practicas mecanica de suelos

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

PROGRAMA EDUCATIVO

Ingeniería Civil

EXPERIENCIA EDUCATIVA

Cimentaciones

DOCENTE

Ing.

TRABAJO

Proyecto para edificación de dos niveles

ALUMNOS

3 de Diciembre del año 2014.

Facultad de Ingeniería Civil

Cimentaciones 1 | P á g i n a

1 Generalidades y objetos de estudio

1.1 Introducción

Todos los edificios necesitan de una base en la cual sustentarse para poder subsistir, a las

cargas que actúan sobre él; está base corresponde al terreno existente en donde se situé

nuestro edificio, el cual va a ser el encargado de soportar las cargas que genere la nueva

edificación y para las cuales muchas veces no es apto y se necesitará ejecutar diversos

sistemas de cimentación para podernos asegurar la estabilidad de las construcciones.

Lo ideal, por rápido y económico, sería cimentar sobre roca, pero como la mayoría de las

veces esto no es posible, hay que adaptarse a las circunstancias del terreno, debiendo

analizarse el comportamiento del mismo antes de comenzar una edificación.

El objeto de toda cimentación es transmitir al terreno todas las cargas y sobrecargas

de un edificio. Es cierto que el estudio de la Mecánica del Suelo es de

extraordinaria importancia, pues nos permitirá analizar los fenómenos que ocurren en el

suelo de una forma teórica, para poder emplear estas experiencias en la práctica.

La cimentación es importante porque es el grupo de elementos que soportan a la

superestructura; por lo cual es necesario prestarle especial atención ya que la estabilidad de

la construcción depende en gran medida del tipo de terreno.

1.2 Objetivos:

Mediante varias pruebas de laboratorio realizadas, se quiere determinar si es factible la

construcción de una edificación de dos niveles en la localidad de plan chico, viendo con esto

los riesgos que puedan surgir con el desplante del miembro de cimentación que se proponga.

En base a los resultados, a las distribuciones de esfuerzos a través de la masa de suelo bajo

la aplicación de una sobre carga y a las condiciones sísmicas, se diseñara la cimentación

más adecuada para que la casa habitación sea estable y lo más segura posible.

http://www.elconstructorcivil.com/search/label/CIMINENTOS



No olvidando que se debe cuidar la economía del consumidor, pues si bien se busca que la

construcción sea lo más duradera, también se requiere el mayor ahorro monetario posible.

2 Ubicación y descripción

topográfica del terreno

2.1 Localización:

El terreno de donde se extrajo la muestra se encuentra localizado en Plan chico en el

municipio de Emiliano Zapata, Veracruz. Muy cerca de la localidad El chico.

2.2 Topografía el terreno

La topografía de Plan chico es accidentada: el relieve es irregular, formado por lomeríos,

arroyos y barrancas poco profundas. El sitio del proyecto contiene en su mayoría pendientes

no muy pronunciadas, no se tienen registros de fallas o fracturamientos en la zona ni en el

sitio proyectado.

Su suelo es de tipo luvisol y rendzina, el primero presenta acumulación de arcilla en el

subsuelo y es susceptible a la erosión; el segundo contiene una capa superficial rica en

materia orgánica, es poco profundo y moderadamente susceptible a la erosión. El 75% del

territorio municipal es dedicado a la agricultura, un 20% a viviendas, un 3% al comercio y un

2% es destinado a oficinas y espacios públicos.



3 Trabajo de campo y laboratorio

La finalidad de estas prácticas es establecer las propiedades mecánicas del suelo de una manera confiable y segura, lo cual pone de manifiesto la importancia de la calidad de los trabajos de exploración y muestreo en el campo y de los ensayes de laboratorio. Las prácticas de laboratorio que se realizaron son las siguientes:

1. Granulometría 2. Límites de consistencia 3. Contenido de humedad 4. Triaxial 5. Consolidación 6. Compresión Simple.



PRACTICA # 1

COMPOSICIÓN GRANULOMETRICA.

