Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura Mecánica de Suelos II 5CM15
Integrantes: Cuellar Cuellar Miguel Angel Prado Campos Rodrigo Hernández De Jesús José
Prof.
Luis Adrián López Flores
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Introducción Buscamos la realización de una consolidación de una muestra arcillosa de dimensiones de un tubo Shelby , midiendo así mismo sus deformaciones a través de diferentes cargas diariamente, con un monitoreo de seis horas continuas, haciendo excepciones en algunos días, agregándole mayor peso tras 24 horas después de su deformación. Dicha muestra fue realizada con un anillo de 2cm de altura y un diámetro de 8 cm. Así mismo su peso del anillo es de 163.92 gramos. Durante la realización del experimento, las deformaciones varían según la carga que se le ejerce a la muestra dentro del anillo, lo cual se observa en el deformimetro debido a la expulsión de agua que genera la carga que sale de la muestra húmeda, además de que durante todo el proceso llevara agua, que soportara la carga de deformación. Durante los días de realización, se usó diferentes cargas, cada vez mayores hasta los cuatro kilogramos, para así al último descargar la muestra; es decir, durante intervalos de 30 minutos se quitaran las cargas para así dar los últimos datos de dicha prueba. Simultáneamente se procede a realizar diferentes pruebas de suelo, cada uno con un principio fundamental para dar información detallada de la muestra de arcilla del tubo Shelby.
Planteamiento del problema Objetivo : Determinar el decremento de volumen que sufrirá el suelo (arcilla) al someterle
cargas o con el peso propio y la velocidad con el que este se produce. Aplicación : Esta prueba se realiza en arcillas principalmente y se obtienen algunos
parámetros, con los que se calculan los asentamientos que puede tener un suelo y el tiempo en que estos se producirían. Muestras inalteradas : son aquellas en las que se conserva la estructura y la humedad que
tiene el suelo en el lugar donde se obtenga la muestra. Las muestras inalteradas se obtendrán de suelos finos que puedan labrarse sin que se disgreguen, en este caso arcilla. La obtención puede efectuarse en el piso o en las paredes de una excavación, en la superficie del terreno natural o en la de una terracería. La extracción para obtener la muestra deberá de ser de dimensiones tales que permitan las operaciones de labrado y extracción de la misma.
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Objetivos Realizar el ensayo de consolidación para observar en laboratorio el fenómeno a escala Determinar el comportamiento mecánico del suelo para obtener módulos de variación volumétrica, y con ello llegar a calcular el asentamiento del suelo sometido a carga en función del tiempo Objetivos particulares
Obtener curvas de consolidación Obtener la curva de compresibilidad que está en función de las oquedades, al final de la consolidación de cada carga y del esfuerzo de dichas cargas Realizar con el método grafico de Casagrande obtener las cargas de pre-consolidación y definir en función el esfuerzo de trabajo, si el suelo es normalmente consolidado o preconsolidado
Justificación Los materiales que utilizamos en la construcción sufren deformaciones, las cuales se producen cuando estos se someten a diferentes esfuerzos. Y aunque para la mayoría de estos materiales esta elasticidad puede ser benéfica, hablando de suelo, puede resultar perjudicial. El suelo es algo imprescindible, que si bien no podemos saber con exactitud cómo se comportara en diferentes condiciones, si podemos estudiar y con diferentes pruebas y cálculos acercarnos al resultado más probable, que obtendremos en diferentes condiciones a las que este se someterá. En este caso el Fenómeno de la Consolidación Unidimensional se torna importante, ya que como se sabe, al suelo cuando se le aplica una carga, no presenta inmediatamente una deformación, esta se va dando a lo largo de un periodo de tiempo, y es de vital importancia considerar esta deformación, ya que con ella podremos prevenir asentamientos que usualmente son no uniformes y excesivos. El cambio de volumen que tiene el suelo manteniendo su forma, se puede describir diciendo que las partículas solo se mueven en dirección vertical y no horizontal, provocando esto un cambio en las distancias de poros pero no de la posición, es en este caso que tenemos la consolidación unidimensional. Como se sabe la Ciudad de México se constituye principalmente por zona de lago, esto quiere decir que mayormente tenemos suelos saturados, que permiten los asentamientos ya mencionados. Al realizar esta práctica con los métodos desarrollados por él Dr. Karl Von Terzaghi podremos observar la reducción de relación de vacíos, con respecto al tiempo debido a una carga dada. Y así poder obtener curvar de compresibilidad del suelo, curvas de consolidación dependiendo del incremento, tiempo de asentamiento del suelo bajo una carga etc. Y con ello obtener un cálculo no exacto, pero si lo más probable posible, para calcular asentamientos en un suelo de mayor dimensión.
