Ensayo de Consolidacion

MECÁNICA DE SUELOS II “Ensayo De Consolidación”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACUL ACU LTAD DE INGENIER INGE NIERÍA ÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

ASIGNATURA:

MECÁNICA DE SUELOS II “Ensayo De Consolidación”

MECÁNICA DE SUELOS II DOCENTE: Ing. RAÚL VALERA ALUMNOS: AGUILAR NÚÑEZ !"#$% ARRI&ASPLATA &ECERRA E'() PALOMINO &ECERRA L(*n%)$* PAREDES PAUCAR L+", &)-%n &) -%n PAUCAR &RIONES J%'"() PÉREZ PAREDES E#"* TORRES A&ANTO O%n$VALERA LEZAMA J*,/ CICLO: VI GRUPO:

& C%0%1%)2% 34

S(5"(1)( $(# 3677

MECÁNICA DE SUELOS II “Ensayo De Consolidación”

PRIMERA PRACTICA DE LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS II ENSAYO DE CONSOLIDACION DE SUELOS I.

INTRODUCCIÓN El asentamiento del suelo se origina por la reducción del volumen de poros (relación de vacíos). Si los poros o vacíos vacíos de un suelo se hallan hallan completamente completamente llenos llenos de agua, el asentamiento asentamiento solo puede resultar resultar de la expulsión de agua de los intersticios del suelo. El asentamiento asentamiento gradual de un terreno en tales condiciones provocado por fuerzas estáticas

MECÁNICA DE SUELOS II “Ensayo De Consolidación” de gravedad, como su peso propio y las cargas de estructuras levantadas sore !l, es lo "ue se llama consolidación. El estudio de la relación existente entre los esfuerzos y las deformaciones, nos permitirá comprend comprender er con mayor detalle detalle los efectos efectos causados causados por los materiale materiales s utilizado utilizados s en edificación sore el suelo. Se realiza sore muestras inalteradas y para efecto de !ste ensayo se utilizó una muestra extraída de la cercanía del campus universitario (área verde). #e los resultados otenidos se realiza la gráfica de $iempo vs #eformación, a"uí se oser oserva va la varia variació ción n de defor deformac mación ión confor conforme me los esfue esfuerzo rzos s aplic aplicado ados s al suelo suelo se incrementan.

II.

OBJETIVOS. •

#eterminar el coeficiente de consolidación media del suelo

•

#eterminar el coeficiente de compresiilidad del suelo

II III. I. MA MARC RCO O TEÓ TEÓRI RICO CO.. %ara comenzar nuestra práctica deemos tener una pe"ue&a noción del tema del cual vamos a realizar nuestra respectiva práctica o ensayo. El ensayo ensayo de consolid consolidació ación n unidimen unidimension sional al de un suelo, suelo, es uniaxial uniaxial y la proeta proeta se mantiene sin ning'n respaldo lateral mientras soporta la compresión vertical. Este ensayo es muy parecido al tradicional de un cilindro de hormigón, salvo "ue las proetas son mucha muchas s más más pe"ue pe"ue&a &as s así como como las las carga cargas s neces necesari arias as para para rompe romperla rlas. s. Se realiz realiza a corrie corriente nteme mente nte sore sore una una muestr muestra a inalte inalterad rada a de suelo suelo con con el conte contenid nido o natu natural ral de humedad. humedad. Este ensayo se l imita a suelos cohesivos, ya "ue los "ue no tiene cohesión (tal como la arena seca) no pueden permanecer sin algo "ue lo sostenga. a carga se aplica por medio de una manivela de mano y una caa de engranae de precis precisión ión.. a veloc velocida idad d de defor deforma mació ción n se pued puede e regul regular ar girand girando o la manive manivela la a la velocidad conveniente.

