secado al horno poda dar un valor de lmite lquido inferior al 30% del valor obtenido sobre un suelo en estado natural.

Determinacin del Lmite Lquido (ASTM D-4318 o D-423-66, BS 1377: 1975, Ensayo 2) Casagrande defini el lmite lquido como el contenido de agua al cual un corte estndar de separacin, practicado en la muestra de suelo remoldeado, de una cuchara ranuradora (ver figura 9(a)), se cerrar una distancia de 12.7 mm (1/2 pl.) a 25 golpes de la cada del vaso de lmite lquido o copa de Casagrande (ver figura 9(b)), 10.0 mm sobre una base de caucho rgido o Micarta 221. Ver figuras 2 y 10. La copa esfrica, con radio interno de 54 mm, espesor de 2 mm y peso de 200 20 gr, incluyendo el tacn. En suelos con arena o materia orgnica no puede usarse el ranurador y entonces se utiliza la esptula, usando el ranurador para verificar las dimensiones. No se aconseja utilizar el ranurador curvo con seccin trapezoide porque genera una prdida de adherencia al suelo. La evaporacin en un ambiente seco durante el remoldeo y manipulacin en la copa, incrementa el nmero de golpes rpidamente.

(a)

(b)LIMITE LIQUIDO (METODO ATTERBERG)

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(a) Cuchara Ranuradora Estndar para Determinacin de Lmite Lquido. (b) Dimensiones de la Ranura en la Copa de Casagrande. En general, este lmite lquido corresponde al de Atterberg, definido como el contenido de agua en el punto de transicin de la muestra, de un estado lquido a un estado plstico, en donde el suelo adquiere una cierta resistencia al corte.

Figura 9.

Figura 10. Dispositivo para Determinacin del Lmite Lquido (Aparato de Casagrande). En la prctica es difcil mezclar el suelo de manera tal que el cierre ocurra exactamente a 25 golpes, pero Casagrande encontr que graficando los valores del contenido de agua de las pruebas que se acercaran al nmero de golpes contra el logaritmo del nmero de golpes se obtena una lnea recta llamada curva de flujo (ver figura 11). Donde la curva de flujo atraviesa los 25 golpes, este contenido de agua se denomina lmite lquido. La ecuacin de la curva de flujo es:

donde, w: Contenido de agua como porcentaje del peso seco. Fw: Indice de flujo, pendiente de la curva de flujo, igual a la variacin del contenido de agua correspondiente a un ciclo de la escala logartmica. N: Nmero de golpes. Si N < 10, aproxmese a medio golpe; por ejemplo, si en el golpe 6 se cerr la ranura 0.63 cm (1/4) y en el golpe 7 se cerr 1.9 cm (3/4), reprtense 6.5 golpes. c: Constante que representa la ordenada en la abcisa de 1 golpe; se calcula prolongando el trazo de la curva de flujo.


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Figura 11. Curva de Flujo a partir de la Prueba de Lmite Lquido. La prueba de lmite lquido es de alguna forma ms arbitraria y requiere de alguna prctica para adquirir consistencia y resultados reproducibles. Aunque los ensayos de lmite lquido y lmite plstico parecen sencillos, ambas pruebas requieren de alguna prctica para obtener resultados consistentes. En Inglaterra y Suecia, la prueba de cada de cono es utilizada para determinar el lmite lquido (Hansbo, 1957). Parece producir resultados ms consistentes que el dispositivo de Casagrande, especialmente para arcillas suecas y es de alguna forma ms simple y fcil de usar. Karlsson (1977) presenta una excelente discusin de la confiabilidad de ambos procedimientos, en su artculo Consistency Limits en cooperacin con el Laboratory Committee of The Swedish Geotechnical Society, Swedish Council for Building Research, Document D6, 40 pp. Mtodo de Un Punto La necesidad de ejecutar muchos ensayos de lmites lquidos llev a desarrollar un mtodo de determinacin que tuviese conexin con la curva de flujo, ya que comentarios de Casagrande decan que suelos de una misma muestra deberan tener curvas de flujo con pendiente constante. Por ello, ocasionalmente, la prueba de lmite lquido de un punto puede ser utilizada, debido a que para suelos de origen geolgico similar, las pendientes de las curvas de flujo son similares. Luego, todo lo que debe hacerse es obtener el contenido de humedad wn de la muestra con el cierre de la ranura a cualquier conteo de golpes n y utilizar la siguiente relacin obtenida por la U.S. Waterways Experiment Station realiz estudio sobre 767 ensayos de lmite lquido correspondientes a suelos aluvionales y suelos costeros del Valle de Mississippi:


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Donde tan b es la pendiente de la curva de flujo en escala doble logartmica y es la humedad correspondiente al nmero de golpes n obtenido en la determinacin de un punto mediante el Aparato de Casagrande. Para mejores resultados, el nmero de golpes n, debe estar dentro del rango 10 - 40. Lambe (1951), la U.S. Army Corps of Engineers (1970) y Karlsson (1977) brindan muy buenas discusiones sobre la prueba de lmite lquido de un punto. El valor obtenido de tan para 432 ensayos de suelos aluvionales fue de 0.115. Para 136 ensayos de los suelos del Oeste del Valle, tan =0.125 y para 135 ensayos de los suelos del Este del Valle, tan =0.130. Para los 767 ensayos realizados en todo el proyecto, el valor promedio obtenido fue de tan =0.121 con una desviacin estndar de 0.032. Lo que significa que todos los suelos no poseen exactamente la misma pendiente pero estn cerca de un valor medio. En la determinacin del lmite lquido por el mtodo de un punto, W. J. Eden propone multiplicar la humedad obtenida para cierto numero de golpes N por un factor de correccin Cn como se muestra en la Tabla I, suponiendo que la pendiente de la curva de flujo es constante (0.100) para todos los suelos excepto para suelos con gran contenido de materia orgnica o cuando se requiera una exactitud especial en la determinacin.

Tabla I. Factor de correccin del lmite lquido (W. J. Eden). La fuerza que se opone a la fluencia de los lados de la ranura proviene de la resistencia al esfuerzo cortante del suelo, por lo que el nmero de golpes requerido para cerrar la ranura es una medida de esa resistencia al correspondiente contenido de agua. De lo anterior puede deducirse que la resistencia de todos los suelos en el lmite lquido debe ser la misma, siempre y cuando el impacto sirva solamente para deformar el suelo, como es el casoLIMITE LIQUIDO (METODO ATTERBERG)

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de los suelos plsticos; pero en el caso de los suelos no plsticos (arenosos), de mayor permeabilidad que las arcillas, las fuerzas de impacto producen un flujo del agua hacia la ranura, con la consecuencia de que el suelo se reblandece en las proximidades de aquella, disminuyendo su resistencia al esfuerzo cortante; por ello en esos suelos, el lmite lquido ya no representa un contenido de agua para el cual el suelo presente una resistencia al corte definida. Por pruebas de laboratorio se determin que el lmite lquido de un suelo plstico corresponde a una resistencia de 25 gr/cm. La hiptesis de que el nmero de golpes es una medida de la resistencia al corte del suelo fue enunciada por A. Casagrande y se confirma por el hecho de que una grfica semilogartmica de la resistencia contra el contenido de humedad es recta y no solo en la vecindad del lmite lquido, sino en consistencias bastante diferentes. El lmite lquido parece ser directamente proporcional a la compresibilidad de las arcillas y para suelos cohesivos este lmite representa un estado cercano al lquido, es decir, presenta una resistencia al corte no drenada de alrededor 0.01 lb/pie. Apndice DETERMINACIN DEL LMITE LQUIDO DE UN SUELO (Basado en Norma ASTM D4318-00) 1. Descripcin: Este mtodo cubre la determinacin del lmite lquido de un suelo mediante la elaboracin de una curva de flujo, resultado de la determinacin de tres puntos con la ayuda del Aparato de Casagrande. 2. Definicin: El lmite lquido es el contenido de agua, expresado en porcentaje respecto al peso del suelo seco, que delimita la transicin entre el estado lquido y plstico de un suelo. Se define como el contenido de agua necesario para que la ranura de un suelo ubicado en el equipo de Casagrande, se cierre despus de haberlo dejado caer 25 veces desde una altura de 10 mm. 3. Muestra: La cantidad usada es de aproximadamente 100 gr de suelo que pasa la malla N 40 de la muestra original, previamente secada al aire.


