UNIVERSIDAD DE SUCRE ENSAYO DE CONSOLIDACION ASTM D2435-90
GEOTECNIA I INFORME DE LABORATORIO PRACTICA No. 10: ENSAYO ENSAYO DE CONSOLIDACION (ASTM D2435-90) PRESENTA PRESEN TADO DO A: ING. CARLOS MEDINA
PRESENTADO POR: ASSIA DE LA ROSA OSE G!ILLERMO BARRIOS SOTO OSE RAFAEL RAFAEL PATERNINA PATERNINA M!"O# M!" O# LICENA L ICENA PATRICIA PATRICIA SALCEDO MADERA NESTOR L!IS GR!PO N$2 INGENIERIA CI%IL % SEMESTRE !NI%ERSIDAD DE S!CRE FAC!LTAD DE INGENIERIA CI%IL SINCELEO& S!CRE 2013
RES!MEN El método requiere que una muestra del suelo sea restringida lateralmente y que se cargue axialmente con incrementos constantes de carga, aplicados hasta que todo exceso de la presión de agua en los poros se disipe, para cada incremento. Durante el proceso de compresión se efectuarán medidas de la disminución del espesor de la muestra, datos que se usarán para calcular los parámetros que describen la relación entre el esfuerzo efectivo y la relación de vacos o deformación, as como la rata a la cual pueda ocurrir ésta. El ob!etivo de este ensayo es poder obtener un valor experimental de las variaciones de composición y dimensiones de una muestra de suelo, debido a la aplicación de cargas y descargas continuas. "on la experiencia en el laboratorio encontraremos asentamientos del suelo debido a cargas variables en determinados lapsos de tiempo. #ara esto se usó un consolidometro que nos proporcionaba la deformación al variar la carga y un cronometro para calcular el tiempo, con estos datos y usando la teora de consolidaciones unidimensional se obtuvo el posible comportamiento del suelo ante los cambios de esfuerzos
!STIFICACION $e le denomina consolidación al proceso de extrusión de agua y disipación de presión intersticial, que provocan una reducción de volumen y consigo un asentamiento del suelo y de la estructura. Este ensayo puede ser aplicado a cualquier tipo de suelo, puesto que todos experimentan consolidación, pero solo tiene interés para suelos arcillosos debido a su ba!a permeabilidad al realizar una obra civil esta seguirá asentándose durante varios a%os, mientras que en el caso de las arenas por su alta permeabilidad el agua drena rápidamente. #ara poder aplicar esta prueba es necesario que la muestra de suelo se encuentre saturada. &os cálculos de los asentamientos se darán en base a la consolidación unidimensional 'hacia arriba o hacia aba!o(.
OBETI%OS OBETI%O GENERAL
)amiliarizar al estudiante con el ensayo de consolidación de una muestra de suelo arcilloso
OBETI%OS ESPECIFICOS
Determinar mediante la prueba de consolidación, el ndice de compresión "c, el ndice de expansión "s y el esfuerzo de preconsolidación
p*,
los
cuales definen la compresibilidad de los suelos+ además el coeficiente de consolidación "v, el cual caracteriza la rata de compresión primaria+ y el coeficiente de consolidación secundaria " , el cual define las propiedades de reptación.
MARCO TEORICO "uando el suelo se somete a una sobrecarga q los esfuerzos totales se incrementan en esa misma cuanta. En suelos saturados, esto conduce al incremento de la presión de poros+ pero dado que el agua no resiste esfuerzos cortantes, sin que se modifique el nuevo esfuerzo total, el exceso de presión intersticial se disipa a una velocidad controlada por la permeabilidad k del suelo, con lo que el esfuerzo efectivo se va incrementando a medida que el agua fluye. s, en la cuanta de la sobrecarga q, cuando se reduce la presión de poros que se haban incrementado se incrementa el esfuerzo efectivo- esto significa reducción de la relación de vacos e incremento del esfuerzo efectivo. #or lo anterior se da el asentamiento del terreno por deformación del suelo que se ve afectado con el incremento de esfuerzos causado por la sobrecarga y el incremento de la resistencia al corte del suelo después de disiparse el exceso de presión de poros. En general, el asentamiento del suelo causado por cargas se divide en tres amplias categoras1. Asentamiento
inmediato,
provocado por la deformación elástica del suelo seco y
de suelos hmedos y saturados sin ningn cambio en el contenido de agua.
