Consolidación

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA Y DE LA

CONSTRUCCIÓN LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES

CÓDIGO:

PT-10 REGISTROS DEL SISTEMA DE CALIDAD

GUÍA DE PRACTICAS DE LABORATORIO

ELABORADO POR: DOCENTE RESPONSABLE

APROBADO POR: COORDINADOR ÁREA DE CONOCIMIENTO

FIRMA: FIRMA:

FECHA: FECHA:

CARRERA: INGENIERIA CIVIL ASIGNATURA: INGENIERIA DE SUELOS PROFESOR: ING. HUGO BONIFAZ



CÓDIGO:


HISTÓRICO DE MODIFICACIONES

EDICIÓN FECHA HOJAS

AFECTADAS CAUSA

1 JUNIO 2014 TODAS CREACIÓN DEL REGISTRO



CÓDIGO:


PRACTICA No: 1

TEMA: CONSOLIDACIÓN DE SUELOS NORMA: ASTM D 2435/D 2435M-11 OBJETIVO: Determinar los parámetros necesarios para calcular los hundimientos por consolidación y los tiempos en que estos se producen. - MARCO TEÓRICO: - Un incremento del esfuerzo provocado por la construcción de cimentaciones u otras cargas

comprime los estratos del suelo. La compresión es causada por a) deformación de las partículas del suelo, b) reacomodo de las partículas del suelo, y c) expulsión de agua o aire de los espacios vacíos. En general, el asentamiento del suelo causado por cargas se divide en tres amplias categorías:

1. Asentamiento inmediato, provocado por la deformación elástica del suelo seco y de suelos

húmedos y saturados sin ningún cambio en el contenido de agua. Los cálculos de los asentamientos inmediatos se basan, generalmente, en ecuaciones derivadas de la teoría 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 vacíos.

3. Asentamiento por consolidación secundaria, se observa en suelos saturados cohesivos y es resultado del ajuste plástico de la estructura del suelo. Éste sigue al asentamiento por consolidación primaria bajo un esfuerzo efectivo constante.

El procedimiento de prueba de la consolidación unidimensional fue primero sugerido por Terzaghi (1925), la cual se efectúa en un consolidómetro (llamado a veces odómetro). La figura es un diagrama esquemático de un consolidó metro. 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. Los especímenes son usualmente de 63.5 mm de diámetro y 25.4 mm de espesor. La 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 bajo agua durante la prueba. Cada carga se mantiene usualmente durante 24 horas. Después se duplica la presión sobre el espécimen y se continúa la medición de la compresión. Al final se determina el peso seco del espécimen de la prueba. La forma general de la gráfica de deformación del espécimen versus tiempo para un incremento dado de carga se muestra en la figura 6.3. En la gráfica se observan tres etapas distintas, que se describen como sigue: Etapa l: Compresión inicial, causada principalmente por la precarga. Etapa Il: Consolidación primaria, durante la cual el exceso de presión de poro



CÓDIGO:


- PARTE EXPERIMENTAL: - MATERIALES, EQUIPOS E INSUMOS .

Materiales y equipos cantidad insumos cantidad

Consolidómetro (Edómetro) