Laboratorio Mec. Suelos II-Consolidacion

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA

LABORATORIO N ° 1

CONSOLIDACIÓN DE SUELOS

DOCENTE: AGUILAR BARDALES, ZENON

JEFE DE PRÁCTICA: BASURTO RAVICHAGUA, DANIEL

CURSO: MECÁNICA DE SUELOS II SECCIÓN: EC513-I Nº GRUPO: 5ALUMNOS: NUÑEZ VEGA, JONATHAN MABRIEL (20132502H)

PERCCA PAITAN, ERIK JHONATAN (20132005D)

PINTADO CHUMPITAZ, JOSE ANTONIO (20130028G) POLANCO VELA, RODRIGO ALONSO (20130068I)ROMERO VALERIANO, JESUS JAIME (20124520K)

LIMA, PERÚ

2015

Universidad Nacional de Ingeniería – Facultad de Ingeniería Civil 2015

1. INTRODUCCIÓN

Al someter una masa de suelo saturado a un incremento de carga, esta 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.

Su importancia radica en conocer los asentamientos del suelo a través del tiempo y la velocidad de asentamiento, para poder diseñar conociendo estos datos importantísimos y un buen diseño estructural viene acompañado de un buen estudio de suelos, sino las consecuencias pueden ser nefastas.

2. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL Este método provee los procedimientos para determinar la magnitud y la velocidad

de consolidación de un suelo confinado lateralmente y con drenaje axial, cuando está sujeto a cargas aplicadas incrementalmente bajo esfuerzo controlado. Los resultados de este ensayo son usados para estimar la magnitud y velocidad de los asentamientos totales y diferenciales de una estructura o terraplén, información que es de suma importancia en el diseño de estructuras.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS Consolidar nuestro conocimiento en el manejo de los equipos del Laboratorio Aprender los procedimientos según la norma para desarrollar los ensayos y obtener

resultados acorde a la realidad.

Mec. Suelos II – Laboratorio N°1 2


3. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO CONSOLIDÓMETRO

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. Está 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.

DESCRIPCION DE LAS PARTES DEL CONSOLIDÓMETRO



BALANZA La balanza es un instrumento que sirve para medir la masa de los objetos.

BERNIER Es un instrumento de medición parecido, en la forma, a una llave stillson, sirve para medir con mediana precisión hasta 128 de pulgada y hasta diezmilésimas de metro



4. DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO Como primer paso, se instala el equipo necesario para colocar la muestra del ensayo.

Luego, se procede a tallar la muestra con un molde pequeño, propio del equipo, debiendo estar dicha muestra de preferencia inalterada para realizar un mejor ensayo.



Como siguiente paso se instala el equipo en la máquina de consolidación.

Es importante asegurarse de que la muestra esté siempre saturada, para ello se agrega agua constantemente.



Después se coloca el peso para la primera parte del ensayo, debiendo estar esta correctamente nivelada.

Se procede a realizar la observación del asentamiento con respecto a un determinado tiempo en intervalos de 8seg, 15seg,30seg,1min,2min,4min, etc.


ASENTAMIENTO

TIEMPO


Por último se cambia el peso aplicado para la medición del asentamiento, generalmente después de un día, y se toman datos de igual manera que los anteriores.

Se lleva a una tabla los resultados para luego procesarlos y obtener las gráficas y valores requeridos.


AGREGAR EL PESO, DUPLICANDO EL ANTEROR


5. DESCRIPCIÓN DE LA CURVA DE CONSOLIDACIÓN. PARÁMETROS QUE SE OBTIENEN.

La curva de consolidación de un suelo nos permite hallar el coeficiente de consolidación vertical indica el grado de asentamiento del suelo bajo un cierto incremento de carga y vinculado a la velocidad del mismo, para poder hallar dicho parámetro podemos regirnos a dos métodos presentados a continuación: Método de Casagrande y al Método de Taylor.

