01 lab suelos
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UNIVERSIDAD NACIONAL CURSO: MECANICA DE SUELOS IISANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLOPROF: VASQUEZ NIO VictorFACULTAD DE INGENIERIA CIVILCICLO: VII
UNIVERSIDAD NACIONALSANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO
FACULTAD DE INGENIERA CIVIL
LABORATORIO N01
INFORME DESCRIPTIVODE ENSAYO DE CONSOLIDACION
ALUMNO:
GUERRERO DIAZ ALVARO
CURSO:
MECANICA DE SUELOS II
DOCENTE:
VASQUEZ NIO VICTOR
Huaraz-PerAbril-2015
INTRODUCCION
OBJETIVOS:
Describir el mtodo de clculo experimental, para la obtencin de los parmetros de consolidacin definidos como el coeficiente de consolidacin vertical CV, y el coeficiente de compresibilidad volumtrica mv, a partir de un ejemplo de laboratorio.
MATERIALES:
Aparato de carga o edmetro:
Un consolidmetro:Equipo compuesto por una caja de bronce, un anillo de bronce de 63.9 mm de dimetro y 18.9 mm de altura con sus bordes cortantes para tallar la muestra, un disco de moldeo para rebajar la muestra en una profundidad dada, dos piedras porosas, dos discos de papel filtro y un bloque o pistn de carga.
Juego de masas. Horno, balanza. Etc.PROCEDIMIENTO:
1. Se determinara el peso, la altura y el dimetro del anillo, as como el peso de la piedra porosa que sera colocada sobre la muestra.
2. Es necesario tomar una muestra inalterada de suelo proveniente de una calicata. 3. Se tallara la muestra dentro del anillo aprovechando los bordes cortantes que posee. Con las sobras de suelo, se tomaran muestras representativas las cuales se usaran para determinar la humedad natural, gravedad especfica de los slidos y los lmites de Atterberg. 4. Sobre cada cara de la probeta, se colocara un papel filtro y sobre ste, cada una de las piedras porosas saturadas, que se ajustaban dentro del anillo. Este conjunto se llev al consolidmetro.
5. Se coloc el consolidmetro en el dispositivo de carga cuya relacin de brazo se tom de 1:10.
6. Se inici el proceso de carga (el ejemplo se inici con 2 kg, bajo la condicin de que deba doblarse dicha cantidad cada vez que se retomar este procedimiento. La muestra se carg hasta alcanzar un valor de 32 kg en el brazo). En el ejemplo para cada incremento de carga se tomaron los valores de deformacin antes de la nueva carga y los valores de deformacin para los siguientes tiempos (dados en minutos: segundos), luego de la aplicacin de sta: 0:0, 0:04, 0:15, 0:34, 1:00, 1:34, 2:15, 3:04, 4:00, 6:15, 9:00, 12:15, 16:00, 25:00, 36:00, 49:00, y 64:00. Los datos obtenidos en el laboratorio se presentan en las Tablas 2, 3, 4, 5, 6 y 7.
7. Luego de completar el ciclo de carga se iniciara con el de descarga, el cual se realizara en forma proporcional a la carga (se quit la mitad de la carga que se encontraba en el brazo). (En el ejemplo los valores de deformacin se tomaron para los siguientes instantes de tiempo luego de la descarga: 0:04, 0:15, 0:34, 1:00, 1:34 y 30:00. Los datos obtenidos se presentan en la Tabla 9, 10, 11 y 12.)
8. Con los valores de gravedad especfica, humedad natural y lmites de Atterberg, se calcul la relacin de vacos inicial eo. Con este valor y con la ecuacin (i) presentada a continuacin, se hall el valor de la relacin de vacos e, correspondiente a cada incremento de carga. Dichos valores se presentan en la Tabla 17.
(i)
Dnde: e0 es la relacin de vacos inicial. es la deformacin unitaria.
9. Se calcularon los valores del esfuerzo efectivo para cada incremento de carga a partir de la siguiente relacin:
(ii)
Dnde: P: es la suma de 10 veces la carga aplicada en el brazo ms el peso de la esfera y la piedra porosa que cubren la muestra.
A: es el rea de la muestra (iii), con D igual al dimetro interior del anillo.Los valores de esfuerzos efectivos para cada incremento de carga, se presentan en la Tabla 17.
10. Con base en los datos obtenidos en la tablas que hacen referencia al proceso de carga, se graficaron las curvas de Deformacin vs. Raz de tiempo para cada uno de los incrementos de carga.
11. Usando los valores obtenidos en las tablas que hacen referencia a la relacin de vacos y a los esfuerzos efectivos para cada incremento de carga respectivamente, se construy la curva de recompresin.
12. Finalmente se calcularon los parmetros de consolidacin cv y mv, a partir de la curva de consolidacin y de la curva de carga y descarga respectivamente. Los valores determinados para los coeficientes de consolidacin vertical Cv, se muestran en la tabla 8.
CALCULOS:
ETAPA DE PRECARGA
Datos obtenidos para la etapa de precarga del ensayo de consolidacin, con una carga al final del brazo igual a 0.5 kg.
Tabla 1. Datos obtenidos para la etapa de precarga del ensayo de consolidacin Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)
00:000,00000,0000
00:0476,0000193,04000,01931,8807
ETAPA DE CARGA
Carga al final del brazo de 1 kg Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)Deformacin unitaria (d/l)t (s)
00:0076193,04000,01931,880700,0
00:0492233,68000,00411,87660,002242,0
00:1595241,30000,00481,87590,0026153,9
00:3497246,38000,00531,87540,0028345,8
01:00100254,00000,00611,87460,0033607,7
01:34102259,08000,00661,87410,0035949,7
02:15104264,16000,00711,87360,003813511,6
03:04106269,24000,00761,87310,004118413,6
04:00107271,78000,00791,87280,004224015,5
06:15111281,94000,00891,87180,004737519,4
09:00112284,48000,00911,87160,004954023,2
12:15113287,02000,00941,87130,005073527,1
16:00114289,56000,00971,87100,005296031,0
25:00116294,64000,01021,87050,0054150038,7
36:00118299,72000,01071,87000,0057216046,5
49:00119302,26000,01091,86980,0058294054,2
64:00120304,80000,01121,86950,0060384062,0
Tabla 2. Datos obtenidos para una carga al final del brazo de 1 kg
Grfica 1. Curva experimental para una carga al final del brazo de 1 kg
Carga al final del brazo de 2 kg
Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)Deformacin unitaria (d/l)t (s)
00:00120304,80000,03051,869500,0
00:04155393,70000,00891,86060,004842,0
00:15165419,10000,01141,85810,0062153,9
00:34170431,80000,01271,85680,0068345,8
01:00175444,50000,01401,85560,0075607,7
01:34179454,66000,01501,85450,0081949,7
02:15184467,36000,01631,85330,008813511,6
03:04188477,52000,01731,85220,009318413,6
04:00192487,68000,01831,85120,009924015,5
06:15198502,92000,01981,84970,010737519,4
09:00203515,62000,02111,84840,011454023,2
12:15207525,78000,02211,84740,012073527,1
16:00210533,40000,02291,84670,012496031,0
25:00213541,02000,02361,84590,0128150038,7
36:00216548,64000,02441,84510,0132216046,5
49:00218553,72000,02491,84460,0135294054,2
Tabla 3. Datos obtenidos para una carga al final del brazo de 2 kg
Grfica 2. Curva experimental para una carga al final del brazo de 2 kg
Carga al final del brazo de 4 kg
Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)Deformacinunitaria (d/l)t (s)
00:00219556,26000,02491,844400,0
00:04262665,48000,01091,83350,006042,0
00:15264670,56000,01141,83290,0062153,9
00:34280711,20000,01551,82890,0085345,8
01:00287728,98000,01731,82710,0095607,7
01:34294746,76000,01911,82530,0104949,7
02:15301764,54000,02081,82350,011413511,6
03:04307779,78000,02241,82200,012318413,6
04:00313795,02000,02391,82050,013124015,5
06:15322817,88000,02621,81820,014437519,4
09:00331840,74000,02841,81590,015754023,2
12:15336853,44000,02971,81470,016473527,1
16:00339861,06000,03051,81390,016896031,0
25:00344873,76000,03181,81260,0175150038,7
36:00347881,38000,03251,81190,0179216046,5
49:00349886,46000,03301,81140,0182294054,2
64:00356904,24000,03481,80960,0192384062,0
Tabla 4. Datos obtenidos para una carga al final del brazo de 4 kg
Grfica 3. Curva experimental para una carga al final del brazo de 4 kg
Carga al final del brazo de 8 kg
Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)Deformacinunitaria (d/l)t (s)
00:00356904,24000,03481,809600,0
00:04392995,68000,04391,80040,024442,0
00:154021021,08000,04651,79790,0259153,9
