1. MONOGRAFIA CONSOLIDOMETRO

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

FACULT FA CULTAD AD DE INGE INGENIE NIERÍA RÍA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Ciil C iil

CURSO

:

DOCENTE

:

ALUMNO AL

:

MECANICA DE SUELOS II Ing. DIONISIO MILLA SIMON

CARRION AULLA, Sandro OSORIO TAIPE, Jhon TAPARA CONDORI, Jhon Anthony

NIVEL ACADÉMICO

: VI

SECCIÓN: A

TURNO : MAANA

!UANCA"O # PERU $%&'

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RESUMEN Al someter una masa de suelo saturado a un incremento de carga, ésta esta 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 eceso de presión !idrost"tica. A medida que el agua drena de los poros del suelo, el incremento de carga es transmitido a la estructura del suelo. La tras#erencia de carga es acompa$ada por un cambio de %olumen del suelo igual al %olumen de agua drenada. Este proceso es conocido como consolidación. Este es un proceso que tiene un tiempo acotado de ocurrencia, comien&a cuando se aplica el incremento de carga, y #inali&a cuando la presión de los poros es igual a la !idrost"tica, o lo que es lo mismo, mismo, cuando se !a producido la totalidad totalidad de la trans#erencia trans#erencia de carga del agua a la estructura estructura de suelo. 'erminando este proceso llamado consolidación primaria, el suelo contin(a de#orm"ndose, aunque en menor magnitud, debido a un reacomodamiento de los granos. A este (ltimo proceso se lo denomina consolidación secundaria. El asiento total, suponiendo que el (ltimo %alor medido coincide con el momento en que desaparece toda la sobrepresión intersticial creada al aplicar la carga, es una medida de la de#ormación del esqu esquel elet eto o del del suel suelo. o. Si se real reali& i&an an %ari %arios os esca escalo lone ness de carg carga, a, se obte obtend ndr" r" una una cur% cur%a a de compresibilidad. )ue relaciona la presión e#ecti%a *en escala logar+tmica con la de#ormación del esqueleto mineral, epresada por el +ndice de poros o relación de %acios. El propósito #undamental del ensayo de consolidación es determinar ciertos par"metros que se utili&an para predecir la %elocidad y la magnitud del asentamiento de estructuras #undadas sobre arcillas. Adem"s, el ensayo permite obtener in#ormación acerca de la !istoria de presiones a que !a sido sometido el suelo.



I.

Download And Print INTRODUCCIÓN

El ensayo de consolidación, también llamado ensayo de compresión con#inada, es de gran importancia, debido a que la consolidación es un problema natural de los suelos #inos, como arcillas y limos, y todas las edi#icaciones #undadas sobre este tipo de suelo en#rentar"n este #enómeno. -or lo anterior es de %ital importancia conocer la %elocidad de asentamiento total y di#erencial de la estructura. La consolidación es el proceso de asentamiento de los suelos antes mencionados, cuando est"n saturados y suetos a incrementos de carga debido a la disipación de la presión de poros. 'odo lo anterior se re#lea en los resultados obtenidos a partir del ensayo, el cual entrega la cur%a de es#uer&o de#ormación, la presión de preconsolidación y el coe#iciente de consolidación. El ensayo de consolidación es un ensayo bastante complicado debido a que tiene un compleo procedimiento, en el cual debemos %er cómo %a %ariando el %olumen del suelo al aplicar la carga, con una duración de dos semanas aproimadamente, aunque en nuestro caso se %er" una #orma simpli#icada del ensayo, ya que por moti%os de tiempo y espacio en el laboratorio no se podr" !acer completo.

II.

OBJETIVOS


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/.0.1Reconocer y utili&ar correctamente los materiales y elAnd equipo Cancel Download Printnecesario para reali&ar el ensayo de consolidación, aprendiendo las caracter+sticas de cada uno, y los cuidados que se deben tomar para reali&ar la eperiencia. /./.12nterpretar los datos obtenidos a tra%és de #ormulaciones, tablas y gr"#icos, de manera que permitan sacar conclusiones sobre el ensayo reali&ado. /.3.1E%aluar asentamientos por consolidación. /.4.1Estimar %elocidad del asentamiento *tiempo. /.5.16onocer la magnitud y rapide& de los cambios de %olumen de una muestra al ser sometida a un ensayo de consolidación. /.7.16onstruir las cur%as de consolidación y establecer los puntos importantes a tra%és del método de 6asagrande, para la determinación de las caracter+sticas de compresibilidad del suelo y rapide& de consolidación.



III. MARCO TEORICO Cancel Download And Print

La consolidación es la disipación del eceso de presión de poro debido al #luo de agua !acia el eterior. Este ensayo se encuentra estandari&ado por la AS'M 81/435. La consolidación es el proceso de asentamiento de arcillas saturadas cuando est"n suetas a incrementos de cargas debido a la disipación de la presión de poros. 6omo podemos apreciar los par"metros obtenidos con ese ensayo son muy importantes para la estimación de la magnitud y %elocidad de asentamiento total y di#erencial de una estructura o relleno, es por esto que estos par"metros son de gran importancia en cualquier tipo de construcción. Los par"metros m"s importantes que se obtienen del suelo al reali&ar el ensayo son9 El coe#iciente de consolidación 6 :, que indica el grado de asentamiento del suelo bao un cierto incremento de carga y %inculada a la %elocidad del mismo. El +ndice de compresibilidad 6 6, que epresa la compresibilidad de una muestra. La presión de preconsolidación - 6, que indica la m"ima presión que !a soportado el suelo en su !istoria geológica. En campo, cuando el es#uer&o sobre un estrato de arcilla saturada se incrementa; por eemplo, por la construcción de una cimentación, por la presión del agua de poro en la arcilla se incrementar". 8ebido a que la permeabilidad de las arcillas es muy peque$a, se requerir" alg(n tiempo para que el eceso de presión del agua de poros se disipe y el incremento del es#uer&o se trans#iera a la estructura del suelo.



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?igura N@ 09 -rincipios de consolidación

1

DEFINICIÓN

Se de#ine como consolidación la de#ormación pl"stica debida a reducción en la relación *generalmente llamada asentamiento la cual es #unción del tiempo y el eceso de presión de poros. 6onsolidación inicial Reducción casi instant"nea en el %olumen de la masa de un suelo bao una carga aplicada, que precede a la consolidación primaria, debida principalmente a la epulsión y compresión del aire contenido en los %acios del suelo. 6onsolidación primaria Reducción en el %olumen de la masa de un suelo originada por la aplicación de una carga permanente y la epulsión del agua de los %acios, acompa$ada por una trans#erencia de carga del agua a las part+culas sólidas del suelo. 6onsolidación secundaria Reducción en el %olumen de la masa del suelo, causada por la aplicación de una carga permanente y el acomodo de la estructura interna de su masa luego de que la mayor parte de la carga !a sido trans#erida a las part+culas sólidas del suelo.

TIPOS DE CONSOLIDÓMETROS

8e acuerdo con la 8escripción de aparatos de consolidación incluida en un Manual de operación de la Empresa E:ANS'=, eisten los siguientes tipos de 6onsolidómetros.



6
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S<2L'ES' M<8EL, 61/>/ D 61/>5 Al usar este consolidómetro, la #ricción entre la pared de contención del anillo y el espécimen es muy peque$a. La compresión ocurre !acia la parte media, desde la parte superior !acia la in#erior. La piedra porosa in#erior descansa sobre la baseplato. 8urante el ensayo de consolidación, las piedras porosas superiores e in#eriores se mue%en con libertad dentro del anillo. 6on#orme el espécimen se consolida, el drenado ocurre en ambas caras. Este consolidómetro no es recomendable para usarlo con suelos arenosos o muy sua%es.

2

ENSAYO DE CONSOLIDACION

6uando se somete un suelo a un incremento en presión *o carga, ocurre un reauste da la estructura del suelo que podr+a considerarse primeramente como una de#ormación pl"stica correspondientes a una reducción en la relación de %acios. -uede producirse también una peque$a cantidad de de#ormación el"stica peor considerando la magnitud de las cargas in%olucradas y el !ec!o de que el módulo de elasticidad de los granos de suelo sea del orden de /mpa de la de#ormación el"stica es despreciable. 6uando se aplica una carga a un suelo de grano grueso completamente seco, parcial o completamente saturado, o cuando la carga se aplica a suelo seco, el proceso de de#ormación pl"stica con reducción en la relación de %acios tiene lugar en un periodo de tiempo tan corto que es posible considerarlo como instant"neo. Esto puede eplicarse en suelos secos por el !ec!o de que el aire tiene poca %iscosidad y es muy #"cilmente comprimido; se esa #orma los sólidos no presentan ninguna resistencia al #luo !acia #uera del #luido de los poros, a medida que lo %acios del suelo se reducen. En el caso de un suelo de grano saturado o parcialmente saturado, el coe#iciente de permeabilidad κ F es

su#icientemente grande para que el agua de los poros también pueda salir casi

instant"neamente.



6uando se aplica una carga a un suelo de grano #ino saturado parcial o totalmente el tiempo para Cancel Download And Print lograr la de#ormación pl"stica y la reducción en la relación de los %acios es muc!o mayor, y para este proceso depender" de %arios #actores entre los cuales los principales son9    

Grado de saturación 6oe#iciente de permeabilidad del suelo. Las propiedades del #luo de los poros. La longitud de la trayectoria que debe recorrer el #luido epulsado de la muestra para encontrar equilibrio.

El ensayo del laboratorio es unidimensional por el !ec!o de que con un anillo met"lico para con#inar la muestra, no se permite #luo o mo%imiento de agua en un sentido lateral. 'odo el #luo de agua sucede en un sentido %ertical. En el terreno ocurre algo de mo%imiento lateral de agua y algo de mo%imiento lateral del suelo. EL en ensayo de consolidación en el laboratorio se !ace sobre una muestra que tiene entre / y 4mm de espesor colocada en un anillo de metal con#inante de di"metro entre 45 y 003mm *0cm /. Eiste dos tipos de anillos el #io y el #lotante, el #io

#acilita la medición del coe#iciente de

permeabilidad. La relación di"metroHaltura debe ser I/.5

&. TEOR(A DE TER)A*!I PARA LA CONSOLIDACIÓN 'er&ag!i en 0=/3 publicó la ecuación di#erencial #undamental para el proceso de consolidación. En 0=/4 presentó su teor+a de Jconsolidación de arcillasJ *para la cual también usaba el nombre de Jteor+a de es#uer&os !idrodin"micosJ, en el -rimer 6ongreso 2nternacional de Mec"nica Aplicada, en 8el#t, Kolanda. En mayo de 0=/7 construyó un aparato de consolidación en miniatura, equipo para reali&ar ensayos de suelos, el cual #ue utili&ado en el M.2.'. 'er&ag!i propuso el modelo mostrado en la #igura para ilustrar el proceso de consolidación, lo cual se conoce como analog+a mec"nica de 'er&ag!i. El mismo consiste en un recipiente cil+ndrico lleno de agua, con un resorte dentro y sobre el pistón con una %"l%ula. El resorte representa el esqueleto mineral de un suelo y el agua ser+a el agua intersticial del suelo. Se supone que el pistón sin #ricción es soportado por el resorte. Al aplicar una carga al pistón con la %"l%ula cerrada, la longitud del resorte permanece in%ariable, puesto que el agua se considera incompresible. Si la carga introduce un aumento de la presión total, entonces la totalidad de este aumento debe ser absorbido por un aumento igual de la presión del agua. 6uando se abre la %"l%ula, el eceso de presión de agua en la