Método de Taylor

En el gráfico deformación v/s raíz cuadrada del tiempo:



Procedimiento para hallar el Cv:

1. Trazar la mejor recta que pasa por los primeros puntos del gráfico.2. La intersección entre la recta definida en 1 con el eje de las abscisas, define una

distancia “a”. 3. Se define en el eje de las abscisas el punto A distanciado del origen en 1.15A 4. Se une el punto 0’ y A. 5. La intersección de esta recta con la curva define el valor t90 en el eje de las abscisas.

6. Con este valor de t90 , se calcula el coeficiente de consolidación con la fórmula:

CV=

TV (U=90 %)⋅H 2

t90

Donde:

Tv es el factor tiempo para cuando U = 90%, en dicho momento el valor que asume es 0.848.

H es la mitad de la altura inicial de la muestra , esto debido a la presencia de doble drenaje.

Cv se calcula para todos los incrementos de carga del ensayo, lo cual permite graficar Cv en función de σv’. El valor de Cv a utilizar será aquel correspondiente al incremento de carga que se tendrá en terreno, es decir, desde σvo’ a la tensión vertical efectiva final.



Método de Casagrande

En el gráfico deformación vs Log(t) :

Procedimiento para hallar el Cv:

1. En la parte inicial parabólica de la curva marcar t1 (si la parte inicial no es parabólica, utilizar D0 asociado a t = 0 y seguir en el paso 4)

2. Marcar t2 = 4 t1. Definidos t1 y t2, ellos determinan sobre la curva la distancia vertical Δ 3. Dibujar la distancia 2Δ , y encontrar D0 en el eje de las ordenadas. 4. Dibujar la proyección horizontal del final de la curva de deformación e intersectarla con el eje

de las ordenadas, punto que define D100. 5. Encontrar D50, como la distancia promedio entre D0 y D100 en el eje de las ordenadas. 6. Proyectar D50 en la curva de deformación y encontrar t50 en el eje de las abscisas. 7. Calcular Cv como:

CV=TV (U=50 %)⋅H2

t50 Donde:

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



H es la mitad de la altura inicial de la muestra, debido a la presencia de doble drenaje.

6. DESCRIPCIÓN DE LA CURVA DE COMPRESIBILIDAD. PARÁMETROS QUE SE OBTIENEN.

ÍNDICE DE COMPRESIBILIDAD (Cc)

En la curva de compresibilidad, se distinguen tres tramos bien diferenciados: la rama de recomprensión, la rama virgen y la rama de descarga.

En el tramo recto o virgen, la variación del índice de vacíos es lineal con el logaritmo de las tensiones aplicadas, es por ello que se puede determinar la pendiente de esta recta, denominada índice de compresión (Cc), utilizando la siguiente expresión:

Donde:ei = relación de vacíos para un estado. Pi = presión transmitida al suelo para un estado.

De igual modo, en la rama de descarga se puede obtener el ÍNDICE DE EXPANSIÓN (Cs) como:

Es de resaltar que la inclinación de la curva de compresibilidad, es una medida de la compresibilidad de la arcilla. La pendiente del tramo de curva que se encuentra por debajo de la carga de preconsolidación, es menor que la pendiente del tramo virgen.

CARGA DE PRECONSOLIDACIÓN (Pc)

De la curva de compresibilidad, se puede observar que cuando se realiza la recarga por encima de las presiones alcanzadas durante la carga inicial, la línea recta de recompresión es paralela a la rama de carga. Si se compara la curva de recarga con la curva de carga de una muestra inalterada de una arcilla depositada naturalmente, se nota la gran similitud existente.Casagrande propuso un método empírico para la determinación gráfica de la carga de preconsolidación, denominándose así a la mayor presión posible bajo la cual se consolidó la muestra durante su pasado geológico. El método consiste en:

Método de Casagrande

En el gráfico e – Log σv’:



Procedemos de la siguiente manera:

1. Ubicar punto 1, punto de máxima curvatura 2. Trazar la recta 2, tangente por el punto 1 3. Trazar la recta 3, horizontal por el punto 1 4. Trazar la bisectriz de la recta tangente 2 y la horizontal 3 5. Prolongar recta de la curva virgen o curva normalmente consolidada 6. La intersección de las rectas 4 y 5 determina en abscisas el valor de σ pc’

