“UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA” Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil
Infr!e N" #$ ENSA% ENSA %O DE CONSOLIDACI&N DE SUELOS Curso:
Mecánica de Suelos II
Docente: Guerra
Ing.. MCs Ing MCs.. Raúl Vale alera ra
Alumnos:
Ciclo:
-
De la Cruz Julca, Benito
- Llanos Garca, Cristian - Vás!uez C"á#ez, Victor $ugo - Vás!uez Vás!uez, %eison "arl&n - Regalado C"á#ez, %ansi - Ruit'n (astor, Dennis - Sánc"ez Mu)oz, Dora VI
ENSAYO DE CONSOLIDACION DE
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
SUELOS
CAJAMARCA
*+
Año:
PRIMERA PRACTICA DE LABORATORIO
ENSA%O DE CONSOLIDACION DE SUELOS I'
RESUMEN
En la actualidad, uno de los ensayos requeridos por todo EMS para una muestra muestra es el de Consol Consolida idació ción n nia! nia!ial ial para para lo cual cual el presen presente te inform informe e nos muestra los detalles requeridos para su reali"ación#
Ca$e resaltar que al aplicar una serie de cargas al suelo, éste sufre una deformación, deformación, la cual no es notoria inmediatamen inmediatamente te ya que e!iste e!iste un factor tiempo tiempo que interviene directamente so$re el efecto de deformación, de$ido a que las partículas del suelo tienden a ser alteradas muy lentamente, dependiendo de la intensidad de las cargas y del tipo de las mismas#
El prof profes esio iona nall resp respon onsa sa$l $le e del del EMS, EMS, adem adem%s %s del del dise dise&a &ado dorr de la cimentación del proyecto de$er% tomar todas las precauciones del caso para su dise& dise&o, o, para para lo cual cual consid considera erar% r% el tipo tipo de suelo, suelo, donde donde se alo'ar alo'ar% % la futura estructura#
Profesionales anteriores a nosotros, $asados en el método e!perimental (an creado métodos que nos permitan calcular la magnitud y distri$ución de los asenta asentamie miento ntos s de modo modo que si se consid considera eran n e!cesi e!cesivas vas se puede puede modifi modificar car el proyecto de la cimentación#
2
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II'
IN(RODUCCION
Como sa$emos la carrera de Ingeniería Civil englo$a un campo demasiado amplio de conocimientos es por ello que e!isten diversas disciplinas contenidas, siendo una de las m%s importantes la mec%nica de suelos ya que ésta se dedica a darnos una descripción y una idea de cómo es el comportamiento del suelo dentro de las construcciones#
)a mec%nica de suelos viene a ser una disciplina la cual nos $rinda información de cómo act*a el suelo en las construcciones, por ello es indispensa$le tener el conocimiento so$re el suelo ya que este generalmente es la $ase de toda construcción#
+entro de la mec%nica de suelos tenemos diversos temas, siendo uno de ellos la consolidación de suelos# Se denomina consolidación de un suelo a un proceso de reducción de volumen de los suelos finos co(esivos arcillas y limos pl%sticos-, provocado por la actuación de solicitaciones cargas- so$re su masa y que ocurre en el transcurso de un tiempo generalmente largo, lo cual provoca asentamientos en las construcciones#
El presente informe corresponde al ensayo de consolidación de suelos, el cual (emos reali"ado en el la$oratorio para tener una idea de cómo se daría el proceso de consolidación en la realidad y de esta manera prevenir ciertos pro$lemas que se pueden dar en la realidad#
Se reali"a so$re muestras inalteradas y para efecto de éste ensayo se utili"ó una muestra e!traída de la cercanía del campus universitario#
+e los resultados o$tenidos se reali"a la gr%fica de .iempo vs +eformación, aquí se o$serva la variación de deformación conforme los esfuer"os aplicados al suelo se incrementanEsta es una forma de que el estudiante y futuro profesional se familiarice con los ensayos requeridos para todo EMS#
III'
O)JE(IVOS
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O)JE(IVOS *ENERALES /# +eterminar el asentamiento que se o$tiene por cada carga usada en el ensayo de consolidación de suelos y di$u'ar la curva de compresi$ilidad de la muestra en estudio# 0# Comprender el tema de consolidación de suelos y comparar el ensayo (ec(o en la$oratorio con lo que se puede dar en la realidad, específicamente dentro de una construcción# 1# +eterminar ciertas propiedades físicas del suelo como2 densidad, peso específico, contenido de (umedad, relación de vacíos# )as cuales nos ayudaran en el desarrollo del ensayo reali"ado#
O)JE(IVOS ES+ECIFICOS /# 3$tener el diagrama de esfuer"o deformación de suelos co(esivos#
0# 4amiliari"arse con el método para o$tener su deformación unitaria, esfuer"o a!ial, el módulo de elasticidad y el resultado o$tener el valor para suelos co(esivos#
1# +e la gr%fica de .iempo 5 deformaciones unitarias se o$tiene el t67, t/77 y t7, apro!imadamente#
IV'
E,UI+O % MA(ERIALES
5 Anillo met%lico# 5 M%quina de compresión inconfinada# 5 Muestra inalterada#
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5 Cuc(illo# 5 Sierra 5 8alan"a de tres escalas con sensi$ilidad 7#/7 gr# 5 Cronómetro# 59ernier#
V'
*ENERALIDADES
Para comen"ar nuestra pr%ctica de$emos tener una peque&a noción del tema del cual vamos a reali"ar nuestra respectiva pr%ctica o ensayo# )a resistencia de suelos arcillosos no alterados por agentes atmosféricos pude ser determinada mediante este ensayo, que no es m%s que un su$stituto de otros m%s incómodos, que se reali"an en el campo# +e$ería usarse la misma muestra en este ensayo y en los de la clasificación#
El ensayo de consolidación unidimensional de un suelo, es unia!ial y la pro$eta se mantiene sin ning*n respaldo lateral mientras soporta la compresión vertical# Este ensayo es muy parecido al tradicional de un cilindro de (ormigón, salvo que las pro$etas son muc(as m%s peque&as así como las cargas necesarias para romperlas# Se reali"a corrientemente so$re una muestra inalterada de suelo con el contenido natural de (umedad# Este ensayo se limita a suelos co(esivos, ya que los que no tiene co(esión tal como la arena secano pueden permanecer sin algo que lo sostenga#
Este aparto es ligero y f%cilmente transporta$le, pudiéndose usar con la misma facilidad tanto en el la$oratorio como en el campo# )a carga se aplica por medio de una manivela de mano y una ca'a de engrana'e de precisión# )a velocidad de deformación se puede regular girando la manivela a la velocidad conveniente#
Cn-lidaci.n de l- -uel-' Cuando la compresión de una masa de suelo depende del tiempo, ésta se denomina consolidación# Al igual que todos los asentamientos del suelo, la consolidación es una deformación elastopl%stica que resulta en una permanente reducción de la relación de vacíos de$ido a un incremento de 5
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los
esfuer"os# )a diferencia esencial entre
compresión ordinaria
y
asentamiento por consolidación es que ésta *ltima depende del tiempo#
El proceso de consolidación en los suelos ocurre de tal forma que la posición relativa de las partículas no varía y *nicamente e!iste un despla"amiento vertical de las mismas, a este fenómeno se lo conoce como Consolidación nidimencional o nidireccional, si $ien en la realidad, esto no sucede e!actamente, se puede considerar como tal, ya que los estratos de suelos son de gran e!tensión (ori"ontal, en comparación con su espesor# En consecuencia, el volumen de la masa de suelo disminuye pero los despla"amientos (ori"ontales de las partículas son nulos#
)as características de consolidación de estratos de arcilla, pueden estudiarse y cuantificarse mediante ensayos de consolidación nidireccional, llevadas a cavo en el la$oratorio, so$re muestras cilíndricas ac(atadas de mayor di%metro que altura-, o$tenidas tan inalteradamente como sea posi$le# En estas prue$as el fenómeno real de consolidación que usualmente tarda a&os en desarrollarse, es reproducido en tiempos relativamente muy cortos, pero en el que las constantes de consolidación son las mismas en am$os procesos#
En-a/ de Cn-lidaci.n Unidi!encinal' El ensayo se lleva a ca$o so$re muestras cilíndricas de poca altura totalmente confinadas lateralmente por un anillo de $ronce# En las $ases superior e inferior se colocan piedras porosas de di%metro ligeramente menor al de la muestra# El con'unto se coloca en la llamada ca"uela del consolidómetro# Por medio de un marco se carga se aplican deferentes 6
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cargas so$re la muestra que son repartidos en toda la sección carga uniformemente repartidas-# Mediante un e!tensómetro se registra la deformación que ocurre en la muestra#
)as cargas son aplicadas en ciclos, permitiendo que cada carga produ"ca en la muestra, toda la deformación posi$le antes de incrementarla# Se toman lecturas del e!tensómetro a diferentes tiempos con lo que se o$tienen las curvas de Consolidación#
Cur0a de Cn-lidaci.n' Se di$u'a a escala semilogarítmica, es decir, el tiempo de ensayo a escala logarítmica en el e'e de a$scisas y como ordenadas a escala natural, las lecturas del e!tensómetro# Se o$tiene una curva por cada incremento de carga#
Cn-lidaci.n Secundaria' )a consolidación ocurre, como ya se di'o, por la desaparición del agua intersticial li$re, sin em$argo, una ve" evacuada el agua el suelo se sigue deformando de$ido al rompimiento de partículas sólidas a causa de la presión así como al reacomodo de las mismas# A esta *ltima etapa del roceso de consolidación se la conoce como consolidación secundaria, y a la anterior, primaria#
Deter!inaci.n de la Cn-lidaci.n +ri!aria' +e suelo co(esivo e inalterado sometido a la prue$a de compresión confinada
en
el
consolidómetro
generalmente
demuestra
curvas
características asentamiento 5 vs 5 tiempo#
En esta gr%fica puede distinguirse entre el primer tramo de consolidación primaria y el segundo tramo de consolidación secundaria# Sin em$argo, no es tan f%cil determinar e!actamente el punto teórico de /77 % de consolidación
primaria#
En
el
tra"o
semilogarítmico
normalmente 7
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encontramos este punto en la "ona en transición entre la parte inclinada de amplia curvatura y del tramo casi recto final# Coincide con esta deformación del /77: de consolidación el tiempo t /77 transcurrido durante el ensayo# Por otro lado, con el 67: de consolidación primaria
el tiempo t 67# Se determina
a partir de la curva de consolidación para cada incremento de carga#
O1 de cn-lidaci.n 2ri!aria +e$ido a que la curva de consolidación inicialmente es una par%$ola, puede u$icarse gr%ficamente en el 3: de consolidación primaria mediante el siguiente método2
Escoger un tiempo cualquiera tal que tenga notoriamente menos del 67: de consolidación, o$teniendo el punto ;$;#
$icar el punto
$icar una posi$le posición del 3: a una distancia ;a;
arri$a del
punto ;c;#
=epetir el proceso (asta o$tener tres posi$les u$icaciones, luego, asignar en definitiva a la posición intermedia de las tres#
$##1 de cn-lidaci.n 2ri!aria )a consolidación secundaria se presenta en la curva correspondiente como un tramo sensi$lemente recto y (acia el final de ella, por lo que podr% asignarse como el /77: de consolidación al punto o$tenido como sigue2
Prolongar el tramo recto final de la curva#
.ra"ar una recta tangente por el punto de infle!ión de la curva (asta cortar la recta anterior#
El punto de intersección de las dos rectas tiene como a$scisa el tiempo en que alcan"a el /77: de consolidación primaria en la muestra para el incremento de carga de que se trata# 8
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Cur0a te.rica de cn-lidaci.n Se define >rado de Consolidación ;":-; del suelo a una profundidad ;?; y en un tiempo ;t; a la relación entre la consolidación (a$ida a esa profundidad y la total a producirse $a'o el incremento de carga impuesto#
El grado de consolidación es función del llamado 4actor .iempo ;.; que es una cantidad dimensional resultante de la solución de la ecuación diferencial de consolidación, definida como2
+ónde2 Av @ Coeficiente de Comprensi$ilidad γ @ Peso Específico del agua grBcm 0-
t @ .iempo necesario para alcan"ar ": @ Espesor Efectivo, depende de condiciones de drenado# . @ 4actor .iempo dependiente ":e @ =elación de 9acíos inicial
+ar3!etr- de Cn-lidaci.n
Coeficiente de Comprensibilidad (Av)
Es un índice que se relaciona con la magnitud de asentamiento total que puede producirse $a'o cierto incremento de carga# Matem%ticamente es la pendiente de la curva de comprensi$ilidad en el punto de que se trate, es decir e!presa la relación entre la diferencia en proporción de vacíos y la diferencia entre presiones#
Coeficiente de Consolidaci!n (Cv)
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Es un índice que se relaciona con el tiempo necesario para que el suelo alcance una determinada cantidad de consolidación# Es una relación teórica que e!presa en forma simplificada la ecuación diferencial del proceso de consolidación, dada por la e!presión2
+onde2
2 M%!ima trayectoria de agua depende de las condiciones de drenado-#
t672 .iempo en minutos correspondiente al 67: de consolidación para el incremento de carga considerado#
Coeficiente de "ariaci!n "ol#m$trica (Mv)
E!presa la comprensi$ilidad del suelo relacion%ndolo con su volumen inicial#
+onde2 Av2 Coeficiente de Comprensi$ilidad# e2 =elación de 9acíos inicial en dic(o incremento de carga#
Determinaci!n del Coeficiente de Permeabilidad
Mediante la prue$a de consolidación puede o$tenerse el coeficiente de permea$ilidad de suelos muy finos que resulta difícil y (asta imposi$le con perme%metros corrientes# Por e!istir una correlación entre la permea$ilidad y el proceso de consolidación, el coeficiente de permea$ilidad se calcula como2
+onde2
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Av @ Coeficiente
de
Comprensi$ilidad
cm 0Bseg- para cierto
incremento de carga#
@
M%!ima trayectoria de agua cm- teniendo en cuenta las
deformaciones anteriores#
γ @ Peso Específico del agua#
em @ =elación de vacíos medio para el incremento de carga#
t67 @ .iempo del t 67 de consolidación primaria para el incremento de carga#
M!d#lo de elasticidad
Por medio del proceso de consolidación tam$ién puede o$tenerse el módulo de elasticidad de un suelo que es un requisito indispensa$le para los c%lculos de asentamiento de estructuras#
3 sea, la diferencia de presiones seg*n incremento de carga- dividida entre las diferencia de las deformaciones unitarias para el mismo incremento de carga-#
Asentamiento Total Primario
El asentamiento total primario de suelo en función del tiempo, puede calcularse usando los par%metros de consolidación tal como sigue2
VI'
+ROCEDIMIEN(O D#/#5 3$tener las medidas del anillo de $ronce del consolidómetro de compresión tales como el di%metro interior y altura, después pesarlas#