c"mara causa el #luo de ésta !acia a#uera, disminuye y el pistón se !unde a medida que se Cancel la presión Download And Print comprime el resorte, En esta #orma, la carga se trans#iere en #orma graduada al resorte, reduciendo su longitud, !asta que toda la carga es soportada el mismo. -or consiguiente, en la etapa #inal, el aumento de la presión e#ecti%a es igual al aumento de la presión total, y el eceso de presión de agua se reduce a cero. La %elocidad de compresión depende del grado de apertura de la %"l%ula, esto es an"logo a la permeabilidad del suelo. Si el estrato que consolida es libre de drenar por sus caras superior e in#erior, el mismo es llamado capa abierta, y su espesor se denota por /K. Si el agua sólo puede escapar a tra%és de una super#icie, el estrato es llamado semiabierto. El espeso del los estratos semiabiertos se denota por K. Ambos caos se muestran en la #igura.

?igura N@ /9 Analog+a Mec"nica de 'er&ag!i



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?igura N@ /9 :ariación de la presión de poros en #unción del tiempo

+ TEORÍA DE TERZAGHI PARA LA CONSOLIDACIÓN VERTICAL 0 8educción de la ecuación de comportamiento9 6onsidérese un depósito de suelo !omogéneo, saturado de longitud lateral in#inita y cometido a una carga uni#orme que aplicada en toda el "rea super#icial. El suelo reposa sobre una base impermeable y drena libremente por cara superior. La disipación del eceso de presión de poros en cualquier punto solo se producir" mediante el #luo del agua intersticial en sentido %ertical ascendente !acia la super#icie.



v

z=.

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Es la %elocidad %ertical del #luo que entra en el elemento. ?igura N@ 39 6onsolidación %ertical de una capa de suelo

z + ∆ z=¿ v¿

Es la %elocidad %ertical el #luo que sale del elemento

Si se aplica el 'eorema de 'aylor, se tiene.

*0 -uesto que

∆z

es muy peque$o, puede suponerse que los términos de segundo orden y de orden

superior son insigni#icantes, por lo tanto.

…… (2)

A partir del principio de continuidad del %olumen se tiene que9



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Entonces9

 *3

8onde A es el "rea plana del elemento y : es el %olumen. -or tanto9

 *4

PRACTICA DE CONSOLIDACION:

OBJETIVO DEL ENSAYO: Este ensayo se utili&a para determinar las caracter+sticas de consolidación de los suelos. -ara ello, una probeta cil+ndrica con#inada lateralmente, se somete a di#erentes presiones %erticales, se permite el drenae por sus caras superior e in#erior, y se miden los asentamientos correspondientes. Este ensayo es aplicable a suelos !omogéneos, en los que el tama$o m"imo de la part+cula no sea superior a la quinta parte de la altura de la probeta. Los datos obtenidos en con la prueba de consolidación son usados para estimar la magnitud y el tipo asentamiento de una estructura o terraplenes. La deducción del tipo de asentamiento que se trata es muy importante en el dise$o de estructuras y en la e%aluación de de la magnitud del mismo.



MA'ER2AL D E)U2-<9  

       

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Aparato de carga9 Un aparto apropiado para aplicar una carga %ertical o es#uer&os al espécimen. 6onsolidómetro9 6on los componentes mostrados en la #igura, en donde el anillo tendr" las dimensiones m+nimas, que ser"n, una altura m+nima de 0/ mm y un di"metro m+nimo de 45 mm.