00:344121046,48000,04901,79540,0273345,8
01:004211069,34000,05131,79310,0286607,7
01:344311094,74000,05381,79050,0301949,7
02:154401117,60000,05611,78820,031413511,6
03:044491140,46000,05841,78600,032718413,6
04:004561158,24000,06021,78420,033724015,5
06:154701193,80000,06381,78060,035837519,4
09:004811221,74000,06651,77780,037454023,2
12:154891242,06000,06861,77580,038673527,1
16:004951257,30000,07011,77430,039596031,0
25:005011272,54000,07161,77270,0404150038,7
36:005061285,24000,07291,77150,0412216046,5
Tabla 5. Datos obtenidos para una carga al final del brazo de 8 kg
Grfica 4. Curva experimental para una carga al final del brazo de 8 kg
Carga al final del brazo de 16 kg
Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)Deformacinunitaria (d/l)t (s)
00:005601422,40000,00001,757800,0
00:046101549,40000,09931,74510,056942,0
00:156301600,20000,10441,74000,0600153,9
00:346381620,52000,10641,73790,0612345,8
01:006441635,76000,10801,73640,0622607,7
01:346521656,08000,11001,73440,0634949,7
02:156571668,78000,11131,73310,064213511,6
03:046631684,02000,11281,73160,065118413,6
04:006691699,26000,11431,73010,066124015,5
06:156791724,66000,11681,72750,067637519,4
09:006891750,06000,11941,72500,069254023,2
12:156951765,30000,12091,72350,070273527,1
16:007001778,00000,12221,72220,070996031,0
25:007051790,70000,12341,72090,0717150038,7
36:007111805,94000,12501,71940,0727216046,5
49:007131811,02000,12551,71890,0730294054,2
Tabla 6. Datos obtenidos para una carga al final del brazo de 16 kg
Grfica 5. Curva experimental para una carga al final del brazo de 16 kg
Carga al final del brazo de 32 kg
Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)Deformacinunitaria (d/l)t (s)
00:007161818,64000,12551,718100,0
00:047751968,50000,14121,70320,082942,0
00:158012034,54000,14781,69650,0871153,9
00:348262098,04000,15421,69020,0912345,8
01:008502159,00000,16031,68410,0952607,7
01:348622189,48000,16331,68110,0972949,7
02:158942270,76000,17151,67290,102513511,6
03:049172329,18000,17731,66710,106318413,6
04:009362377,44000,18211,66230,109624015,5
06:159712466,34000,19101,65340,115537519,4
09:009992537,46000,19811,64630,120354023,2
12:1510182585,72000,20291,64140,123673527,1
16:0010292613,66000,20571,63860,125696031,0
25:0010432649,22000,20931,63510,1280150038,7
36:0010512669,54000,21131,63300,1294216046,5
49:0010552679,70000,21231,63200,1301294054,2
Tabla 7. Datos obtenidos para una carga al final del brazo de 32 kg
Grfica 6. Curva experimental para una carga al final del brazo de 32 kg
Coeficientes de consolidacin vertical Cv
El valor de Cv se determina mediante el ajuste de las curvas de tiempo, tanto experimental como terico. Para este propsito se emplear el mtodo desarrollado por Taylor, el cual depende de la raz cuadrada del tiempo. De esta manera, se tiene que la ecuacin que determina el coeficiente de consolidacin vertical Vc es:
Donde es una constante que se obtiene a partir de la figura 3 e indica el factor de tiempo vertical en el punto donde se da el 90% de la consolidacin, teniendo de esta forma que su valor es de 0.848.
Figura 3. Grado promedio de consolidacin y grado de consolidacin en el plano medio Uv en funcin del factor de tiempo Tv
, indica el tiempo que transcurre para que se d el 90% de la consolidacin. ste se determina a partir de la lnea vertical que se origina en el punto de interseccin entre la curva experimental de consolidacin y la lnea determinada a partir de 1.15 la coordenada en X de la lnea tangente a esta curva resultante de la etapa de carga para cada una de las variaciones aplicadas. Por ltimo, indica la longitud de drenaje y dado que para este caso particular la lmina de suelo reposa sobre una frontera permeable y puede drenar tanto por el extremo superior como inferior, se tiene un drenaje doble, es decir que para este condicin se determina que dicha longitud H es igual a H/2.
