Laboratorio de mecanica de suelos para el proceso de consolidación.
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Curso : Mecánica de Suelos II Código del curso : EC513I Facultad : Facultad de Ingeniería Civil Departamento : Departamento de Mecánica de Suelos Docente : Ing. Zenon Aguilar Bardales Jefe de Práctica : Ing. Integrantes : ERAZO 2013 GONZALES ZUÑIGA, Alejandro Lincoln 20130102B GUERRERO NEGREIROS, Jorge Miguel 20132034D GUTARRA PINARES, Daniel Hugo 2013 GUTIERREZ ESPINOZA, Benjamín Antonio 2013 VERAMENDI RAMOS, Gino Herbert 2013 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA LABORATORIO N° 1 Ensayo de Consolidación LIMA – PERÚ 25/09/2015 GRUPO N° 2
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Curso : Mecánica de Suelos II
Código del curso : EC513I
Faculta d : Facultad de Ingeniería Civil
Departamento : Departamento de Mecánica de Suelos
Docente : Ing. Zenon Aguilar Bardales
Jefe de Práctica : Ing.
Integrantes :
ERAZO 2013
GONZALES ZUÑIGA, Alejandro Lincoln 20130102B
GUERRERO NEGREIROS, Jorge Miguel 20132034D
GUTARRA PINARES, Daniel Hugo 2013
GUTIERREZ ESPINOZA, Benjamín Antonio 2013
VERAMENDI RAMOS, Gino Herbert 2013
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
LABORATORIO N° 1
Ensayo de Consolidación
LIMA – PERÚ
25/09/2015 GRUPO N° 2
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CONTENIDO INTRODUCCIÓN……………………………………………………....…..………………….………………………….2 I. OBJETIVOS ...……………………………………………………………………………….………………………….3 II. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO...…………………………………….………………….………………………….4
III. DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO……………………………………………………………………………………10
IV. DESCRIPCIÓN DE LA CURVA DE CONSOLIDACIÓN. PARÁMETROS QUE SE
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INTRODUCCIÓN
Hoy en día es de vital importancia conocer las propiedades del suelo en donde se hará construcciónes debido actualmente estas son de grandes pesos y capacidades. Debido a esto, es necesario saber todo lo que se necesite del suelo porque sino se pueden generar fallas en la estructura y hasta derrumbes por falta de conocimiento del suelo.
Es así que al someter una masa de suelo saturado a un incremento de carga, ésta 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. El asiento total, suponiendo que el último valor medido coincide con el momento en que desaparece toda la sobrepresión intersticial creada al aplicar la carga, es una medida de la deformación del esqueleto del suelo. Si se realizan varios escalones de carga, se obtendrá una curva de compresibilidad, que relaciona la presión efectiva (en escala logarítmica) con la deformación del esqueleto mineral, expresada por el índice de poros o relación de vacíos.
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I. OBJETIVOS:
Determinación la magnitud y velocidad de consolidación de un suelo confinando lateralmente y con drenaje axial, sujeto a cargas aplicadas que van aumentando bajo un esfuerzo controlado.
Conocer y dar una estimación de la magnitud de la velocidad de asentamientos totales y diferenciales de una estructura o un terraplén.
Representar gráficamente las variables de relación de vacios contra esfuerzos efectivos.
Considerar las variables relación de vacios y esfuerzos efectivos como parámetros relevantes al momento de considerar las deformaciones o asentamientos ocurridos en una masa de suelo.
II. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO:
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III. DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO:
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IV. DESCRIPCIÓN DE LA CURVA DE CONSOLIDACIÓN. PARÁMETROS QUE SE OBTIENEN:
Para cada carga aplicada, se realizan mediciones de la deformación para diversos tiempos, y luego se traza con los datos obtenidos la gráfica deformación versus el logaritmo del tiempo o la gráfica deformación versus raíz del tiempo. Dichas gráficas son las llamadas curvas de consolidación. Al finalizar el ensayo se tienen tantas curvas de consolidación como número de cargas aplicadas. Con las curvas de consolidación se determina uno de los parámetros necesarios para realizar los cálculos de tiempos de consolidación y asentamientos. Se determina el parámetro Cv (coeficiente de consolidación). Este cálculo se desarrollará en los puntos siguientes. Con los datos obtenidos mediante el ensayo de consolidación y en base a la teoría desarrollada, es posible determinar para un estrato de suelo específico el coeficiente de consolidación:
Cv =Tv × Hlab
2
tensayo
Siendo: Cv: coeficiente de consolidación. tensayo: tiempo para el cual ocurre el porcentaje de consolidación determinado en el ensayo. Tv: factor de tiempo para el v% de consolidación obtenido de la curva teórica, correspondiente a las condiciones de drenaje del problema. Hlab: máxima distancia que recorre el agua en el ensayo.
CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN (Cv): Método de Casagrande: Para determinar el coeficiente de consolidación Cv, Casagrande propuso un método gráfico partiendo de los datos obtenidos del ensayo de consolidación. En primer lugar debe trazarse para el escalón de carga que represente la situación in situ del estado de tensiones impuesto, la curva Deformación vs log t. Para determinar el escalón de carga a utilizar debe calcularse previamente la carga de partida σ0
′ a la cual se encuentra sometido el estrato compresible así como también la sobrecarga a aplicarse ∆σ′. El escalón de carga deberá ser tal que se aproxime a la suma de ambas presiones. Para estar del lado de la seguridad se utilizará un escalón de carga que supere a σ0
′ + ∆σ′.
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Una vez dibujada la curva de consolidación en escala semilogaritmica, el método consiste básicamente en determinar sobre esa curva el tiempo en el cual se desarrolla el 50% de la consolidación primaria. Para esto se sigue el siguiente procedimiento:
Figura. Curva teórica de consolidación
1. Determinar la deformación teórica correspondiente al 0% de la consolidación (d0%).
Para esto debe elegirse un punto A en la parte inicial de la curva de consolidación de abscisa t1 y encontrar el punto correspondiente de la curva para un tiempo t2 = 4t1. Entre ambos puntos se determina la diferencia de ordenadas ∆. Como la curva es esencialmente parabólica se demuestra que para una relación entre abscisas de 4 corresponde una relación de ordenadas de 2 por lo que la ordenada al origen de dicha parábola se ubica a una distancia ∆ por encima del punto A. Es por esto que se traza una línea horizontal a una distancia ∆ por encima del punto A. La intersección de dicha recta con el eje de las ordenadas representa la deformación correspondiente al 0% de la consolidación (d0%).
Figura. Paso 1 – Método de Casagrande
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2. Determinar la deformación correspondiente al 100% de la consolidación primaria (𝑑100%). Para ello extender la recta tangente a la parábola en el punto de inflexión y la recta tangente a los últimos puntos de la curva de consolidación. Ambas rectas se intersecan en un punto B cuya ordenada representa la deformación correspondiente al 100% de la consolidación primaria (𝑑100%).
Figura. Paso 2 – Método de Casagrande
3. Determinado el d0% y el d100% se determina la mitad de dicha distancia que es la
deformación correspondiente al 50% de la consolidación (d50%). Teniendo este valor como ordenada se obtiene el punto C perteneciente a la curva, cuya abscisa representa el tiempo en que se produce el 50% de la consolidación primaria (t50).
Figura. Paso 3 – Método de Casagrande
4. Con 𝑡50 y 𝑇50 (este último obtenido de la curva teórica correspondiente a las
condiciones de drenado utilizadas durante el ensayo), podemos determinar el coeficiente de consolidación como:
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Cv =T50 × Hlab
2
t50
La altura 𝐻𝑙𝑎𝑏 es la máxima distancia que recorre el agua en el ensayo. En general, el ensayo se realiza permitiendo el drenaje por ambas caras de la muestra de manera de acelerar los tiempos de consolidación, por lo que 𝐻𝑙𝑎𝑏 es la mitad de la altura de la muestra en ese escalón de carga.