8os discos porosos *-iedra porosa. Micrómetro con una capacidad de lectura de .0 mm *Etensómetro. Equipo para labrar la muestra *6uc!illo y torno. 6ronometro 6apsulas de porcelana. Korno capa& de mantener una temperatura de 05  5 6. Oalan&a con aproimación a .0 gr. 'ermómetro ?iltros

PREPARACION DEL ESPECIMEN:

0. Reducir al m"imo durante la preparación de la muestra alguna alteración en la estructura del suelo. /. -reparar la muestra en un medio donde la muestra !(meda cambie en lo m"s m+nimo su contenido de !umedad *6uarto !(medo. 3. -reparación de la probeta por tallado de una muestra inalterada9 Se emplea el anillo con un borde cortante. Se prepara en la muestra una &ona con la super#icie !ori&ontal de tama$o apreciablemente mayor que el di"metro interior del anillo, con la precaución de mantener la orientación que tenia la muestra en el terreno.



Se sit(a el anillo sobre laCancel mencionada &ona con el borde cortante en contacto Download And Print con la muestra. Utili&ando como gu+a la pared interior del anillo, se talla un cilindro cuyo di"metro es aproimadamente el di"metro interior del anillo y de altura superior a este. Se %a introduciendo el anillo en la muestra, !asta que esta sobresalga por la parte opuesta del borde cortante, cort"ndola en seguida por debao.

Iag-n &: S- /-d- 0-r 1a /-2tra o3t-n4da d- /na /-2tra 4na1t-rada.

4. Determine el peso inicil !el nillo m"s el mteril #$me!o% en &r.

Iag-n $: S- /-d- o32-r0ar 1a 5ora d- -2ar 1a /-2tra h6-da ant-2 d- 1a r/-3a.

5. 8etermine el peso inicial del agua del material *M'<, en gr. 7. 8etermine la altura inicial del espécimen *K , en cm. >. 6alcule el %olumen inicial del espécimen, con aproimación de ./5 cm 3.



P. 8eterminar el peso espec+#ico del And material Cancel relati%o Download Print *Ss, este par"metro es dimensional. =. Los limites de consistencia, tales como l+mite l+quido, l+mite pl"stico e +ndice de plasticidad. 0. 8eterminar la granulometr+a del material PROCEDIMIENTO:

0. -reparación de los discos porosos9 La preparación de los discos y otros aparatos, depender" de la muestra de suelo a la que se le aplicara la prueba. Las di#erentes partes del consolidómetro deber"n prepararse de tal #orma que no ocasionen cambios en la !umedad de la muestra de suelo. Los discos secos se usaran para muestras muy epansi%as, los discos !(medos para muestras parcialmente secas y los discos saturados, para muestras saturadas o materiales con una permeabilidad muy baa.

Iag-n 7: M/-2tra 1o2 d428o2 oro2o2, an411o y d-92 art-2 d-1 8on2o14d-tro.

/. Al poner el consolidómetro en el aparto de carga y aplicar una presión de consolidación de .5 QgHcm/. 2nmediatamente después de aplicar este pre es#uer&o, debemos austar el micrómetro y anotar la lectura inicial d o. si obser%a que la precarga aplicada produce una consolidación signi#icati%a, se reducir" la presión entre ./ y .3 QgHcm /.



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Iag-n + - Iag-n ;: M/-2tran 1a 5ora d- 8o1o8ar 1a /-2tra -n -1 8on2o14d-tro.

Iag-n ' - Iag-n <: M/-2tran -1 -2=84-n 8o1o8ado -n -1 8on2o14d-tro y -n -1 aarato d- 8arga r-2-8t40a-nt-.

Iag-n >: M/-2tra 1a 5ora d- agr-gar ag/a a1 -2=84-n r-04a-nt- 8o1o8ada -n -1 aarato d- 8arga.

3. Aplique el primer incremento de carga, anotando las lecturas del micrómetro y del cronometro, como se indica en el #ormato.


