Informe de Corte Directo

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo

INTRODUCCIÓN

Al aplicar un incremento de carga a una masa de suelo cohesivo saturado, la energía que produce esta carga se traspasa a la estructura del suelo en un intervalo de tiempo.

El ensayo de consolidación consiste en comprimir verticalmente una muestra confinada en un anillo rígido, bajo la acción de un fluido incompresible, como lo es el agua. En este caso, el agua recibe toda la carga de presión y, al cabo de un determinado tiempo, se transfiere esa carga a la muestra de suelo, el resultado de las presiones son los asentamientos.

Los tipos de consolidación que se pueden presentar en el suelo son:

Consolidación inicial: Reducción instantánea en el volumen de una masa de suelo bajo una carga aplicada en una consolidación primaria y que comprime y expulsa el aire contenido en los vacíos del suelo.

Consolidación primaria: Reducción del volumen de una masa de un suelo por la aplicación de una carga permanente y la expulsión del agua de los vacíos, acompañada por transferencia de carga del agua a las partículas sólidas del suelo.

Consolidación secundaria: Reducción del volumen de la masa del suelo, causada por la aplicación de una carga permanente y el acomodo de la estructura interna de su masa, luego de que la mayor parte de la carga ha sido transferida a las partículas sólidas del suelo.

Al someter una masa de suelo saturado a un incremento de carga, ésta es soportada inicialmente por el agua contenida en los poros, ya que ella es incompresible en comparación con la estructura del suelo. La presión que resulta en el agua a causa del incremento de la carga es llamada exceso de presión hidrostática. A medida que el agua drena de los poros del suelo, el incremento de carga es transmitido a la estructura del suelo. La transferencia de carga es acompañada por un cambio en el volumen del suelo igual al volumen de agua drenada. Este proceso es conocido como consolidación.

Este es un proceso que tiene un tiempo acotado de ocurrencia, comienza cuando se aplica el incremento de carga, y finaliza cuando la presión de los poros es igual a la hidrostática, o lo que es lo mismo, cuando se ha producido la totalidad de la transferencia de carga del agua a la estructura de suelo. Terminado este proceso llamado consolidación primaria, el suelo continúa deformándose, aunque en menor magnitud, debido a un reacomodamiento de los granos. A este último proceso se le denomina consolidación secundaria.

El asiento total, suponiendo que el último valor medido coincide con el momento en que desaparece toda la sobrepresión intersticial creada al aplicar la carga, es una medida de la deformación del esqueleto del suelo. Si se realizan varios escalones de carga, se obtendrá una curva de compresibilidad, que relaciona la presión efectiva (en escala logarítmica) con la deformación del esqueleto mineral, expresada por el índice

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de poros o relación de vacíos.

El propósito fundamental del ensayo de consolidación es determinar ciertos parámetros que se utilizan para predecir la velocidad y la magnitud del asentamiento de estructuras fundadas sobre arcillas. Además, el ensayo permite obtener información acerca de la historia de presiones a que ha sido sometido el suelo.

Los parámetros más importantes que se obtienen del suelo al realizar el ensayo son:

a) El coeficiente de consolidación (cv), que indica el grado de asentamiento del suelo bajo un cierto incremento de carga y vinculado a la velocidad del mismo.

b) El índice de compresibilidad (Cc), que expresa la compresibilidad de una muestra.

c) La presión de preconsolidación (Pc), que indica la máxima presión que ha soportado el suelo en su historia geológica.

En el presente informe se detalla el equipo y la metodología aplicados al consolidar una muestra de suelo. El ensayo permitirá determinar la curva de Consolidación y la curva de Compresibilidad. La curva de compresibilidad muestra la relación entre la carga aplicada “p” y la relación de vacíos “e”. A partir de allí se puede determinar la carga de preconsolidación pc, que es la carga máxima a la que ha sido sometida el suelo durante toda su historia geológica, usando el método de Casagrande.

OBJETIVOS



Reconocer los materiales y equipos que son necesarios para realizar el ensayo de consolidación.

Conocer las características de los materiales y equipos que se utilizaron en el laboratorio para realizar el ensayo de Consolidación.