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D#0#5 )uego de reali"ar las medidas correspondientes se procede a o$tener una muestra inalterada del terreno en investigación de la profundidad adecuada#
D#1#5 +eterminar con un porción de esta los siguientes datos2 -
Peso específico de los sólidos#
-
+ensidad aparente#
-
Contenido de (umedad#
-
+ensidad seca#
-
=elación de vacíos inicial#
D#D#5 .allar la muestra que ser% sometida al ensayo, para lo cual se selecciona la cara superior de la muestra total que fue e!traída de la calicata, tomando el sentido real del estrato de suelo y so$re ésta se descu$re una %rea que permita el (incado del anillo (asta que la muestra entre al anillo-, y evite que le queden vacíos#
D#6#5 E!traer el anillo con la masa de suelo que esta en su interior y se enrasa con ayuda de un cuc(illo y una sierra, se de$e de'ar una superficie completamente uniforme, para de'ar mayor %rea de contacto y los resultados a o$tener sean óptimos# Inmediatamente se enparafina la muestra matri" para que permane"ca inalterada
D##5 Pesar el anillo con la muestra y nuevamente determinar la densidad aparente del anillo como control-#
D#6#5 Ensam$lar el anillo con la muestra-, piedras porosas previamente saturadas y anillo de goma en el consolidómetro, a'ustando los tornillos de fi'ación# D##5 Ensam$lar todo el equipo en el marco de carga aplicando una mínima presión#
D#F#5 Montar adecuadamente el e!tensómetro registrando el módulo del dial y la lectura inicial#
D#G#5 aplicar la carga en incrementos presión2 /#7, 0#7, D#7 , G#7 HgBcm0-# 12
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D##5 =eali"ar las lecturas de deformación en cada incremento de carga a los2
J<,/<,0<,D<,G<,/6<,17<,/(,0(,D(,G(,/(,0D(,DG(,
(asta
que
se
produ"ca la total consolidación primaria lecturas iguales-# A&adir lecturas iguales al marco repartidor de carga#
D#/7#5 +escargar en etapas, la muestra tiende a e!pandirse gradualmente#
D#//#5 +eterminar la densidad aparente, contenido de (umedad y densidad seca finales#
D#/0#5 Calcular los cam$ios de relación de vacíos en $ase a las lecturas del deformímetro previamente corregidas#
D#/1#5 +i$u'ar las curvas de consolidación y averiguar en estas los valores2 t67#
D#/D#5 +i$u'ar la curva de comprensi$ilidad#
D#/6#5 +i$u'ar la curva de variación de Cv 67 para cada incremento de presión#
D#/#5
Averiguar
los
coeficientes de
compresi$ilidad,
consolidación,
permea$ilidad y módulo de elasticidad del suelo para todo incremento de carga#
VII'
(RA)AJO DE *A)INE(E % +ROCESAMIEN(O DE DA(OS MUESTRAS DE ENSAYO(INICIO) DIAMETRO
.+
ALTURA
./+
AREA
*+.*01
Vm
1.0
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!nillo
!"M#
10
m#
2
$m
*.+*
$s(%r&cm')
*.0
DA(OS +ARA DE(ERMINAR EL +ESO ES+EC4FICO DE LOS SOLIDOS' se nos adiciono ese dato porloque no (u$o ra"ón de calcularse
CON(ENIDO DE 5UMEDAD
CONTENIDO DE UMEDAD (INAL) TARA N* t!r!(%r) */.2 * *0.2 t"M#(%r) 3.3 33. 30 t"Ms(%r) 3*.* 3.* 3*. + 1.* 1.0 1./ s *. 1.* .3 (,) *.0+ *2.*2 *.1* (,)-ROM *0.+00 EDIO
RESUL(ADO DE CALCULOS6
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-
Peso del agua2 K @1#6F
-
Peso de Sólidos2 s @#/1#F
-
Contenido de umedad2 %K @0#76
-
Sección de la muestra2 A @ 07#0Fcm0
-
Peso específico de los sólidos2 γ s @ 0#6 grBcm1#
-
Peso específico aparente2 γ m @0#70/grBcm1#
+7$ 89g:c!;< C4RG4 +5g V4RI4CI67 D8 ( 9I8M(6:S;M;$s< L8C9=R4 +seg *+12.0 seg *+0./ 1+seg *++/. >in *++3.1 *>in *++*. 3>in *++ >in *++ >in *+++./ 1+>in *+++. $s *+++.* *$s *+++. $s *+++
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+7; 89g:c!;< C4RG4 *+5g V4RI4CI67 D8 ( 9I8M(6:S;M;$ s< L8C9=R4 +seg *+1 seg *+1 1+seg *+13./ >in *+13. *>in *+13. 3>in *+13. >in *+13.1 >i *+13.* 1+>i *+13. $s *+13 *$s *+11. 3$s *+11. $s *+11.