Figura. Curva teórica de consolidación para distintas condiciones de drenaje
Método de Taylor: Taylor propuso un método para obtener el tiempo de consolidación, para un porcentaje
de consolidación del 90%, a partir de la curva Deformación-√t, correspondiente al escalón de carga que represente la situación in situ. Determinado ese tiempo de consolidación, puede luego estimarse el coeficiente de consolidación, utilizando la ecuación:
Cv =Tv × Hlab
2
t90
Figura. Curva de deformación - √t
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Para obtener el tiempo correspondiente al 90% de la consolidación, a partir de la gráfica
de Deformación vs √t se procede de la siguiente manera: 1. Dibujar la línea recta que mejor se ajuste a la curva extendiéndose hasta intersecar
ambos ejes, despreciando los primeros puntos que corresponden al acomodamiento de la probeta y del sistema de aplicación de la carga. Llamamos A al punto de intersección con el eje de las deformaciones, es decir representa el 0% de la
consolidación, y B al punto de intersección con el eje de √𝑡.
Figura. Paso 1 – Método de Taylor
2. Denominando “x” a la distancia sobre el eje de la raíz del tiempo, entre el origen y el punto B, buscamos el punto C, de abscisa igual a 1,15 veces “x”.
Figura. Paso 2 – Método de Taylor
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3. Trazar la recta AC. El punto donde AC interseca a la curva de consolidación, tiene como abscisa la raíz del tiempo al cual ocurre el 90% de la consolidación (t90).
Figura. Paso 3 – Método de Taylor
Con t90 calculado y el factor tiempo T90 obtenido de las curvas teóricas según el drenaje de la muestra en laboratorio para un grado de consolidación del 90%, se obtiene el coeficiente de consolidación Cv como:
Cv =T90 × Hlab
2
t90
La altura Hlabes la máxima distancia que recorre el agua en el ensayo. En general, el ensayo se realiza permitiendo el drenaje por ambas caras de la muestra de manera de acelerar los tiempos de consolidación, por lo que Hlab es la mitad de la altura de la muestra en ese escalón de carga.
Figura. Curva teórica de consolidación para distintas condiciones de drenaje
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CÁLCULO DE TIEMPOS DE CONSOLIDACIÓN: Para estimar cuanto tiempo tarda en consolidar un estrato un determinado grado de consolidación se considera que 𝐶𝑣 𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑡𝑢 = 𝐶𝑣 𝑙𝑎𝑏𝑜𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖𝑜, por lo tanto una vez calculado dicho coeficiente a partir de las curvas de laboratorio (Taylor o Casagrande, ambos métodos deben obtener coeficientes similares o del mismo orden) podemos determinar los tiempos de consolidación para distintos grados de consolidación del estrato, mediante la ecuación:
t =T𝑣 × 𝐻2
𝐶𝑣
Siendo: t: tiempo para el cual ocurre el porcentaje de consolidación en el estrato en estudio. Tv: factor de tiempo para el U% de consolidación obtenido de la curva teórica, correspondiente a las condiciones de drenaje del problema. H: máxima distancia que recorre el agua en el estrato, el cual dependerá de las condiciones de drenaje in situ. Cv: coeficiente de consolidación de laboratorio. Puede presentarse el problema de determinar el porcentaje de consolidación que ha tendido lugar para un tiempo t dado. Este problema se resuelve aplicando la expresión antes mencionada, pero teniendo como incógnita el factor de tiempo Tv, una vez determinado, se ingresa con Tv como dato, a la curva teórica correspondiente a las condiciones de drenado, y se obtiene así el porcentaje de consolidación que se ha dado en dicho tiempo t.
