1 Informe de Suelos II

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA-FACULTAD DE INGENIERÍA CIVILDepartamento Académico de Mecánica de Suelos

Escalonado Nº 1ENSAYO DE CONSOLIDACION

UNIDIMENSIONAL

INTEGRANTES: NotaInforme

NotaTest

NotaFinal

1. ABANTO ORTIZ Jose

2. COMETIVOS CLAUDIO Wins Mel

3. MENDEZ TORRES Alexis Humberto

4. OBREGON ROMERO Jhpjan Francisco

5. SOPLA GONGORA Rohiser

CURSO : MECÁNICA DE SUELOS II

CÓDIGO Y SECCIÓN : EC 513 - G

DOCENTE DE TEORÍA : ING. CÉSAR ATALA ABAD

DOCENTE DE PRÁCTICA : ING. PABLO PERI DOMÍNGUEZ

DAMS 2013-II

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA-FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DAMS 2013-II

INDICE

1. Introducción

2. Objetivos

3. Fundamento teórico

4. Generalidades

4.1 Descripción del equipo

4.2 Descripción del ensayo

4.3 Procedimiento

4.4 Descripción de la curva de consolidación

5. Cálculos

6. Resultados

7. Graficas

8. Cuestionario

9. Conclusiones

10. Recomendaciones

11. Bibliografía

12. Anexos


1. INTRODUCCION

El ensayo de consolidación, también llamado ensayo de compresión confinada, es de gran importancia, debido a que la consolidación es un problema natural de los suelos finos, como arcillas y limos, y todas las edificaciones fundadas sobre este tipo de suelo enfrentarán este fenómeno. Por lo anterior es de vital importancia conocer la velocidad de asentamiento total y diferencial de la estructura.La consolidación es el proceso de asentamiento de los suelos antes mencionados, cuando están saturados y sujetos a incrementos de carga debido a la disipación de la presión de poros.Todo lo anterior se refleja en los resultados obtenidos a partir del ensayo, el cual entrega la curva de esfuerzo deformación, la presión de pre consolidación y el coeficiente de consolidación.El ensayo de consolidación es un ensayo bastante complicado debido a que tiene un complejo procedimiento, en el cual debemos ver cómo va variando el volumen del suelo al aplicar la carga, con una duración de 2 semanas aproximadamente, aunque en nuestro caso se verá una forma simplificada del ensayo, ya que por motivos de tiempo y espacio en el laboratorio no se podrá hacer completo.Este ensayo esta estandarizado por la norma norteamericana ASTM D-2435.


2. OBJETIVOS

Conocer las características del suelo frente a un asentamiento.

Obtener el tiempo aproximado en que demoraría un suelo saturado en alcanzar

su asentamiento máximo y en que magnitud se deformará el suelo al ser

sometido a determinadas magnitudes de carga.

Calcular los parámetros de compresión, consolidación y expansión.

Establecer los parámetros del suelo para poder determinar la resistencia

portante de éste y así poder desarrollar un análisis y un diseño de nuestras

edificaciones conociendo los riesgos a los que estarán sometidos y poder

controlarlos.

Buen uso de los materiales disponibles en el laboratorio de Mecánica de

Suelos.


3. FUNDAMENTO TEORICO

3.1 FORMULAS A USAR

Se determinará:

El contenido de humedad inicial y final del espécimen

Donde:

M ¿ = masa húmeda antes del ensayo.

M Tf = masa húmeda después del ensayo.

M d = masa seca

Densidad seca γd, volumen de sólidos (Vs), altura de sólidos (Hs)

V = volumen del espécimen (cm3)

G = gravedad específica de sólidos

YW = densidad del agua (g/cm3)

A = área del espécimen (cm2)

Relación de vacíos (e) para cada carga aplicada

Ho= Altura inicial de la muestra (cm)

Hs= Altura de sólidos (cm).