&os cálculos de los asentamientos inmediatos se basan, generalmente, en ecuaciones derivadas de la teora de la elasticidad. 2.
Asentamiento por consolidación primaria,
es el resultado de un cambio de
volumen en suelos saturados cohesivos debido a la expulsión del agua que ocupa los espacios vacos. 3. Asentamiento
por consolidación secundaria,
se observa en suelos saturados
cohesivos y es resultado del a!uste plástico de la estructura del suelo. /ste sigue al asentamiento por consolidación primaria ba!o un esfuerzo efectivo constante. El procedimiento de prueba de la consolidación unidimensional fue primero sugerido por 0erzaghi '1234(, se realiza mediante el Edometro o "onsolidometro, el cual es un aparato de laboratorio til para conocer la compresibilidad de un suelo que va a ser ob!eto de una consolidación. El espécimen de suelo se coloca dentro de un anillo metálico con dos piedras porosas, una en la parte superior del espécimen y otra en el fondo. &os especmenes son usualmente de 56.4 mm de diámetro y 34.7 mm de espesor. &a carga sobre el espécimen se aplica por medio de un brazo de palanca y la compresión se mide por medio de un micrómetro calibrado. El espécimen se mantiene ba!o agua durante la prueba. "ada carga se mantiene usualmente durante 37 horas. Después se duplica la presión sobre el espécimen y se contina la medición de la compresión. l final se determina el peso seco del espécimen de la prueba.
PROCEDIMIENTO
1. preparacion de la muestra en el anillo de consolidacion y tomar las medidas de diametro, altura y pesarla.
2. tomar el espesor de la muestra.
3. preparar el consolodimetro, colocando la piedra porosa y saturandolas.
.Aplicar las car!as .
".tomar los datos a los tiempos pedidos por el pro#esor.
E'!IPOS !TILI#ADOS
"onsolidómetro
Deformmetro de carátula con lectura de 8.81mm de precisión 'ó 8.88819(
Equipo de cargas
"ronómetro
Equipo necesario o disponible para moldeo o corte de la muestra
:orno
;alanza de sensibilidad 8.1 g
RES!LTADOS Y CLC!LOS CAR GA
FECH A
Kg 2 2 2 2 2 2 2
1$%11%2 &13 1$%11%2 &13 1$%11%2 &13 1$%11%2 &13 1$%11%2 &13 1$%11%2 &13 1$%11%2 &13
TIEM PO
LECT URA REAL DEF
LECTU RA REAL DEF
LECTU RA CORRE GIDA
LECTU RA AJUST ADA
Min
Esc: 0,01
Esc: 0,0001
Esc: 0,0001
mm
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2,1''
#ara obtener la deformación real en los tiempos requeridos, se procedió de la siguiente manera- =nicialmente se colocó una pesa de 3>g, pero se multiplica por
18 por la longitud del brazo del consolidómetro, por lo tanto la carga fue de 38>g, para el primer dato de 14 segundos se obtuvo una lectura en el deformimetro 1 vuelta y 43, entonces debemos corregir debido que las lecturas realmente seran al revés, siendo as 1 vuelta ? '188@43(, obteniendo 1 vuelta ? 7A. El resultado arro!ado por el deformimetro se encuentra en milésimas de pulgadas, por consiguiente se hizo la conversión a milmetros- 14 * 0.0001 * 25.4 + 0.3,592. $e procedió hacer el mismo procedimiento para los datos siguientes. hora graficamos deformación vs log de tiempo para cada escalón de carga para verificar que con el tiempo y la misma carga su deformación se hace más peque%a, cuando esto suceda procedemos hacer cambio de carga.