Objetivo: Separar por tamaños las partículas de suelos gruesos y finos que componen la muestra de suelo en estudio y en función de lo anterior clasificar el suelo de acuerdo a su graduación. Ejemplo: Grava Bien Graduada (GW) Arena Mal Graduada (SP) Definición: Se designa como ensaye granulométrico a la determinación de la distribución de las partículas de un suelo en cuanto a su tamaño. Equipo y material que se utiliza:

Juego de mallas

Cucharon

Balanza

Charolas rectangulares

Espátula y vidrio de reloj

Partidor de muestras

Alambrón de 5 mm de diámetro

Horno o estufa

Charolas de aluminio

Vaso de aluminio

Agua

Suelo en estudio

Procedimiento: Primero se pone a secar la muestra del suelo al sol (preferentemente). Se debe terminar de secar en una charola utilizando un fuego constante para así evitar que el material pierda sus propiedades. Para comprobar que en la muestra ya no existe humedad, se utiliza el vidrio de reloj revisando en él que ya no existe humedad de la misma. Una vez que el suelo estaba seco, tomamos una muestra representativa, la cual, pesó 2645 gr., después, procedimos a pasar esta muestra por las mallas correspondientes. Lo pasamos por las mallas 1”, ¾”, ½”, 3/8”, 10, 20, 40, 60, 100 y 200.

Para el material que paso por la malla 100, se realizó un lavado de suelo, para lo cual, este material se dejó saturando durante 24 horas. Pasado este tiempo, con ayuda de un alambrón con punta redonda, agitamos el material durante algunos segundos; hecho esto vertimos el líquido en la malla 200. Este paso lo



repetimos varias veces hasta que el agua salía limpia, lo cual significaba que los finos ya habían pasado la malla 200 y se encontraban en la charola. Así entonces, este material se puso a secar para después poder pesarlo y así conocer la cantidad de finos que contenía la muestra. Una vez hecho esto, se pesó el contenido retenido en cada malla individualmente y con estos datos comenzamos la elaboración de la tabla (para conocer los porcentajes) y la curva granulométrica (para conocer los coeficientes).



RESULTADOS La tabla de resultados quedo así:

Malla Abertura real

(mm)

Peso retenido

(gr) % retenido % acumulado

% que pasa

1" 25.4 670 24.81 24.81 75.19

3/4" 19.05 335 12.41 37.22 62.78

1/2" 12.7 455 16.85 54.07 45.93

3/8" 9.525 155 5.74 59.81 40.19

No. 4 4.76 380 14.07 73.89 26.11

No. 10 2 280 10.37 84.26 15.74

No. 20 0.84 130 4.81 89.07 10.93

No. 40 0.42 105 3.89 92.96 7.04

No. 60 0.25 60 2.22 95.19 4.81

No. 100 0.15 40 1.48 96.67 3.33

No. 200 0.074 45 1.67 98.33 1.67

Charola 45 1.67 100.00 0.00

Masa Total 2700

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0.010.1110100

Po

rce

nta

je q

ue

pas

a (%

)

Tamaño de particulas (mm)

Curva Granulometrica



Con estos datos realizamos la curva granulométrica, la cual quedo de la siguiente manera:

𝐶𝑐 = (𝐷30)2

(𝐷10)(𝐷60)Una vez obteniendo la curva granulométrica, deducimos los coeficientes de

uniformidad (Cu) y curvatura (Cc) con las siguientes formulas:

𝐶𝑢 = 𝐷60

𝐷10

Para poder determinar si nuestra arena está bien o mal graduada se verifica con las siguientes condiciones:

𝐶𝑢 ≥ 6

1 ≤ 𝐶𝑐 ≤ 3

Haciendo los cálculos, resultó que es una Grava mal graduada (GW).

D10= 0.7 Cc= 2.48

D30= 5.6 Cu= 25.714

D60= 18



PRACTICA # 2

LIMITES DE CONSISTENCIA.

Objetivo: Determinar los límites:

Líquido

Plástico

El límite líquido y el límite plástico se emplean para clasificar un suelo, de acuerdo a su plasticidad. Definiciones: Limite liquido (LL).- Es la frontera comprendida entre los estados semilíquido y plástico, definiéndose como el contenido de humedad que requiere un suelo previamente remodelado, en el que al darle una forma trapecial sus taludes fallen simultáneamente, cerrándose la ranura longitudinal 13mm., sin resbalar sus apoyos, al sufrir el impacto de 25 golpes consecutivos, con una frecuencia de 2 golpes por segundo, en la copa de casa grande, teniendo una altura de caída de 1 cm. El límite líquido, se define también como el contenido de humedad que requiere un suelo para presentar una resistencia al esfuerzo cortante de aprox. 25 gr/cm2, independientemente de su mineralogía. Limite plástico (LP).- Es la frontera comprendida entre el estado plástico y semisólido. Se define como el contenido de humedad que posee un cilindro de material en estudio de 11 cm. de longitud y 3.2 mm. de diámetro (formado al girarlo o rolarlo con la palma de la mano sobre una superficie lisa) al presentar agrietamientos en su estructura. Equipo y material que se utiliza:

Copa de Casagrande

Ranurador laminar o ranurador curvo

Cápsula de porcelana

Espátula

Charolas de aluminio o vidrio de reloj

Malla no.4

Horno con temperatura constante de 105 °C

Balanza con aproximación de 0.01 gr.