∆Hc= Variación de asentamiento para cada incremento (cm)

Calcular la altura final para cada incremento de carga, mediante la siguiente ecuación:

Donde:

ΔHC−1=Variación del asentamiento para un incremento de carga anterior, cm

ΔHC= Variación de asentamiento para cada incremento (cm)

H fc=Altura final para cada incremento de carga (cm)

Calcular la altura promedio (H) para cada incremento de carga, mediante la

siguiente:

Donde:

HO= Altura inicial de la muestra (cm)

Calcular la longitud promedio de la altura de drenaje (Hm), para cada incremento

de carga:

Donde:

H: Altura promedio (cm)

Cálculo del coeficiente de consolidación (Cv). Para determinar con buena

aproximación la velocidad de asentamiento real o la velocidad de disipación de las

presiones intersticiales se debe determinar el coeficiente de consolidación (Cv)

adecuado.

Se determinará el Cv de cada incremento de carga mediante la siguiente relación:


Donde:

T = factor de tiempo (adimensional)

t = tiempo correspondiente al grado de consolidación.

H = longitud de drenaje.

El tiempo (t) correspondiente al grado de consolidación se determinará por los

siguientes métodos:

3.2 GRAFICAS

Método de la raíz cuadrada.- El tiempo (t) se determinará para un grado de

consolidación de 90%, correspondiéndole el factor tiempo T= 0.848 (Fig. N° 3 ).

Método logarítmico.- El tiempo (t) se determinará para un grado de consolidación de

50%

Correspondiéndole el factor de tiempo T= 0.197. (Fig N° 4 ).


Determinación de la presión de preconsolidación (Pc), índice de compresión (Cc),

índice de recompresión (Cr); estos valores se obtienen de la Fig N° 5.


Log depresión –relación de vacíos.


4. GENERALIDADES

4.1 DESCRIPCION DEL EQUIPO

4.1.1 PÓRTICO DE CARGA

El primer tipo de pórtico de carga con brazo de palanca de gran aceptación,

empleó una plataforma de balanza como se muestra en la Fig. N° 1a. Este

aparato se empleó en MIT en los años 30 por Terzaghi y Casagrande. La celda

de Consolidación se centraba en la plataforma y el peso corredizo se ajustaba

para balancear la viga y compensar el peso de la celda. Un sistema de carga

que pasaba a través de la plataforma sin hacer contacto con esta se centraba

sobre la celda.

Un segundo tipo de pórtico de consolidación mostrado en la Fig. N° 1b, fue

diseñado por Bishop en Londres. La ganancia mecánica es de aproximadamente

10. La celda de consolidación esta colgada de la misma viga en donde se

colocan los pesos, la celda se levanta contra un punto fijo. Este modo de

operación no es conveniente si se emplea un amplio rangode tamaños (pesos)

de celdas de consolidación debido a la necesidad de utilizar diferentes

contrapesos. Este aparato tiene la ventaja de tener un gato montado en el

pórtico fijo de tal modo que la viga puede ser renivelada en cualquier momento

durante la carga.

Un tercer tipo de pórtico de consolidación que ha recibido amplia aceptación es

aquel mostrado en la Fig. N° 1c. Este aparato fue diseñado por Casagrande, la

celda de consolidación descansa en un pórtico que está en un lugar fijo, la

presión de consolidación se aplica a través de un sistema de palanca como se

ilustra. La viga de carga se contrapesa con otra viga o con un peso colgado de

una polea como se muestra. Este aparato tiene una ganancia mecánica de 10 a

12, la desventaja es que no existe una forma conveniente de nivelar la viga

durante el ensayo de consolidación y la carga no es muy sensible a la posición

de la viga y como resultado de la baja ganancia mecánica, la viga no cae mucho

durante el ensayo, se necesitan mayores pesos que en el tipo plataforma de

balanza debido a la menor ganancia mecánica.

Un cuarto tipo de pórtico de consolidación basado en el tercero. Este tipo de

pórtico tiene una ganancia mecánica de 56 veces. Cuenta con el mecanismo


para nivelar la viga durante el ensayo de consolidación pudiendo ensayarse con

cargas muy sensibles.

4.1.2 CONSOLIDOMETRO

Este equipo permite determinar el asentamiento, que puede sufrir un

suelo cuando es sometido a diversas cargas bajo condiciones de

saturación o en estado natural. Esta constituido por una celda de

consolidación, que consta de un anillo en el cual se encuentra confinado

lateralmente un espécimen, de suelo el cual lleva en su parte superior e

inferior una piedra porosa que permite la fluidez del agua que se

encuentra en los poros de la muestra al aplicarle carga. En la parte

superior del anillo se encuentra un vástago de carga en el que se aplican

las presiones de asentamiento a las que se desea someter la muestra.

Las deformaciones que experimenta el espécimen son medidas a través

de un micrómetro de deformación.

Este equipo también es usado para realizar ensayos de colapso de los

suelos y expansión libre o controlada por el método edométrico.


4.2 DESCRIPCION DEL ENSAYO

4.2.1. EXTRACCIÓN DE LA MUESTRA

Se extrae una muestra representativa del suelo Parte de dicha muestra se emplea para colocarse en el molde cilíndrico

para ser ensayada, el sobrante se emplea para calcular los límites de attemberg de dicho suelo.

Imagen N°1. Muestra de suelo y molde en donde sera colocada. Se aprecia que la muestra está previamente tallada o remoldeada.

4.2.2. MONTAJE DE LA MUESTRA Y PREPARACIÓN PARA ENSAYAR

Se coloca papel filtrante y una piedra porosa en la base del molde de consolidación. Para una muestra remoldeada se coloca en capas.

Se utiliza el pisón para lograr la densidad de campo. Este procedimiento se repite hasta llenar la altura del molde.

Se coloca el papel filtrante y la piedra porosa superiores. Luego se coloca el anillo superior.

Imagen N°2. Montaje de la muestra.


Con una pipeta el molde es llenado de agua (saturación de la muestra de suelo).

4.2.3 EVALUACIÓN DE LA MUESTRA

La muestra es llevada a un consolidómetro.

Imagen N°3. Consolidómetro con la muestra ya colocada. Se están colocando cargas en la parte inferior, que serán transmitidas mediante un brazo de palanca.

Las cargas son aplicadas mediante un brazo de palanca. Su factor de corrección es de 10 a 1.

Imagen N°4. Aplicación de las Cargas

Con un cronómetro controlar el tiempo en el asentamiento, tanto para carga como para descarga.

4.3 PROCEDIMIENTO:

1. Se calibran los tres brazos del sistema de forma que se encuentren alineados.2. Se ajusta el contrapeso del sistema de transmisión de cargas de manera que el

brazo del mismo estuviese en equilibrio.3. Se coloca el edómetro debajo del yugo de carga interponiendo entre ambos

una esfera de acero y la zapata de igual superficie que la piedra porosa, para distribuir la carga. El conjunto se centra para que la presión sea axial.

4. Se satura la muestra vertiendo el agua por los conductos y la parte superior, hasta observar que en el segundo conducto sobresalga el agua.


5. Luego de controlada la expansión, se colocan las pesas necesarias para transmitir a la muestra la presión correspondiente al primer escalón de carga programado de 0,25 kg/cm², considerando que cada kilogramo de las pesas trasmite 0,25 kg/cm² a la pastilla. El trabado del brazo impide el impacto de las cargas sobre la muestra.

6. Ubicadas las pesas, se procedió a destrabar el brazo considerando ese momento como el inicio del escalón de carga y a partir del cual se tomaron las lecturas deflexímetro.

7. Las lecturas son tomadas y anotadas en intervalos de tiempo adecuado para luego tomar los datos del tiempo, la masa y la variación de altura.

