informe consolidacion
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Universidad de Cartagena
Facultad de Ingeniería
Programa Ingeniería Civil
ENSAYO DE CONSOLIDACION
Altamiranda S.1 Cañate D.1 Godoy R. 1 Guzmán M.1 Barrios M.2
1 Estudiantes de Ingeniería Civil 2 Docente
Cartagena de Indias D. T y C.
2014
RESUMEN: La presente práctica consiste en la consolidación del suelo utilizando una
muestra inalterada. Para ello, se moldea y se coloca dentro del anillo de consolidación y del
aparato ya armado. Luego, se calibra el deformimetro o se pone en cero. Seguidamente, se
empieza a aplicar la carga de 10 a 2KPa, sus incrementos de cargas y se toma las lecturas
de deformación y tiempo a partir de 8 seg, 15 seg, 30 seg, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min, 15
min, 30 min, 1 hora, 2 horas, 4 horas, 16horas, 24 horas. Una vez terminado el proceso de
carga se pone la muestra en el horno para encontrar peso seco y calcular su peso
específico.
PALABRAS CLAVES: Consolidacion, Deformimetro, Cargas, Deformacion.
ABSTRACT: This practice is soil consolidation using an unaltered sample. For this, it is
molded and placed within the ring and the already assembled consolidation apparatus . Then
the strain gage is calibrated or reset. Then you start to apply the load from 10 to 2 kPa , their
increases load and strain readings and take time from 8 sec, 15 sec, 30 sec, 1 min, 2 min , 4
min , 8 min , 15 min, 30 min , 1 hour, 2 hours, 4 hours , 16 hours , 24 hours. Once the
download is complete the sample is placed in the oven to find dry weight and calculate its
weight
KEYWORDS: Consolidation, Strain gage, Loads, Deformation
1. INTRODUCCIÓN
Todos los materiales al ser sujetados a
cambios en las condiciones de esfuerzos,
experimentan deformaciones, que pueden
o no ser dependientes del tiempo. Las
relaciones entre los esfuerzos, las
deformaciones y el tiempo, varían según el
material a analizar. Las relaciones más
sencillas se producen en los materiales
elásticos lineales, donde el esfuerzo y la
deformación son proporcionales e
independientes del tiempo.
2
Las características de esfuerzo,
deformación y tiempo de un suelo
dependerán no solo de tipo de suelo y su
estado de consistencia, sino también de la
forma en que es cargado, esta
particularidad da paso a la consolidación,
el cual es un proceso que se produce en
los suelos y consiste en la reducción del
volumen total del suelo provocado por la
colocación de una carga o el drenaje del
terreno.
Es importante estudiar estas
características del suelo debido a que en
general estos sufren deformaciones
superiores en las estructuras civiles las
cuales le transmiten la carga y no siempre
se producen instantáneamente ante la
aplicación de la misma carga.
El fin de la práctica es determinar el
decremento de volumen y la velocidad con
que este se produce, en una muestra de
suelo, confinado lateralmente y sujeto a
una carga axial, para finalmente llegar a la
curva de compresibilidad y con esta poder
obtener parámetros de cuanto se nos
puede asentar el terreno teniendo cierta
carga para dar solución a un ejercicio
previamente dado.
2. MARCO TEORICO
2.1. Consolidación.
La consolidación es un proceso que se
produce en los suelos y consiste en la
reducción del volumen total del suelo
provocado por la colocación de una carga
o el drenaje del terreno.
2.2. Proceso de consolidación.
Cuando el suelo se somete a una
sobrecarga, los esfuerzos totales se
incrementan en esa misma cuantía.
En suelos saturados, esto conduce al
incremento de la presión de poros; pero
dado que el agua no resiste esfuerzos
cortantes, sin que se modifique el nuevo
esfuerzo total, el exceso de presión
intersticial se disipa a una velocidad
controlada por la permeabilidad k del
suelo, con lo que el esfuerzo efectivo se va
incrementando a medida que el agua fluye.
Figura 1. Proceso de consolidación de suelos.
Fuente: [1]
2.3. Consecuencias de la
consolidación.
Incremento en el esfuerzo efectivo
Reducción en el volumen de vacíos
Reducción en el volumen total
Asentamientos en el terreno
Asentamientos en la estructura
2.4. Permeabilidad y consolidación
• Suelos arenosos
K alta: el asentamiento ocurre
rápidamente, generalmente al final de la
construcción.
3
• Suelos arcillosos
K baja: el asentamiento ocurre lentamente,
estructura sique asentándose durante
años, después de la construcción. [1]
2.5. Consolidación Primaria
Este método asume que la consolidación
ocurre en una sola dimensión. Los datos
de laboratorio utilizados han permitido
construir una interpolación entre la
deformación o el índice de vacíos y la
tensión efectiva en una escala logarítmica.
