03 Consolidacion y Expansion

 

PRÁCTICO 3

Introducción a la Mecánica de Suelos

Consolidación y Expansión

Curso 2010

PRÁCTICO 3 - CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL Y EXPANSIÓN Consolidación Unidimensional  Unidimensional 

Ejercicio 1 Un ensayo edométrico se realiza sobre una muestra, extraída del plano medio de una capa de arcilla saturada homogénea de peso específico 16 kN/m 3 (el nivel freático está a nivel del terreno natural) y potencia de 4 m. La relación de vacíos inicial de la arcilla eo es de 1,5 y la altura inicial de la muestra es de 20 mm. La tabla siguiente presenta los asentamientos finales medidos para los escalones de carga aplicados a la muestra: σv (kPa) ∆h (mm)

5 0,08

15 0,32

30 0,52

45 0,68

60 0,92

80 1,36

150 2,52

300 3,68

500 4,64

100 4,56

10 4,40

a) De Deter termin minar ar la pres presión ión de sobr sobreco econso nsolid lidac ación ión σ’p. ¿E ¿Ell estra strato to arcil rcillo losso es

sobreconsolidado? Justifique su respuesta.  b) Determin Determinar ar el Índice de entumecimiento ce y el Índice de compresión cc de la arcilla. c) De Deter termin minar ar el as asen entam tamien iento to del del estra estrato to arcil arcillos loso o si se aplic aplica a una una sob sobrec recarg arga a de 200 kPa, suponiendo que la muestra analizada es representativa de la masa de suelo arcilloso. Ejercicio 2 Una muestra de arcilla saturada de 20 mm de espesor inicial es sometida en un edómetro a una carga constante de 100 kPa. La curva de consolidación resultante se re repr pres esen enta ta en la fifigu gura ra.. La mu mues estr tra a de arci arcilllla a está está dren drenad ada a por por am amba bass cara caras. s. Determinarr el coeficiente de consolida Determina consolidación ción cv de la arcilla. 19,0 18,8 18,6 18,4    )   m   m    (    h 18,2 18,0 17,8 17,6 0,1

1

10 100 Tiempo (min)

1000

10000

 

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200 kPa NF 2m

3m

 Arcilla sobreconsolid sobreconsolidada ada

Turba

5m

 Arcilla normalmente normalmente consolida consolidada da

4m

 Arcilla blanda

γ  = 19 kN/m3 γ  = 12 kN/m3

eo = 1 cc = 0,5 ce = 0,05 σ´p = 50 kPa eo = 5 cc = 2,5 σ´p = σ´vo

γ  = 16 kN/m3

eo = 1,6 cc = 0,6 σ´p = σ´vo

γ  = 17 kN/m3

eo = 1,3 cc = 0,5 σ´p = σ´vo

Ejercicio 3 El terra terrapl plena enado do de una una exten extensa sa zo zona na de suelo sueloss com compre presib sibles les se tra traduc duce e en la aplicación en la superficie del suelo de una sobrecarga uniforme de 200 kPa. La estratificación del suelo compresible está representada en la figura, con los valores de los parámetros necesarios para el cálculo de los asentamientos. El nivel freático está al nivel del terreno natural. Calcular el asentamiento final del terreno compresible.

 

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Ejercicio 4 kPa sobre la superficie del suelo una carga Un depósito de grandes dimensiones 150 aplica vertical uniforme de 150 kPa. El suelo está constituido por una capa de arena densa NF intercalada por dos niveles de arcilla compresible, de 5 m de espesor cada una, ubicadas a 12,5 m y 27,5 m de profundidad. El nivel freático se encuentra a nivel del  Arena 12,5 m γ  = 20 kN/m3  terreno natural. Los pesos específicos de las diferentes capas y las características edométricas de la arcilla están indicados en la figura; se supondrá que luego de 3

-8

2

γ  = 18 kN/m eo eamente = 1,5 cc = 0,25 cv = globalm 10   m /segente.  Arcilla aplicada la5 m carga, las capas de arena asientan instantán instantáneamente 4 cm, globalmente.

