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UNIVERSIDAD NACIONALSANTIAGO ANTÚNEZ DE MÁYOLO
“UNASAM”
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
ESCUELA : INGENIERÍA CIVIL.
CURSO : MECANICA DE SUELOS I
DOCENTE : Ing. Víctor Vázquez NiñoIng. Víctor Vázquez Niño
TRABAJO : INFORME DE LABORATORIO N° 2
TEMA : ANALISIS GRANULOMETRICO, CALCULO DEL LIMITE LIQUIDO Y PLASTICO.
INTEGRANTES :
ALEJO MOSQUERA, Yesenia. HUANUCO HENOSTROZA, Luis. VARGAS LEON, Jhasmin.
HUARAZ – ANCASH
2011
INTRODUCCION
mecanica de suelos i 2011-II
El comportamiento de los suelos es complejo debido a la naturaleza
granular y a la coexistencia de partículas sólidas con fluido intersticial
que generalmente está compuesto por más de un fluido (agua,
contaminantes orgánicos e inorgánicos, gases como ser aire o metano,
etc.).
En la clasificación de los suelos para usos de ingeniería es
universalmente acostumbrado utilizar algún tipo de análisis
granulométrico. Un parte importante de los criterios de aceptabilidad
de suelos para carreteras, aeropuertos, presas de tierra diques y otros
tipos de terraplenes y cualquier proyecto de ingeniería civil, es el
análisis granulométrico. La información obtenida del análisis
granulométrico puede en ocasiones utilizarse para predecir
movimientos del agua a través del suelo, aún cuando los ensayos de
permeabilidad se utilizan más comúnmente. La susceptibilidad de
sufrir la acción de las heladas en el suelo, una consideración de gran
importancia en climas más fríos puede predecirse a partir del análisis
granulométrico.
Los suelos muy finos son fácilmente arrastrados en suspensión por
el agua que circula a través del suelo y los sistemas de subdrenaje
usualmente se colman con sedimentos rápidamente a menos que sean
protegidos adecuadamente por filtros de material granular
debidamente gradado. La gradación adecuada de estos materiales,
denominados filtros pueden ser establecidas a partir de su análisis
granulométrico.
El análisis granulométrico es un intento de determinar las
proporciones relativas de los diferentes tamaños de grano presentes
en una masa de suelo dada. Obviamente para obtener un resultado
significativo la muestra debe ser estadísticamente representativa de la
masa de suelo .Como no es físicamente posible determinar el tamaño
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mecanica de suelos i 2011-II
real de cada partícula independiente de suelo, la practica solamente
agrupa los materiales por rangos de tamaño.
ENSAYO:
ANALISIS GRANULOMETRÍCO DEL SUELO (MÉTODO MECANICO)
I. OBJETIVO
El objetivo del presente ensayo es:
La determinación cuantitativa de la distribución de tamaños de
partículas de suelo.
Esta norma describe el método para determinar los porcentajes
de suelo que pasan por los distintos tamices de la serie
empleada en el ensayo, desde la malla 3”, hasta el tamiz Nº 200
(0,074 mm.)
II. EQUIPO, HERRAMIENTAS Y MATERIALES
Una balanza, con sensibilidad de 0.1g
Tamices de malla de alambre forjado. Se puede usar como
alternativa, una serie con aberturas cuadradas de tamices que al
dibujar la gradación, dé:
3” (75 mm), una separación
uniforme entre los puntos
2” (50,8 mm) del gráfico,
conformada por los siguientes:
1½” (38,1 mm) 3” (75 mm)
1” (25,4 mm) 1½” (38,1 mm)
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mecanica de suelos i 2011-II
¾" (19,0 mm) ¾" (19,0 mm)
3/8” (9,5 mm) 3/8” (9,5 mm)
Nº 4 (4,76 mm) Nº 4 (4,76 mm)
Nº 10 (2,00 mm) Nº 8 (2,36 mm)
Nº 20 (0,840 mm) Nº 16 (1,18 mm)
Nº 40 (0,425 mm) Nº 30 (0.60 mm)
Nº 60 (0,250 mm) Nº 50 (0.30 mm)
Nº 140 (0,106 mm) Nº 100 (0.150 mm)
Nº 200 (0,075 mm) Nº 200 (0,074 mm)
Horno, a temperatura constante de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F).
Envases, adecuados para
el manejo y secado de las
muestras.
Cepillo y brocha, para
limpiar las mallas de los
tamices.
Mortero y accesorio para
disgregar la muestra
Juego de tamices estándar
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mecanica de suelos i 2011-II
III. FUNDAMENTO TEÓRICO
El estudio del suelo y subsuelo no debe limitar en donde se
realizará la obra civil, sino debe abarcar las zonas aledañas a la
construcción. El estudio debe incluir todos los principales
accidentes geográficos como ser quebradas, riachuelos, zona
anegada y la vegetación que existe en toda la zona elegida para la
construcción. Es de igual importancia tener los datos las
condiciones físicas naturales como ser humedad, presión,
temperatura, etc. Es de mucha ayuda conocer el perfil del subsuelo
ya que con esto podemos ver el nivel friático, la calidad o eficiencia
del drenaje.
Una parte importante de los criterios de aceptabilidad de suelos para
carreteras, aeropistas, presas de tierra, diques y otro tipo de
terraplenas es el análisis granulométrico.
La información obtenida del análisis granulométrico puede en
ocasiones utilizarse para predecir movimientos del agua a través del
suelo, aun cuando los ensayos de permeabilidad se utilizan más
comúnmente. La susceptibilidad de sufrir la acción de las heladas en
suelo, una consideración de gran importancia de climas muy fríos,
puede predecirse a través del análisis granulométrico del suelo.
Los suelos muy finos son fácilmente arrastrados en suspensión por el
agua que circula a través del suelo y en los sistemas de sub drenaje
usualmente se colman con sedimentos rápidamente a menos que
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mecanica de suelos i 2011-II
sean protegidos adecuadamente por filtros de material granular
debidamente graduado. La gradación adecuada de estos materiales,
denominados filtros, puede ser establecida a partir de su análisis
granulométrico.
