ensayo de consolidacion completo
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ENSAYO CONSOLIDACIÓN DE
SUELOS
Informe de laboratorio
BECERRA GUEVARA YENIFER
CHAMBA DEJO LUIGI
CHILÓN ZÁRATE EDER
CUSMA SAMAMÉ JARICSAMANCHAY LÓPEZ ALEX
MONJA RAMÍREZ YELLY
RONCAL ESPINOZA ALFREDO
TORRES SECLÉN RUBBER
CURSO: Mecánica de suelos II
DOCENTE: Ing. Ángel Alberto Lorren Palomino
CICLO ACÁDEMICO: 2015-II
FECHA: 25/09/2015
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL AMBIENTAL
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I. INTRODUCCIÓN
Al someter una masa de suelo saturado a un incremento de carga, ésta es
soportada inicialmente por el agua contenida en los poros, ya que ella es
incompresible en comparación con la estructura del suelo. La presión que resulta en
el agua a causa del incremento de la carga es llamada exceso de presión hidrostática.
A medida que el agua drena de los poros del suelo, el incremento de carga es
transmitido a la estructura del suelo. La transferencia de carga es acompañada por
un cambio en el volumen del suelo igual al volumen de agua drenada. Este proceso
es conocido como consolidación.
Este es un proceso que tiene un tiempo acotado de ocurrencia, comienza
cuando se aplica el incremento de carga, y finaliza cuando la presión de los poros es
igual a la hidrostática, o lo que es lo mismo, cuando se ha producido la totalidad de
la transferencia de carga del agua a la estructura de suelo. Terminado este proceso
llamado consolidación primaria, el suelo continúa deformándose, aunque en menor
magnitud, debido a un reacomodamiento de los granos. A este último proceso se lo
denomina consolidación secundaria.
El asiento total, suponiendo que el último valor medido coincide con el
momento en que desaparece toda la sobrepresión intersticial creada al aplicar la
carga, es una medida de la deformación del esqueleto del suelo. Si se realizan varios
escalones de carga, se obtendrá una curva de compresibilidad, que relaciona la
presión efectiva (en escala logarítmica) con la deformación del esqueleto mineral,
expresada por el índice de poros o relación de vacíos.
El propósito fundamental del ensayo de consolidación es determinar ciertos
parámetros que se utilizan para predecir la velocidad y la magnitud del
asentamiento de estructuras fundadas sobre arcillas. Además, el ensayo permite
obtener información acerca de la historia de presiones a que ha sido sometido el
suelo.
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II. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
Determinar los parámetros necesarios para calcular los hundimientos por
consolidación y los tiempos en que estos se producen.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar el asentamiento por consolidación.
Determinar las gráficas cambio de altura versus tiempo.
Hallar indirectamente la permeabilidad del suelo.
Determinar el esfuerzo coeficiente de consolidación en la carga realizada.
Determinar el coeficiente de consolidación volumétrica.
III. MARCO TEÓRICO
ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL
En una situación real, donde es preciso resolver un problema de consolidación
suelos, es necesario determinar no solo el tiempo en el cual se produce la
consolidación sino también la magnitud del asentamiento que tendrá lugar debido
a la deformación del suelo. Para esto se realiza la prueba de consolidación, o también
llamada prueba de compresión confinada, la cual consiste en someter a un esfuerzo
de compresión axial a una muestra inalterada del suelo en estudio. La muestra
deberá ser inalterada, porque como ya se mencionó, la consolidación depende de la
estructura del suelo.
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La muestra a utilizar en el ensayo es cilíndrica con una altura pequeña en
comparación al diámetro de la misma. Esta muestra se coloca dentro de un anillo
metálico que impide la deformación transversal de la misma, por lo tanto el cambio
de volumen viene dado únicamente por la disminución de la altra de la muestra.
