ensayo de consolidación

MECNICA DE SUELOS II Ensayo De Consolidacin

MECNICA DE SUELOS II Ensayo De Consolidacin

PRIMERA PRACTICA DE LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS IIENSAYO DE CONSOLIDACION DE SUELOSI. INTRODUCCIN El asentamiento del suelo se origina por la reduccin del volumen de poros (relacin de vacos). Si los poros o vacos de un suelo se hallan completamente llenos de agua, el asentamiento solo puede resultar de la expulsin de agua de los intersticios del suelo. El asentamiento gradual de un terreno en tales condiciones provocado por fuerzas estticas de gravedad, como su peso propio y las cargas de estructuras levantadas sobre l, es lo que se llama consolidacin.El estudio de la relacin existente entre los esfuerzos y las deformaciones, nos permitir comprender con mayor detalle los efectos causados por los materiales utilizados en edificacin sobre el suelo.Se realiza sobre muestras inalteradas y para efecto de ste ensayo se utiliz una muestra extrada de la cercana del campus universitario (rea verde).De los resultados obtenidos se realiza la grfica de Tiempo vs Deformacin, aqu se observa la variacin de deformacin conforme los esfuerzos aplicados al suelo se incrementan.II. OBJETIVOS.Determinar el coeficiente de consolidacin media del sueloDeterminar el coeficiente de compresibilidad del sueloIII. MARCO TERICO.Para comenzar nuestra prctica debemos tener una pequea nocin del tema del cual vamos a realizar nuestra respectiva prctica o ensayo.El ensayo de consolidacin unidimensional de un suelo, es uniaxial y la probeta se mantiene sin ningn respaldo lateral mientras soporta la compresin vertical. Este ensayo es muy parecido al tradicional de un cilindro de hormign, salvo que las probetas son muchas ms pequeas as como las cargas necesarias para romperlas. Se realiza corrientemente sobre una muestra inalterada de suelo con el contenido natural de humedad. Este ensayo se limita a suelos cohesivos, ya que los que no tiene cohesin (tal como la arena seca) no pueden permanecer sin algo que lo sostenga.La carga se aplica por medio de una manivela de mano y una caja de engranaje de precisin. La velocidad de deformacin se puede regular girando la manivela a la velocidad conveniente.Consolidacin de los suelos.Cuando la compresin de una masa de suelo depende del tiempo, sta se denomina consolidacin. Al igual que todos los asentamientos del suelo, la consolidacin es una deformacin elasticoplstica que resulta en una permanente reduccin de la relacin de vacos debido a un incremento de los esfuerzos. La diferencia esencial entre compresin ordinaria y asentamiento por consolidacin es que sta ltima depende del tiempo.El proceso de consolidacin en los suelos ocurre de tal forma que la posicin relativa de las partculas no vara y nicamente existe un desplazamiento vertical de las mismas, a este fenmeno se lo conoce como Consolidacin Unidimencional o Unidireccional, si bien en la realidad, esto no sucede exactamente, se puede considerar como tal, ya que los estratos de suelos son de gran extensin horizontal, en comparacin con su espesor. En consecuencia, el volumen de la masa de suelo disminuye pero los desplazamientos horizontales de las partculas son nulos.Las caractersticas de consolidacin de estratos de arcilla, pueden estudiarse y cuantificarse mediante ensayos de consolidacin Unidireccional, llevadas a cavo en el laboratorio, sobre muestras cilndricas achatadas (de mayor dimetro que altura), obtenidas tan inalteradamente como sea posible. En estas pruebas el fenmeno real de consolidacin que usualmente tarda aos en desarrollarse, es reproducido en tiempos relativamente muy cortos (4 das), pero en el que las constantes de consolidacin son las mismas en ambos procesos.

