Consolidacion Unidimencional de Suelos

PRÁCTICA N° 01:

CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS

INDICE

I) INTRODUCCIÓN 5

II) OBJETIVOS 6

III) MATERIALES 7

IV) MARCO TEÓRICO 9

IV.1) CONSOLIDACIÓN UNIDIRECCIONAL O UNIDIMENSIONAL

A) DEFINICIÓNB) CURVA DE CONSOLIDACIÓN

b.1) 0% DE CONSOLIDACIÓN PRIMARIAb.2) 100% DE CONSOLIDACIÓN SECUNDARIAb.3) T50

C) COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓND) CURVA DE COMPRESIBILIDADE) CARGA DE PRECONSOLIDACIÓN

V) PROCEDIMIENTO 15

VI) ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS 18

VII) CONCLUSIONES 28

VIII) BIOGRAFÍA 29

IX) ANEXOS 30

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAMECANICA DE SUELOSDEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA ___________________________________________________________________

I) INTRODUCCIÓN:

El ensayo de consolidación, también llamado ensayo de compresión confinada, es de gran importancia, debido a que la consolidación es un problema natural de los suelos finos, como arcillas y limos, y todas las edificaciones fundadas sobre este tipo de suelo enfrentarán este fenómeno.

Por lo anterior es de vital importancia conocer la velocidad de asentamiento total y diferencial de la estructura.

La consolidación es el proceso de asentamiento de los suelos antes mencionados, cuando están saturados y sujetos a incrementos de carga debido a la disipación de la presión de poros.

Todo lo anterior se refleja en los resultados obtenidos a partir del ensayo, el cual entrega la curva de esfuerzo deformación, la presión de preconsolidación y el coeficiente de consolidación.

El ensayo de consolidación es un ensayo bastante complicado debido a que tiene un complejo procedimiento, en el cual debemos ver cómo va variando el volumen del suelo al aplicar la carga, con una duración de 2 semanas aproximadamente, aunque en nuestro caso se verá una forma simplificada del ensayo, ya que por motivos de tiempo y espacio en el laboratorio no se podrá hacer completo. Este ensayo esta estandarizado por la norma norteamericana ASTM D-2435.

II) OBJETIVOS:

CONSOLIDACION UNIDIMENCIONAL DE SUELOS 5


OBJETIVO GENERAL Conocer cuánto y en qué tiempo se deforma el suelo al ser

sometido a una carga.

OBJETIVOS ESPÉCIFICOS Interpretar los datos obtenidos a través de formulaciones,

y gráficos de manera que nos proporcionen conclusiones sobre el ensayo realizado.

Reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el ensayo de consolidación aprendiendo las características de cada uno.

Obtener datos a partir de los ensayos y anotarlos en un formato adecuado realizado especialmente para el ensayo.

Construir las curvas de consolidación y establecer los puntos de importancia para la determinación de las características de compresibilidad del suelo y rapidez de consolidación.

Determinar el módulo de elasticidad del suelo. Determinar el coeficiente de permeabilidad Determionar el Cv50

III) MATERIALES Y EQUIPO:



4.1) MATERIAL:

Muestra inalterada.

4.2) EQUIPO:

Equipo de consolidación unidimensional.

Figura n° 01: Equipo de Consolidación

Balanza con aproximación de 0.01gr. (Para pesar las muestras para el contenido de humedad y peso específico de solidos)

Consolidómetro.



Figura n° 02: Consolidómetro

Dial de expansión con divisiones de 0.01mm.

Figura n° 03: Dial de Expansión

IV) MARCO TEÓRICO:



CONSOLIDACIÓN UNIDIRECCIONAL O UNIDIMENSIONAL

A) DEFINICIÓN:

Es un proceso de disminución de volumen, que tiene un lugar en un lapso de tiempo, provocado por un aumento de cargas sobre el suelo, se llama Proceso De Consolidación.

Frecuentemente ocurre que durante el proceso de consolidación la posición relativa de las partículas sólidas sobre un mismo plano horizontal permaneces especialmente la misma; así, el movimiento de las partículas del suelo puede ocurrir sólo en dirección vertical; esto es Consolidación Unidireccional O Unidimensional.

Figura n° 04: Consolidómetro



Figura n° 05: En nuestro caso se utilizó una sola frontera permeable

B) CURVA DE CONSOLIDACIÓN:

El asentamiento total o consolidación ocurre cuando el agua recupera su situación de hidrostática y la carga ha sido totalmente transferida a las partículas sólidas.

Toda la deformación producto de esa transferencia (disminución de fase líquida) se denomina Consolidación Primaria.

Si la carga se mantiene los sólidos del suelo se deforman por efectos de fatiga, rotura de granos o reacomodo de partículas que provoca una deformación adicional llamada Consolidación Secundaria.

Los efectos de consolidación secundaria son en la actualidad poco estudiada, razón por la cual no son considerados en práctica, en consecuencia es necesario distinguir:



Figura n° 06: Curva de consolidación

b.1) 0% DE CONSOLIDACIÓN PRIMARIA:

Ubicar un punto al inicio de la curva (A). Ubicar un segundo punto con t = tA/4 (este es el punto B). Ubicar un punto arriba del punto B una distancia = AB en el eje de

ordenadas; y ese es el 0%. Hacer tres tanteos y calcular el promedio.

b.2) 100% DE CONSOLIDACIÓN SECUNDARIA:

Trazar una recta por el punto de inflexión tangente a la curva. Proyectar el tramo recto lineal. Y por último ubicar el 100% de consolidación que es la intersección

de las rectas.

b.3) T50: tiempo en que la muestra alcanza el 50% de consolidación

C) COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN:

Se define como coeficiente de variación volumétrica y físicamente expresa la compresibilidad del suelo, relacionándola con su volumen inicial.



Cv=T50∗H50

2

t 50

D) CURVA DE COMPRESIBILIDAD:

De las gráficas tiempo-deformación para varias cargas se calcula el cambio de la relación de vacios se calcula el cambio de la relación de vacíos (e).Con las Presiones Efectivas (σ=σ `) y las correspondientes relación de vacíos (e) se dibuja la Curva De Compresibilidad

Figura n° 07: coeficiente de compresibilidad

El sentido matemático de este concepto resulta claro si se tiene presente la curva de compresibilidad ya analizado:El coeficiente de compresibilidad representa, en módulo, la pendiente de la curva de compresibilidad, en escala natural, en el punto de que se trate. El valor av depende de la presión actuante sobre el suelo y no es una constante del mismo.



Físicamente, el coeficiente de compresibilidad mide la razón de variación de la relación de vacíos con la presión; un av alto caracteriza a un suelo muy compresible, mientras uno bajo es propio de un suelo no susceptible de grandes cambios de volumen.

av=−e2∗e1

p2−p1

E) CARGA DE PRECONSOLIDACIÓN

Es la presión máxima que algún momento soportó la muestra ensayada y su ubicación es muy próxima al tramo recto (tramo virgen) de la curva de compresibilidad. Se obtiene:

Una recta tangente por el punto de máxima curvatura (T) Recta horizontal por el punto de tangencia (H) Bisecamos el ángulo formado B Proyectamos el tramo recto y ubicamos el punto de

intersección con B que viene a ser el Pc.

F) COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD:

K=av∗Cv∗γw1+e

G) COEFICIENTE DE ELASTICIDAD:

E=(P2−P1 )∗Ho∆ H 2−∆ H 1

H) ASENTAMIENTO DEL ESTRATO EN ESTUDIO:

∆ H= H1+ei

∗Cc∗log [ P+∆PP ]

I) CURVA DE VARIACION DEL COEFICIENTE DE CONSOLIDACION MEDIA

El coeficiente de consolidación es aplicado tanto para el estrato real como para el ensayo de laboratorio. En el ensayo se utiliza la altura efectiva de la muestra en el 50% de consolidación y el factor tiempo t como (1/5). T50 se obtiene gráficamente de la curva de consolidación y por lo tanto el valor CV50.



C v 50=15H ef

2

t 50

La gráfica se construye con los valores Cv50 obtenidos y las variaciones de carga a escala natural.

J) GRADO DE CONSOLIDACION

Se define grado de consolidación de un suelo a una profundidad (Z) y en un tiempo (t) a la relación entre la consolidación que haya tenido en ese lugar y la consolidación total que ha de producirse bajo el incremento de carga impuesto. El grado de consolidación es función del llamado factor tiempo (T) que es una cantidad adimensional resultante de la ecuación diferencial de consolidación definida como:

T=

K (1+e0)Av∗γw

∗t

H ef2



V) PROCEDIMIENTO:

Obtener una muestra inalterada con el anillo metálico de consolidación (puede ser con el diámetro de 4cm y h=2cm, o con el diámetro de 8cm y h= 2cm) y determinar la densidad natural.

Ensamblar el anillo con la muestra en el consolidómetro, el cual está equipado con una piedra porosa en la parte inferior.

Colocar otra piedra porosa sobre el anillo con la muestra. Pero en nuestro caso se colocó una sola piedra porosa.

Colocar la placa de distribución de carga sobre la piedra porosa. Colocar el consolidó metro en el equipo de consolidación. Colocar en ceros la escala de presiones. Girar el tornillo de carga hasta que haya contacto con la placa de

distribución de carga. Colocar el dial en el portareloj de tal manera que haya contacto con el

tornillo de carga y estableces en ceros. Aplicar el primer incremento de presión (0.25 kg/cm²).

La presión aplicada se mantiene constante y se registran las lecturas de asentamiento de acuerdo a los siguientes tiempos en minutos 0´, 0.25´, 0.50´, 1´, 2´, 4´, 8´, 15´, 30´, 1hora, 2h, 4h, 8h, 16h, 24h, 48h, tec. Generalmente las lecturas se registran hasta 24 horas o hasta que no se observe cambio de volumen significativo.

Aplicar las siguientes cargas: 2 kg, 4 kg, 8 kg, y 16 kg. (las presiones duplican el valor de la presión anterior) y seguir el mismo procedimiento del paso anterior.

Al terminar el ensayo determinar el peso de la muestra húmeda y el peso de la muestra seca.

Dibujar las curvas de consolidación con los datos obtenidos en escala semilogarítmica. Los datos de tiempo transcurrido se dibujarán en la abscisa en escala logarítmica y los datos de asentamiento se dibujarán en la ordenada en escala natural.

Se determina el 0%, 100% y 50% de consolidación primaria y luego sus correspondientes asentamientos en cada curva.

Determinar los coeficientes de consolidación, de comprensibilidad, de permeabilidad y el módulo de elasticidad.



COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN:

Cv=T50∗H50

2

t 50

Donde:

T 50 = Factor de tiempo para el 50% de grado de consolidación primaria.H 50 = Trayectoria física real que el agua tiene que correr para salir de la muestra.t 50 = Tiempo correspondiente al 50% de consolidación primaria.H 50 = h cuando la muestra es drenada por una sola cara.H 50 = h/2 cuando la muestra es drenada por ambas caras.h = H 0−∆H 50

h = Altura de la muestra en el 50% de consolidación primariaH 0 = Altura inicial de la muestraΔH 50 = Asentamiento de la muestra en el 50% de consolidación primaria.

COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD:av=

−e2∗e1

p2−p1

Donde:e2 = Relación de vacíos después de aplicar la presión P2.e1 = Relación de vacíos después de aplicar la presión P1.

e=HvHs

Donde:e = Relación de vacíos.Hv = Altura de vacíos.Hs = Altura de sólidos.Hs = Ho−Hw−∆HnH 0 = Altura inicial de la muestraHw = Altura del aguaΔHn = Asentamiento total de la muestra

Hw= VwA anil



Donde:Vw = Volumen del aguaAanil = Área anillo de consolidación

COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD:K=av∗Cv∗γw

1+eDonde:γw = Peso Específico del agua

COEFICIENTE DE ELASTICIDAD:E=

(P2−P1 )∗Ho∆ H 2−∆ H 1

Donde:∆ H 2 = Asentamiento de la muestra cuando se aplica la presión P2.∆ H 1 = Asentamiento de la muestra cuando se aplica la presión P1.

Dibujar la curva de compresibilidad en escala semilogarítmica, para lo cual los datos de las presiones aplicadas se dibujarán en el eje de abscisas en escala logarítmica y los datos correspondientes a la relación de vacíos se dibujará en el eje de ordenadas en escala natural.

Dibujar la curva de coeficientes de consolidación versus presiones en escala natural. En el eje de abscisas se dibuja los datos de presiones y en el eje de ordenadas se dibuja los datos de coeficientes de consolidación.

Determinar el asentamiento del estrato en estudio.

ASENTAMIENTO DEL ESTRATO EN ESTUDIO:

∆ H= H1+ei

∗Cc∗log [ P+∆PP ]

Donde:

∆ H = Asentamiento probable.H = espesor de estrato.ei = Relación de vacíos inicial.Cc = Índice de compresibilidad.Cc = 0.009*(LL-10)LL = Límite líquido



P = Presión de apoyo∆ P = Incremento de presión

VI) ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS :

DATOS INICIALES ____________________________________________________________________


PROYECTO: ENSAYO: Consolidación Unidimensional de suelos

UBICACIÓN: UNC OPERADOR: GRUPO B2CALICATA: FECHA: 17/09/14POZO N° SUELO: Arcilloso

CONTENIDO DE HUMEDAD (INICIO)Tara N° 1 2 3

W tara (gr) 25 27 25Wt+Mh (gr): 60 78 72Wt+Ms (gr): 53.2 68.2 63.7

Ww (gr): 6.8 9.8 8.3Ws (gr): 28.2 41.2 38.7w(%): 24.11 23.79 21.45

w(%) PROMEDIO: 23.115Factor de ampliación del sistema de carga:

A (cm): 3B (cm): 27Factor: 10

Dial del Lectura (mm): 0.01 x divisiónLectura inicial: 385.7 divisiones

MUESTRA DE ENSAYO (INICIO):DIAM.(mm): 63.5ALT. (mm) 25.4AREA (cm²): 31.67Vm (cm³): 80.44Wanillo (gr): 527Wa+Mh (gr): 675Wmh (gr): 148m (gr/cm³): 1.84s (gr/cm³): 2.6315


CÁLCULO DEL PESO ESPECÍFICO DE SÓLIDOS:

Ss= WsWs+Wf ω−Wf ω s

Donde:

Ss :Pesoespecífico de sólidos

Ws :Peso de lamuestra seca.(gr )

Wf :Pesodelmatraz vacío(gr )

W fw :Pesodelmatraz más agua(gr)

W fws :Pesodelmatrazmás agua y másmuestra seca(gr )

PESO ESPECIFICO DE SOLIDOSWs (gr) 100Wfw (gr) 643Wfws (gr) 705Ys (gr/cm3) 2.6315



ENSAYO DE CARGA _________________________________________________________________

DATOS OBTENIDOS DEL CONSOLIDOMETRO:

Carga (kg): 2 P (kg/cm²) 0.632 Carga (kg): 4 P (kg/cm²) 1.263TIEMPO

(S/M/Hs)DIA/

HORALECTURA

(divis)DEFORM

(mm)TIEMPO

(S/M/Hs)DIA/

HORALECTURA

(divis)DEFORM

(mm)0 Seg 564 0 0 Seg 530.5 0.335

15 Seg 556 0.08 15 Seg 528.5 0.35530 Seg 554.5 0.095 30 Seg 528 0.361 Min 553.2 0.108 1 Min 528 0.362 Min 549.5 0.145 2 Min 527 0.374 Min 537 0.27 4 Min 526.5 0.3758 Min 535 0.29 8 Min 526.5 0.375

15 Min 531.5 0.325 15 Min 526.5 0.37530 Min 530.5 0.335 30 Min 527 0.37

1 Hs 530.5 0.335 1 Hs 526 0.382 Hs 530.5 0.335 2 Hs 525 0.394 Hs 530.5 0.335 4 Hs 524 0.48 Hs 530.5 0.335 8 Hs 524 0.4

24 Hs 530.5 0.335 24 Hs 524 0.4

Carga (kg): 8 P (kg/cm²) 2.526 Carga (kg): 16P

(kg/cm²) 5.052TIEMPO

(S/M/Hs)DIA/

HORALECTURA

(divis)DEFORM

(mm)TIEMPO

(S/M/Hs)DIA/

HORALECTURA

(divis)DEFORM

(mm)0 Seg 524 0.4 0 Seg 497 0.67

15 Seg 511 0.53 15 Seg 471 0.9330 Seg 509 0.55 30 Seg 470 0.941 Min 508 0.56 1 Min 469 0.952 Min 506.5 0.575 2 Min 467 0.974 Min 506.5 0.575 4 Min 465 0.998 Min 505 0.59 8 Min 463.5 1.005

15 Min 505 0.59 15 Min 460 1.0430 Min 504.5 0.595 30 Min 459 1.05

1 Hs 504.5 0.595 1 Hs 456.5 1.0752 Hs 504.5 0.595 2 Hs 454 1.14 Hs 502 0.62 4 Hs 450.5 1.1358 Hs 500 0.64 8 Hs 424.5 1.395

24 Hs 497 0.67 24 Hs 424.5 1.395

CURVAS TEÓRICA DE CONSOLIDACIÓN:



CÁLCCULO DE 0 % Y DEL 100% DE CONSOLIDACIÓN



RESULTADOS DE LA GRAFICA ANTERIOR:

∆ p(kg/cm²)DEF (mm)

0%Def (mm)

100%t50

(min)0.632 0.03 0.31 2.251.263 0.31 0.42 3.42.526 0.42 0.67 4.65.052 0.67 1.39 37.5

CALCULO DEL ASENTAMIENTO (∆h) Y LA ALTURA FINAL (Hf)

Asentamiento(∆ h)=¿100 %−¿0% h f=hi−∆h

Altura inicial de la muestra: 25.4 mm

∆ p(kg/cm²)

Asent.(mm)

Hf(mm)

0.632 0.28 25.121.263 0.11 25.012.526 0.25 24.765.052 0.72 24.04

ALTURA EFECTIVA DE LA MUESTRA (Hef)

En nuestro ensayo de laboratorio se utilizó una sola piedra porosa:

H efec=hi+h f

2hi: Altura inicialhi = 25.4 mmhf: Altura final

∆ p(kg/cm²)

Hf(mm)

Hef(cm)

0.632 25.12 25.261.263 25.01 25.2052.526 24.76 25.085.052 24.04 24.72

CALCULO DE LA RELACION DE VACIOS



e=γ s∗Hf∗AWs

−1

Donde:

Ws: Peso seco final de la muestra.

Ws = 113.73 gr

CALCULO DEL CV50

Cv50=T(H efec )

2

t50

Donde :

T=Factor tiempo(T=15)

Cv50=Coeficiente deconsolidaciónmediaH efec=Altura efectivat 50=Tiempo para el50% deconsolidación

Cv50 (mm2/min)56.71737.37027.3483.259


e

0.8400.8320.8140.762


CUADRO RESUMEN DE CALCULOS

CURVA DE COMPRESIBILIDAD (e vs △p)

DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE PRECONSOLIDACIÓN:


PRESION(kg/cm²)

DEF (mm)

0%DEF (mm)

100%t50

(min)

ASENTAM

(mm)Hf

(mm)e Hef.*

(cm)Cv

(cm²/kg)0.632 0.03 0.31 2.25 0.28 25.12 0.84081041 25.26 56.717121.263 0.31 0.42 3.4 0.11 25.01 0.83274954 25.205 1.46042.526 0.42 0.67 4.6 0.25 24.76 0.81442937 25.08 1.07415.052 0.67 1.39 37.5 0.72 24.04 0.76166729 24.72 0.1299


Del gráfico podemos observar que el esfuerzo de pre consolidación es:

pc = 2.5 kg/cm2

DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD:

DEL GRAFICO SE PUEDE VER QUE:



p1= 3.1p2= 4.9

e1= 0.80e2= 0.77

av=∆e

log( p1

p2)

av=0.8−0.77

log( 4.93.1 )

av=0 .151 cm2/kg

CUADRO RESUMEN:


Av (cm2/kg) pc (kg/cm2)

0.151 2.5


VII) CONCLUSIONES :

Se logró determinar cuánto y en qué tiempo se logra deformar el suelo en estudio

Se logró reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el ensayo de consolidación aprendiendo las características de cada uno.

Se logró determinar datos a partir de los ensayos en un formato adecuado realizado especialmente para realizar los cálculos respectivos para el ensayo de consolidación

Se realizó las curvas de consolidación y compresibilidad estableciendo los puntos de importancia como t50, Cv50 para la determinación de las características de compresibilidad del suelo y rapidez de consolidación.

Cuadro resumen:


PRESION(kg/cm²)

DEF (mm)

0%DEF (mm)

100%t50

(min)

ASENTAM

(mm)Hf

(mm)e Hef.*

(cm)Cv

(cm²/kg)0.632 0.03 0.31 2.25 0.28 25.12 0.84081041 25.26 56.717121.263 0.31 0.42 3.4 0.11 25.01 0.83274954 25.205 1.46042.526 0.42 0.67 4.6 0.25 24.76 0.81442937 25.08 1.07415.052 0.67 1.39 37.5 0.72 24.04 0.76166729 24.72 0.1299


VIII) BIOGRAFÍA :

1. Crespo, C. Mecánica de suelos y cimentaciones. Ed. Limusa. México. 2004

2. Juárez, E. Mecánica de suelos. Tomo I. Ed Limusa. México. 2005.



IX) ANEXO :

CURVA DE CONSOLIDACION PARA LA DESCARGA DE LA MUESTRA:


Consolidacion Unidimencional de Suelos

Documents

Transcript of Consolidacion Unidimencional de Suelos