8. En seguida se toman los datos y se halla la altura de drenaje, los asentamientos, para poder realizar las gráficas. Y datos finales como el contenido de humedad y saturación final.

Nota:

- Dependiendo del tipo de suelo se tendrá que esperar cierto tiempo para que el agua penetre totalmente en la muestra, por precaución se toma a veces como un día. (Saturación continua)

- Se aplicara unas pequeñas cargas a criterio a la muestra para controlar la expansión del mismo a causa de la saturación del suelo. Esta carga habrá que ser sumada a la inicial para obtener el primer valor de carga.

- Debido a las pesas colocadas en el brazo inferior, la barra horizontal del sistema tendera a desnivelarse por tanto, habrá que estar controlando continuamente la nivelación antes de tomar lecturas del dial.


4.4 DESCRIPCION DE LA CURVA DE CONSOLIDACION

MÉTODOS DE DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN, CV:

Para el caso de un estrato de arcilla pre consolidado, existirán dos casos posibles para la obtención de lo que se denominara el coeficiente de consolidación que en ambos casos depende del tiempo y la altura efectiva de drenaje y un parámetro adimensional el cual varía según el grado de consolidación primaria de la muestra a continuación se desarrollara los dos métodos.

SEGÚN MÉTODO DE TAYLOR:

En el gráfico deformación vs raíz cuadrada del tiempo se van a realizar los siguientes pasos para obtener el coeficiente de consolidación:

Trazar la mejor recta que pasa por los primeros puntos del gráfico que coincida con la parte recta de la caída de la curva que no necesariamente va a partir de o ’ ; la lectura final de la carga anterior es la lectura inicial de la carga siguiente.

La intersección entre la recta definida en 1 con el eje de las abscisas, define una distancia “a”, que será una referencia para obtener un parámetro importante en la determinación del coeficiente de consolidación.

Se define en el eje de las abscisas el punto A distanciado del origen en 1.15a.

Se une el punto o’ y A. el cual va intersecar a la curva en algún punto. La intersección de esta recta con la curva define el valor √ t 90 en el eje de las

abscisas. Con este valor √ t 90 calcular el coeficiente de consolidación con la fórmula:

C v=T v(U=90%)H 2

t90Donde:

Tv ( factor tiempo ) para (U=90% );Tv=0.848

H es ½ de la altura inicial de la muestra (ya que existe doble drenaje)

C v Se calcula para todos los incrementos de carga del ensayo, lo cual permite graficar Cv en función de σv ’ . El valor de C v a utilizar será aquel correspondiente al incremento de carga

que se tendrá en terreno, es decir, desde σvo ’ a la tensión vertical efectiva final.


Curva deformación versus raíz de tiempo determinación gráfica según Taylor de t 90

SEGÚN MÉTODO DE CASAGRANDE:

En el gráfico deformación vs log (t); en el cual se van a realizar los siguientes pasos y se obtendrá el coeficiente de consolidación que es nuestro dato incognito:

En la parte inicial parabólica de la curva marcar t 1 (si la parte inicial no es parabólica, utilizar D0 asociado a t = 0 que también puede ser el punto de inflexión de la grafica o punto máximo.

Marcar t 2=4 t 1 Definidos t 1 y t 2, ellos determinan sobre la curva la distancia vertical Δ la cual va ser duplicado como se ve en la gráfica y se obtendrá lo que se denomina el inicio de la deformación D0.

Dibujar la distancia 2 Δ, y encontrar D0 en el eje de las ordenadas. Dibujar la tangente a la segmento donde la curva tiene caída constante y la

tangente al punto de inflexión más bajo de la curva e intersecarlas la cuales nos darán un punto con el cual se obtendrá el D100.

Encontrar D50, como la distancia promedio entre D0 y D100 en el eje de las ordenadas.la cual nos dará el tiempo que se ha utilizado para hacer esa deformación, lo que también significa el tiempo para el 50% de consolidación.