Ensayo de Consolidacin Unidimencional.El ensayo se lleva a cabo sobre muestras cilndricas de poca altura totalmente confinadas lateralmente por un anillo de bronce. En las bases superior e inferior se colocan piedras porosas de dimetro ligeramente menor al de la muestra. El conjunto se coloca en la llamada cazuela del consolidmetro. Por medio de un marco se carga se aplican deferentes cargas sobre la muestra que son repartidos en toda la seccin (carga uniformemente repartidas). Mediante un extensmetro se registra la deformacin que ocurre en la muestra.Las cargas son aplicadas en ciclos, permitiendo que cada carga produzca en la muestra, toda la deformacin posible antes de incrementarla. Se toman lecturas del extensmetro a diferentes tiempos con lo que se obtienen las curvas de Consolidacin.Curva de Consolidacin.Se dibuja a escala semilogartmica, es decir, el tiempo de ensayo a escala logartmica en el eje de abscisas y como ordenadas a escala natural, las lecturas del extensmetro. Se obtiene una curva por cada incremento de carga.Consolidacin Secundaria.La consolidacin ocurre, como ya se dijo, por la desaparicin del agua intersticial libre, sin embargo, una vez evacuada el agua el suelo se sigue deformando debido al rompimiento de partculas slidas a causa de la presin as como al reacomodo de las mismas. A esta ltima etapa del proceso de consolidacin se la conoce como consolidacin secundaria, y a la anterior, primaria.Determinacin de la Consolidacin Primaria.De suelo cohesivo e inalterado sometido a la prueba de compresin confinada en el consolidmetro generalmente demuestra curvas caractersticas asentamiento - vs - tiempo.En esta grfica puede distinguirse entre el primer tramo de consolidacin primaria y el segundo tramo de consolidacin secundaria. Sin embargo, no es tan fcil determinar exactamente el punto terico de 100 de consolidacin primaria. En el trazo semilogartmico normalmente encontramos este punto en la zona en transicin entre la parte inclinada de amplia curvatura y del tramo casi recto final. Coincide con esta deformacin del 100% de consolidacin el tiempo t100 transcurrido durante el ensayo. Por otro lado, con el 50% de consolidacin primaria el tiempo t50. Se determina a partir de la curva de consolidacin para cada incremento de carga.O% de consolidacin primariaDebido a que la curva de consolidacin inicialmente es una parbola, puede ubicarse grficamente en el O% de consolidacin primaria mediante el siguiente mtodo: . Escoger un tiempo cualquiera tal que tenga notoriamente menos del 50% de consolidacin, obteniendo el punto "b".. Ubicar el punto 'c' sobre la curva correspondiente a un cuarto de tiempo del punto "b" y determinar la ordenada "a".. Ubicar una posible posicin del O% a una distancia "a" arriba del punto "c".. Repetir el proceso hasta obtener tres posibles ubicaciones, luego, asignar en definitiva a la posicin intermedia de las tres.100% de consolidacin primariaLa consolidacin secundaria se presenta en la curva correspondiente como un tramo sensiblemente recto y hacia el final de ella, por lo que podr asignarse como el 100% de consolidacin al punto obtenido como sigue:. Prolongar el tramo recto final de la curva.. Trazar una recta tangente por el punto de inflexin de la curva hasta cortar la recta anterior.. El punto de interseccin de las dos rectas tiene como abscisa el tiempo en que alcanza el 100% de consolidacin primaria en la muestra para el incremento de carga de que se trata.Curva terica de consolidacinSe define Grado de Consolidacin "Uz(%)" del suelo a una profundidad "Z" y en un tiempo "t" a la relacin entre la consolidacin habida a esa profundidad y la total a producirse bajo el incremento de carga impuesto.El grado de consolidacin es funcin del llamado Factor Tiempo "T" que es una cantidad dimensional resultante de la solucin de la ecuacin diferencial de consolidacin, definida como:

Dnde:T = Factor Tiempo dependiente Uz(%) e = Relacin de Vacos inicial Av = Coeficiente de ComprensibilidadW = Peso Especfico del agua (gr/cm2) t = Tiempo necesario para alcanzar Uz(%) H = Espesor Efectivo, depende de condiciones de drenado.Parmetros de ConsolidacinCoeficiente de Comprensibilidad (Av).Es un ndice que se relaciona con la magnitud de asentamiento total que puede producirse bajo cierto incremento de carga. Matemticamente es la pendiente de la curva de comprensibilidad en el punto de que se trate, es decir expresa la relacin entre la diferencia en proporcin de vacos y la diferencia entre presiones.