Esto valores hallados también nos permite ver si la arcilla es NC o PC

Debemos comparar la tensión vertical efectiva de terreno, σ vo’ con la tensión de preconsolidación, σpc’, para saber si la arcilla está normalmente consolidado (NC) o preconsolidada (PC):

Si σ vo’ ~ σ pc’ se trata de una arcilla NC

Si σ vo’ < σ pc’ se trata de una arcilla PC, siempre que estas diferencias sean significativas

También en la curva de consolidación:



1. Ubicar σpc’. 2. Ubicar el punto (σvo’, eo), tensión vertical efectiva de terreno e índice de vacíos en

terreno.

3. Ubicar el punto 0.4 eo en la prolongación de la recta de carga normalmente consolidado, también denominada curva virgen.

4. Unir con una recta los puntos 2 y 3. El valor absoluto de la pendiente de esta curva es el Índice de Compresibilidad, Cc.

7. DIBUJAR LA CURVA DE CONSOLIDACIÓN PARA P = 3.20 KG/CM2. OBTENGA LOS PARÁMETROS CORRESPONDIENTES.

La información de las curvas se adjuntara en la sección:



ANEXOS

8. DIBUJAR LA CURVA DE COMPRESIBILIDAD. OBTENGA LOS PARÁMETROS CORRESPONDIENTES.

La información de las curvas se adjuntara en la sección:

ANEXOS

9. CONCLUSIONES Y/O RECOMENDACIONES

El proceso de controlar la expansión de la muestra con la carga aplicada disminuye el tiempo del ensayo.

La consolidación de un suelo es un proceso lento, puede durar meses y hasta años. es un proceso asintótico, es decir, que al comienzo es más veloz, y se va haciendo cada vez más lento, hasta que el suelo llega a una nueva situación de equilibro en la que ya no se mueve.



El valor de la relación de vacíos antes y después del ensayo de consolidación es diferente, esto debido a la compresión del suelo.

El no tomar en cuenta este posible movimiento del suelo al proyectar una estructura sobre él puede llevar a consecuencias catastróficas tales como la inclinación, fisuración e incluso el colapso de la misma. en muchos casos es necesario pre-consolidar el suelo antes de proceder a la construcción de una obra importante, como puede ser, por ejemplo, un edificio o una carretera. la pre consolidación se hace el terreno con un peso semejante o mayor que el que deberá soportar una vez construida la obra.

Se recomienda verificar la horizontalidad de la barra agregada para tener una correcta distribución de la carga.

Se recomienda comenzar la toma de datos un día elegido y temprano, de tal manera que se pueda realizar satisfactoriamente el ensayo, sin ningún inconveniente provocado por el tiempo, los horarios del laboratorio o los fines de semana.

El tipo de ensayo realizado es unidimensional ya que la muestra de suelo fue aislada con un anillo metálico, esto ocasiona que no exista flujo lateral del agua causando así distorsiones lo cual hace que no se conozca de manera real el comportamiento del suelos ensayado, pero nos da valores de los parámetros altamente aproximados.

La compresibilidad de los SUELOS, tal como se determina en este ensayo, es una de las propiedades más importantes o útiles que se pueden obtener del ensayo de laboratorio.

10. REFERENCIAS

Diapositivas ensayo de consolidación, Ing. Daniel Basurto Ravichahua, CISMID. Apuntes de Clase, Dr. Zenón Aguilar Bardales, UNI-FIC Braja m. Das - Fundamentos de Ingeniería Geotécnica Trabajo practico de laboratorio n°6, ing.arturo bortiz, geotecnia, facultad de

ingeniería, UNNE, 2008.



ANEXOSGRÁFICAS DE CONSOLIDACIÓN POR ALUMNO

GRÁFICAS DE COMPRESIBILIDAD POR ALUMNO


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