La pendiente de la interpolación es el
índice de compresión. La ecuación para el
asiento de consolidación de un suelo
normalmente consolidado puede ser
determinada entonces como:
… (1)
Donde:
δc es el asiento debido a la consolidación,
Cc es el índice de compresión, e0 es el
índice de vacíos inicial, H es la altura de
suelo consolidable, σzf es la tensión
vertical final, σz0 es la tensión vertical
inicial.
Cc puede ser reemplazada por Cr (índice
de recompresión) para usar en suelo
sobreconsolidados donde la tensión final
efectiva es menor que la tensión de
preconsolidación, o lo que es lo mismo,
para suelos que hubieran sido
consolidados con más intensidad en el
pasado. Cuando la tensión final efectiva
sea mayor que la tensión de
preconsolidación, las dos ecuaciones
deben ser usadas en combinación de un
modelo conjunto como sigue:
…(2)
Donde σzc es la tensión de
preconsolidación del suelo.
2.6. Consolidación Secundaria.
La consolidación secundaria tiene lugar
después de la consolidación primaria a
consecuencia de procesos más complejos
que el simple flujo de agua como pueden
ser la reptación, la viscosidad, la materia
orgánica, la fluencia o el agua unida
mediante enlace químico algunas arcillas.
En arenas el asiento secundario es
imperceptible pero puede llegar a ser muy
importante para otros materiales como
la turba.
La consolidación secundaria se puede
aproximar mediante la siguiente fórmula:
…(3)
Donde H0 es la altura de consolidación
media, e0 es el índice inicial de vacíos,
Ca es el índice secundario de compresión.
3. MATERIALES Y METODOS
3.1. Materiales
Para la práctica del laboratorio fue
necesario utilizar los instrumentos del
banco de consolidación entre los que
están: un molde y un deformímetro.
Además, fue necesario un cronometro o
4
temporizador, y una cartera para tomar los
datos correspondientes y las muestras
inalteradas del suelo a utilizar.
3.2. Procedimiento
1. Se moldea la muestra inalterada
con el molde del banco de
consolidación
2. Se colocan los filtros y se procede
a armar el recipiente de tal manera
que se pueda colocar en la base del
banco de consolidación mencionado
anteriormente.
3. Con el recipiente armado, se coloca
en la plataforma e inicia el proceso
de transmisión de carga del banco.
4. Posteriormente, la cámara
compuesta en el recipiente se llena
de agua para saturar la muestra
inalterada y se aplica una carga de
dependiendo a la profundidad del
suelo, por lo general una carga de
10 a 2 kPa. Luego se toman los
datos a partir de la lectura de los
tiempos a partir de 8 seg, 15 seg,
30 seg, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min,
15 min, 30 min, 1 hora, 2 horas, 4
horas, 16horas, 24 horas y
deformaciones verticales de marea
simultánea, dichas mediciones se
realizan hasta que la velocidad de
deformación se aproxime a cero.
Por lo general, las arcillas logran la
totalidad de la consolidación al
cumplir las 24 horas.
5. Luego se cambia la muestra
aplicando una carga diferente, de tal
manera que el incremento de la
carga sea aproximadamente igual a
la carga inmediatamente anterior.
6. Finalmente se retira la muestra para
ser secada y de esta manera
identificar su peso seco y el peso
específico seco final de la muestra.
4. ANALISIS Y RESULTADOS
RESULTADOS
En el ensayo de consolidación a la
muestra de suelo PC 05 - MT 3 del
laboratorio se obtuvieron los siguientes
resultados:
Peso anillo+ Muestra=264.89 g
Diámetro del anillo = 6.35 cm
Humedad (w) = 25.4%
Altura = 2.54 cm
Peso Seco de la muestra (Ws) =
116,6 g
Gravedad Especifica de los sólidos
(Gs) = 2,81
Limite Liquido =
5
aplicado
Kg/cm2
0.2 0.4 0.8 1.6 3.2
P (Kg) 6.3 12.7 25.3 50.7 101.3
Tiempo
(min)
Lectura del Dial (10-4
pulg)
0.25 1821 1689 1540 1340 1045
1.00 1811 1682 1529 1320 1020
2.25 1807 1677 1523 1310 1009
4.00 1803 1673 1519 1305 1000
6.25 1801 1671 1516 1298 994
9.00 1799 1669 1512 1295 987
12.25 1798 1667 1509 1292 982
16.00 1796 1666 1500 1289 979
20.25 1795 1665 1498 1287 975
25.00 1794 1664 1494 1285 972
30.00 1793 1663 1493 1283 970
60.00 1789 1660 1489 1277 960
90.00 1786 1658 1487 1274 955
120.00 1784 1656 1486 1271 953
240.00 1781 1653 1485 1262 945
480.00 1778 1648 1473 1258 939
1440.00 1774 1643 1458 1253 931
Tabla 1. Resultados obtenidos en ensayo de
consolidación. Tiempo vs Lectura del Dial.