Calibrador con vernier

Placa de vidrio

Alambre con un diámetro de 3.2 mm.

Franela

Agua

Papel absorbente



Procedimiento: 1. El suelo debe ser cribado por la malla No. 40, el cual se vacía en una cápsula de

porcelana y debe humedecerse 24 hrs. antes de estas determinaciones. 2. Se pesan las taras de aluminio (4 para LL y 2 para LP)

3. Para el limite líquido, el suelo es mezclado en la cápsula de porcelana, hasta que se vea

una mezcla manejable, se coloca en la copa de Casagrande, distribuyendo el material del centro hacia los extremos, de tal manera que en el centro quede una superficie a nivel.

4. Se hace una ranura en la parte media del suelo, utilizando el ranurador, de tal forma que este vaya perpendicular a la copa de Casagrande.

5.- Se procede a dar los golpes en la copa, con una frecuencia de 2 golpes por segundo, hasta que los taludes del material se unan en una longitud de 13 mm. Los golpes son contados y son registrados en la columna de número de golpes. Una vez entre 30 y 40 golpes, otra entre 20 y 30, otra entre 10 y 20, otra entre 4 y 10. Lo anterior es recomendado con el fin de que los puntos al graficar y el número de golpes contra contenido de agua, queden separados unos de otros y se pueda definir con mayor claridad la Curva de Fluidez. En cada uno de estos ensayes se toman muestras del centro de la copa, las cuales son pesadas y se anotan en el registro como: tara + suelo húmedo. 6.- Estas muestras son introducidas al horno para determinar el contenido de humedad en cada ensaye.



Para la determinación del límite plástico (LP): 1. De la muestra menos húmeda, pero que sea moldeable, se hace primeramente una

esfera de 1.5 cm aproximadamente. 2. Se gira o se roda con la palma de la mano, sobre la placa de vidrio, tratando de hacer un

cilindro alargado y con un diámetro de 3.2 mm. (se utilizará un alambre para comparar). 3. Si este cilindro presenta agrietamientos múltiples, se dice que el suelo presenta el Limite

plástico y se someterán al secado para determinar el contenido de agua, el cual equivale al LP.

4. En caso de no cumplirse la anterior condición, se hará de nuevo una esfera y se repetirá el proceso hasta que se cumpla lo especificado.

Cálculos: Para el limite líquido, las muestras son secadas al horno, se dejan enfriar y se pesan, se registran en la columna de: tara + suelo seco. Con estos datos se obtiene el contenido de agua en los 4 ensayes y se grafica lo siguiente: Número de golpes contra contenido de agua, obteniéndose 4 puntos, por los cuales se traza una línea recta entre los mismos o parte media de ellos, a esta recta se le llama Curva de Fluidez; en 25 golpes, subimos e interceptamos la curva de fluidez y de ahí con la horizontal, leemos ese contenido de humedad, la que corresponde al límite líquido. Para el limite plástico, se procede a obtener el contenido de agua correspondiente, estos 2 contenidos de agua se promediaran siempre y cuando haya una diferencia mayor a 2 puntos porcentuales, en caso contrario se tendrá que repetir esta prueba. El promedio antes descrito, se reportara como el resultado de límite plástico. Para obtener el índice plástico:

(Ip)= LL- LP



RESULTADOS

LIMITE LIQUIDO

PRUEBA N° CAPSULA

N° N° DE

GOLPES

a b c

CONTENIDO DE AGUA (%) PESO

CAPSULA (gr)

PESO CAP +SUELO

HUMEDO

PESO CAP + SUELO SECO

1 1 36 20 28.00 26.3 26.98

2 2 25 22 26.8 24.9 65.52

3 3 18 20 32.2 28.6 41.86

4 4 9 23 36.5 32.4 43.62

LIMITE PLASTICO

5 5 15 17.7 17.5 8.00

6 6 20 21.8 21.4 28.57

OBSERVACIONES: Los resultados que se obtuvieron fueron los siguientes: L.L.= 38 L.P.= 18.285 I.P.= 38 – 18.285 = 19.715

32.00

33.00

34.00

35.00

36.00

37.00

38.00

39.00

40.00

1 10 100

PO

RC

ENTA

JE D

E H

UM

EDA

D

NUMERO DE GOLPES

Limites



PRACTICA # 3

CONTENIDO DE AGUA EN EL SUELO

Objetivo: a).- Determinar la cantidad de agua que posee una muestra de suelo, con respecto al peso seco de la muestra. b).- Determinar este contenido de agua con los dos métodos:

1. Estándar 2. Rápido

Definición:

Contenido de humedad, es la relación del peso del agua entre el peso de los sólidos de un suelo.