Coeficiente de Consolidacin (Cv).Es un ndice que se relaciona con el tiempo necesario para que el suelo alcance una determinada cantidad de consolidacin. Es una relacin terica que expresa en forma simplificada la ecuacin diferencial del proceso de consolidacin, dada por la expresin:Cv = (cm2/min).Dnde: H: Mxima trayectoria de agua (depende de las condiciones de drenado).t50: Tiempo en minutos correspondiente al 50% de consolidacin para el incremento de carga considerado.Coeficiente de Variacin Volumtrica (Mv).Expresa la comprensibilidad del suelo relacionndolo con su volumen inicial.Cv = Dnde: Av: Coeficiente de Comprensibilidad.e: Relacin de Vacos inicial en dicho incremento de carga.Determinacin del Coeficiente de Permeabilidad Mediante la prueba de consolidacin puede obtenerse el coeficiente de permeabilidad de suelos muy finos que resulta difcil y hasta imposible con permemetros corrientes. Por existir una correlacin entre la permeabilidad y el proceso de consolidacin, el coeficiente de permeabilidad se calcula como:

Donde:Av = Coeficiente de Comprensibilidad (cm2/seg) para cierto incremento de carga.H = Mxima trayectoria de agua (cm) teniendo en cuenta las deformaciones anteriores.W = Peso Especfico del agua.em = Relacin de vacos medio para el incremento de carga.t50 = Tiempo del t50 de consolidacin primaria para el incremento de carga.Mdulo de elasticidad.Por medio del proceso de consolidacin tambin puede obtenerse el mdulo de elasticidad de un suelo que es un requisito indispensable para los clculos de asentamiento de estructuras.O sea, la diferencia de presiones (segn incremento de carga) dividida entre las diferencia de las deformaciones unitarias (para el mismo incremento de carga).Asentamiento Total Primario.El asentamiento total primario de suelo en funcin del tiempo, puede calcularse usando los parmetros de consolidacin tal como sigue:

IV. EQUIPO Y MATERIALESMaterial: Muestra inalterada.

Equipo: Anillo De Consolidacin

Piedras porosas.

Cazuela de consolidacin la cual consta de (anillo fijo, anillo flotante).

Extensmetro de caratula.

Marco de aplicacin de carga.

equipo miscelneo. Consta de equipo miscelneo que son las siguientes: horno de secado controlado termosttica mente

un cronometro. Esptula Platos escobilla Balanza con sensibilidad de 0.1 gr.

Balanza hidrosttica.

Dial con sensibilidad de 0.1 mm. Taras.

V. PROCEDIMIENTO

1. Preparacin de la muestra.

se prepara las piedras porosas lavando y escobillando cada una de ellas, para posteriormente saturarlas con agua. Con el anillo metlico previamente pesado y medido el dimetro y su altura, se obtiene una muestra inalterada orientada en la misma direccin y de la profundidad del estrato en estudio.

Determinamos su contenido de humedad inicial: Tomamos una porcin del material a estudiar para el estudio respectivo. Se pesan taras. Colocamos muestra humedad en las taras antes de colocarlo al horno lo pesamos. Luego de estar la muestra en el horno a 110 grado durante 24 horas se extrae para pesar y realizar los clculos respectivos. La densidad natural.

El peso especfico. Con una porcin de muestra seca y con la ayuda de la bomba de vacos se realiza los clculos respectivos de peso especficos.

Colocamos cuidadosamente el anillo con la muestra en el consolidometro que ya est equipado con una piedra porosa.

Colocamos la otra piedra porosa sobre la muestra. Colocamos el anillo atornillador y ajustar colocamos la placa de distribucin de carga sobre la piedra porosa.

2. Compresin de la muestra:

Colocamos el consolido metro en el equipo de consolidacin.