Con el fin de ejemplificar este proceso, a continuacin se mostrar el procedimiento llevado a cabo para una carga al final del brazo de 1 kg, teniendo de esta forma los siguientes parmetros y resultados:
A partir de la grfica 1 (Curva experimental para una carga al final del brazo de 1 kg), se seal de manera aproximada el valor de , siendo ste igual a 23 s1/2.
A partir del valor hallado anteriormente se procede a calcular el cuadrado de de manera que se tiene:
Retomando la ecuacin (11) que define el coeficiente de consolidacin vertical Cv y reemplazando los valores anteriormente definidos, se tiene que:
De esta manera y despus del ejemplo citado, a continuacin se muestran los valores de los coeficientes de consolidacin vertical Cv, para cada una de las variaciones de carga aplicadas.
Carga al final del brazo (kg) (s)Cv (cm2/s)Cv (m2/ao)
1235290,0014474,562
2245760,0013294,190
4256250,0012253,862
8224840,0015814,987
16287840,0009763,078
32245760,0013294,190
Tabla 8. Datos de los coeficientes de consolidacin vertical Cv, para cada carga aplicada
ETAPA DE DESCARGA
A continuacin se relacionan los datos tomados para la etapa de descarga para cada una de las variaciones que se tomaron de sta, resaltando los valores en los que se presenta el 90% de la consolidacin, de manera que:
Descarga a 16 kg al final del brazo
Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)
00:0010872760,98000,27611,6239
00:0410692715,26000,27151,6285
00:1510672710,18000,27101,6290
00:3410642702,56000,27031,6297
01:0010622697,48000,26971,6303
01:3410612694,94000,26951,6305
02:1510602692,40000,26921,6308
03:0410592689,86000,26901,6310
04:0010592689,86000,26901,6310
06:1510582687,32000,26871,6313
09:0010582687,32000,26871,6313
12:1510572684,78000,26851,6315
16:0010572684,78000,26851,6315
25:00:0010562682,24000,26821,6318
36:00:0010562682,24000,26821,6318
49:00:0010562682,24000,26821,6318
Tabla 9. Datos obtenidos para una descarga a 16 kg al final del brazo
Descarga a 8 kg al final del brazo
Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)
00:0010552679,70000,26801,6320
00:0410382636,52000,26371,6363
00:1510342626,36000,26261,6374
00:3410322621,28000,26211,6379
01:0010302616,20000,26161,6384
01:3410252603,50000,26041,6397
02:1510242600,96000,26011,6399
03:0410222595,88000,25961,6404
04:0010212593,34000,25931,6407
06:1510192588,26000,25881,6412
09:0010182585,72000,25861,6414
12:1510172583,18000,25831,6417
16:0010172583,18000,25831,6417
25:00:0010132573,02000,25731,6427
36:00:0010122570,48000,25701,6430
49:00:0010122570,48000,25701,6430
Tabla 10. Datos obtenidos para una descarga a 8 kg al final del brazo
Descarga a 0.5 kg al final del brazo
Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)
00:008672202,18000,22021,6798
00:048642194,56000,21951,6805
00:158612186,94000,21871,6813
00:348602184,40000,21841,6816
01:008592181,86000,21821,6818
01:348582179,32000,21791,6821
02:158572176,78000,21771,6823
03:048562174,24000,21741,6826
04:008552171,70000,21721,6828
06:158522164,08000,21641,6836
09:008492156,46000,21561,6844
12:158462148,84000,21491,6851
16:008422138,68000,21391,6861
25:00:008382128,52000,21291,6871
36:00:008342118,36000,21181,6882
Tabla 11. Datos obtenidos para una descarga a 0.5 kg al final del brazo
Descarga a 0 kg al final del brazo
Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)
00:008252095,50000,20961,6905
00:048142067,56000,20681,6932
00:158122062,48000,20621,6938
00:348112059,94000,20601,6940
01:008092054,86000,20551,6945
01:348082052,32000,20521,6948
02:158072049,78000,20501,6950
03:048052044,70000,20451,6955
04:008032039,62000,20401,6960
06:158002032,00000,20321,6968
09:007972024,38000,20241,6976
12:157932014,22000,20141,6986
16:007902006,60000,20071,6993
25:00:007831988,82000,19891,7011
36:00:007781976,12000,19761,7024
49:00:007731963,42000,19631,7037
64:00:007701955,80000,19561,7044
Tabla 12. Datos obtenidos para una descarga a 0 kg al final del brazo