DATOS DE LA M!ESTRA Do/ Cooo/ 3.54 G6 6/768 (G/) 52.A gr P6/o 6 o: 162.2 gr P6/o o ;<6/: 135.A gr P6/o o ;<6/ /6: B8.1 gr P6/o ;<6/: 4B gr P6/o ;<6/ S6 (;/) 4.83 cm D=;6o M<6/ () 1.26 cm A< M<6/ (>) 12.B2 cm3 @ 8.8812B2 m3 6 M<6/ (A) CALC!LOS DE ESF!ER#OS $e plantean los cálculos para los esfuerzos a diferentes escalones de cargas#ara C 38 g 20 Kg x 9.8
σ =
m s
1000∗0.001979 m
#ara C 78 g
2
2
→σ =99.03 kN / m
40 Kg x 9.8
σ =
m s
2
1000∗0.001979 m
2
→σ =198.07 kN / m
#ara C A8 g 80 Kg x 9.8
σ =
m s
1000∗0.001979 m
2
→σ =396.15 kN / m
2
→σ =792.31 kN / m
2
#ara C 158 g 160 Kg x 9.8
σ =
m s
1000∗0.001979 m
2
CALC!LO DE RELACIONES DE %ACIOS #rocedemos a calcular las relaciones de vacos en estado inicial 'e8( y las producidas por cada escalón de cargaDemostracióne=
H − Hs ms ; Hs = Hs A x Gs x ρw
e=
H − Hs Hs
De!amos los volmenes en función área y altura e=
Vv A ∗ Hv Hv H − Hs → e = → e = → e = Vs A∗ Hs Hs Hs
Hs=
ms A x Gs x ρw
$abiendo queGs=
ρs ms ms ms → Gs= →Gs = → Hs= ρw Vs∗ ρw A∗ Hs∗ ρw A∗Gs∗ ρw
$abiendo de donde salen las ecuaciones planteadas para el cálculo de altura de los sólidos y las relaciones de vacos, procedemos a hacer los respectivos cálculos para un e8 inicial y los demás e para cada escalón de carga. Hs=
57 gr ms → Hs= 2 3 A∗Gs∗ ρw 19.79 c m ∗ 2.65∗1 gr / c m
Hs=1.08 cm o 10.8 mm
&a relación de vacos inicial ese 0=
19.3 mm−10.8 mm H − Hs → e o= → e 0=0.78 10.8 mm Hs
R6? 6 @o/ 8 7 6 20 : &ectura final del deformimetro para este escalón de carga-
δ =0,52832
H = Hinicial− δ → H =19.3 mm − 0,52832 → H =18.77168
e 20=
18.77168 −10.8 mm → e 20=0.73 10.8 mm
R6? 6 @o/ 8 7 6 40 : &ectura final del deformimetro para este escalón de carga H = Hinicial− δ → H =19.3 mm − 1,02362 → H =18.27638
e 40=
18.27638−10.8 mm → e 40=0.69 10.8 mm
δ =1,02362
R6? 6 @o/ 8 7 6 0 : &ectura final del deformimetro para este escalón de carga-
δ =1,59766
H = Hinicial− δ → H =19.3 mm −1,59766 → H =17.70234
e 80=
17.70234 −10.8 mm →e 80=0.63 10.8 mm
R6? 6 @o/ 8 7 6 10 : &ectura final del deformimetro para este escalón de carga-
δ =2,14884
H = Hinicial− δ → H =19.3 mm −2,14884 → H =17.15116
e 160=
17.15116−10.8 mm → e 160=0.58 10.8 mm
TABLA DE RES!LTADOS ESF!ER#OS (ϭ) %/ RELACIONES DE %ACIOS (6) CARGA ()
ESF!ER#O ( 8
2
kN / m
)
6
8 38
99.03
8.BA 8.B6
78
198.07
8.52
A8
396.15
8.56
158
792.31
8.4A
GRAFICA
&.' &.(" &.(
ELACION DE ACIOS
&.)" &.) &."" &."
1
1&
1&&
1&&&
ES*+E-O
METODO GRAFICO PRA DETERMINAR EL ESF!ER#O EFECTI%O DE LA M!ESTRA 1. 2. 3. 4. 5. . ,.
Fbicar el punto de radio mnimo 0razar una horizontal en el punto 0razar tangente sobre el punto 0razar la bisectriz entre la horizontal y la tangente #rolongar la lnea de la pendiente de la rama virgen &ocalizar la intersección entre rama virgen y bisectriz &ocalizar la proyección de la intersección en el e!e de los esfuerzos y marcarlo- esfuerzo efectivo
&.' &.(" &.(
ELACION DE ACIOS
&.)" &.) &."" &."