Colocamos en ceros la escala de precisin.

Giramos el tornillo hasta hacer contacto con la placa de distribucin de cargas.

Colocamos el dial en el porta dial y hacemos que tenga un simple contacto con el tornillo de cargas y ajustamos la lectura hasta ceros.

Aplicamos el primer incremento de cargas (0.25kg/cm2)y tomamos las lecturas en el dial en los siguientes tiempos: 0, 15,30, 1, 2, 4, 8, 15, 30, 1hs,2hs, 4hs, 8hs, 24hs. O si en necesario hasta que no exista cambios volumtricos o aproximadamente hasta alcanzar el 90% de consolidacin.

Es recomendable en suelos arcillosos el incremento de cargas cada 24hs, aun cuando a veces las arcillas necesiten bastante tiempo de diferencia para realizar el incremento de cargas.

Cumplido el incremento de cargas se incrementa esta al nuevo valor, luego de tomar las lecturas respectivas del dial en los tiempos ya mencionados.

Tratamos de conocer el hinchamiento mediante la descarga.

Terminado el proceso de descarga se saca la muestra del consolidometro, se seca se pesa y se coloca al horno durante 24 hs y luego determinamos el peso seco de la muestra.

Determinamos la humedad final de la muestra.

Con los datos obtenidos, se deber dibujar las curvas de consolidacin, curva de compresibilidad curva de variacin de cv50.

VI. CALCULOS Y RESULTADOS

Una vez obtenida la muestra, procederemos a calcular sus respectivas propiedades fsicas de dicho suelo.

Muestra De Ensayo (inicio)

DIAM.(mm):50,8

ALT. (mm)25,4

AREA (cm):20,27

Vm (cm):51,4858

Wanillo (gr):68,8

Wa+Mh (gr):145

Wmh (gr):76,2

m (gr/cm):1,48

s (gr/cm):2,69

Contenido De Humedad (inicio)

Tara NA-1A-2A-3

Wtara (gr)27,12739,4

Wt+Mh (gr):87,3100,298,2

Wt+Ms (gr):75,787,188,5

Ww (gr):11,613,19,7

Ws (gr):48,660,149,1

w(%):24%22%20%

w(%) PROMEDIO:22%

Muestra De ensayo (final)

Wa+Mh (gr):

Wa+Ms (gr):

Wmh (gr):

Wms (gr):

w(%):

CARGA DE 1 Kg

Carga (kg):1P (kg/cm)0,49

TIEMPO (S/M/Hs)DIA/HORALECTURA(divis)DEFORM(cm)