El análisis granulométrico es un intento de determinar las
proporciones relativas de los diferentes tamaños de grano presentes
en una masa de suelo dada. Obviamente para obtener un resultado
significativo la muestra debe ser estadísticamente representativa de
la masa del suelo.
Como no es físicamente posible determinar el tamaño real de cada
partícula independiente del suelo, la práctica solamente agrupa los
materiales por rangos de tamaño. Para lograr esto se obtiene la
cantidad de material que pasa a través de un tamiz con una malla
dada pero que es retenido en un siguiente tamiz cuya malla tiene
diámetros ligeramente menores a la anterior y se relaciona esta
cantidad retenida con el total de la muestra pesada a través de los
tamices. Es evidente que el material retenido de esta forma en
cualquier tamiz consiste en partículas de muchos tamaños todos los
cuales son menores al tamaño de la malla del tamiz en el cual el
suelo fue retenido.
Los tamices son hechos de malla de alambre forjado con aberturas
rectangulares que varían en tamaño desde 101.6 mm (4") en la parte
más gruesa hasta el número 400 (0.038 mm) en la serie
correspondiente a suelo fino, sin embargo, en la práctica el tamiz
más pequeño es el tamiz No.200 (0.075). Para mallas de tamaño
inferior al de este tamiz, es difícil permitir el paso libre del agua. El
suelo, por supuesto, provee generalmente más resistencia que el
agua al tamizado; por consiguiente, los tamices de malla más
pequeña que el número 200 son más interesantes desde un punto de
vista académico que desde el práctico.
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mecanica de suelos i 2011-II
Todos los sistemas de clasificación utilizan el tamiz No.200 como un
punto divisorio, las clasificaciones se basan generalmente en
términos de la cantidad retenida o cantidad que pasa a través del
tamiz No.200. Ocasionalmente es deseable conocer la escala
aproximada de partículas de suelo menores que el tamiz No.200.
Cuando se presenta esta necesidad, entonces se recurre al método
del análisis granulométrico del hidrómetro, que es comúnmente
utilizado.
El proceso de tamizado no provee información sobre la forma de los
granos de suelo, si son angulares o redondeados. Solamente da
información sobre los granos que pueden pasar, o qué orientación
adecuada pasa, a través de una malla de abertura rectangular de un
cierto tamaño. Obviamente, en muestras de un cierto tamaño no
siempre es posible que todas las partículas pasen a través del tamiz
respectivo, ya que no es posible que no se puedan orientar
adecuadamente para pasar a través de su tamiz correspondiente, o
que las partículas más pequeñas podrían no haber sido totalmente
separados en el proceso de pulverización, e incluso las partículas
más finas, especialmente la fracción menor que el tamiz 200 en
tamaño, pueden adherirse a las partículas mayores y no pasar a
través del tamiz adecuado.
La información obtenida del análisis granulométrico se presenta en
forma de curva. Para poder comparar suelos y visualizar más
fácilmente la distribución de los tamaños de granos presentes, y
como una masa de suelos típica pueden tener partículas que varíen
entre tamaños de 2.00 mm y 0.075 mm las más pequeñas, por lo
que es necesario recurrir a una escala muy grande para poder dar el
mismo peso y precisión de lectura a todas las medidas, es necesario
recurrir a una presentación logarítmica para los tamaños de
partículas. Los procedimientos patrones utilizan el porcentaje que
pasa como la ordenada en la escala natural de la curva de
distribución granulométrica.
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mecanica de suelos i 2011-II
Es evidente que una curva de distribución granulométrica solo pueda
aproximar la situación real. Esto se debe a varias razones
consideradas hasta aquí, incluyendo las limitaciones físicas para
obtener muestras estadísticamente representativas, la presencia de
grumos en el suelo, la limitación práctica impuesta por la utilización
de mallas de forma rectangular para medir partículas de suelo de
forma irregular y el número limitado de tamices utilizables en el
análisis. La exactitud del análisis es más cuestionable aún para los
suelos de grano fino (más fino que el tamiz No.4) que para los suelos
gruesos, y la práctica común y ampliamente seguida de utilizar
suelos secados al horno puede influir el análisis en otro tanto.
IV. PROCEDIMIENTO
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mecanica de suelos i 2011-II
El procedimiento seguido para la ejecución del ensayo de Análisis
Granulométrico es el siguiente:
La muestra a ser ensaya debe ser preparada con anticipación
para tal efecto la nuestra deberá ser representativa para
obtener resultados correctos
La muestra deberá ser disgregada de su estado (sólido) y
secada al aire libre unos días antes del ensayo.
La muestra a ser utilizada debe obtenerse empleando el
método del cuarteo de la muestra total asegurándonos que sea
lo más representativo posible.
Se pesa la muestra de suelo y seguidamente se lava con
abundante agua para esto se emplea el tamiz Nº 200 lavar
cuidadosamente el material a través del tamiz hasta que el
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mecanica de suelos i 2011-II
agua mantenga su transparencia. Es necesario ser cuidadoso en
este proceso para evitar daños en el tamiz y la pérdida del
suelo que eventualmente pueda salpicar fuera del tamiz.
Seguidamente el material lavado se coloca en el horno a una
temperatura de 110º C durante 24 horas.
Pesamos la muestra secada al horno.
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mecanica de suelos i 2011-II
Colocamos los tamices uno sobre otro, de manera que el tamiz
de abertura mayor quede arriba, debajo el que le sigue.
Colocamos las muestras en los tamices y procedimos el
tamizado correspondiente.
Pesamos las cantidades de material que fueron retenidos en
cada malla o tamiz y anotamos estos datos.
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mecanica de suelos i 2011-II
V. MEMORIA DE CÁLCULO
a) En el análisis por tamices se obtienen los resultados de pesos
parciales retenido en cada uno de ellos. Después se calcula los
porcentajes retenidos parciales, los porcentajes acumulativos,
los porcentajes que pasan por cada tamiz. Además es
conveniente presentar resultados en forma gráfica que tabular.
La presentación gráfica se efectúa por medio de la curva
granulométrica, que es la curva de los porcentajes que pasa
por cada tamiz, esta curva se gráfica en papel
semilogaritmico. En las ordenadas (escala natural del papel) se
anotan los porcentajes que pasa y en las abscisas (escala
logarítmica del papel) se anotan los diámetros de los tamices
en milímetros.
Se puede encontrar el diámetro efectivo de los granos (D10);
que es el tamaño correspondiente al 10% en la curva
granulométrica y se designa como D10.
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mecanica de suelos i 2011-II
Otros tamaños definidos estadísticamente que son útiles
incluyen D60; D30. La uniformidad del suelo se puede definir
estadísticamente de varias maneras, un índice antiguo pero
útil, es el coeficiente de Uniformidad Cu que se define.
Para clasificación de suelos es útil definir un dato
complementario de uniformidad como es el coeficiente de
curvatura (Cc) definido como:
Los suelos bien graduados; CC entre 1 y 3.
a) Distribución granulométrica del suelo, y graficar y la curva
granulométrica.
PESO INCIAL SECO : 1000
gr
% QUE PASA MALLA No 200 : 0.9300
PESO LAVADO SECO:
674 gr
% RETENIDO MALLA 3" :
0.00000
TamicesASTM
Abertura
(mm)
Peso
retenid
o (gr)
%
retenido
parcial
% retenido
acumulado
% acumulado
que pasa
3" 75.620 0.0000 0.0000 0.0000 100.00001 1/2" 38.100 0.0000 0.0000 0.0000 100.00003/4" 19.050 0.0000 0.0000 0.0000 100.00001/2" 12.700 0.0000 0.0000 0.0000 100.00003/8" 9.525 59.4000 5.9400 5.9400 94.0600No 4 4.760 56.3000 5.6300 11.5700 88.4300No 8 2.380 97.2000 9.7200 21.2900 78.7100No 10 2.000 28.2000 2.8200 24.1100 75.8900No 16 1.190 76.9000 7.6900 31.8000 68.2000No 20 0.840 45.3000 4.5300 36.3300 63.6700No 30 0.590 48.8000 4.8800 41.2100 58.7900No 40 0.426 39.5000 3.9500 45.1600 54.8400No 50 0.297 44.0000 4.4000 49.5600 50.4400No 100 0.149 82.4000 8.2400 57.8000 42.2000No 200 0.074 59.0000 5.9000 63.7000 36.3000
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mecanica de suelos i 2011-II
>No 200 9.3000 0.9300 64.6300 35.3700TOTAL
646.3000 64.6300
0.010.101.0010.00100.000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100%
Acu
mul
ado
que
Pasa
Abertura (mm)
CURVA GRANULOMÉTRICA
b) La muestra analizada no presenta porcentaje acumulado
que pasa del 10% y 30%, por lo cual no se puede determinar
D10, D30 y D60 a partir de la curva granulométrica.
Fórmulas para calcular el CU y CC.
Cu=D 60D 10
Cu=(D30)2
D 60.D 10
No se puede calcular el CU y CC porque no tenemos los
valores de D10 y D30.
RESUMEN DE DATOS
% Que pasa 3” 100
% Que pasa Nº 4 88.43
% Que pasa Nº 35.37
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mecanica de suelos i 2011-II
200
D10 ----
D30 ----
D60 ----
Cu ----
Cc ----
w (%) ----
GRAVA (%) 1,39
ARENA (%) 21.17
FINOS (%) 77.44
(Tabla Nº 2)
VI. CONCLUSIONES
El análisis granulométrico es importante, puesto que, los
límites de tamaño de las partículas que constituyen un suelo
ofrecen criterios para una clasificación descriptiva del mismo.
El análisis granulométrico es fundamental en los suelos
gruesos, pues nos permite determinar el comportamiento
mecánico e hidráulico, para su respectiva utilización en las
estructuras de ingeniería.
La curva granulometría es tendida, esto indica que hay una
granulometría continua. (Ver gráfico Nº1)
Es un suelo mal graduado puesto que no tiene CU y CC. (Ver
tabla Nº 2)
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mecanica de suelos i 2011-II
VII. RECOMENDACIONES
a) Seguir los pasos de las normas o guías establecidas para este
ensayo, para obtener resultados verídicos.
b) Realizar con mucho cuidado el tamizado, sin perder granos de
suelo, para que no haya errores en el proceso de cálculo.
Trabajar con las mallas estándares y con las mallas que se
requiere para la clasificación de suelos, para que estos sean más
exactos, y no se tengan que interpolar de la curva
granulométrica.
c) Tener conocimientos adecuados para poder interpretar la curva
granulométrica. Para poder calcular los valores de D10, D30, D60,
CU y CC.
VIII. REFERENCIAS
Mecánica de Suelos Juárez Badillo – Rico Rodríguez Tomo I
Guías y copias de Laboratorio
FIC-UNASAM 16
mecanica de suelos i 2011-II
Los límites líquido y plástico han sido utilizados en todas las
regiones del mundo, principalmente con objetivos de identificación y
clasificación de suelos. El límite líquido en ocasiones puede utilizarse
para estimar asentamientos en problemas de consolidación y ambos
límites son algunas veces útiles para predecir la máxima densidad en
estudios de compactación. De los resultados de los ensayos de límite
líquido y límite plástico, se puede detectar el problema de potencial de
volumen.
1. OBJETIVOS.
Determinar los Límites líquido de un suelo.
FIC-UNASAM 17
INTRODUCCION
mecanica de suelos i 2011-II
El límite líquido de un suelo es el contenido de humedad
expresado en porcentaje del suelo secado en el horno, cuando
este se halla en el límite entre el estado plástico y el estado
líquido.
El valor calculado deberá aproximarse al centésimo.
2. EQUIPOS HERRAMIENTAS Y MATERIALES.
Aparato de Casagrande.
Acanalador
Recipiente para almacenaje. Una vasija de porcelana.