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4. Procedimiento:

LIMITE LQUIDO

A.Se extrae muestra de material fino, que sea mayor a 100grs., y bajo tamiz 0.5mm (N 40), segn Norma ASTM.- La muestra se posa en un plato de evaporacin de porcelana, y se procede a homogenizar con una esptula de hoja flexible, normalizada.B.Luego de homogenizada la muestra se procede a colocarla en la taza de bronce del Aparato de Lmite Lquido (Casagrande). Esparciendo la muestra con la esptula normalizada, en forma horizontal, a la taza de bronce, y tomando la precaucin, de formar un espesor de 10mm en centro de la taza, retirando los excedentes y devolvindolos al plato de evaporacin.-


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C.- Con el acanalador normalizado, segn la norma ASTM, se construye un surco, por el centro de la taza de bronce.- Cuidando no levantar el material de la taza y sosteniendo fuertemente el aparato Casagrande.-

D.Posteriormente con una mano se afirma la base de la mquina Casagrande, con la superficie y con la otra mano se gira la manivela levantando y dejndola caer, con una frecuencia de 2 golpes por segundo aproximadamente. Hasta lograr que la muestra se una, en una extensin de 10mm, tomando como referencia el ancho de la esptula normalizada, en forma perpendicular al surco.-


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E.Retiramos la muestra que se uni en el centro de la taza, que aproximadamente debe ser 10 grs. del total de la muestra, que se encuentra en la taza de bronce. El cual se deposita en la capsula de secado que se encuentra previamente pesada y rotulada con su numero y peso. El material sobrante se devuelve al plato de evaporacin homogenizndolo con el resto de las muestras.

F.Junto con anotar el n de la capsula se debe pesar la muestra anotando su peso hmedo en gramos y los nmeros de golpes que se realizaron para que la muestra se una, en una extensin de 10mm. G.- Luego las cpsulas con las muestras ya pesadas, se colocaron a secar en un horno a 60, durante 24 horas. Cumpliendo el tiempo de horas, son retiradas dejndolas reposar a temperatura ambiente.- Para ser nuevamente pesadas anotando su peso seco en la tabla de valores.-


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5. Clculos: Determine el contenido de agua, expresado en porcentaje de peso respecto al peso del suelo seco:w= Ww / Ws x 100

Donde: Ww: Peso del agua presente dentro de la muestra. Se determina como la diferencia entre el peso hmedo y el peso seco de la muestra. Ws: Peso seco de la muestra. Recuerde que en varias ocasiones es necesario tener en cuenta el peso del recipiente en que la muestra es llevada al horno. 6. Elaboracin de la curva de Flujo: El objetivo de este procedimiento es obtener los puntos suficientes para construir un grfico con el nmero de golpes vs. humedad en escala semilogartmica, obtener una recta e interpolar a los 25 golpes para conocer la humedad, y este valor es el correspondiente al Lmite Lquido.


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CLCULOS LMITE LQUIDO Para el clculo del Lmite Lquido, se tomaron 2 muestras, las cuales se grafican en las siguiente Tabla de Valores.Ensaye N Capsula N Nmero de golpes 1 Peso capsula + Suelo Hmedo (grs) 2 Peso capsula + Suelo seco (grs) 3 Peso de capsula (grs) 4 Peso del Agua (1-2) (grs) 5 Peso del Suelo Seco (2-3 ) (grs) 6 Humedad (4/5)*100 (%) 1 1 ONE 13 36,34 31,54 25,44 4,80 6,10 78,68 2 4 ONE 16 36,83 32,16 25,44 4,67 6,72 69,40 LIMITE LIQUIDO 3 29 38,52 34,38 27,19 4,10 7,19 57,02 4 5

CURVA DE FLUIDEZ

PORCENTAJE DE HUMEDAD

5

10

15

20

25

30

40

NUMERO DE GOLPES


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LIMITE LIQUIDO (LL) De acuerdo al grafico podemos determinar que el lmite lquido es de 60%CLASIFICACIN DE SUELO USCS

ENTONCES % QUE PASA # N 200 > 50% NO. Es de 40% % QUE PASA # N 4 > 50% = SI. % QUE PASA # N 200 > 12% o % QUE PASA # N 200 < 5%

Es mayor al 12 %. Por lo cual tendremos que obtener IP-LL= 20-60


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Para conocer si es SC SM

El suelo es SMCONCLUSION.Nuestra muestra comprende a un suelo de clasificacin SM, lo que correspondera entonces a un suelo grueso, arenoso limoso.


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CLASIFICACIN DE SUELO AASHTO.