MECÁNICA DE SUELOS II “Ensayo De Consolidación” Consolidación de los selos. *uando la compresión de una masa de suelo depende del tiempo, !sta se denomina consolidación. +l igual "ue todos los asentamientos del suelo, la consolidación es una deformación elasticoplástica "ue resulta en una permanente reducción de la relación de vacíos deido a un incremento de los esfuerzos. a diferencia esencial entre compresión ordinaria y asentamiento por consolidación es "ue !sta 'ltima depende del tiempo. El proceso de consolidación en los suelos ocurre de tal forma "ue la posición relativa de las partículas no varía y 'nicamente existe un desplazamiento vertical de las mismas, a este fenómeno se lo conoce como *onsolidación nidimencional o nidireccional, si ien en la realidad, esto no sucede exactamente, se puede considerar como tal, ya "ue los estratos de suelos son de gran extensión horizontal, en comparación con su espesor. En consecuencia, el volumen de la masa de suelo disminuye pero los desplazamientos horizontales de las partículas son nulos. as características de consolidación de estratos de arcilla, pueden estudiarse y cuantificarse mediante ensayos de consolidación nidireccional, llevadas a cavo en el laoratorio, sore muestras cilíndricas achatadas (de mayor diámetro "ue altura), otenidas tan inalteradamente como sea posile. En estas prueas el fenómeno real de consolidación "ue usualmente tarda a&os en desarrollarse, es reproducido en tiempos relativamente muy cortos (- días), pero en el "ue las constantes de consolidación son las mismas en amos procesos.

Ensa!o de Consolidación Unidi"encional. El ensayo se lleva a cao sore muestras cilíndricas de poca altura totalmente confinadas lateralmente por un anillo de ronce. En las ases superior e inferior se colocan piedras porosas de diámetro ligeramente menor al de la muestra. El conunto se coloca en la llamada cazuela del consolidómetro. %or medio de un marco se carga se aplican deferentes cargas sore la muestra "ue son repartidos en toda la sección (carga uniformemente repartidas). ediante un extensómetro se registra la deformación "ue ocurre en la muestra.

MECÁNICA DE SUELOS II “Ensayo De Consolidación” as cargas son aplicadas en ciclos, permitiendo "ue cada carga produzca en la muestra, toda la deformación posile antes de incrementarla. Se toman lecturas del extensómetro a diferentes tiempos con lo "ue se otienen las curvas de *onsolidación.

C#$a de Consolidación. Se diua a escala semilogarítmica, es decir, el tiempo de ensayo a escala logarítmica en el ee de ascisas y como ordenadas a escala natural, las lecturas del extensómetro. Se otiene una curva por cada incremento de carga.

Consolidación Secnda#ia. a consolidación ocurre, como ya se dio, por la desaparición del agua intersticial lire, sin emargo, una vez evacuada el agua el suelo se sigue deformando deido al rompimiento de partículas sólidas a causa de la presión así como al reacomodo de las mismas. + esta 'ltima etapa del proceso de consolidación se la conoce como consolidación secundaria, y a la anterior, primaria.

De%e#"inación de la Consolidación P#i"a#ia. #e suelo cohesivo e inalterado sometido a la pruea de compresión confinada en el consolidómetro generalmente demuestra curvas características asentamiento / vs / tiempo. En esta gráfica puede distinguirse entre el primer tramo de consolidación primaria y el segundo tramo de consolidación secundaria. Sin emargo, no es tan fácil determinar  exactamente el punto teórico de 011 % de consolidación primaria. En el trazo semilogarítmico normalmente encontramos este punto en la zona en transición entre la parte inclinada de amplia curvatura y del tramo casi recto final. *oincide con esta deformación del 0112 de consolidación el tiempo t 011 transcurrido durante el ensayo. %or  otro lado, con el 312 de consolidación primaria el tiempo t 31. Se determina a partir de la curva de consolidación para cada incremento de carga.

O& de consolidación '#i"a#ia

MECÁNICA DE SUELOS II “Ensayo De Consolidación” #eido a "ue la curva de consolidación inicialmente es una paráola, puede uicarse gráficamente en el 42 de consolidación primaria mediante el siguiente m!todo5   . Escoger un tiempo cual"uiera tal "ue tenga

notoriamente

menos del 312 de

consolidación, oteniendo el punto 66. . icar el punto 7c7 sore la curva correspondiente a un cuarto de tiempo del punto 66 y determinar la ordenada 6a6. . icar una posile posición del 42 a una distancia 6a6 arria del punto 6c6. . 8epetir el proceso hasta otener tres posiles uicaciones, luego, asignar en definitiva a la posición intermedia de las tres.

())& de consolidación '#i"a#ia a consolidación secundaria se presenta en la curva correspondiente como un tramo sensilemente recto y hacia el final de ella, por lo "ue podrá asignarse como el 0112 de consolidación al punto otenido como sigue5 . %rolongar el tramo recto final de la curva. . $razar una recta tangente por el punto de inflexión de

la curva hasta cortar la recta

anterior. . El punto de intersección de las dos rectas tiene como ascisa el tiempo en "ue alcanza el 0112 de consolidación primaria en la muestra para el incremento de carga de "ue se trata.