De esta manera, a continuacin se relacionan las deformaciones unitarias que se dieron tanto en carga como en descarga en el punto donde se da el 90% de la consolidacin, de manera que:
EtapaCarga al final del brazo (kg)Deformacin unitaria (d/l)
Precarga0.50.0103
Carga10.0158
20.0128
40.0179
80.0395
160.0717
320.1635
Descarga160.1649
80.1573
0.50.1262
00.1193
Tabla 13. Datos de deformaciones unitarias para cada una de las etapas
Ahora bien, con el fin de determinar la relacin de vacos y el esfuerzo efectivo de cada una de las etapas, se cuenta con la siguiente informacin base para dicho clculo y anlisis:
HUMEDAD INICIAL
Recipiente N5
Peso (mh+rec) [g]201,34
Peso (ms+rec) [g]123,87
Peso Recipiente [g]34,63
Humedad [%]86,81%
Tabla 14. Datos de la humedad natural inicial de la muestra
Relacin de Brazo 1:10Peso Bloque + P.P (g)401,79
Peso del anillo (g)63,89
Dimetro del anillo (cm)5,86
Altura (cm)1,90
Peso del anillo + muestra (g)InicialFinal
178,83179,31
Tabla 15. Caractersticas de los componentes del edmetro
MuestraVolumen (cm3)51,24
rea (cm2)18,41
2,24 gr/cm3
22,00 KN/m3
e01,20
Gs2,65
Tabla 16. Caractersticas de la muestra
De esta manera, en la tabla 17 se muestran los valores de la relacin de vacos calculada a partir de la ecuacin (9) y el esfuerzo efectivo con base en la ecuacin (10) de cada una de las etapas. Cabe aclarar que en el punto donde se produce el 90% de la consolidacin, la presin de poros ha sido disipada, asumindose de esta forma que el esfuerzo efectivo es igual al total.
Carga/brazo (kg)Deform. UnitariaEsfuerzo efectivo (N/m2)Log esf. efectivoe
2138,837113,331,2048
0,50,0102628755,192784,461,1822
10,0145155371,548454,741,1728
20,01349108604,259795,041,1751
40,01794215069,682475,331,1653
80,03951428000,527845,631,1177
160,07173853862,218575,931,0467
320,163471705585,600036,230,8444
160,16492853862,218575,930,8412
80,15735428000,527845,630,8579
0,50,1261628755,192784,460,9267
00,119252138,837113,330,9419
Tabla 17. Valores asociados al logaritmo del esfuerzo efectivo y a la relacin de vacos de la muestra
Relacin de sobreconsolidacin RSC
Grfica 7. Curva de carga y descarga de la muestra
A partir de la grfica anterior, se pueden obtener los valores de los ndices CR, ndice de descompresin, y CC ndice de compresin, los cuales se miden como las pendientes de las rectas tangentes a la curva, en las respectivas zonas, que estn sealadas en la anterior grfica.
Se tiene entonces que:
Por otro lado, se puede hallar el esfuerzo de preconsolidacin, para lo cual se usa el mtodo grfico, que se muestra a continuacin:
Figura 4. Mtodo grfico para hallar el esfuerzo de preconsolidacin.
Mtodo grafico de Casagrande
En el grfico e Log v: 1. Ubicar punto 1, punto de mxima curvatura 2. Trazar la recta 2, tangente por el punto 1 3. Trazar la recta 3, horizontal por el punto 1 4. Trazar la bisectriz de la recta tangente 2 y la horizontal 3 5. Prolongar recta de la curva virgen o curva normalmente consolidada 6. La interseccin de las rectas 4 y 5 determina en abscisas el valor de pc
Figura 4. Mtodo grfico de Casagrande para hallar el esfuerzo de preconsolidacin.
Por medio del trazo de algunas lneas auxiliares, se halla el nombrado esfuerzo en el caso en estudio, lo cual se muestra en la figura anterior:
En el estado original, se tiene que:
De los valores anteriores se obtiene la relacin de sobreconsolidacin que es:
De lo anterior se puede afirmar que la muestra en estudio es SOBRECONSOLIDADA.
CONCLUCIONES:
Cuando la curva de consolidacin experimental no se asemeja a la curva de consolidacin terica se puede utilizar el mtodo de Taylor. Este ensayo es factible en suelos arcillosos que nos darn valores ms exactos, dado que los suelos arenosos de consolidan rpidamente arrojndonos datos menos exactos. Es necesario elaborar el ensayo con suma cautela, cuidando llevar el procedimiento correcto para vernos inmersos en la mnima cantidad de errores.