FIC-UNASAM 18
mecanica de suelos i 2011-II
Espátula.
Probeta
Balanza de precisión 0.01 gr.
Tamiz N° 40
Horno.
Cápsulas o latas de humedad
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mecanica de suelos i 2011-II
3. FUNDAMENTO TEÓRICO.
3.1. DEFINICIÓN DE LIMITE LIQUIDO
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.
3.2. LA COPA DE CASAGRANDE
Cuando la plasticidad se convirtió en una propiedad índice
fundamental a partir de su utilización, la determinación de los
límites de plasticidad se convirtieron en rutina en todos los
laboratorios, en este caso los métodos de Atterberg se revelaron
ambiguos, en vista de lo cual Terzaghi sugirió a Casagrande la
tarea de elaborar un método de prueba para la determinación del
límite líquido estandarizando todas sus etapas, de modo que
operadores diferentes en laboratorios distintos obtuviesen los
mismos valores.
Como resultado surgió la técnica basada en el uso de la
Copa de Casagrande, que es un recipiente de bronce o latón con
un tacón solidario del mismo material; el tacón y la copa giran en
torno a un eje fijo unido a la base. Una excéntrica hace que la copa
caiga periódicamente golpeándose contra la base del dispositivo,
que es de hule duro o mi carta 221. La altura de la copa es por
especificación de 1cm, medido verticalmente desde el punto de la
copa que toca la base al caer, hasta la base misma, estando la
copa en su punto más alto. Este ajuste debe ser realizado
cuidadosamente.
La copa es esférica, con radio interior de 54mm, espesor 2mm y
peso 200 ± 20 g incluyendo el tacón.
FIC-UNASAM 20
mecanica de suelos i 2011-II
USO DE LA COPA DE CASAGRANDE.
Sobre la copa se coloca el suelo y se procede a hacerle una
ranura trapecial con las dimensiones mostradas en la figura.
Para hacer la ranura usamos el ranurador laminar. Sostenemos
la copa con la mano izquierda, con el tacón hacia arriba y el
ranurador se pasa a través de la muestra.
En poco tiempo se adquiere la soltura necesaria para hacer
una ranura apropiada, con una sola pasada suave del
ranurador, en una arcilla bien mezclada, sin partículas
gruesas.
En mezclas no uniformes o con partículas gruesas los bordes
de la ranura tienden rasgarse, cuando esto suceda el suelo ha
de volver a remoldarse con la espátula colocándolo de nuevo y
formando otra ves la ranura.
En los suelos con arena o materia orgánica no se puede formar
la ranura con el ranurador, debiendo usarse entonces la
espátula, utilizando el ranurador solo para verificar las
dimensiones.
La prueba debe ser ejecutada en un cuarto húmedo. Un
ambiente seco afecta la exactitud de la prueba debido a la
evaporación durante el remoldeo y manipulación en la copa;
esto es suficiente para que el número de golpes muestre un
incremento demasiado rápido.
FIC-UNASAM 21
mecanica de suelos i 2011-II
A este método se define como el contenido de agua del suelo para
el que la ranura se cierra a lo largo de 1.27 cm. con 25 golpes en
la copa, de hecho, el límite líquido se determina conociendo 3 ó 4
contenidos de agua diferentes en su vecindad, con los
correspondientes números de golpes y trazando la curva
Contenido de Agua y Nº de golpes. La ordenada de esa curva
correspondiente a la abscisa de 25 golpes es le contenido de agua
correspondiente al límite líquido.
Experimentalmente se encontró que usando papel semilogarítmico
(con los contenidos de agua en escala aritmética y el número de
golpes en escala logarítmica), la curva que se genera con estos
datos llamada de fluidez, es una recta cerca del límite líquido.
La ecuación de la curva de flujo es:
W = -Fx.Log N + C
Donde:
W = Contenido de agua, como porcentaje del peso seco.
Fx = Índice de fluidez, pendiente de la curva de fluidez, igual a la
variación del contenido de agua correspondiente a un ciclo de
la escala logarítmica.
N = Número de golpes.
C = Constante que representa la ordenada en la abscisa de 1
golpe; se calcula prolongando el trazo de la curva de fluidez.
Para construir la curva de fluidez A. Casagrande
recomienda registrar valores entre los 6 y los 35 golpes,
determinando 6 puntos, tres entre 6 y 15 golpes y tres entre 23 y
32. Para consistencias correspondientes a menos de 6 golpes se
hace ya muy difícil discernir el momento de del cierre de la ranura
y si ésta se cierra con más de 35 golpes, la gran duración de la
FIC-UNASAM 22
WSuelo no Plástico Ip El suelo se comporta
como fluido viscoso
mecanica de suelos i 2011-II
prueba causa excesiva evaporación. En pruebas de rutina basta
con determinar 4 puntos de la curva de fluidez.
La resistencia de todos los suelos en el límite líquido debe
ser la misma, siempre y cuando el impacto sirva solamente para
deformar al suelo, como en el caso de los suelos plásticos; pero en
el caso de los suelos no plásticos (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 medio de pruebas de laboratorio se determinó que el
límite líquido de un suelo plástico corresponde a una resistencia al
corte de 25 g/cm2.
3.3. LOCALIZACIÓN RELATIVA DE LOS LÍMITES LÍQUIDO Y
PLÁSTICO.
La localización relativa de los límites de contracción Ws , plástico
Wp , y líquido Wl , se muestra sobre una escala de humedad en la
figura.
FIC-UNASAM 23
mecanica de suelos i 2011-II
El límite líquido (Wl) es también afectado marcadamente
por el tipo de suelos y otros factores adicionales. Para intentar
reducir estas variables en el ensayo, se han desarrollado y se
utilizan aparatos patrón, así como herramientas patrón para hacer
la ranura. Una de las herramientas para hacer la ranura es la
propuesta por la ASTM; la otra herramienta patrón fue desarrollada
por Casagrande (1932) y tiene la ventaja de permitir un mejor
control de la profundidad de la pasta de suelos en la cazuela. La
herramienta de la ASTM es mejor para suelos con bajo límite
líquido, en los cuales es generalmente difícil hacer la ranura, como
materiales arenosos y limosos. Para estos suelos, sería incluso
necesario formar parcialmente la ranura con la ayuda de la
espátula, después de lo cual la ranura puede ser mejorada
adecuadamente utilizando cualquiera de los ranuradores patrón.
Para controlar la velocidad de golpeado del recipiente, se
debe rotar la manivela a una velocidad aproximada de 120 RPM.
Ósea a una tasa de 120 golpes por minuto.
La norma ASTM para esta prueba estipula el uso de agua destilada
para la preparación de la muestra.
4. MUESTRA
Tómese una muestra que pese 150g-200g de una porción de material
completamente mezclado que pase el tamiz N°40.
Nuestra muestra de suelo fue secada en el horno y no al aire libre
debido a que estaba sumamente húmedo para luego tamizarlo por
el tamiz numero 40.
FIC-UNASAM 24
mecanica de suelos i 2011-II
5. AJUSTE DEL APARATO
5.1. Deberá inspeccionarse el aparato de límite líquido para verificar
que se halle en buenas condiciones del trabajo. El pin que conecta la taza
no debe estar tan gastado que tenga juego lateral, ni el tornillo que la
conecta, hallarse tan gastado por el largo uso. Inspecciónese, además, el
acanalador para verificar que las dimensiones limites son las indicadas en
las figuras 1 y 2.
Se considera desgaste excesivo, cuando el diámetro del
punto de contacto sobre la base de la taza excede de 13
mm o cuando cualquier punto sobre el borde de la misma
se ha desgastado aproximadamente en la mitad del
espesor original. Aun cuando se aprecie una ligera ranura
en el centro de la taza, esta no es objetable. Pero si la
ranura se pronuncia antes de que aparezcan otros signos
de desgaste, debe considerarse que está excesivamente
gastada y deberá reemplazarse.
Una base que esta excesivamente desgastada puede
pulirse; pero hasta cuando la tolerancia no exceda de 2.5
mm y la distancia entre la excéntrica de la taza y la base se
mantenga dentro de la tolerancia especificada.
5.2. Por medio del calibrador del mango del ranurador y la platina de
ajuste H, ajústese la altura a la cual se levanta la taza, de tal manera que
el punto que hace contacto con la base al caer este exactamente a 1cm
sobre esta. Asegúrese la platina de ajuste H, apretando los tornillos con el
calibrador, aun colocado, compruébese el ajuste girando la manija
rápidamente varias veces.
Si el ajuste es correcto, un sonido de roce se oirá cuando la excéntrica
golpea contra la taza, si se levanta del calibrador o no se oye ruido,
hágase un nuevo ajuste.
FIC-UNASAM 25
mecanica de suelos i 2011-II
6.1. Colóquese la muestra de suelo en la vasija de porcelana y mézclese
completamente con 15 a 20 ml de agua destilada, agitándola, amasándola
y tajándola con una espátula en forma alternada y repetida. Realizar más
adiciones de agua en incrementos de 1 a 3 ml. Mézclese completamente
cada incremento de agua con el suelo como se ha descrito previamente,
antes de cualquier nueva adición.
Algunos suelos son lentos para absorber agua, por lo cual es posible
que se adicionen los incrementos de agua tan rápidamente que se
obtenga un límite liquido falso. Esto puede evitarse mezclando mas
y durante un mayor tiempo.
FIC-UNASAM 26
6. PROCEDIMIENTO “POR EL METODO MULTIPUNTO”
mecanica de suelos i 2011-II
6.2. Cuando haya sido mezclada
suficiente agua completamente
con el suelo y la consistencia
producida requiera de 30 a 35
golpes de la cazuela de bronce
para que se ocasione el cierre,
colóquese una porción de la mezcla en la cazuela sobre el sitio en que
esta reposa en la base, y comprímasela hacia abajo, extiéndase el suelo
hasta obtener la posición mostrada, teniendo cuidado de evitar la inclusión
de burbujas de aire dentro de la masa. Nivélese el suelo con la espátula y
al mismo tiempo emparéjeselo hasta conseguir una profundidad de 1cm
en el punto de espesor máximo. Regrésese el exceso de suelo a la vasija
de porcelana.
6.2.1. Divídase el suelo en la taza de bronce por pasadas firmes
del acanalador a lo largo de diámetro y a través de la línea
central de la masa del suelo de modo que se forma una ranura
limpia y de dimensiones apropiadas. Para evitar rasgaduras en
los lados de la ranura o escurrimientos de la pasta del suelo a la
cazuela de bronce, se permite hacer hasta 6 pasadas de
adelante hacia atrás o de atrás hacia adelante, contando cada
recorrido como una pasada; con cada pasada el acanalador debe
penetrar un poco más profundo hasta que la ultima pasada de
atrás hacia adelante limpie el fondo de la cazuela. Hágase una
ranura con el menor número de pasadas posible.
FIC-UNASAM 27
mecanica de suelos i 2011-II
6.3. Elévese y golpéese la taza de bronce
girando la manija, a una velocidad de 1,9 a 2,1 golpes por segundo, hasta
que las dos mitades de la pasta de suelo se pongan en contacto en el
fondo de la ranura, a lo largo de una distancia de cerca de 13mm. Anótese
el numero de golpes requeridos para cerrar la ranura.
En lugar de fluir sobre la superficie de la taza algunos suelos tienden a
deslizarse. Cuando esto ocurra, deberá agregarse más agua a la muestra y
FIC-UNASAM 28
mecanica de suelos i 2011-II
mezclarse de nuevo, se hará la ranura con el acanalador y se repetirá el
punto 5.3; si el suelo sigue deslizándose sobre la taza de bronce a un
numero de golpes inferior a 25, no es aplicable este ensayo y deberá
indicarse que el limite liquido no se puede determinar.