1
1&
1&&
1&&&
ES*+E-O
"omo podemos observar el esfuerzo efectivo es 150 N;2 aproximadamente. Este esfuerzo de preconsolidación es el máximo esfuerzo el cuál ha sido sometido en su historia.
CALC!LO DE C C/ De la gráfica semilogaritmica e vs log esfuerzos, se obtiene de la parte recta el ndice de compresión "cCc=
∆e σ f log σ 0
σ 0 =200 Cc=
e o=0.69
σ f =792.31
e f =0.58
0.69 −0.58 → Cc =0.183 792.31 log 200
G de la rama de descarga de la curva se obtiene el ndice de expansión "s como-
Cs=
σ 0 =10 Cs=
e o=0.76
σ f =60
∆e σ f log σ 0
e f =0.73
0.76 −0.73 → Cs= 0.038 60 log 10
DEFORMACION EN F!NCION DEL TIEMPO PARA CADA A!MENTO DE CARGA C 6 20 D0H$ TIEMP O (MIN) 0,25 0,5 1 2 ! 15 "0 #0 120 20 !0 10
I<)=" DEFORMA CIÓN (MM)
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&. De#ormacion &."
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DEFORMA CIÓN (MM)
0,25 0,5 1 2 ! 15 "0 #0 120 20 !0 10
1,221( 1,2) 1,2)() 1,2$&32 1,3131' 1,33)& 1,3)3$' 1,&(1) 1,"2'' 1,"&)22 1,""1$ 1,"$&& 1,"$())
1 1.1 1.2 1.3 De#ormacion
1. 1." 1.) 1.( &.1
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/iempo
P 10: D0H$
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I<)="
TIEMP DEFORMAC O IÓN (MM) (MIN) 0,25 1,)"3" 1,))11) 0,5 1 1,)'1' 1,(&1' 2 1,(322' 1,()(' ! 15 1,'11&2 1,')1'2 "0 #0 1,$32$ 120 2,&1$3 20 2,1&312 !0 2,131&) 2,1'' 10
1." 1.( De#ormacion
1.$ 2.1 2.3 &
1 1&&&& /iempo
ANALISIS GRAFICO DE DEFORMACION %S LOG TIEMPO :allamos D8, D188 y D48 y los correspondientes t48 para cada incremento de carga. #ara obtener D188, la cual se define arbitrariamente trazando tangentes en la parte central de la curva y en la parte final, en la intersección de las tangentes se proyecta horizontalmente hasta el e!e de las ordenadas y tomamos lectura de D 188. #ara obtener D8, se toma la lectura inicial del deformimetro para t 8, dado que es imposible en un gráfico semilogartmico localizar este punto. #ara obtener D 48, usamos la formula D 48 'D188@D8(J3 #ara obtener t48, entramos con el valor D 48 en la curva y proyectamos verticalmente hasta el e!e de las abscisas y ese será nuestro t 48.
C 6 20 D0 + D100 + D50 + 50 +
8.64 8.43 8.764 B min
C 6 40 D0 + D100 + D50 + 50 +
8.43 1.83 8.BB 18.3 min
C 6 0 D0 + 1.83 D100 + 1.42 D50 + 1.684 50 + 6.4 min C 6 10
D0 + D100 + D50 + 50 +
1.42 3.17 1.A54 68 min
COEFICIENTE DE CONSOLIDACIN 2
C v =
0.197 H dr
t 50
Donde :dr es la trayectoria de drena!e promedio más larga durante la consolidación.
CARGA() 38 78 A8 158
50(;) B 18.3 6.4 68
H (;;) 2.6A 2.16 A.A4 A.4B
C 3.7B 1.5 7.7 8.7A
ANLISIS DE RES!LTADOS Después de haber realizado los pertinentes cálculos para hallar esfuerzos y la deformación para cada carga, se determina la relación de vacos teniendo en cuenta las deformaciones para cada escalón de carga, la masa seca de la muestra, diámetro y altura, y la gravedad especifica de los sólidos, se logra trazar la gráfica relación de vacos vs esfuerzo. &os resultados obtenidos en la gráfica nos arro!an un rango aceptable para "c y "s. #or el método que sugirió "asagrande aunque es un poco aproximado, se obtiene el esfuerzo efectivo de la muestra de suelo que ha tenido toda su historia. #or medio de este ensayo podemos verificar que los suelos cohesivos como las arcillas, tienden a deformarse al aplicársele cargas sobre él. 0ambién cabe decir que mediante este ensayo se obtiene el ndice de compresión "c, el cual sirve para hallar el asentamiento máximo que puede llegar un suelo tipo arcilla. "on respecto a la experiencia en el laboratorio, se hace necesario recalcar que por motivos de fuerza mayor, no se pudieron hacer más cargas en el ensayo, pero los conocimientos colocados en práctica han sido fundamentales para nuestro aprendiza!e.