Dicho anillo, a su vez es colocado entre dos piedras porosas que permiten el drenaje
por ambas caras. El anillo con la muestra y las piedras porosas, es colocado en un
recipiente con agua destilada, para asegurar que la muestra está saturada durante
la totalidad del ensayo. En contacto con el dispositivo descrito, llamado
consolidómetro. El conjunto se ubica en un marco de carga. La aplicación de la carga
se realiza a través de un brazo de palanca. Se somete a la probeta a distintos
escalones de carga, manteniendo cada uno de ellos el tiempo necesario hasta que la
velocidad de deformación se reduzca a un valor despreciable. En este caso se realizó
la toma de datos de consolidación versus tiempo, durante 24 horas de carga y 24
horas de descarga.
Luego con los datos obtenidos se traza la gráfica deformación versus el
logaritmo del tiempo o la gráfica deformación versus la raíz del tiempo; dichas
graficas son conosidas como curvas de consolidación. Con los datos de altura inicial
y final y el peso seco de la muestra puede determinarse el valor de la relación de
vacíos correspondiente al escalón de carga en cuestión. Este proceso se repite para
cada incremento de carga.
Al final del ensayo se tiene para cada uno de ellos, un valor de relación de
vacíos y con estos datos se puede trazar una gráfica en la cual las absisas se colocan
los valores de presiones (carga sobre el área de la muestra) correspondientes a cada
escalón de carga en escala logarítmica, y en las ordenadas las relaciones de vacíos
correspondientes. Esta curva se conoce como curva de compresibilidad. Con las
curvas de consolidación y de compresibilidad se determinan los parámetros
necesarios para realizar los cálculos de tiempos de consolidación y asentamientos.
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NORMATIVIDAD
ASTM D 2435-90
ALCANCE
Este ensayo describe el procedimiento para determinar el grado de asentamiento
que experimenta una muestra de suelo al someterla a una serie de incrementos de
presión o carga.
MUESTRA DE ENSAYO
Para este ensayo generalmente se utilizan muestras inalteradas (ASTM D3550)
obtenidas de bloques inalterados grandes fabricados y sellados con parafina en el
campo. El almacenamiento de muestras: selladas cubierta con parafina. La muestra
deberá ser inalterada tal que no pierdan humedad y que no haya evidencia de
secamiento parcial ni de contracción de los extremos de la muestra. El tiempo de
almacenamiento deberá reducirse al mínimo.
DEFINICIONES
CONSOLIDACIÓN INICIAL
Reducción casi instantánea en el volumen de la masa de un suelo bajo una carga
aplicada, que precede a la consolidación primaria, debida principalmente a la
expulsión y compresión del aire contenido en los vacíos del suelo.
CONSOLIDACIÓN PRIMARIA
Reducción en el volumen de la masa de un suelo originada por la aplicación de unacarga permanente y la expulsión del agua de los vacíos, acompañada por una
transferencia de carga del agua a las partículas sólidas del suelo.
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IV. MATERIALES Y EQUIPOS
TUBO PARAFINA
PAPEL FILTROAGUA DESTILADA
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BALANZA CUCHILLO
HORNO MUESTRA
PIEDRA POROSA CONSOLIDÓMETRO
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CAJA DE CONSOLIDACIÓN ANILLO CORTANTE
DEFORMÍMETRO NIVEL DE MANO
RECIPIENTE CRONÓMETROVIERNIER
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El desarrollo de la excavación se llegó a realizar a las 8.00 a.m. en la ciudad de
Chiclayo. Llegamos a excavar hasta una profundidad de 1.40 m extrayendo a esta
profundidad la muestra inalterada que se utilizó en el ensayo de consolidación.
Los materiales que se usaron en la
excavación fueron:
Tubo.
Bolsas.
Parafina.
Las herramientas que se usaron
fueron:
Pala.
Pico.
Barreta.
1. Con la ayuda de un pico y palana, ejecutamos una calicata hasta un metro de
profundidad. Es en esta altura donde encontramos el nivel freático.
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5.2. PROCEDIMIENTO EN LABORATORIO
1. Extraemos una parte de la muestra inalterada.
2. Pesamos el anillo de consolidación y anotamos dicho peso.
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5. Se procede a pesar el anillo con la muestra.
6. Ahora procedemos a armar la cámara de consolidación.
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7. Llevamos la cámara de consolidación hacia el cabezal de carga.