Formula:

W = (Ww / Ws) x 100

Equipo y materiales que se utilizan:

Horno eléctrico, que mantengan la temperatura. Constante a 105 grados centígrados.

Balanza con aproximación al 0.1 gr.

Charola y cápsula de aluminio.

Espátula

Cristal de reloj Procedimiento: Método rápido: 1. Se anota el número de la charola y se pesa, anotándola como tara (T). 2. Se vacía suelo húmedo en la charola, se separa y se pesa, anotándola como tara + suelo húmedo (T + Sh). 3. La muestra, se pone a secar en la estufa, moviéndola algunas veces para que sea más rápido el secado. Se coloca encima el vidrio para comprobar que suelo ya no tenga humedad; esto ocurriría cuando ya no empañe el cristal.



4. Posteriormente, se deja enfriar (charola y suelo) 5. Se procede a pesar, lo que sería charola + suelo seco (T + Ss) 6. Se realizan los cálculos para determinar el contenido de agua por método rápido.

W% = Ww / Ws x 100

W% = ((T + Sh) – (T + Ss)/ (T+ Ss) – T) X 100

RESULTADO W%= (1668 – 1515 ) / (1515 – 800) x 100

W%= (153 / 715) x 100

W%= 21.39%



PRACTICA # 4

COMPRESIÓN TRIAXIAL

Objetivo:

Esta prueba tiene como objetivo determinar la resistencia al esfuerzo cortante y la relación

esfuerzo-deformación de una muestra cilíndrica de suelo cohesivo inalterada ó remoldeada.

Introducción:

Este método cubre la determinación de la resistencia a la compresión no-consolidada no-

drenada de especímenes cilíndricos de suelos cohesivos en condiciones inalteradas,

remoldeadas o compactadas, utilizando la aplicación de deformaciones controladas o

esfuerzos controlados de la carga de compresión axial, donde el espécimen está sujeto a la

presión de confinamiento de un fluido en una cámara triaxial. El método proporciona la

medición de esfuerzos totales aplicados al espécimen, es decir, los esfuerzos no son

corregidos por la presión de poros.

El ensayo proporciona datos para la determinación de las propiedades de resistencia y las

relaciones esfuerzo-deformación de los suelos.

Desde que la resistencia al corte de un suelo es determinada en esta prueba en términos del

esfuerzo total, es decir, el esfuerzo efectivo más la presión de poros, la resistencia depende

de la presión desarrollada en el fluido de poros durante la carga. Si se permite que el líquido

fluya desde o dentro de los poros de un espécimen de suelo mientras se aplica la carga, la

presión de poros resultante, y por lo tanto la resistencia, difiere del caso en el que no puede

ocurrir drenaje. En este método no se permite el drenaje a través de las fronteras del

espécimen, en consecuencia, la resistencia medida en términos del esfuerzo total

generalmente no será aplicable a problemas de campo en donde ocurra drenaje. Además,

las resistencias determinadas utilizando ensayo de compresión triaxial no podrían aplicarse a

casos en donde las condiciones de deformación en el campo difieran significativamente de

aquellas en la prueba de compresión triaxial.

Las pruebas triaxiales se clasifican además por su forma de aplicación sobre el espécimen

en tres grupos, que son:



•Prueba lenta; donde el espécimen se le aplica un esfuerzo de compresión en pequeños

incrementos, esperando siempre que en cada incremento el valor de Un=0, es decir que

debemos esperar a que el suelo consolide y que la presión del agua sea cero.

•Prueba Rápida - Consolidada; se le aplica al suelo un esfuerzo en pequeños incrementos y

luego esperamos que Un=0 para después fallar el suelo en forma rápida aplicando el

esfuerzo axial por completo.

•Prueba Rápida; en esta prueba tanto la presión hidrostática como la carga axial son

aplicadas sin permitir consolidación en la muestra. Los esfuerzos efectivos no se conocen

bien, ni tampoco su distribución en ningún momento.