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Antecedentes Dentro de la mecánica de suelos se ha establecido diferentes teorías sobre el comportamiento de un suelo, las cuales han evolucionado con el pasar del tiempo bajo experiencias relativas a la experimentación de aplicaciones de condiciones o hipótesis más cercanas a la realidad, sin embargo los principios no dejan de ser los mismos. Para el caso del estudio de compresibilidad de suelos finos, los métodos para su estimación se basan en el proceso de consolidación. La deformación de un suelo se puede presentar en el cambio de su volumen y de su forma. En el primer caso se le llama expansión o compresión y es el proceso por el que una masa de suelo cambia de volumen, manteniendo su forma; la deformación por cambio de forma, denominada distorsión o deformación desviadora en el proceso por el cual una masa de suelo cambia su forma, variando la posición relativa de sus puntos, pero manteniendo su volumen constante. La capacidad de deformación de un suelo depende de las propiedades de esfuerzodeformación-tiempo, dichas propiedades se estudian mediante la prueba de consolidación. Terzaghi fue uno de los primeros que estudio dicho comportamiento en suelos finos saturados y desarrollo la teoría conocida como teoría de la consolidación unidimensional o unidireccional, por lo tanto, el volumen de la masa del suelo disminuye, pero los desplazamientos horizontales de las partículas sólidas son nulos; entonces se puede afirmar que en la actualidad es una de las teoría con mayor solidez para resolver el problema de compresibilidad en suelos finos saturados. La consolidacion es una deformacion electroplástica del suelo que resulta de una permanente reducción de su relación de vacíos, debido a su incremento de esfuerzos, en función del tiempo. Los parámetros de consolidación que se obtienen en un suelo son: índice de compresibilidad (Cc) y coeficiente consolidación (C v ), el primero se relaciona con cuanta deformación o asentamiento que tendrá el lugar y el segundo con el tiempo en el cual tendrá lugar cierta consolidación.
Hipótesis ¿Qué es consolidación?
La Consolidación es un proceso de disminución de volumen que se produce en un lapso de tiempo y que es debido a un incremento de las cargas sobre el suelo. ¿Con que propósito realizamos esta práctica?
Con el motivo de observar las deformaciones que sufrirá el suelo al someterle cargas, es decir; en campo esto lo veremos al construir en cierta zona. Primero debemos analizar el material (arcilla, tepetate, etc.) y saber que tan competente es para que podamos llevar a cabo el proyecto, ya que analicemos la muestra de suelo podemos sacar que tanto se va a deformar o asentar el suelo ya que hayamos construido la edificación y en qué tiempo.
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El fenómeno de consolidación, se origina debido a que si un suelo parcial o totalmente saturado se carga, en un comienzo al agua existente en los poros absorberá parte de dicha carga puesto que esta es incompresible, pero con el transcurso del tiempo, escurrirá y el suelo ira absorbiendo esa carga paulatinamente. Este proceso de transferencia de carga, origina cambios de volumen en la masa del suelo, igual es al volumen de agua drenada (figura 4.1).
En suelos granulares, la reducción de volumen de vacíos se produce casi instantáneamente cuando se aplica la carga, sin embargo en suelos arcillosos tomara mayor tiempo, dependiendo de factores como el grado de saturación, el coeficiente de permeabilidad, la longitud de la trayectoria que tenga que recorrer el fluido expulsado, las condiciones de drenaje y la magnitud de la sobrecarga. ¿Qué es un consolidómetro?