6.4. Sáquese una tajada de suelo
aproximadamente del ancho de la espátula, tomándola de uno y otro lado
y en ángulo recto con la ranura e incluyendo la porción de esta en la cual
se hizo contacto, y colóquese en un recipiente adecuado.
Pésese y anótese. Colóquese el suelo dentro del pesafiltro en el horno a
110 ± 5 °C hasta obtener peso constante y vuélvase a pesar tan pronto
como se haya enfriado pero antes de que pueda haber absorbido
humedad higroscópica. Anótese este peso, así como la pérdida de peso
debida al secamiento y el peso del agua.
FIC-UNASAM 29
mecanica de suelos i 2011-II
6.5. Transfiérase el suelo sobrante en la
taza de bronce a la capsula de
porcelana. Lávese y séquese la tasa de bronce y el ranurador y ármese de
nuevo el aparato del límite líquido para repetir el ensayo.
6.6. Repítase la operación anterior por lo menos en dos ensayos
adicionales, con el suelo restante en la vasija de porcelana, al que se le ha
agregado agua suficiente para ponerlo en un estado de mayor fluidez. El
FIC-UNASAM 30
mecanica de suelos i 2011-II
objeto de este procedimiento es obtener muestras de tal consistencia que
al menos una de las determinaciones del número de golpes requeridos
para cerrar la ranura del suelo se halle en cada uno de los siguientes
intervalos: 25-35; 20-30; 15-25. De esta manera, el alcance de las 3
determinaciones debe ser de 10 golpes.
“DETERMINAMOS EL LIMITE LIQUIDO POR EL METODO DE UN
PUNTO”.
7.1. PREPARACION DEL ESPECIMEN DE ENSAYO
Preparar el espécimen en la misma forma como se describió en las
secciones antes descritas, excepto que en el mezclado el contenido de
humedad se ajuste a una consistencia que requiere de 20 a 30 golpes de
la copa de límite líquido para cerrar la ranura.
FIC-UNASAM 31
7. PROCEDIMIENTO
mecanica de suelos i 2011-II
7.2. PROCEDIMIENTO
7.2.1. El ensayo se efectúa en la misma forma que para el método antes
descrito con la diferencia que el contenido de humedad de la muestra se
debe tomar cuando el número de golpes requerido para cerrar la ranura
este comprendido entre 20 y 30. Si se requiere menos de 20 o más de 30
golpe, se ajustara el contenido de humedad el suelo y se repetirá el
procedimiento.
FIC-UNASAM 32
mecanica de suelos i 2011-II
7.2.2. Inmediatamente después de remover un espécimen para contenido
de humedad como se describe en 6.3 y 6.4, formar nuevamente el suelo
en la copa, añadiendo una pequeña cantidad de suelo para reponer la
perdida debida a la ranuracion y las orientaciones de muestreo para
contenido de humedad. Repetir de 6.2.1 a 6.4 y si el segundo cierre de la
ranura requiere el mismo número de golpes o no más de dos golpes de
diferencia, tomar otro espécimen para contenido de humedad.de otro
modo, mezclar de nuevo todo el espécimen y repetir.
8. ACTIVIDAD DE GABINETE
DATOS DE LABORATORIO
RECIPIENTE A B C D
N° de golpes 20 22 26 27
Peso de suelo húmedo + Rec. 32.50 29.10 34.20 29.30
Peso de suelo seco + Rec. 28.40 25.70 29.90 26.00
Peso del recipiente 11.90 11.75 11.60 11.90
9.CÁLCULOS Y RESULTADOS
Muestra A B C D
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mecanica de suelos i 2011-II
N° de golpes 20 22 26 27
Peso de suelo húmedo +
Rec. (gr)32.50 29.10 34.20 29.30
Peso de suelo seco + Rec.
(gr)28.40 25.70 29.90 26.00
Peso del recipiente (gr) 11.90 11.75 11.60 11.90
Peso de suelo seco (gr) 16.50 13.95 18.3 14.1
Peso del agua (gr) 4.10 3.4 4.3 3.3
Contenido de Humedad (%) 24.85 24.37 23.50 23.40
Muestra A:
Contenido de humedad
W=WwWs
∗100 %= 4 . 1016 . 50
∗100 %=24 . 85 %
Límite Líquido
LL=(24 .85 % ) .(2025 )
0 .121
=24 . 19 %
Muestra B:
Contenido de humedad
W=WwWs
∗100%= 3. 4013 .95
∗100%=24 .37%
Límite Líquido
LL=(24 .37 % ) .(2225 )
0 .121
=24 . 00 %
Muestra C:
Contenido de humedad
W=WwWs
∗100 %= 4 .3018 .30
∗100 %=23.50 %
Límite Líquido
LL=(23 . 50 % ).(2625 )
0. 121
=23. 61 %
Muestra D:
FIC-UNASAM 34
Conte
nido de Hu
medad (%
)
26
28
DIAGRAMA DE FLUIDEZ
mecanica de suelos i 2011-II
Contenido de humedad
W=WwWs
∗100%= 3 .3014 .10
∗100%=23 .40%
Límite Líquido
LL=(23 . 40 % ) .(2725 )
0 .121
=23 . 62%
POR LO TANTO:
LL 23.86
El gráfico obtenido es:
19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 24.00 25.00 26.00 27.00 28.0022.50
23.00
23.50
24.00
24.50
25.00
f(x) = − 0.21073177663119 x + 29.0355716409476
DIAGRAMA DE FLUIDEZ
Nº DE GOLPES
CO
NT
EN
IDO
DE
HU
ME
DA
D
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mecanica de suelos i 2011-II
CONCLUSIONES
En el experimento de límite líquido vemos que a mayor número de
golpes en la Casagrande su contenido de humedad del suelo es
menor.
Vemos que los límites líquidos y plásticos dependen del tipo de
suelos.
Los suelos con contenidos orgánicos tienen bajo índice plástico y
límites líquidos altos.
Un suelo húmedo se contrae hasta que alcance la humedad de
límite e contracción natural del mismo.