8. Una vez ubicada la cámara de consolidación procedemos a nivelar el brazo
de palanca. Vertemos agua destilada en la cámara de consolidación.
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9. Ajustamos el micrómetro en cero.
10. Colocamos la carga.
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11. Se van tomando las deformaciones que va sufriendo en suelo en los tiempos
recomendados, estos son: 5 seg, 10 seg, 15 seg, 30 seg, 1 min, 2 min, 4 min,
8 min, 15 min, 30 min. , 60 min., 120 min., 240 min., 480 min., 900 min. y
1440 min.
Estos tiempos son cronometrados al momento de hacer el incremento de
carga y se toman lecturas de deformación hasta que la curva Tiempo-
Deformación entre a su consolidación secundaria (tramo recto de la curva);
entonces se podrá hacer el siguiente incremento de carga.
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5.3. PROCEDIMIENTO EN GABINETE
DIMENSIONES DE LA MUESTRA
INICIAL
Diámetro, D (cm.) 5
Altura, H (cm.) 1.99
W.Anillo (gr.) 69.32
W.Anillo + Muestra (gr.) 192.2
W.Bloqué.+ P.porosa (gr.) 328.13
PESO ESPECIFICO DEL SUELO
Temp. del ensayo (Tx) °C 20
W.Pic.+ agua temp Tx (Wa) gr. 142.21
W.Pic+Muestra+agua (Wb) gr. 168.25
Peso Muestra Seca (Wo) gr. 48.25
Peso específico suelo (Gs) gr/cm3 2.172
HUMEDAD
NATURAL
Recipiente No 1
W.m. Hum + Rec. (gr.) 128.25
W.m Seca + Rec. (gr.) 115.40
W.r (gr.). 25.58
Humedad. (%) 14.31
DESCARGA
16 A 8 4013
8 A 4 3898
4 A 2 3794
2 A 0 3699
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TIEMPO (t) LECTURA DEL DIAL
Minutos Raizde (t) 5 Kg 5 Kg
0.15 0.39 0.6875 0.6700
0.30 0.55 0.7125 0.6625
1.00 1.00 0.7325 0.6575
2.00 1.41 0.7450 0.6525
4.00 2.00 0.7550 0.6475
8.00 2.83 0.7650 0.6425
15.00 3.87 0.7725 0.6375
30.00 5.48 0.7825 0.6350
60.00 7.75 0.7850 0.6250
120.00 10.95 0.7925 0.6225
180.00 13.42 0.7950 0.6175
240.00 15.49 0.8000 0.6150
360.00 18.97 0.8025 0.6125
480.00 21.91 0.8075 0.6125
1440.00 37.95 0.8150 0.6100
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GRAFICA DE LA TOMA DE DATOS DE LA DESCARGA DEL ENSAYO DECONSOLIDACIÓN
960.00
961.00
962.00
963.00
964.00
965.00
966.00
967.00
968.00
0 .
1 0
1 .
0 0
1 0 .
0 0
1 0 0 .
0 0
L E C T U R A
D E L
D I A L
( 0 , 0
0 0 1 i n )
LOGARITMO DEL TIEMPO
LECTURA DEL DIAL 0,0001 vs LOGARITMO DEL TIEMPO(METODO DE CASAGRANDE)
5,00 kg/cm2
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6.2. CURVA DE TAYLOR
GRAFICA DE LA TOMA DE DATOS DE LA CARGA DEL ENSAYO DECONSOLIDACIÓN
967.00
969.00
971.00
973.00
975.00
977.00
979.00
981.00
983.00
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00
L A C T U R A
D E L
D I A L
( 0 , 0
0 0 1 i n )
RAIZ DE (t)
LECTURA DEL DIAL vs RAIZ DEL TIEMPO (METODO DETAYLOR)
5,00kg/cm2
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GRAFICA DE LA TOMA DE DATOS DE LA DESCARGA DEL ENSAYO DECONSOLIDACIÓN
960.00
961.00
962.00
963.00
964.00
965.00
966.00
967.00
968.00
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00
L A C T U R A
D E L
D I A L
( 0 , 0
0 0 1 i n )
RAIZ DE (t)
LECTURA DEL DIAL vs RAIZ DEL TIEMPO (METODO DETAYLOR)
5,00kg/cm2
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6.3. MÉTODO DE TAYLOR
Taylor propuso un método para poder el tiempo de consolidación, para un
porcentaje de consolidación del 90%, a partir de la curva Deformación - √ ,
correspondiente al escalón de carga que presente la situación in situ. Determinado
ese tiempo de consolidación, puede luego estimarse el coeficiente de consolidación,
utilizando la ecuación.