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+7= 89g:c!;<
C4RG4 V4RI4CI67 D8 ( 9I8M(6:S;M;$s < +seg seg 1+seg >in *>in 3>in >in >in 1+>in $s *$s 3$s $s
3+5g
L8C9=R4 *+11. *+**. *+/./ *+.1 *+2. *+3.0 *+*./ *+. *++3 *++*. *++. //1 //1
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+7> 89g:c!;< C4RG4 +5g V4RI4CI67 D8 ( 9I8M(6:S;M;$s < L8C9=R4 +seg //1 seg /02 1+seg /03./ >in /0*.0 *>in /0+.1 3>in /. >in /.3 >in /1. 1+>in /+.1 $s /33.* *$s /*. 3$s /*2.0 $s /*2
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C=9A +E C3MP=ESI8I)I+A+
-RESION(.%& cm/)
LECT 0,
LECT 100,
1
*+. 1 *+++. +0 *+11. //3. *
*+++. +0 *+11. //3. * /*1. 1
/ 6 7
DEOR M (mm) +.*3
2(m m)
e
e23 (mm)
t40 (min)
./+
0.3+/
+./3/
+.2
C5 (cm/& .%) +.*3+
+.112/
.0
0.*20
+./3+
1
+.+/
+.1/0
.1*
0.
+./13
+.+*
+.2+/
.2/3
0.+1
+./*
1+
+.++0
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VIII'
CONCLUSIONES 6
na ve" reali"ado el ensayo de Consolidación nia!ial se (a llegado a la conclusión de que este ensayo se limita a suelos co(esivos o semico(esivos, ya que no tienen co(esión como la arena seca- no pueden permanecer sin algo que lo sostenga#
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El aparato utili"ado para este ensayo se puede usar con facilidad en el la$oratorioL ya que la carga se aplica por medio de una manivela de mano y una ca'a de engrana'e de precisión# )a velocidad de deformación se puede regular girando la manivela la velocidad conveniente#
I?'
RECOMENDACIONES
na forma de o$tener óptimos resultados de éste ensayo, sería si los responsa$les del mismo consideren las siguientes recomendaciones2
/# 3$tener una muestra $ien enrasada, evitar la presencia de vacíos y dar una completa %rea de contacto entre la muestra de suelo y la placa de aplicación de carga# 0# Colocar la muestra en forma correcta es decir mantener una verticalidad que permita un $uen resultado# 1# =eali"ar las medidas lo m%s e!actamente posi$le para evitar errores al (acer la gr%fica .IEMP3 5 +E43=MACI3#
D# Conservar la muestra inalterada en un lugar adecuado para que no sufra alteraciones#
6#
=eali"ar un $uen pesado y medida del anillo#
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?'
)I)LIO*RAFIA
• LAMBE, William - WHITMAN, Robert. "MECANICA DE SUELOS". Editorial
Lim!a, Terera Reim#re!i$%, M&'io, ()*).
• +UARE BADILLO, Elalio - RICO RODRIUE, Alo%!o. "MECANICA DE
SUELOS". Editorial Lim!a, Terera Edii$%, M&'io, ()/0.
22