C#$a %eó#ica de consolidación Se define 9rado de *onsolidación 6z(2)6 del suelo a una profundidad 6:6 y en un tiempo 6t6 a la relación entre la consolidación haida a esa profundidad y la total a producirse ao el incremento de carga impuesto.

MECÁNICA DE SUELOS II “Ensayo De Consolidación” El grado de consolidación es función del llamado ;actor $iempo 6$6 "ue es una cantidad dimensional resultante de la solución de la ecuación diferencial de consolidación, definida como5

T =

K (1 + e ) t   Av .W H  2

#ónde5 $ < ;actor $iempo dependiente z(2) e < 8elación de =acíos inicial  +v < *oeficiente de *omprensiilidad γ > < %eso Específico del agua (gr?cm @)

t < $iempo necesario para alcanzar z(2)  A < Espesor Efectivo, depende de condiciones de drenado.

Pa#*"e%#os de Consolidación Coe+icien%e de Co"'#ensi,ilidad -A$. Es un índice "ue se relaciona con la magnitud de asentamiento total "ue puede producirse ao cierto incremento de carga. atemáticamente es la pendiente de la curva de comprensiilidad en el punto de "ue se trate, es decir expresa la relación entre la diferencia en proporción de vacíos y la diferencia entre presiones.

Coe+icien%e de Consolidación -C$. Es un índice "ue se relaciona con el tiempo necesario para "ue el suelo alcance una determinada cantidad de consolidación. Es una relación teórica "ue expresa en forma

MECÁNICA DE SUELOS II “Ensayo De Consolidación” simplificada la ecuación diferencial del proceso de consolidación, dada por la expresión5 1

C$ /

5

(

 H  2 ) 0 t 50  -c" 1"in.

#ónde5 A5 áxima trayectoria de agua (depende de las condiciones de drenado). t315 $iempo en minutos correspondiente al 312 de consolidación para el incremento de carga considerado.

Coe+icien%e de Va#iación Vol"2%#ica -M$. Expresa la comprensiilidad del suelo relacionándolo con su volumen inicial.

C$ /

 Av  (cm 2 / Kg ) . (1 +e )

#ónde5  +v5 *oeficiente de *omprensiilidad. e5 8elación de =acíos inicial en dicho incremento de carga.

De%e#"inación del Coe+icien%e de Pe#"ea,ilidad ediante la pruea de consolidación puede otenerse el coeficiente de permeailidad de suelos muy finos "ue resulta difícil y hasta imposile con permeámetros corrientes. %or  existir una correlación entre la permeailidad y el proceso de consolidación, el coeficiente de permeailidad se calcula como5

 K =

Av .W H  2 5 ( 1 + e m ) t 50

MECÁNICA DE SUELOS II “Ensayo De Consolidación” #onde5  +v < *oeficiente de *omprensiilidad (cm @?seg) para cierto incremento de carga. A < áxima trayectoria de agua (cm) teniendo en cuenta las deformaciones anteriores. γ > < %eso Específico del agua.

em < 8elación de vacíos medio para el incremento de carga. t31 < $iempo del t 31 de consolidación primaria para el incremento de carga.

Módlo de elas%icidad. %or medio del proceso de consolidación tami!n puede otenerse el módulo de elasticidad de un suelo "ue es un re"uisito indispensale para los cálculos de asentamiento de estructuras.

 E=

P P 2 − P 1 = ( Kg / cm 2 ) h / h 0 ( h 2−h 1 )/ h 0

4 sea, la diferencia de presiones (seg'n incremento de carga) dividida entre las diferencia de las deformaciones unitarias (para el mismo incremento de carga).

Asen%a"ien%o To%al P#i"a#io. El asentamiento total primario de suelo en función del tiempo, puede calcularse usando los parámetros de consolidación tal como sigue5

St =

IV.

 H .Uz () 100

E3UIPO Y MATERIALES

aterial5

 uestra inalterada.

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E"uipo5   +nillo #e *onsolidación

 %iedras porosas.

 *azuela de consta de flotante).

 Extensómetro

consolidación la cual (anillo fio, anillo

de caratula.

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 arco de aplicación de carga.

 e"uipo misceláneo. *onsta de e"uipo misceláneo "ue son las siguientes5 •

horno de secado controlado termostática mente

• • • •

un cronometro. Espátula %latos escoilla Balanza con sensiilidad de 1.0 gr.

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•

Balanza hidrostática.

•

#ial con mm. $aras.

•

V.

sensiilidad de 1.0

PROCEDIMIENTO 0. %reparación de la muestra.

 se prepara las piedras porosas lavando y escoillando cada una de ellas, para posteriormente saturarlas con agua.

MECÁNICA DE SUELOS II “Ensayo De Consolidación”  *on el anillo metálico previamente pesado y medido el diámetro y su altura, se otiene una muestra inalterada orientada en la misma dirección y de la profundidad del estrato en estudio.

De%e#"ina"os s con%enido de 4"edad inicial5 $omamos una porción del material a estudiar para el estudio respectivo. Se pesan taras. *olocamos muestra humedad en las taras antes de colocarlo al horno lo pesamos. • uego de estar la muestra en el horno a 001 grado durante @- horas se extrae para pesar y realizar los cálculos respectivos. a densidad natural. • • •



El 'eso es'ec6+ico. *on una porción de muestra seca y con la ayuda de la oma de vacíos se realiza los cálculos respectivos de peso específicos.

  *olocamos cuidadosamente el anillo con la muestra en el consolidometro "ue ya está e"uipado con una piedra porosa.

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 *olocamos la otra piedra porosa sore la muestra.  *olocamos el anillo atornillador y austar colocamos la placa de distriución de carga sore la piedra porosa.

@. *ompresión de la muestra5

 *olocamos el consolido metro en el e"uipo de consolidación.

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 *olocamos en ceros la escala de precisión.  9iramos el tornillo hasta hacer contacto con la placa de distriución de cargas.

 *olocamos el dial en el porta dial y hacemos "ue tenga un simple contacto con el tornillo de cargas y austamos la lectura hasta ceros.

  +plicamos el primer incremento de cargas (1.@3Cg?cm @)y tomamos las lecturas en el dial en los siguientes tiempos5 1D, 03D,1D, 0F, @F, -F, GF, 03F, 1F, 0hs,@hs, -hs, Ghs, @-hs. 4 si en necesario hasta "ue no exista camios volum!tricos o aproximadamente hasta alcanzar el H12 de consolidación.

  Es recomendale en suelos arcillosos el incremento de cargas cada @-hs, aun cuando a veces las arcillas necesiten astante tiempo de diferencia para realizar el incremento de cargas.

MECÁNICA DE SUELOS II “Ensayo De Consolidación”  *umplido el incremento de cargas se incrementa esta al nuevo valor, luego de tomar las lecturas respectivas del dial en los tiempos ya mencionados.

 $ratamos de conocer el hinchamiento mediante la descarga.  $erminado el proceso de descarga se saca la muestra del consolidometro, se seca se pesa y se coloca al horno durante @- hs y luego determinamos el peso seco de la muestra.

  #eterminamos la humedad final de la muestra.  *on los datos otenidos, se deerá diuar las curvas de consolidación, curva de compresiilidad curva de variación de c v31.

MECÁNICA DE SUELOS II “Ensayo De Consolidación” VI.

CALCULOS Y RESULTADOS na vez otenida la muestra, procederemos a calcular sus respectivas propiedades físicas de dicho suelo. Muestra De Ensayo (inicio)

DIAM.8119: ALT. 8119   AREA 821%n"##*   8g)9: >%?M@ 8g)9: >1@ 8g)9:     1 8g)21=9:   , 8g)21=9:

6; 25,4 20,27 51,4858 68,8 145 76,2 1,48 2,69

Contenido De Humedad (inicio)

T%)% NB A7 >5%)% 27,1 8g)9 >5?M@ 87,3 8g)9: >5?M, 75,7 8g)9: > 8g)9: 11,6 >, 8g)9: 48,6 89: 24% 89 PROMEDIO:

A3

A

27

39,4

100,2

98,2

87,1

88,5

13,1

9,7

60,1

49,1

22%

20%

22%

Muestra De ensayo (final)

>%?M@ 8g)9: >%?M, 8g)9: >1@ 8g)9:

7H  

132,1  

77,5

MECÁNICA DE SUELOS II “Ensayo De Consolidación” >1, 8g)9: 89:

 

63,3 22%

*+89+ #E 0 Ig

C%)g% 8g9:

7

P 8g21