a) Cal Calcula cularr el asen asentamie tamiento nto fina finall de la supe superficie rficie de dell suel suelo. o. b) En cuá cuánto nto tiem tiempo po desp después ués de la apli aplicaci cación ón de la carga se alc alcanza anza el 50% 50% y el 90% del asentamiento final.  Arena γ  = 20 kN/m3 c) Trazar asentamiento ento de lla a super superficie ficie del ssuelo uelo en función d del el tiem tiempo. po. 10 la m curva de asentami Ejercicio 55 m

 Arcilla

γ  = 19 kN/m3

eo = 1,2 cc = 0,25

cv = 10-8  m2/seg

 A partir de los datos del ejercicio ejercicio 10 del Práctico de Tensiones en la masa del suelo suelo ya visto; calcular los asentamientos teóricos de la capa de arcilla, supuesta normalmente Roca fisurada consolidada, en el eje del terraplén (vertical 1) y en la vertical que pasa por la cresta del talud (vertical 2). La arcilla saturada tiene una relación de vacíos inicial e o = 0,7 y un índice de compresión c c = 0,17. Ejercicio 6 Una estructura se apoya en un terreno con el perfil de subsuelo indicado en la figura mediante cuatro zapatas circulares iguales de 2,25 m de diámetro. Sobre cada una de ellas se produce una descarga de 500 kN. El proyecto suponía un perfil de subsuelo semejante bajo las cuatro zapatas, pero al realizarse la construcción se observa que bajo una de ellas la arcilla normalmente consolidada tiene 1 m de espesor, en vez de 0,50 m. La estructura no admite asentamientos diferencia diferenciales les mayores a 1/450. a) Ver Verifica ificarr si se cumple la refe referida rida con condició dición n en el lapso de vid vida a útil de la estru estructura ctura,, que se ha establecido en cincuenta años. b) ¿E ¿En n al algú gún n mo mome mento nto de ese ese la lapso pso el as asen entam tamien iento to difer diferen encia ciall pu pued ede e ser ser nu nulo? lo? Justifique su respuesta. 2,25 m

2,25 m

1,30 m 4m

1,00 m

2,00 m

4m

0,50 m

γ h = 18 kN/m3

 Arcilla Orgánica  Arcilla Compacta Compacta

 Arena Densa Densa

 Arcilla Normalmente Normalmente C Consoli onsolidada dada Roca

γ h = 19 kN/m3

γ sat = 17 kN/m3 γ sat = 17 kN/m3

eo = 1,3 cc = 0,35 cv = 300 cm2/año

NF

 

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Expansión

Ejercicio 7 El pliego de condiciones para el diseño de reconstrucción de un tramo de la Ruta 30 exige que la expansión del suelo de fundación (subrasante) del pavimento no sea mayor al 2%. Se realizan realizan ensayos de exp expansión ansión en edóme edómetros tros de anillos fijos sob sobre re muestras extraídas de la Cantera Yucutujá con iguales condiciones condiciones de peso específico y humedad inicial pero sometidas a diferentes cargas; cuyos resultados se presentan en la figura. Ensayos granulométricos y de Límites de Atterberg dan los resultados presentados en las tablas. Análisis Granulom Granulométrico étrico Vía Seca Tamiz Pasa Tamíz (%) 1” 100,0 3/4” 98,6 ½” 94,4 3/8” 91,6 #4 87,5 #10 83,4 #40 63,9

Análisis Granulomé Granulométrico trico Vía Húmeda Tamaño Pasa Partícula Tamiz (%) (μm) 48,6 52,0 34,8 48,7 28,8 45,4 22,6 42,0 16,3 37,9 13,4 35,4 9,7 29,6 #200 54,5 Límites d de eA Attterberg Límite Límite 6,9 27,1 Líquido Plástico 3,6 13,8 Nº golpes 27 1,5 9,2 Peso húmedo + Tara (g) 73,3 51,8 Peso seco + Tara (g) 60,9 47,4 Tara (g) 32,7 31,6 a) Cla Clasific sificar ar el materi material al según el Sis Sistema tema Úni Único co de Clasi Clasificac ficación ión de Suel Suelos os (SUCS (SUCS)) y según AASHTO. b) De Deter termin minar ar la Acti Activid vidad ad de los fin finos os (Ske (Skemp mpton ton)) y el pote potenci ncial al de expa expansi nsión ón de dell material mediante el criterio establecido por Seed. c) De Deter termin minar ar la exp expans ansión ión lib libre re del suel suelo, o, la presi presión ón de expan expansió sión n y la pres presión ión mínima a ser aplicada para asegurar que la expansión cumpla los requerimientos del pliego. d) La ta tabl bla a ad adju junt nta a mues muestr tra a los los resu resultltad ados os obte obteni nido doss de ensa ensayo yoss de expa expans nsió ión n ed edomé ométrt trtica ica rea realiz lizad ados os sob sobre re mu muest estras ras de dell sue suelo lo rem remold oldea eadas das a difer diferen entes tes co conte ntenid nidos os de hu hume meda dad d y a ig igua uales les con condic dicion iones es de pe peso so espe específ cífico ico seco seco y sobrecarga. Trazar el gráfico de expansión en función de la humedad. Comentar  los resultados obtenidos. Humedad Expansión en 24 hs. Muestra Inicial (%) (%) 1 24,0 2,2 2 21,5 2,7 3 20,2 6,2 4

17,9

8,8

 

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13 12 11 10 9    ) 8    %    (   n 7    i    ó   s   n 6   a   p   x 5    E

4 3 2 1 0 0 ,1

1

10

1 00

10 00

1 00 00

Log t (min) 1 ,7 34 kPa

2 ,9 7 3 kPa

4 9 ,62 8 kPa

9 7 ,5 4 8 kPa

4 ,3 7 8 kPa

5 ,5 6 1 kPa

6 ,4 5 3 kPa

1 0 ,4 8 7 kPa

Ejercicio 8 Para determinar la presión de expansión de un suelo de subrasante de la Ruta 1, asociable a la Fm Libertad, se realizan ensayos edométricos a volumen constante de pr prob obeta etass en an anill illos os de 7 cm de diá diámet metro ro int inter erior ior y 2,0 2,07 7 cm de al altur tura. a. En Ensay sayos os picnométricos permiten saber que el peso específico relativo de las partículas sólidas (G) es de 2,6. Las condiciones de humedad y peso específico inicial y final del ensayo, así como los datos del ensayo de expansión edométrica se indican en las tablas siguientes. Determinar: a) Las con condici diciones ones físic físicas as inicia iniciales les y fina finales les de las muest muestras: ras: conte contenido nido de hume humedad, dad, peso específico, relación de vacíos y grado de saturación. Comentar los resultados obtenidos. b) La pre presión sión de exp expansi ansión ón para las dos con condici diciones ones de gra grado do de satura saturación ción ini inicial cial.. Comentar los resultados. Contenido  de humedad Tara Muestra (g) Estado inicial Estado final

1 2 1 2

32,35 32,35 32,35 32,35

Peso húmedo + Tara (g) 55,46 56,05 57,69 57,69

Peso seco+ Tara (g) 52,1 52,1 52,1 52,1

Peso específico húmedo Peso húmedo (g) 139,8 143,4 153,3 153,3

 

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Ensayo de expansión edométrica a volumen constante Muestra 1 Muestra 2 Tiempo Peso Tiempo Peso (m) adicionado (m) adicionado (g) (g) 0 99,9 0,1 196,19 12 292,7 10 296,1 20 400,0 20 594,77 24 1252,2 25 1252,2 27 2505,7 35 2505,7 40 5024,0 70 5024,0 60 9998,0 124 9998,0 152 20068,0 248 20068,0 315 40106,0 315 535 535 1305 1305 1700 1700 2810 2810 3357 3357 8277 Nota: El brazo de palanca es igual a 5.

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