Proyectar D50 en la curva de deformación y encontrar t 50 en el eje de las abscisas.

Calcular Cv como:

C v=T v (U=50%)H 2

t 50Donde:

Tv es el factor tiempo para U = 50% y tiene el valor de 0.197


H es ½ de la altura inicial de la muestra (doblemente drenada)

Curva deformación versus logaritmo tiempo determinación gráfica según Casagrande

de t 50

4.4 DESCRIPCIONM DE LA CURVA DE COMPRESIBILIDAD

MÉTODO DE CASAGRANDE:

En el gráfico e – log(σv ’ ) se van a realizar los siguientes pasos para obtener:

Ubicar punto 1, punto de máxima curvatura; es decir el punto donde se da la caída brusca de la relación de vacios de la muestra sometida a una respectiva capacidad de esfuerzos.

Trazar la recta 2, tangente por el punto 1 que nos ayudara a obtener la bisectriz en la cual se va a encontrar el valor de σ (pc )’

Trazar la recta 3, horizontal por el punto 1 que junto a la recta 2 nos van ayudar a obtener el valor de σ (pc )’

Trazar la bisectriz de la recta tangente 2 y la horizontal 3 es decir lo que significara la recta 4; que nos servirá para luego obtener el parámetro de carga máxima soportado por la muestra en su historia.

Prolongar recta de la curva virgen o curva normalmente consolidada es decir la recta 5 en el grafico; que significa la recta por la parte donde la curva tiene casi pendiente constante que es notaria el tramo de caída de relación de vacios. La intersección de las rectas 4 y 5 determina en abscisas el valor de σ (pc )’

que significa la máxima carga a la que ha sido sometido el estrato en su historia.

Cc = índice de comprensibilidad; pendiente de la recta 5.


Cs = índice de la expansión; pendiente del tramo de expansión (tramo lineal).

Cr = índice de re compresión.

C s=C r

Donde:

C r=(10%−20%)C c

Pc : Es el punto que significa la máxima presión a la que ha sido sometido el estrato

de suelo y esto se demuestra haciendo un grafica para la presión máxima mayor que la utilizada en este grafico.

Curva de comprensibilidad; Determinación Gráfica de la Presión de Pre consolidación, σ (pc ’)

5. CALCULOS (ver anexos)

6. RESULTADOS (ver anexos)

7. GRAFICAS (ver anexos)


8. CUESTIONARIO

8.1 Qué es la consolidación secundaria y por qué se produce

Asentamiento por consolidación secundaria

Durante la consolidación primaria, suponemos que el exceso de presión

intersticial o neutra generada por la carga aplicada, se disipa totalmente al

alcanzar el 100 % de la consolidación.

Sin embargo en ciertos suelos, los asentamientos continúan luego de la

consolidación primaria. A esta etapa de la generación de asentamientos se la

llama Consolidación Secundaria y se cree que los mismos se generan por un

fenómeno de creep en los suelos.

8.2 Qué significa el esfuerzo de pre consolidación

Vemos en ésta curva dos partes netamente distintas, la primera tiene una

pendiente menor y corresponde a la curva de recompresión mientras que la

segunda tiene una pendiente netamente mayor y corresponde a la curva virgen.

La división entre ambas partes corresponde a la carga de preconsolidación, es

decir a la máxima tensión efectiva que la muestra estuvo sometida a lo largo de

su vida geológica.


Durante las distintas etapas de su vida geológica, la muestra pudo haber

soportado sedimentos sobre ella que le transmitieron tensiones de compresión y

que la consolidaron bajo esta tensión (g’x z2) (1) y (2). Posteriormente por

distintas causas este sedimento pudo haberse erosionado (3) y llegado hasta el

estado actuál (g’x z3). Si ensayamos ésta muestra, la misma recordará la

máxima tensión a la que estuvo sometida y la carga de preconsolidación

coincidirá con (g’x z2).