Fuente: Autor
ANALISIS DE RESULTADOS
A partir de los datos recolectados se
realizaron algunos calculó como la
Diferencia Dial de la siguiente manera y
para todos los casos:
DD1 = L1-L2 = 0,450596 - 0,417322 =
0,0333 cm
La altura de solidos 2H0:
Altura de la muestra:
2H2 = 2,54 - 0,0333 = 2,5067 cm
Altura de vacíos:
Av1 = 2H – 2Ho = 2,54 – 1,31 =
1,23 cm
Relación de vacíos:
Todos los resultados obtenidos fueron
tabulados (ver Tabla 2).
Los tiempos en los que ocurrió el 90% de
la consolidación en cada una de las cargas
aplicadas, se halló por medio del método
de Taylor como se puede ver en la
siguiente gráfica, para el esfuerzo aplicado
de 0.2 Kg/cm2:
Gráfica 1. Método de Taylor para un esfuerzo aplicado
de 0.2 Kg/cm2. vs Deformación.
Fuente: Autor.
Con la abscisa x=7,2 (perteneciente a la
recta roja que se une con la curva), y
1,15*X= 8,28. Se obtuvo como resultado a
partir de la intersección de la recta (color
verde) en gráfica un valor de t901/2, para
este esfuerzo, igual a 3, por tanto t90 = 9
min = 540 seg.
6
De manera similar se determinaron los
valores de t90 para los siguientes
esfuerzos aplicados. Ver Tabla 2 en
anexos.
A partir de estos valores se calcularon los
coeficientes de consolidación Cv de esta
manera y para todos los casos (ver Tabla 2
en anexos):
Y a partir de los resultados se calculó un
promedio de todos los valores.
Luego, se calculó el tiempo en el cual
ocurrirá el 90% de la consolidación en el
estrato mostrado en la Ilustración 1, con un
espesor de H = 4,0 m y utilizando el
coeficiente de consolidación promedio Cv =
0.0019009:
Ilustración 1. Estratificación analizada a la cual se
calculará el asentamiento.
Fuente: Autor
Para calcular asentamiento se procedió de
la siguiente manera:
Se calculó el Indice de compresión
=0,009*(LL-10)= 0,009*(60-10) = 0,45
Se calculó el esfuerzo efectivo en el punto
A (Ilustración 1) como sigue:
3 +2,1 3 (4 ) 1,0 3 7 =
Luego se calculó el incremento del
esfuerzo producido por la carga puntual de
12 ton:
Luego el asentamiento para H= 4,0 m y
= 0,9389 es:
5. CONCLUSIONES
A partir del procedimiento, con los datos
obtenidos y mostrados anteriormente,
análisis e interpretación y utilizando los
conceptos en la norma colombiana
7
respecto al asentamiento en suelos, se
puede concluir a partir de la gráfica 1, se
halló el valor del T 90 en el ensayo de
laboratorio, lo cual permitió hallar los
coeficientes de consolidación, para cada
incremento de carga, mientras que para
hallar el asentamiento en el estrato
indicado, se utilizó el coeficiente de
consolidación promedio en el análisis de
los datos Cv= 0.0019009.
Teniendo en cuenta la relación de vacíos
inicial que desprende un volumen de vacío
comparable con el volumen de la masa, el
asentamiento total es de 2.631 mm., la
cual es aceptable para el tiempo detallado
anteriormente.
6. BIBLIOGRAFÍA
[1]Consolidación de suelos. Tomado de
“http://albatros.uis.edu.co/eisi/ArchivosProf
esores/U9186/CONSOLIDACION%20DE%
20SUELOS%20.pdf”
[2]
T.W. Lambe y R.V. Whitman - Mecánica
de suelos. Mexico, 1997 ISBN 968-18-
1894-6
8
7. ANEXOS
Esfuerzo
Aplicado
(kg/cm2)
Carga
(kg)
lect. Final
Dial (cm)
Diferencia
de Dial
(cm)
2H (cm)
Altura de
vacíos
(cm)
Relación de
vacíos (e)
Tiempo de
Consolidación (seg)
Coeficiente de
Consolidación
(Cv)(cm2/seg)
T90
0.2 6.3 0.450596
2.5400 1.2300 0.9389 540.0 0.0025329
0.0333
0.4 12.7 0.417322
2.5067 1.1967 0.9135 504.6 0.0026400
0.0470
0.8 25.3 0.370332
2.4597 1.1497 0.8777 960.0 0.0013361
0.0521
1.6 50.7 0.318262
2.4077 1.0977 0.8379 735.0 0.0016720
0.0818
3.2 101.3 0.236474
2.3259 1.0159 0.7755 866.4 0.0013237
Promedio 0.0019009
Tabla 2. Resultado de los cálculos para determinar el Coeficiente de consolidación
9
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