Material y equipo:

Dispositivo para medir la carga axial: Puede ser un anillo de carga o una celda de carga.

Pistón de carga axial: Pistón pasante a través de la parte superior de la cámara

Dispositivo de carga axial: Puede ser un gato de tornillo accionado por un motor eléctrico.

Cámara de compresión triaxial: Consiste de una placa base, superior separadas por un cilindro capaz de resistir la presión aplicada.

Dial de deformación axial: Debe tener una sensibilidad de 0.001pul, y un recorrido mínimo del 20% de la altura de la muestra

Tapa y base de la muestra: Serán usadas para prevenir el drenaje de la muestra, y tendrán el mismo diámetro inicial de la muestra

Dispositivo de control de presión: Será capaz de aplicar la presión a la cámara mediante una válvula conectada en la parte superior de la cámara.

Otros aparatos.-Cuchillo de moldeo, perfilador de muestras, recipientes para determinar el contenido de humedad, anillos de caucho, equipo compactador, piedras porosas y papel filtro.

Membrana de caucho

Calibrador

Balanza

Tamaño del Espécimen.- Los especímenes deberán tener un diámetro mínimo de 1.3 pulg

(33 mm) y la partícula más grande contenida dentro del espécimen de prueba deberá ser



menor que un décimo del diámetro del espécimen. Para especímenes que tienen un

diámetro de 2.8 pulg (71 mm), o más, el tamaño de partícula más grande deberá ser menor

de un sexto del diámetro del espécimen. Si después de terminar un ensayo se encuentra que

partículas de mayor tamaño están presentes, indique esta información en el reporte de datos.

La relación altura-diámetro deberá estar entre 2 y 3. Medir la altura y el diámetro del

espécimen con aproximación a 0.01 pulg (0.3 mm).

Procedimiento:

1) Mezcle el suelo con agua, y déjelo en reposo por lo menos16 horas.

2) Compacte el suelo en al menos 6 capas en un molde hasta la densidad deseada.

3) Escarifique cada capa.

Terminada la compactación determine las dimensiones de la probeta.

1) Pese la masa de la probeta.

2) Determine el contenido de humedad ASTMD2216.

Humedezca las piedras porosas y el papel filtro.

1) Lubrique el interior y exterior de la membrana.

2) Fije la membrana al dilatador de membrana.

3) Coloque sobre la base de la muestra las piedras porosas, el papel filtro, la probeta y la tapa superior.

Extienda la membrana sobre la tapa y base de la muestra y séllela con los anillos de caucho.

1) Aplique un vacio de 5 in Hg hasta que todo el aire sea expulsado.

2) Ensamble la cámara triaxial.

Apague la máquina, suelte la presión del equipo y remueva la muestra.

1) Realice un gráfico o tome una fotografía del tipo de falla.

2) Siga el mismo procedimiento descrito anteriormente para realizar dos ensayos

adicionales con diferente presión de confinamiento 3.



Cálculos:

Calcule la deformación axial, ε, para una carga axial aplicada dada, como sigue: ε = Δ L / Lo Dónde:

Δ L = cambio en la longitud del espécimen como se lee en el indicador de deformación, y

Lo = longitud inicial del espécimen de prueba L cuando el pistón contacta con la tapa del

espécimen.

Calcule el área promedio de la sección transversal, A, para una carga axial aplicada dada como sigue:

A = Ao / ( 1 - ε ) Dónde: Ao = área inicial promedio de la sección transversal del espécimen, y ε = deformación axial para la carga axial dada.

Calcule el esfuerzo desviador (diferencia de esfuerzos principales), σ1-σ3, para una carga

axial aplicada como sigue:

σ1-σ3 = P / A

Dónde:

P = carga axial aplicada dada (corregida por levantamiento y fricción del pistón, si se

requiere), y

A = área de sección transversal promedio correspondiente.

Corrección por Resistencia de la Membrana de Caucho.- La ecuación siguiente puede ser

usada para corregir la resistencia a la compresión por efecto de la membrana de caucho, si

el error en el esfuerzo desviador debido a la resistencia de membrana excede al 5%:



Dónde:

Δ (σ1-σ3) = la corrección a ser substraída de resistencia a la compresión medida.

Do= diámetro inicial del espécimen,

M ε = módulo de compresión de la membrana, y

ε = deformación axial.

Calcule los esfuerzos principales mayor y menor en la falla como sigue:

Esfuerzo principal menor, σ 3 = presión de celda, y

Esfuerzo principal mayor, σ 1 = esfuerzo desviador en la falla más la presión de celda.