Para determinar la carga de Preconsolidación, utilizamos un método gráfico

propuesto por el Prof. Casagrande que consiste en trazar una tangente a la

curva en el punto de máxima curvatura, luego y por el mismo punto trazar la

horizontal, posteriormente continuar hacia arriba la recta de la parte virgen y

finalmente trazar la bisectriz del ángulo formado por la tangente y la horizontal.

El punto de unión entre la recta virgen y la bisectriz determina la vertical por

donde pasa la tensión de preconsolidación.


8.3 Qué significa OCR

RAZÓN DE SOBRECONSOLIDACIÓN (OCR)

OCR > 1, el suelo es Sobre consolidado, SC.


OCR < 1, casos especiales, depósitos recientes en los cuales el suelo no ha

llegado a un equilibrio, el suelo está en proceso de sobre consolidación.

9. CONCLUSIONES

La muestra de suelo se satura de agua antes del ensayo debido a que si estuviera seca el asentamiento sería inmediato, no permitiendo observar el comportamiento de dicha muestra.

Con la escala logarítmica se visualiza mejor el comportamiento tanto en la curva de consolidación y compresibilidad.

El fenómeno de consolidación causa un mejoramiento del terreno debido a que disminuye el volumen de vacíos y aumenta el esfuerzo efectivo.

En suelos más permeables como la arena la consolidación ocurre más rápido ya que el flujo del agua es más veloz debido a la alta permeabilidad de la arena.

En suelos con comportamiento de una consolidación instantánea se visualiza mejor el comportamiento de la curva de asentamiento donde se grafica deformación vs. Log (t).

Al realizar la descarga en un suelo cualquier tipo que sea no recuperara su longitud inicial por completo. Por lo general este comportamiento tiende a ser lineal.

En suelos secos el asentamiento es instantáneo debido a que el aire en los poros tiene muy poca viscosidad y es fácilmente comprimido.

La consolidación o asentamiento se da debido a reducir la relación de vacíos y el exceso de presión de poros.

El asentamiento también depende de la longitud que recorre el agua en el escurrimiento.

En este ensayo se desprecia la carga de velocidad de v2/2g debido a lo pequeño de su valor.

No se consideran los efectos de la consolidación secundaria lo cual puede generar errores más allá del 60% de consolidación primaria.


Se suponen que las índices de consolidación observadas en la prueba de laboratorio son las mismas que rigen el proceso real que ocurre en el campo de forma lenta.

10. RECOMENDACIONES

El ensayo de consolidación se recomienda usar arcilla sin grava, suelos arcillosos, en el caso de contener grava se recomienda hacer un remolde.

La muestra debe ser inalterada al menos lo más posible para no producir resultados erróneos.

El volumen de la muestra debe ser exactamente el mismo del anillo para eso hacer un buen cortado y encaje de la muestra sino no existirá confinamiento lateral completo.

La muestra debe ser preparada en un lugar húmedo evitando la evaporación de H20 de la misma.

Debemos evitar todo tipo de excentricidad de cargas actuantes sobre la muestra.

Debemos obtener todos estos cuidados a fin de poder predecir el tiempo y el tamaño del asentamiento final de una estructura de manera estadística y tomar las medidas del caso.

Se puede trabajar paralelamente los ensayos de contenido de humedad, peso específico relativo de los sólidos, a la vez del ensayo de consolidación teniendo un estricto control del tiempo y nivelado del equipo.

11. BIBLIOGRAFÍA

Fundamentos en la ingeniería Geotecnia Braja M das. Mecánica de Suelos Lambe, T Williams. Norma ASTM - D2435-03 Mecánica de Suelos - Juarez Badillo Manual de Laboratorio de Mecánica de Suelos – Bowles Mecánica de Suelos - Peter L. Berry http://www.etcg.upc.es/asg/labms/Ensayosdeconsolidacion(2).pdf.

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