Es también conocido como edómetro. Es un aparato de laboratorio útil para conocer la compresibilidad de un suelo que va a ser objeto de una consolidación.
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Es un equipo el cual permite determinar el asentamiento, que puede sufrir un suelo cuando es sometido a diversas cargas bajo condiciones de saturación o en estado natural. Este equipo también es usado para realizar ensayos de colapso de los suelos y expansión libre o controlada por el método edométrico.
Procedimiento de la aplicación de las cargas
1. Colóquese en la ménsula el primer incremento de carga, evitando que el marco cause impacto sobre la muestra y usando los pesos apropiados. Anótese esa carga. Las pesas ranuradas, de uso común, deben colocarse con sus ranuras cuatrapiadas, para evitar su deslizamiento, por inclinación de ménsula. 2. Obsérvese y anótese las lecturas de micrómetro en intervalos de tiempo adecuados: 5 seg, 10 seg, 15 seg, 30 seg, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min, 15 min, 30 min, 1 hra, 2 hra, 8 hra, etc. Es muy importante medir correctamente el tiempo transcurrido desde el principio hasta el instante en que se hace cada lectura, también es importante mantener la temperatura constante de principio a fin de la prueba. 3. Dibújese la curva de consolidación (Trazo semilogaritmico). 4. Una vez que en la curva de consolidación se define claramente el trazo recto de consolidación secundaria (o cuando las lecturas se repitan en aproximación una de otra), se considera que se ha terminado le primaria, entonces se procede la colocación del segundo incremento de cargas, repitiendo los puntos (2) y (3). Así procédase sucesivamente hasta complementar la prueba en lo referente al ciclo de carga. 5. Una vez aplicados todos los incrementos de cargas necesarias, quítense las cargas en decremento. 6. Hágase lectura en tiempo de 30 minutos para cada carga actuante en el ciclo de descarga. 7. Después de retirar toda la carga, permítase que toda la muestra se expanda descargada, hasta que no se registren expresiones en el micrómetro en un periodo de 24 horas. 8. Al terminar la prueba quítese el micrómetro y desármese el consolidómetro. Cuidadosamente quítese el agua del anillo de consolidación y de la superficie de la muestra, colóquese dos placas de vídrio, previamente tarados , cubriendo la muestra y el anillo; pésese el conjunto. 9. Séquese la muestra en horno y obténgase el peso seco.
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Metodología Tipo de investigación
Para desarrollar el protocolo de investigación propuesto, se llevará a cabo una investigación de tipo aplicada que permita hacer uso de los conocimientos del tipo de suelo a estudiar, así mismo cada prueba que se realice para encontrar las funciones del suelo que estamos usando. Procedimiento para llevar a cabo la investigación
Para completar el desarrollo de esta investigación se accedió a la consulta de Mecánica de Suelos Tomo 2 “Teoría y aplicaciones de Mecánica de suelos” de Juárez Badillo y Rico Rodríguez de la editorial Limusa que se puede consultar en la biblioteca de la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura unidad Zacatenco. Alguna información fue buscada en diferentes sitios en internet los cuales serán colocados en la bibliografía. Para la realización de dicha prueba se necesitó primero tener una muestra de arcilla, para poder usarla adecuadamente, pesar el anillo que utilizaremos, entonces procedimos a cortarla de forma en la que abarcara todo el interior del anillo, se pesara la muestra dentro del anillo, así mismo colocamos filtros de forma circular del tamaño del anillo, colocando un par de superficies de forma circular que trataran de evitar el paso de agua, y ayudan a mantener la presión ejercida que se le colocara a la brevedad. Una vez hecho esto se procede a llenar de agua el contenedor de la