Reporte:

El reporte deberá incluir lo siguiente:

Identificación y descripción visual del espécimen, incluyendo nombre del suelo,

símbolo, si el espécimen es inalterado, remoldeado o compactado, etc.

Peso específico inicial seco, contenido de humedad (agua), y grado de saturación (si

está humedecido, anotar el grado de saturación alcanzado).

Altura y diámetro del espécimen.

El valor de la resistencia a la compresión y los valores de los esfuerzos principales

menor y mayor en la falla.

Curva esfuerzo-deformación como se describe en 8.4.

Deformación axial en la falla, %,

Velocidad promedio de deformación axial a la falla, porcentaje por minuto, y si fue

usado un procedimiento de control de deformación o de control de esfuerzo, y

Observaciones; anotar cualquier condición inusual u otra información que sería

necesario considerar para interpretar apropiadamente los resultados obtenidos.



PRACTICA # 5

CONSOLIDACIÓN

Todos los materiales, al ser sujetos 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.

Las características esfuerzo-deformación-tiempo de un suelo dependerán, no solo del tipo de

suelo y su estado de consistencia, sino

también de la forma en que es cargado,

de su ubicación estratigráfica, etc. Es

necesario estudiar estas características

del suelo, debido a que en general

éstos sufren deformaciones superiores

a las de la estructura que le transmite la

carga y no siempre se producen

instantáneamente ante la aplicación

misma de la carga.

Una masa de suelo está compuesta por la fase sólida que forma un esqueleto granular y los

vacíos que la misma encierra, los cuales algunos pueden estar llenos de gas/aire y otros de

líquido/agua. Además se considera que tanto la masa sólida como el agua son

incompresibles.

3.1.1.1 Ensayo de consolidación

En una situación real, donde es preciso resolver un problema de consolidación de 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.

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 (Figura 13) que

impide la deformación transversal de la misma, por lo tanto el cambio de volumen viene dado

únicamente por la disminución de la altura 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, para asegurar que la muestra

esté saturada durante la totalidad del ensayo. En contacto con el dispositivo descripto,

llamado consolidó metro, se coloca un flexímetro o LVDT (Transductor diferencial de

variación lineal) que mide la deformación en sentido vertical. 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.

Para cada escalón de carga, se realizan mediciones de la deformación para diversos

tiempos, y luego se traza con los datos obtenidos la gráfica deformación versus el logaritmo

del tiempo o la gráfica deformación versus raíz del tiempo. Dichas gráficas son las llamadas

curvas de consolidación. Al finalizar el ensayo se tienen tantas curvas de consolidación como

escalones de carga aplicados.

Antes de aplicar un nuevo escalón de carga, se registra el valor final de la deformación. Con

este dato, con la altura inicial, y con 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 en las

abscisas 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 vacío correspondientes. Esta curva es llamada la curva de compresibilidad.



Con las curvas de consolidación y de compresibilidad se determinan los parámetros

necesarios para realizar los cálculos de tiempos de consolidación (Cv) y asentamiento

(Cc;Ct)

Estos cálculos se desarrollarán en los puntos siguientes.



Tiempo de consolidación

Con los datos obtenidos mediante el ensayo de consolidación y en base a la teoría

desarrollada anteriormente, es posible determinar para un estrato de suelo específico el

coeficiente de consolidación:

Siendo

Cv: coeficiente de consolidación.

t ensayo: tiempo para el cual ocurre el porcentaje de consolidación determinado en el

ensayo.

Tv: factor de tiempo para el v% de consolidación obtenido de la curva teórica,

correspondiente a las condiciones de drenaje del problema.

Hlab: máxima distancia que recorre el agua en el ensayo.

A partir de este coeficiente el tiempo necesario para que se complete total o parcialmente el

proceso de consolidación. Existen dos métodos para calcular dicho coeficiente, ambos en

base al análisis de las curvas teóricas de consolidación y de la comparación de esas curvas

con las curvas obtenidas en los ensayos.

· Método de Casagrande

· Método de Taylor

Cálculo de asentamientos

Como ya se ha expuesto el proceso de consolidación se traduce en una disminución de

volumen a medida que se aplica una carga. Teniendo en cuenta las hipótesis realizadas

dicha reducción de volumen es debido a la expulsión del agua que se encuentra en los poros

del suelo y, por lo tanto, en una reducción de altura lo que implica el asentamiento del

estrato. El ensayo de consolidación brinda la información suficiente para poder calcular la

magnitud de dicho asentamiento mediante la curva de compresibilidad que se puede dibujar

mediante diferentes relaciones aunque en general se expresa como relación de vacíos en

escala natural versus carga (presión efectiva) en escala logarítmica.