967.00
969.00
971.00
973.00
975.00
977.00
979.00
981.00
983.00
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00
L A C T U R A
D E L
D I A L ( 0
, 0 0 0 1 i n )
RAIZ DE (t)
LECTURA DEL DIAL vs RAIZ DEL TIEMPO (METODO DE TAYLOR)
5,00kg/cm2
x
1.15x
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1. Para obtener se tiene que trazar una línea que una 5 puntos.
2. Luego, se prolonga la línea y la distancia obtenida será multiplicado por 1.15,
con ello se trazara una nueva línea, cuya intersección con la curva será .
= (.) = .
3. Para H:
2 = 20 9.76 = 10.24
= . = .
4. Para = .
5. Luego:
=
=
0.848(0.512)
45.5625 × 60
∴ = . × −/
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VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES7.1. CONCLUSIONES
La compresibilidad de los suelos, tal como se determina en algún ensayo, es
una de las propiedades más útiles que pueden ser obtenidas de los ensayos
de laboratorio.
Cuando un depósito se somete a un incremento de esfuerzos totales, como
resultado de cargas externas aplicadas, se produce un exceso de presión
intersticial. Puesto que el agua no resiste al corte la presión neutra se disipa
mediante un flujo de agua al exterior, cuya velocidad de drenaje depende de
la permeabilidad del suelo.
La práctica de consolidación que se llevó a cabo fue con el propósito de
evaluar la reducción del volumen, en una muestra de suelo extraída a 1.40
metros en la Urb. Ingenieros II, Chiclayo; con ellos pudimos observar cómo
se comporta este tipo de suelo así como sus contenidos de agua antes y
después del proceso.
Los datos del ensayo de consolidación pueden ser utilizados para desarrollar
un estimado de la velocidad y la cantidad de los asentamientos totales y
diferenciales de una estructura o un terraplén. De esta, manera, los valores
calculados son frecuentemente de importancia clave, en primer lugar en la
selección del tipo de cimentación y en segundo lugar en la evaluación de su
competencia.
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7.2. RECOMENDACIONES
El ensayo de laboratorio es unidimensional, pues se hace uso de un anillo
metálico para confinar la muestra, no se permite flujo o movimiento de agua
en un sentido lateral, y todo flujo de agua y el movimiento del suelo suceden
en la dirección vertical. Pero de todas maneras habría que tener en cuenta
este fenómeno para conocer con mayor precisión el posible comportamiento
real del suelo estudiado.
Se deben tener en cuenta las condiciones de saturación de la muestra, ya que
influyen en los resultados y, en el caso que los especímenes de ensayo no se
encuentren totalmente saturados, estos deben ser interpretados con una
teoría diferente a la convencional de la consolidación de Terzagui. Se
recomienda realizar un análisis de relación de fase del material antes de
ejecutar el ensayo de consolidación, con el fin de reportar con mayor
precisión el contenido de humedad de la muestra al inicio del ensayo.
Los resultados obtenidos pueden verse enormemente afectados por la
pérdida de las características originales de la muestra; se recomienda
proceder con extrema cautela en la extracción de la muestra así como su
selección y preparación, para minimizar los daños que se le pueden ocasionar
a esta.
Se recomienda tomar las lecturas de tiempo-asentamiento durante un
mínimo de 24 horas, incluso si se piensa interpretar los resultados del ensayo
mediante la metodología de Taylor, ya que al definir el tiempo teórico de
consolidación t90, en un instante de tiempo cercano al inicio del ensayo bajo
la premisa de que la muestra ya alcanzo el 100% de su consolidación
primaria, se corre el riesgo de sobrestimar Cv.