In order to print this document from Scribd, you'll first need to download it. Cancel Download And Printen las abscisas tiempo 4. 8ibue la cur%a de consolidación, gra#icando

*Logar+tmico y en las ordenadas la de#ormación lineal *Normal. 5. Una %e& que en la cur%a de consolidación se de#ine claramente el tramo recto de consolidación secundaria, se considera que se !a completado la consolidación primaria , y se procede entonces a aplicar el segundo incremento de carga y se procede de nue%o del paso 3 al 5. 7. Una %e& aplicados todos los incrementos de carga necesarios, se procede a quitar las cargas en decrementos, de la misma manera que #ueron aplicados. >. Se !acen lecturas en di#erentes tiempos para cada carga actuante en el ciclo de descarga, dibuando las correspondientes cur%as epansión an"loga a las anteriores de consolidación. Es con%eniente in%ertir la escala de las lecturas del micrómetro al dibuar las cur%as. P. 8espués de retirar toda la carga perm+tase que la muestra se epanda descargada durante 4P !oras. < !asta que no se registre epansión en el micrómetro en un periodo de /4 !oras. =. Al terminar la prueba des"rmese el consolidómetro. Séquese el agua del anillo y de la super#icie de la muestra, colóquese dos placas de %idrio, pre%iamente taradas, cubriendo la muestra y el anillo, y pese todo el conunto *anotando el dato como9 tara  suelo !(medo. 0. Seque la muestra en el !orno y obtenga su peso seco *tara  suelo seco. 00. 6on todos los %alores obtenidos durante la prueba, se determinan los par"metros de consolidación. 0/. 8ibuar la gra#ica relación de %acios contra es#uer&o aplicado, la cual le ser%ir" para determinar la carga de preconsolidación del suelo. -R<6E82M2EN'< 8EL 6L6UL<9 0. 6"lculo del contenido de agua inicial y #inal de la muestra.



8onde9

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Md T Masa seca del espécimen, en gr. M'o T Masa !(meda del espécimen antes de la prueba, gr. M'# T Masa !(meda del espécimen después de la prueba, gr.

/.
8onde9 M'# T Masa !(meda del espécimen después de la prueba, en gr. #p T 6ontenido de agua del espécimen después de la prueba.

3. 6"lculo del peso espec+#ico seco del espécimen.

8onde9 Vd T -eso especi#ico seco, en gr. :o T :olumen inicial del espécimen, gr.

8onde9 AT Es la sección del anillo porta probeta, en cm /.

4 . 6"lculo del %olumen de sólidos.

8onde9 Ss T Gra%edad especi#ica de los sólidos. V T -eso especi#ico del agua, 0. grHcm 3

5. 6"lculo de la altura de sólidos inicial9 6omo la sección del anillo es constante d(rate toda la prueba, es con%eniente para los subsecuentes c"lculos obtener la altura equi%alente de sólidos.



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8onde9 A T rea del espécimen *"rea del anillo, en cm/.

7. 6"lculo de la relación de %acios antes y después de la prueba.

8onde9 Ko T Altura inicial del espécimen, en cm. K# T Altura #inal del espécimen, en cm.

>. 6"lculo del grado de saturación, en W, antes de y después de la prueba.

P. -ara obtener la relación de %acios correspondiente a cada incremento de carga, se opera de la siguiente #orma9 Se determina la altura de la probeta al #inal de cada incremento de carga, mediante9 8onde9 XK T Es la reducción de la probeta, es decir, la de#ormación medida desde el inicio del ensayo !asta el #inal del incremento de carga, en cm.

Se determina la relación de %acios correspondiente al #inal de cada incremento de carga, mediante9

EJEMPLO DE CÁLCULO:



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'ONSOLID()ETRO N*: + )I'R()ETRO N*: 

APRO/.: 0.00- mm

ENSAYE: 120 PRO3.: +. m.

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9R?3I'AS DE 'ONSOLIDA'I(N

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CONCLUSIONES:

0 Se conocieron equipos y materiales para reali&ar en ensayo de consolidación. / Se obtu%ieron los asentamientos y se calcularon los datos 3 Se reali&aron los gr"#icos de acuerdo a los %alores calculados



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BIBLIOGRAFIA:

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1. MONOGRAFIA CONSOLIDOMETRO

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