muestra y se pone el deformimetro encima para iniciar la prueba. Se necesita mínimo la ayuda de tres integrantes, el que lea el deformimetro, el que coloque el peso y alguien que lleve los tiempos y los valla registrando, esto se empieza a hacer con una carga de un 250 gramos, debido a que no en todos los casos es notorio presentar dic ha deformación con este peso, procedimos a cambiarlo y a colocar una carga de 500 gramos, tomando los tiempos de 0, 5, 10, 15, 20 segundos hasta las 6 horas. Es importante tomar la lectura del deformimetro a la hora exacta, debido a que un segundo es mucha diferencia. Es importante resaltar que la persona que coloco el cronometro para llevar los tiempos, permanezca haciéndolo. Al transcurrir las 24 horas llegara un momento en que ya el suelo no sienta carga sobre él, entonces no es esencial que se tome exactamente a las 24 horas con precisión. Después de la primera carga se le agregara otra de un kilogramo, volviendo a realizar el procedimiento anterior, cabe mencionar que no es necesario quitarle la carga anterior, porque así estaríamos descargando la muestra y eso dañaría nuestra prueba y se tendría que volver a repetir. Solo colocaremos cargas de 2 kilogramos y 4 kilogramos más. Una vez que transcurren los días procederemos a la descarga la cual nos llevara alrededor de un par de horas realizarla. Cada carga se retirara cada 30 minutos, es decir, como lo hemos hecho procederemos a tomar nota de las deformaciones y tiempos de 0,
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10, 20 y 30 minutos, cumplidos ese tiempo se procede a quitar la otra carga, así hasta quit ar la carga de 500 gramos. Se procede a limpiar el anillo con una franela y pesarlo nuevamente pero ahora con la ayuda de una base de porcelana, pesando ambas y llevando al horno, dejándola 24 horas y regresar a pesarla nuevamente. Procederemos a recopilar los datos y generar las gráficas correspondientes en hojas logarítmicas. Recopilación y análisis de información
Para la recopilación de datos se usaron unas tablas para vaciar cada uno de los datos en ella la cual anexaremos a continuación
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Laboratorio de Mécanica de suelos SM-3 Ensaye de Consolidacion Unidimensional Profundidad:
8.80-9.40
No. De Anillo:
1
Peso de anillo:
163.92
ø del anillo: Alt. Del anillo: W anillo + SH:
CARGA Tiempo 0 seg 5 seg 10 seg 15 seg 20 seg 25 seg 30 seg 45 seg 1 min 1.5 min 2 min 3 min 4 min 5 min 7 min 12 min 15 min 20 min 25 min 30 min 45 min 1 hora 1.5 horas 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas 6 horas 7 horas 8 horas 9 horas 10 horas 24 horas
δ
# Consolidacion:
4
# porcelana:
1
W porce + Anillo: 359.73 gr
8
Wpor + Anillo +SH: 426.57 gr
2 277.04 gr
Wpor + Anillo +SS: 385.28 gr
0.5 kg 19.150 18.750 18.720 18.710 18.699 18.690 18.680 18.660 18.650 18.635 18.610 18.595 18.580 18.572 18.515 18.537 18.535 18.529 18.518 18.502 18.501 18.499 18.498 18.493 18.484 18.479 18.470 18.465
18.458
δ
1 kg 18.458 18.071 18.010 17.945 17.891 17.844 17.811 17.738 17.680 17.589 17.500 17.429 17.349 17.255 17.132 16.888 17.785 16.667 16.591 16.528 16.405 16.298 16.147 16.042 15.845 15.726 15.650 15.581 15.529 15.486 15.450 15.413 15.205
δ
2 kg
δ
4 kg
15.205 14.920 14.818 14.760 14.708 14.651 14.625 14.542 14.479 14.340 14.215 13.991 13.767 13.622 13.378 12.910 12.666 12.400 12.178 11.881 11.358 11.057 10.735 10.565 10.381 10.265 10.179 10.111
9.749 9.530 9.487 9.460 9.430 9.403 9.381 9.320 9.273 9.185 9.090 8.975 8.870 8.780 8.617 8.330 8.170 8.003 7.865 7.756 7.545 7.430 7.279 7.173 7.050 6.975 6.918 6.875
9.749
6.569 6.560
DESCARGA 0 min 10 min 20 min 30 min
8.409 11.249 11.259 11.259
8.019 8.278 8.353 8.409
7.708 7.976 8.011 8.019
6.560 7.691 7.701 7.708
Con los datos obtenidos procederemos a realizar las gráficas correspondientes en hojas logarítmicas de cinco ciclos como se muestra en la figura.