Para esta clasificacin utilizaremos la siguiente granulometra:

Tamiz

% que pasa en peso 74% 56% 40%

2,0 mm 0,50mm 0,08mm


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En nuestro suelo el limite liquido es de 60% y el ndice de plasticidad es de 20%, lo que pasa por el # N200 es de 40% lo que indica que es un suelo fino mayor a 35% bajo 0,08 mm. Con esto la clasificacin nos arroja que es A-7-5, entonces tenemos y verificamos con lo siguiente:

A-7-5: IP (Wl 30) 20 (60 30) 20 30; por lo tanto se cumple y verifica.

IG = (B/0,0835)(0,2+0,005(Wl40 ))+(B/0,08 15)(IP 10) * 0,01 IG = (40 35)(0,2 + 0,005(60 40)) + (40 15)(20 10) *0,01 IG = 4

CONCLUSION. Nuestra muestra comprende a un suelo de clasificacin A-7-5. Es un tipo de Suelo Arcilloso.

Caractersticas del Suelo Derivadas del Lmite Lquido 1. Elevado LL Alto contenido de arcilla; Bajo LL Alto contenido de arena 2. Elevado LL Baja capacidad portante; Bajo LL Elevada capacidad portante 3. Suelo tpico rico en arcilla --> LL = 40-60%; no obstante puede ser > 100% (ms de la mitad de la masa es agua)LIMITE LIQUIDO (METODO ATTERBERG)

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4. LL y --> LL = 40% 6 --> LL = 80% 5. Arcillas duras son aquellas con bajo LL (y elevado IP) 6. Arcillas blandas son aquellas con elevado LL (y bajo IP) La relacin entre el Lmite Lquido y el ndice de Plasticidad ofrece importante informacin sobre la composicin granulomtrica, comportamiento, naturaleza y calidad de la arcilla. Por qu 25 golpes para el Lmite Lquido? Esta es otra interesante pregunta que surge durante la realizacin del ensayo de lmite lquido y que gracias a la serie de artculos sobre los Lmites de Atterberg que nos ocupa, traigo desde el recomendado blog geodiendo. Como es sabido, la resistencia a esfuerzo cortante, o cohesin, no es un valor intrnseco del suelo, depende de las tensiones soportadas en el pasado y de la humedad. Al aumentar la humedad disminuye la cohesin, es intuitivo, si se sigue aadiendo agua al final el conjunto deja de ser plstico y pasa a ser lquido. Pues bien, justo en ese punto, cuando la humedad coincide con el Lmite Lquido, "casi todos" los suelos presentan la misma cohesin o resistencia a corte: 2,50 kN/m. Por esa razn da 25 golpes la cuchara (tambin llamada cazo o copa) de Casagrande, porque est diseada para crear un esfuerzo de 0,1 kN/m en cada golpe, es decir, que si el suelo rompe a 25 golpes es que est en su Lmite Lquido. Y no doy ms detalles del ensayo porque para eso ya hay normas.


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Conclusin: Existen una serie de normativas y procedimientos para realizar los ensayes y se debe respetar de manera que se obtenga resultados que reflejen la realidad del suelo estudiado.

El siguiente informe de Ensaye Mtodo Atterberg, arroja los siguientes resultados:

Lmite Lquido 60% Clasificacin USCS pocos finos o si ellos. Suelo GP, Grava mal graduada, mezcla de grava y arena con

Clasificacin AASHTO A-7-5. Es un tipo de suelo Arcilloso.


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MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

Balanza digital.Definicin: la balanza Es un aparato usado en la medicin de pesos y masas. Esta sirve con corriente alterna (AC) y marca las masas de las muestras que son ubicadas sobre ella de manera digital y tienen una apreciacin de hasta 0.1 mg, Por su extremada precisin son muy usadas en la medicin de masas exactas en el laboratorio pero an asi no pueden eliminar el efecto que tiene las irregularidades del ambiente sobre las mediciones de masas.

Copa de Casa Grande.


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RANURADOR CURVO

POSILLOS DE ALUMINIO


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ESPATULA PARA LIME LIQUIDO

MALLA N 200


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RECOMENDACIONES

Para realizar dichos trabajos se tiene que tener en cuenta los ambientes apropiados. Se pudo ver y aclarar que depende de la concentracin de uno, a mayor concentracin mayor precisin.

BIBLIOGRAFIA:

www.sciencebyjones.com/density_of_liquids.htm. http://www.bearwoodphysics.com/l6experiment1.2.htm.


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