Si se analiza la curva de compresibilidad

resultante de un ensayo, en ésta pueden

diferenciarse tres partes bien definidas. Un

primer tramo curvo con curvatura creciente,

tramo A, un segundo tramo recto (cuando se

trabaja en un gráfico con escala

semilogarítmica), tramo B y un último tramo en

el cual se disminuye la carga y la muestra

recupera parte de la deformación, tramo

C.

El primer tramo llamado de re compresión, es aquel en el cual las presiones aplicadas al

espécimen son menores o iguales a las presiones a las cuales el suelo en cuestión ya ha

sido sometido en el pasado. En el tramo recto o tramo virgen, el suelo experimenta presiones

a las cuales nunca ha sido sometido y el último tramo es llamado tramo de descarga, donde

se disminuye paulatinamente la carga hasta hacerla nula.

El cálculo del asentamiento varía si la carga de tapada (w<R), carga bajo la cual se

encuentra el suelo previo a la aplicación de la sobrecarga (pw<), es menor o igual a la mayor

presión a la cual ha sido sometido el suelo a lo largo de su historia geológica.

Se hace aquí necesario definir los siguientes conceptos:

o Carga de pre consolidación: máxima carga o presión efectiva a la cual ha sido

sometido un suelo durante su historia geológica.

o Suelo normalmente consolidado: es aquel cuya carga o presión efectiva actual

es igual a la carga de pre consolidación.

o Suelo pre consolidado: es aquel cuya carga o presión efectiva actual es menor

que la carga de pre consolidación.

Para comprender mejor el concepto de carga de pre consolidación, se realiza el siguiente

ensayo. Se somete un espécimen a un ciclo de carga y descarga.

Luego se realiza un nuevo ciclo de carga y descarga pero con presiones mayores que la

máxima alcanzada en el primer ciclo.



Antes de proceder al cálculo, debemos relacionar los resultados del ensayo de laboratorio

con la situación del suelo “in situ”. Para ello recordemos la modelización del suelo, en este

caso compuesto por dos fases y qué sucede cuando se aplica una carga, se disminuye la

altura del mismo porque disminuye la altura de vacíos (y se expulsa agua al exterior) y por lo

tanto se reduce la relación de vacíos “e”.

Entonces, para calcular el asentamiento total de un estrato de suelo normalmente

consolidado, a tiempo infinito S, se determina de la curva de

compresibilidad el valor de Cc como la pendiente de la recta k.

Cabe aclarar que k es recta en escala semilogaritmica por lo tanto

la pendiente debe ser determinada en dicha escala.

el valor de e y llamando al asentamiento Y despejando de la ecuación

Nos queda

Siendo:

S: asentamiento total del estrato a tiempo infinito

H: altura o espesor total del estrato que consolida

eo: relación de vacíos inicial

Cc: índice de compresibilidad

: Presión efectiva de tapada actual (para suelos normalmente consolidado coincide con

la carga de pre consolidación)

: Sobrecarga que ocasiona el proceso de consolidación.



PRACTICA # 6

COMPRESIÓN SIMPLE

Objetivo: Determinar la Cohesión (C) del suelo en estudio, al aplicarle carga axial a una muestra cilíndrica de suelo. Definición: Equipo y materiales que se utilizan: ↔ Prensa con buena aproximación o una prensa triaxial.

↔ Calibrador con vernier.

↔ Balanza con aproximación a 0.1 gr.

↔ Cronómetro.

↔ Molde cilíndrico.

↔ Pisón.

↔ Suelo arcilloso.

Procedimiento:

1. Si se trata de muestra inalterada, se labran los cilindros; también se pueden remoldear

tratando de reproducir el peso volumétrico que se requiera, buscando que el diámetro de

estos, sea de 3.3 cm y la altura sea de 2 a 2.5 veces el diámetro.

2. La muestra es medida y pesada y se anota en el registro correspondiente.

3. Si las muestras son labradas se medirán los diámetros: superior (Ds), central (Dc) e

inferior (Di).

4. De los diámetros anteriores se saca el promedio, el cual es multiplicado por 2.5, esto para

obtener la altura que tendrá el espécimen.

5. Se corta el espécimen a la altura media calculada, después de haberlo cortado, se toma la

altura real del espécimen y es la que se anota como altura media (Hm).