0 Seg280,3-

15 Seg2790,0013

30 Seg2780,0023

1 Min277,50,0028

2 Min276,80,0035

4 Min275,20,0051

8 Min2740,0063

15 Min271,70,0086

30 Min268,10,0122

1 Hs265,60,0147

2 Hs264,30,016

4 Hs262,80,0175

8 Hs260,30,02

24 Hs260,30,02

CARGA DE 2 Kg



0 Seg260,30,02

25 Seg258,50,0218

30 Seg257,90,0224

1 Min257,10,0232

2 Min255,50,0248

4 Min2510,0293

8 Min248,80,0315

15 Min246,10,0342

30 Min244,80,0355

1 Hs2430,0373

2 Hs241,80,0385

4 Hs239,30,041

8 Hs237,10,0432

24 Hs236,50,0438

CARGA DE 4 Kg



0 Seg236,50,0438

25 Seg2330,0473

30 Seg2310,0493

1 Min2290,0513

2 Min228,70,0516

4 Min226,80,0535

8 Min225,30,055

15 Min225,20,0551

30 Min224,50,0558

1 Hs223,40,0569

2 Hs2220,0583

4 Hs220,10,0602

8 Hs219,50,0608

24 Hs218,40,0619

CARGA DE 8 Kg



0 Seg218,40,0619

25 Seg216,80,0635

30 Seg213,50,0668

1 Min208,10,0722

2 Min2050,0753

4 Min202,90,0774

8 Min201,20,0791

15 Min2000,0803

30 Min197,20,0831

1 Hs195,10,0852

2 Hs1910,0893

4 Hs1890,0913

8 Hs1890,0913

24 Hs1890,0913

PARA DESCARGA DE 4 KG

Carga (kg):-4P (kg/cm)-1,97


0 Seg1890,0913

15 Seg190,80,0895

30 Seg190,90,0894

1 Min190,90,0894

2 Min191,20,0891

4 Min191,40,0889

8 Min191,80,0885

15 Min191,90,0884

30 Min192,10,0882

1 Hs192,10,0882

2 Hs192,50,0878

4 Hs192,50,0878

8 Hs192,50,0878

24 Hs192,50,0878

COEFICIENTE DE CONSOLIDACION (Cv)

Asentamiento:H = Df100% - D0%

Altura Final:Hf = Ho(cm) - H

Relacin de Vacos:e = Altura Efectiva:

Hef = Coeficiente de Consolidacin: (Cv)

Cv =

CUADRO RESUMENPRESION(kg/cm)DEF (mm)0%DEF (mm)100%ASENTAM(cm)Hf(cm)

Hef.(cm)t50(min)Cv(cm/kg)

0,490,00010,02050,02042,51961,6830,49210,0119

0,990,02050,04370,02322,49641,6590,9913,40,0185

1,970,04370,06170,0182,47841,6391,974,80,0515

3,950,06170,09150,02982,44861,6083,9540,0614

1,970,09150,0878-0,00372,45231,6121,972,70,0911

CURVA DE VARIACION DEL COEFICIENTE DE CONSOLIDACION MEDIA (Cv50)

Aplicamos la siguiente frmula para el clculo:

Cv50 = *

p (Kg/cm2)Hef (cm)t50 (min)

0,490,4921

0,990,9913,4

1,971,974,8

3,953,954

1,971,972,7

Cv501 = Cv502 =

Cv501 =0.164 cm2/min Cv502 = 0.242 cm2/min

Cv503 = Cv504 =

Cv503 =0.156 cm2/min Cv504 = 0.275cm2/min

COEFICIENTE DE COMPRENSIBILIDAD (Av)

Datos de Relacion de Vacos:

Carga (Kg)Relacion de Vacos (e)

10.524

20.520

30.508

40.483

Datos de las respectivas Presiones:

Carga (Kg)Presin (Kg/cm2)

10.32

20.64

31.27

42.54

Frmula a emplear:Av = -

a) Para las cargas de Q1 = 1 Kg y Q2 = 2 kg

Av1 = -

Av1 = 0.0125 cm2/kg

b) Para las cargas de Q2 = 2 Kg y Q3 = 4 kg

Av2 = -

Av2 = 0.0191 cm2/kg

c) Para las cargas de Q3 = 4 Kg y Q4 = 8 kg

Av3 = -

Av3 = 0.01969 cm2/kg

VII. CONCLUCIONES

VIII. RECOMENDACIONESUna forma de obtener ptimos resultados de ste ensayo, sera si los responsables del mismo consideren las siguientes recomendaciones:1. Obtener una muestra bien enrasada, evitar la presencia de vacos y dar una completa rea de contacto entre la muestra de suelo y la placa de aplicacin de carga.2. Colocar la muestra en forma correcta es decir mantener una verticalidad que permita un buen resultado.3. Realizar las medidas lo ms exactamente posible para evitar errores al hacer la grfica TIEMPO - DEFORMACION.4. Conservar la muestra inalterada en un lugar adecuado para que no sufra alteraciones.5. Realizar un buen pesado y medida del anillo.

IX. BIBLIOGRAFIALAMBE, William - WHITMAN, Robert. "MECANICA DE SUELOS". Editorial Limusa, Tercera Reimpresin, Mjico, 1979.

JUAREZ BADILLO, Eulalio - RICO RODRIGUEZ, Alfonso. "MECANICA DE SUELOS". Editorial Limusa, Tercera Edicin, Mjico, 1982.

X. ANEXOS

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