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V. DESCRIPCIÓN DE LA CURVA DE COMPRESIBILIDAD. PARÁMETROS QUE SE OBTIENEN.
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VI. DIBUJAR LA CURVA DE CONSOLIDACIÓN PARA P = 3.2 Kg/cm2. OBTENGA LOS PARÁMETROS CORRESPONDIENTES.
(CADA UNO EN SU SERIE)
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VII. DIBUJAR LA CURVA DE COMPRESIBILIDAD. OBTENGA LOS PARÁMETROS CORRESPONDIENTES.
(CADA UNO EN SU SERIE)
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VIII. CUESTIONARIO
1. En los suelos granulares la permeabilidad es alta y por lo tanto se disipan rápidamente las presiones neutras. En consecuencia, el asentamiento se termina al final de la construcción. El asentamiento para este tipo de suelos se da de manera casi instantánea debido a que el agua es expulsada rápidamente. Para este tipo de ensayos se toma una muestra del suelo en las condiciones del terreno, se procede a tallar un pedazo del suelo para ponerlo en un molde. Se procede a comprimir la muestra con un pistón o con cargar normalmente distribuidas, así se puede ver cuando es lo que se puede comprimir el suelo puesto que las estructuras hará que este suelo se comprima completamente a más tardar cuando ya esté culminada la estructura.
2. Existe un método para la aceleración del asentamiento de un suelo arcilloso, este
método se llama estabilización del suelo mediante drenajes verticales prefabricados (PVD) o drenajes wick, estos se aplican en áreas con suelos sueltos, compresibles y saturados de agua, como suelos arcillosos y arcillo-limosos. Estos suelos se caracterizan por un esqueleto de material muy débil y un gran espacio poroso, normalmente lleno de agua (agua de poros). Cuando una carga, como el terraplén de una carretera, un relleno hidráulico o un dique, se sitúa en suelos compresibles blandos, pueden producirse asentamientos significativos. Estos asentamientos pueden crear problemas graves. Un aumento de la carga puede dar lugar a un aumento de la presión del agua de poros. En suelos impermeables, esta agua se disipa muy lentamente y circula saliendo gradualmente de la zona sometida a dicha carga. El aumento de la presión de poros también puede provocar la inestabilidad del suelo y dar lugar a deslizamientos. Un sistema de drenaje vertical, en que los drenajes se colocan generalmente en una red cuadrada o triangular separados de 1 a 3 metros, permite una eliminación más rápida del exceso de agua de poros, con lo que se reduce el riesgo de falla planar de desplazamiento. La consolidación de suelos cohesivos blandos mediante drenajes verticales puede reducir el tiempo de asentamiento de años a meses, lo que garantiza una capacidad de soporte adecuada y la posibilidad de comenzar rápidamente la construcción.
3. La teoría de consolidación si se puede aplicar pero se debe tener mucho
cuidado con las siguientes consideraciones:
a. Si se trata de suelos limosos no saturados estos pueden presentar asentamientos bruscos al ser al estar expuestos bajo carga, por lo que debe considerarse esto para evitar problemas al momento de la aplicación de la misma
b. Si se trata de suelos limosos en estado seco estos pueden presentar una expansión cuando entran en contacto con el agua, por lo que se debe tener cuidado para controlar esta expansión con sus asentamientos bruscos.
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4. Esta norma nos dice todo lo que se debe tener en consideración para la correcta formulación, trabajo y cuidados que se deben tener al hacer cimentaciones. En varias partes de esta norma se nos dice que los suelos se verán “consolidados” debido a las cargas que aplicarán las cimentaciones. Debido a esto hay normas tales como la NTP 339.154:2001 que se deben aplicar
para poder conocer todas las propiedades relevantes con el trabajo que se vaya a realizar en el suelo.
IX. CONCLUSINES: X. RECOMENDACIONES: XI. REFERENCIAS: - http://www.fceia.unr.edu.ar/geologiaygeotecnia/Consolidacion%20unidim%20de%2