6. Se coloca la muestra en la prensa, se le coloca la placa de aplicación de carga.



7. Se procede a aplicar la carga a la muestra, tomando lecturas de carga y deformación

correspondiente a cada 15 segundos, hasta que el espécimen falle, esto es, que se registren

2 cargas iguales o que de una carga menor que la inmediata anterior.

8. Se realizan los cálculos del registro y se obtiene el valor de la

Cohesión del suelo con la siguiente fórmula:

Donde qu es el esfuerzo máximo (kg/cm2).

Representación gráfica convencional de la

rotura a compresión simple de un suelo.

Cálculos:

Calcule la deformación axial, ε1, hasta el 0.1% más próximo, para cada carga de interés, así:

ε1=ΔL/ Lo

Donde:

ΔL: Cambio de longitud del espécimen como se lee a partir del indicador de deformaciones

(mm).

Lo: Longitud inicial de la muestra para el ensayo (mm).



Calcule el área transversal media, A, para una carga aplicada dada, como sigue:

A = Ao / (1- ε1)

Donde:

Ao: Área transversal media inicial de la muestra (mm2)

ε1: Deformación axial para una carga dada, %.

Calcule el esfuerzo compresivo, σc , con tres cifras significativas o con una precisión de 1

kPa (0.01 kg/cm2), para cada carga de interés así:

σc = P/ A

Donde:

P: Carga aplicada, kPa (kg/cm2).

A: Área transversal media correspondiente (mm2).

Gráfica: Si se desea puede dibujarse un gráfico que muestra la relación entre los esfuerzos

de compresión (en las ordenadas) y la deformación axial (en las abscisas).

Seleccione el valor máximo del esfuerzo de compresión, o el esfuerzo de compresión al 15%

de deformación axial, lo que se alcance primero, y regístrelo como la resistencia a la

compresión inconfinada, qu. Cuando se considere necesario para una adecuada

interpretación, incluya el gráfico de los datos esfuerzo-deformación como una parte de los

datos del informe.

Si se determina la resistencia a la compresión no confinada de materiales inalterados y

materiales remoldeados, la sensibilidad, St, se calcula como sigue:

Informe:

o El informe debe incluir lo siguiente:

o Identificación y descripción visual del espécimen incluyendo la clasificación del suelo,

el símbolo y si el espécimen es inalterado, remoldeado, compactado, etc. También

incluya la información que identifique el espécimen, (proyecto, localización, número de

sondeo, número de la muestra, profundidad, etc.). Las descripciones visuales deben

ser hechas de acuerdo con la norma D2488.

o Densidad seca inicial y contenido de agua (especifique si la muestra para el contenido

de agua fue obtenida antes o después del ensayo y si fue obtenido a partir de cortes o

de la muestra completa).



o Grado de saturación (nota 7), si fue calculado. Nota: Se requiere la gravedad

determinada de acuerdo con la Norma D854 para el calculo del grado de saturación.

o Resistencia a la compresión inconfinada y resistencia al corte, kPa.

o Altura y diámetro promedios de la muestra.

o Relación altura a diámetro.

o Velocidad promedia de deformación en condiciones de falla, %

o Deformación en condiciones de ruptura, %

o Limite líquido, límite plástico, si fueron determinados, de acuerdo con la Norma D4318

o Esquema o fotografía de las condiciones de ruptura.

o Gráfico esfuerzo-deformación, si fue preparado.

o Sensibilidad si fue determinada.

o Análisis granulométrico, si fue ejecutado, de acuerdo con la Norma D422.

o Observaciones: Anote cualquier condición insólita u otros datos que pueden ser

considerados necesarios para interpretar adecuadamente los resultados obtenidos,

por ejemplo, espejos de falla, estratificación, presencia de conchas, guijarros, raíces, o

fragilidad, el tipo de rotura, esto es embombamiento, cizalla diagonal, etc.

o Precisión y sesgo

Precisión: Se están evaluando datos para determinar la precisión de este método.

Adicionalmente, el comité D1805 busca datos pertinentes de los usuarios de este

método de ensayo.

Sesgo: No hay un valor aceptado de referencia para este método, en consecuencia,

no se puede determinar el sesgo.

o Descriptores (Palabras claves): Carga, compresión inconfinada, condiciones de

deformación controlada, relaciones esfuerzo-deformación, resistencia, sensibilidad,

suelo cohesivo.

o Apéndice (Información opcional).

practicas mecanica de suelos

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