1. OBJETIVO.
FIC-UNASAM 36
DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO
mecanica de suelos i 2011-II
Determinación en el laboratorio del límite plástico de un suelo y el
cálculo del índice de plasticidad (IP) si se conoce el límite líquido
(LL) del mismo suelo.
2. EQUIPOS MATERIALES Y HERRAMIENTAS.
FIC-UNASAM 37
Espátula de hoja flexible, de unos 75 a 100 mm (3” – 4”) de longitud
por 20 mm (3/4”) de ancho.
Recipiente para almacenaje, de porcelana o similar, de 115 mm ( de
diámetro.
Balanza, con aproximación de 0.01 gr.
Horno o estufa, termostáticamente controlado regulable a .
mecanica de suelos i 2011-II
3. FUNDAMENTO TEÓRICO.
DEFINICIÓN DE LÍMITE PLÁSTICO.
Los límites de Atterberg o límites de consistencia se utilizan para
caracterizar el comportamiento de los suelos finos. El nombre de estos
es debido al científico sueco Albert Mauritz Atterberg. (1846-1916).
Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino
solo pueden existir 4 estados de consistencia según su humedad. Así,
un suelo se encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al
agregársele agua poco a poco va pasando sucesivamente a los
estados de semisólido, plástico, y finalmente líquido. Los contenidos
de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los
denominados límites de Atterberg.
FIC-UNASAM 38
Tamiz de 426 µm (N°40)
Agua.
Vidrios de reloj o recipientes adecuados para determinación de
humedades.
Superficie de rodadura. En este caso usamos la mayólica de la mesa de
laboratorio.
mecanica de suelos i 2011-II
Los ensayos se realizan en el laboratorio y miden la cohesión del
terreno y su contenido de humedad, para ello se forman pequeños
cilindros de 3mm de espesor con el suelo. Siguiendo estos
procedimientos se definen tres límites:
1. Límite líquido: Cuando el suelo pasa de un estado semilíquido
a un estado plástico y puede moldearse. Para la determinación
de este límite se utiliza la cuchara de Casagrande.
2. Límite plástico: Cuando el suelo pasa de un estado plástico a
un estado semisólido y se rompe.
3. Límite de retracción o contracción: Cuando el suelo pasa de
un estado semisólido a un estado sólido y deja de contraerse al
perder humedad.
Relacionados con estos límites, se definen los siguientes índices:
Índice de plasticidad: I p ó IP=w l−w p
Índice de fluidez: I f = Pendiente de la curva de fluidez
Índice de tenacidad: I t=I p /I f
Índice de liquidez (ILó I L), también conocida como Relación
humedad-plasticidad (B):
IL=(W n−W p) /(W l−W p) (Wn=humedad natural)
Límite Plástico
Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un procedimiento
normalizado pero sencillo consistente en medir el contenido de
humedad para el cual no es posible moldear un cilindro de suelo, con
un diámetro de 3 mm. Para esto, se realiza una mezcla de agua y
suelo, la cual se amasa entre los dedos o entre el dedo índice y una
superficie inerte (vidrio), hasta conseguir un cilindro de 3 mm de
diámetro. Al llegar a este diámetro, se desarma el cilindro, y vuelve a
amasarse hasta lograr nuevamente un cilindro de 3 mm. Esto se realiza
FIC-UNASAM 39
mecanica de suelos i 2011-II
consecutivamente hasta que no es posible obtener el cilindro de la
dimensión deseada. Con ese contenido de humedad, el suelo se
vuelve quebradizo (por pérdida de humedad) o se vuelve pulverulento.
Se mide el contenido de humedad, el cual corresponde al Límite
Plástico. Se recomienda realizar este procedimiento al menos 3 veces
para disminuir los errores de interpretación o medición.
"EL LIMITE PLÁSTICO ES EL CONTENIDO DE AGUA QUE
LIMITA EL ESTADO PLÁSTICO RESISTENTE SEMISÓLIDO."
El límite plástico de un suelo es el menor contenido de humedad
determinado, de acuerdo con el método bajo el cual el suelo
permanece plástico.
Para la determinación de éste límite se toma muestras del
ensayo para la obtención del límite líquido y procedemos a amasarla y
posteriormente a arrollarla, cuya arrolladora vamos disminuyendo en el
diámetro, hasta que los rollitos presenten rupturas o ranuras. Mientras
se rasga aumentamos la humedad del suelo que no presenta ninguna
falla, hasta que los rollitos lleguen a tener un diámetro de 3 mm., en
cuyo diámetro decimos que esa humedad es la que determina el índice
plástico.
Las arenas no tienen plasticidad, los limos tienen pero muy
poca, en cambio las arcillas, y sobre todo aquellas ricas en materia son
muy plásticas.
El límite plástico se ha definido arbitrariamente como el
contenido de humedad del suelo al cuál un cilindro se rompe o se
resquebraja cuando se enrolla a un diámetro de 3 mm. o
aproximadamente 3 mm. Esta prueba es bastante más subjetiva
(dependiente del operador) que el ensayo del límite líquido, pues la
definición del resquebrajamiento del cilindro de suelo así como del
diámetro están sujetas a la interpretación del operador. El diámetro
puede establecerse durante el ensayo por comparación de un alambre
FIC-UNASAM 40
mecanica de suelos i 2011-II
común o de soldadura del mismo diámetro. Con la práctica, se
encuentra que los valores del límite plástico pueden reproducirse sobre
el mismo suelo por parte de diferentes laboratoristas, dentro de un
rango del 1 al 3%.
4. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
4.1. Si se quiere determinar solo el LP, se toman aproximadamente 20
g de la muestra que pase por el tamiz de 426 mm (N°40), preparado
para el ensayo de límite líquido. Se amasa con agua destilada hasta
que pueda formarse con facilidad una esfera con la masa de suelo. Se
toma una Proción de 1.5 gr a 2.0 gr de dichas esfera como muestra
para el ensayo.
FIC-UNASAM 41
mecanica de suelos i 2011-II
El secado previo del material en horno o estufa, o al aire, puede
cambiar (en general, disminuir), el límite plástico de un suelo con
material orgánico, pero este cambio puede ser poco importante.