Metas y Alcances Metas
Determinaremos el decremento de volumen y la velocidad con que este decremento se produce, en un espécimen de suelo, confinado lateralmente y sujeto a una carga. Con los datos a obtener para cada escalón de carga, trazaremos la curva de consolidación, en la que se puede representar en abscisas el log t o t, y en ordenada la lectura del micrómetro que mide la deformación vertical de la muestra. Alcances
Hay muestras que resultan ser saturadas, lo cual para eso es el tema del ensayo de consolidación. Este ensayo describe el procedimiento para determinar el grado de asentamiento que experimenta una muestra de suelo al someterla a una serie de incrementos de presión o carga.
Conclusión Durante el proceso de carga, la muestra que se coloco en el anillo vario su deformación dependiendo de la carga que se le aplicaba, entonces se pudo observar que la deformación es casi inmediata al colocar la carga durante los primeros minutos, y la verlocidad de deformación varío dependiendo de la cantidad de carga que se empleo, por dar un ejemplo se deformo más rapido cuando se aplico la carga de medio kilogramo al ser la primera carga, aunque a través de las horas la deformación no es muy notoria. Al aplicar la carga, nosotros le agregamos agua con la finalidad de que dicha carga sea sostenida por el agua y así nuestra muestra explulsa el agua.
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Bibliografía “INSTRUCTIVO PARA EFECTUAR PRUEBAS EN SUELOS” DE: SAHOP O S.C.T. 2. TESIS:” APUNTES PARA LA CÁTEDRA DE LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS”, DE: Ing. Roque Sánchez Ruelas 3. MANUAL DE LAB. DE SUELOS EN ING. CIVIL. DE: Joseph E. Bowles http://biblioteca.uns.edu.pe/saladocentes/archivoz/curzoz/el_consolidometro alacios_yelka_civil_ii.pdf
ni%E6o_p
NG. ABRAHAM POLANCO RODRÍGUEZ. (2015). Manual de Prácticas de Laboratorio de Mecánica de Suelos I.14709716, de Universidad Autónoma de Chihuahua. FACULTAD DE INGENIERÍA Sitio web: http://fing.uach.mx/licenciaturas/IC/2012/01/26/MANUAL_DE_LAB_MEC_DE_SUELOS_I. pdf
Biblioteca Edu. (2013). NOCIONES DE INSTRUMENTACIÓN Y EQUIPO EN ING. CIVIL. 2016, de INGENIERÍA CIVIL Sitio web: http://biblioteca.uns.edu.pe/saladocentes/archivoz/curzoz/el_consolidometro ni%E6o_p alacios_yelka_civil_ii.pdf
Juárez B, Rico R. Mecánica de Suelos tomo I y II, Editorial Limusa, Edición México 2005, 629 págs.
García Romero, Carlos. Manual de laboratorio de Mecánica de Suelos I y laboratorio ESIA, Zacatenco, IPN. México, 120 págs.
Juárez B, Rico R. Mecánica de Suelos tomo I , Editorial Limusa, Edición México 2005, pag 245 Braja M. D. Principios de ingeniería de cimentaciones Editorial Thomson. Cuarta edición. 1999 Pag 36. Ing. Crespo C. Mecánica de Suelos y Cimentaciones. Editorial Limusa. Mexico 1979. Pag 185-187 Tamez Gonzalez E. Ingenieria de Cimentaciones. Editorial TGC Pag 128 Capitulo 1-7
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Anexos
Finos por Lavado
Capsula
W de la cap.
W cap + SH
22
13.78
15.06
# de
Contenido de agua Wcap + SS W Lavado 14.67
1.28
Ww (gr)
Ws (gr)
0.39
0.89
ω (%)
%F
43.82
I1. El material utilizado para la prueba.
I3. Se muestra la lectura de I2. Se corto la muestra del tubo shelby
deformación de micrómetro
de forma que llene perfectamente el volumen dentro de anillo 14
69.53