Después de haber realizado el ensayo, debemos tener el registro de carga. Con esta información que nos proporciona el registro, podemos obtener las curvas de Compresibilidad y la curva de consolidación.



MATERIALES Y EQUIPOS

Consolidómetro: Un dispositivo para mantener la muestra dentro de un anillo el cual puede estar fijado a la base o puede ser flotante con piedras porosas sobre cada cara de la muestra. El consolidómetro deberá proporcionar medios para sumergir la muestra, aplicar la carga vertical y medir el cambio de espesor de la muestra.DeformímetroAnillo cortante cilíndricoCargasCronómetroBalanzaJuego de dos piedras porosas

MARCO TEÓRICO

Su finalidad es determinar la velocidad y grado de asentamiento que experimentará una muestra de suelo arcilloso saturado al someterla a una serie de incrementos de presión o carga.



El fenómeno de consolidación, se origina debido a que si un suelo parcial o totalmente saturado se carga, en un comienzo el agua existente en los poros absorberá parte de dicha carga puesto que esta es incompresible, pero con el transcurso del tiempo, escurrirá y el suelo irá absorbiendo esa carga paulatinamente. Este proceso de transferencia de carga, origina cambios de volumen en la masa de suelo, iguales al volumen de agua drenada.

En suelo granulares, la reducción del volumen de vacíos se produce casi instantáneamente cuando se aplica la carga, sin embargo en suelos arcillosos tomará mayor tiempo, dependiendo de factores como el grado de saturación, el coeficiente de permeabilidad, la longitud de la trayectoria que tenga que recorrer el fluido expulsado, las condiciones de drenaje y la magnitud de la sobrecarga.

Relaciones para el ensayo de Consolidación:

Altura de sólidos (Hs)



H s=W s

γ s∗A

W s=Pesode sólidos

γs=Pesoespecífico de sólidos

A=Área de lamuestra

Relación de vacíos inicial (e1)

e1=H 1

H s−1

H 1=Alturainicial de lamuestra

H s=Altura de sólidos

Altura final (H2)

H 2=H1−∆HT

∆HT=Deformaciónde lamuestraal final del ensayo

Relación de vacíos final (e2)

e2=H 2

H s−1

H 2=Alturade lamuestra al final del ensayo

Relación de vacíos en un instante cualquiera (ei)

e i=e1−∆ H i

H s

e1=Relación devacíos inicial

∆H=Deformaciónde lamuestra( promedio de lasmedidasobtenidas por losmicrómetros)


Altura inicial del agua (HW1)



HW 1=W 1∗H s∗Ss

W 1=Contenido de aguaal inicio , antes deaplicar lascargas

H s=Alturade sólidos

Ss=Pesoespecífico relativode sólidos

Altura final del agua (HW2)

HW 2=W 2∗H s∗Ss

W 2=Contenidode aguaal final , después dedescargar lamuestra


Ss=Pesoespecífico relativode sólidos

Grado de saturación de agua inicial (Gw1)

GW 1=HW 1

H 1−H s

Hw 1=Alturadeagua inicial

H 1=Alturainicial de lamuestra


Grado de saturación de agua final (Gw2)

Gw 2=HW 2

H2−H s

Hw 2=Alturadeagua final

H 2=Alturade lamuestra al final del ensayo

H s=Alturade sólidos



PROCEDIMIENTO, REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS

Moldeamos una muestra con la ayuda de un anillo, lo que permitirá obtener uniformidad en las dimensiones.

Con la muestra resultante, colocamos una cantidad suficiente en los recipientes para poder obtener el contenido de humedad.

Se realiza el confinamiento de la muestra, para ello se coloca el suelo en el anillo, colocamos papel filtro, las piedras porosas, y cerramos completamente el anillo.

Colocamos el anillo en el consolidómetro, además del deformímetro y ajustamos correctamente. Se debe tomar en cuenta para la lectura del deformímetro, que cada vuelta que de las manecillas correspondientes a la circunferencia más grande,



corresponde a un valor de 3.000, mientras que la circunferencia más pequeña, se registran los decimales.

Enceramos el deformímetro, y aplicamos el primer incremento de carga, de 0.25 kg, y realizamos lecturas para los tiempos de 6 ´ ´ ,15 ´´ ,30 ´ ´ ,1´ ,2 ´ ,4 ´ ,8 ´ ,15 ´ ,30 ´ ,60 ´ y120 ´ .

Después de 24 horas, se incrementa la carga a 0.50 kg, se realiza la lectura para los tiempos indicados anteriormente. Este mismo proceso lo realizamos para las cargas de 1 ,2 y 4 kg.

Una vez terminada la aplicación de las cargar, se efectúa el proceso de descarga. El primero consiste en ir removiendo las cargas aplicadas, una por una, en intervalos de tiempo de la misma manera de como estuvimos haciendo para la carga.

Al finalizar el ensayo, se desmonta el equipo, se pesa la muestra más el anillo, y se coloca la muestra en el horno. Con esto se podrá determinar el peso de los sólidos y peso del agua.

DATOS

Número del Anillo 160Peso del Anilo (gr) 181.80Altura del Anillo (mm) 23.700Diámetro Menor del Anillo (cm) 7.7800Diámetro Mayor del Anillo (cm) 8.0000Área del Anillo (cm2) 47.539Altura de Sólidos (mm) 19.1630

Peso del Suelo Humedo + Anillo 465.60Peso del Suelo Seco + Anillo 430.50Peso del Anillo 181.80Peso del Agua 35.100Peso del Suelo Seco 248.70Contenido de Humedad 14.113Peso Específico Relativo 2.7300Variación de Altura de Muestra (mm) 0.1000

REGISTRO DE CARGA



Día Hora Carga

LecturaIndicador

Izquierda Derecha13/10/201

5 11:50:00 0.000 3.000 3.000

12:00:00 0.000 2.990 3.00212:00:06 0.250 2.997 3.03512:00:15 2.997 3.03912:00:30 2.999 3.04212:01:30 2.999 3.04312:03:30 3.000 3.04912:07:30 3.000 3.05012:15:30 3.010 3.03812:30:30 3.052 3.06512:36:30 0.500 3.095 3.08012:42:30 1.000 3.202 3.15512:48:30 2.000 3.341 3.27212:54:30 4.000 3.580 3.470

Día Hora DescargaLectura

IndicadorIzquierda Derecha

13/10/2015 12:55:30 1.000 3.552 3.430

12:56:30 0.500 3.488 3.40312:57:30 0.250 3.463 3.37112:58:30 0.000 3.400 3.305

Altura Inicial de la Muestra (mm) 23.700Altura Final de la Muestra (mm) 23.600Altura Inicial del Agua (mm) 7.3834Altura Final del Agua (mm) 7.3834Relación de Vacíos Inicial 0.2368Relación de Vacíos Final 0.2315Grado de Saturación Inicial 1.6274Grado de Saturación Final 1.6641



Presión 0.000 0.250 0.500 1.000 2.000 4.000Lectura Manométrica 2.996 3.059 3.088 3.179 3.307 3.525Deformación 0.063 0.092 0.183 0.311 0.529Corrección 0.019 0.032 0.052 0.077 0.103Deformación Corregida 0.044 0.060 0.131 0.234 0.426t/Hs 0.002270 0.003105 0.006810 0.012185 0.022230Relación de Vacíos 1.625120 1.624285 1.620580 1.615205 1.605160

Presión 1.00 0.50 0.25 0.00Lectura Manométrica 3.491 3.446 3.417 3.353Deformación 0.495 0.450 0.421 0.357Corrección 0.104 0.093 0.084 0.061Deformación Corregida 0.391 0.357 0.337 0.296t/Hs 0.020404 0.018604 0.017586 0.015420Relación de Vacíos 1.606986 1.608786 1.609804 1.611970

1.000 10.0001.595000

1.600000

1.605000

1.610000

1.615000

1.620000

1.625000

Curva de Compresibilidad

Curva de Compresibilidad

CONCLUSIONESMecánica de Suelos II 2015 – I I

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Obtuvimos la gráfica de compresibilidad.


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