4.2. Si se requieren el límite líquido y el límite plástico, se toma una
muestra de unos 15 gr de la porción de suelo humedecida y amasada,
preparada de acuerdo con la Norma MTC E 110 (determinación del
límite líquido de los suelos). La muestra debe tomarse en una etapa del
proceso de amasado en que se pueda formar fácilmente con ella una
esfera, sin que se pegue demasiado a los dedos al aplastarlo. Si el
ensayo se ejecuta después de realizar el límite líquido y en dicho
intervalo la muestra se ha secado, se añade más agua.
5. PROCEDIMIENTO.
a) Se moldea la mitad de la muestra en forma de elipsoide y, a
continuación, se rueda con los dedos de la mano sobre una
superficie lisa, con la presión estrictamente necesaria para
formar cilindros.
FIC-UNASAM 42
mecanica de suelos i 2011-II
b) Si antes de llegar al cilindro a un diámetro de unos 3.2 mm (1/8”)
no se ha desmoronado, vuelve a hacer un elipsoide y a repetir el
proceso, cuantas veces sea necesario, hasta que se desmorone
aproximadamente con dicho diámetro.
o El desmoronamiento puede manifestarse de modo
distinto, en los diversos tipos de suelo:
En suelos muy plásticos, el cilindro queda dividido en
trozos de unos 6 mm de longitud, mientras que en suelos
plásticos, los trozos son más pequeños.
FIC-UNASAM 43
mecanica de suelos i 2011-II
c) La porción así obtenida se coloca en vidrios de reloj o pesa-
filtros tarados, se continúa el proceso hasta reunir unos 6 gr de
suelo y se determina la humedad de acuerdo con la Norma MTC
E 108.
d) Se repite, con la otra mitad de la masa, el proceso indicado en a,
b y c.
6. PARA LOS CÁLCULOS
Calcular el promedio de los contenidos de humedad. Repetir el ensayo
si la diferencia entre los dos contenidos de humedad es mayor que el
rango aceptable para los dos resultados listados en la tabla 1 para la
precisión del operador.
FIC-UNASAM 44
mecanica de suelos i 2011-II
Tabla 1. Tabla de estimados de precisión
Índice de precisión y
tipo de ensayo
Desviación Estándar Rango Aceptable
De dos resultados
Precisión de un operador
simple:
LÍMITE PLÁSTICO
Precisión Multilaboratorio
LÍMITE PLÁSTICO
0.9
3.7
2.6
10.6
El límite plástico es el promedio de las humedades de ambas
determinaciones. Se expresa como porcentaje de humedad, con
aproximación a un entero y se calcula así:
Límite Plástico= Peso del aguaPeso desuelo secadoal horno
×100
7. ACTIVIDAD DE GABINETE.
DETERMINACIÓN DEL LIMITE PLÁSTICO ASTM D – 424
P. Suelo Húmedo +
Papel
1.8
gr.
2.2 gr. 2.3
gr.
P. Suelo Seco + Papel 1.6 gr. 2.0 gr. 2.0
gr.
Peso del Papel 0.8 gr. 0.9 gr. 0.7
gr.
Peso Suelo Seco 0.8 gr. 1.1 gr. 1.3
gr.
8. CÁLCULOS.
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mecanica de suelos i 2011-II
Muestra A B C
P. Suelo Húmedo + Papel 1.8 gr. 2.2 gr. 2.3 gr.
P. Suelo Seco + Papel 1.6 gr. 1.8 gr. 2.0 gr.
Peso del Papel 0.8 gr. 0.9 gr. 0.7 gr.
Peso Suelo Seco 0.8 gr. 0.9 gr. 1.3 gr.
Peso del agua 0.2 gr. 0.2 gr. 0.3 gr.
Contenido de Humedad (%) 25.00 22.22 23.08
Muestra A:
Contenido de humedad
Muestra B:
Contenido de humedad
Muestra C:
Contenido de humedad
W=WwWs
∗100%=0 .301.30
∗100%=23.08 %
Promedio de Contenido de Humedad
Limite Plástico
9. CLASIFICACIÓN DEL SUELO
Tenemos que: L.L. = 23.86%
L.P. = 23.43 %
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mecanica de suelos i 2011-II
I.P = 0.43 %
Sistema Clasificación Descripción del suelo
AASHTO M-145 A-6(16)
Como material de
subrasante de regular a
mala
SUCS ML - OL Suelo Limo arcilloso
Algunos suelos finos y arenosos con gran porcentaje de limo tienen
la característica de que es imposible formar rollitos de 3mm. Por tanto en
estos suelos el límite líquido resulta prácticamente igual al plástico y aun
menor, resultando entonces el índice plástico negativo, las
determinaciones de plasticidad no conducen a ningún resultado de interés
y carecen de sentido físico.
En suelos arcillosos el límite plástico no está variando figurativamente.
10. CONCLUSIONES.
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mecanica de suelos i 2011-II
El índice de plasticidad indica el rango de humedad a través del cual
los suelos, con cohesión tienen propiedades de un material plástico.
La plasticidad es una propiedad de los suelos de poder deformarse
hasta cierto límite sin romperse. Las determinaciones de plasticidad
no conducen a ningún resultado de interés y los límites líquido y
plástico carecen de sentido físico.
El límite plástico es muy afectado por el contenido orgánico del suelo.
El suelos que contengan arena, no es posible determinar el límite
plástico, debido a su comportamiento y no contiene elementos
plásticos.
Todos los límites de consistencia se determinan empleando suelos
que pasen la malla número 40.
11. BIBLIOGRAFÍA.
Mecánica de suelos (Tomo I) Juárez Badillo - Rico Rodríguez
Mecánica de suelos William Lambe – Robert Whitman
Mecánica de suelos Ángel Huanca Borda.
http://www.slideshare.net/UCGcertificacionvial/lmite-plstico
http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADmites_de_Atterberg
http://www.ingenieracivil.com/2009/05/limite-plastico-
fundamento-teorico.html
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