CONCL!SIONES Y RECOMENDACIONES De acuerdo a lo ensayado en el laboratorio podemos concluir que cuando un suelo es sometido a un incremento de los esfuerzos totales, siendo resultado de unas cargas aplicadas en el terreno para la construcción de alguna obra "ivil, se produce un proceso de extrusión del agua y disipación del exceso de poros, de!ando vacos y produciendo la compactación. &a consolidación en el campo ingenieril es de suma importancia en especial en estructuras cimentadas en depósitos de arcilla, a medida que se realiza este proceso la relación de vacos varia y que a su vez son proporcionales a las deformaciones que experimenta la muestra de suelo, mientras que la parte seca de la muestra permanece constante. #ara me!ores resultados es indispensable recalcar lo siguiente-
•
0ener un previo conocimiento de lo que se va a realizar en el laboratorio
•
la deformación del suelo en función del tiempo Kuestro suelo debe estar acompa%ado de unas piedras porosas tanto en la
•
parte superior como en la parte inferior, para garantizar la permeabilidad.
G!IA S!GERIDA 1. L"uáles propiedades del suelo son medidas durante el ensayo de consolidaciónM
ba!o qué condiciones de consolidación se encuentra un material granulométrico. 7. Defina coeficiente de compresibilidad ' mN( El coeficiente de compresibilidad es un tramo recto que fsicamente expresa la compresibilidad de un suelo, con respecto a su volumen inicial.
4. LCué es la presión de pre consolidación y la relación de sobre consolidaciónM &a presión de pre consolidación es la tensión efectiva vertical máxima a la que ha estado sometido un suelo y la relación de sobre consolidación se define como la relación entre la presión de pre consolidación y la tensión vertical actual. 5. LDefina &nea virgen de consolidaciónM Es una trayectoria continua ba!o un tramo recto cuya pendiente es el ndice de "c 'ndice de compresión( y que esta graficada en la relación de vacos versus #resión efectiva 'Escala logaritimica( B. LCue son arcillas normalmente y sobre consolidadasM &as arcillas normalmente consolidadas son aquellas arcillas cuyos esfuerzos que soportan actualmente no son mayores a las que han soportado históricamente y las rcillas sobre consolidadas son aquellas arcillas cuyos esfuerzos actuales son diferentes a las que han soportado en antecedentes históricos. A. L"uál es la relación entre el coeficiente de consolidación y permeabilidadM &a relación entre el coeficiente de consolidación y permeabilidad está en que , cuando el suelo saturado es sometido a una sobre carga , esto conduce al incremento de la presión de poros, pero dado que el agua no resiste esfuerzos cortantes, sin que modifique el nuevo esfuerzo total, el agua empieza a disiparse a estratos más permeables con lo que el esfuerzo efectivo se va incrementando debido al drena!e del agua, disminuyendo la
presión de poros y aumentando el esfuerzo efectivo, por lo que nos conduce a una reducción de la relación de vacos, produciendo un asentamiento del terreno por la deformación del suelo. partir de las cuales encontramos dos relaciones básicas "vOmvOr P Donde se expresa la permeabilidad en función del coeficiente de consolidación y del coeficiente de compresibilidad volumétrica, evidencias de que la deformación se puede evaluar por el volumen de agua drenada en el tiempo.
2. L#orque se mide la altura la altura final de la muestra después del ensayo de "onsolidaciónM
BIBLIOGRAFIA http-JJPPP.bdigital.unal.edu.coJ1A57J18Jcap2.pdf http-JJes.scribd.comJdocJ68417627J=nforme@ensayo@de@consolidacion ;ra!a Das, fundamentos de ingeniera Ieotécnica http-JJPPP.slideshare.netJhansicoJconsolidacion@4574A4B
ANEOS 1. Co/oo;6o
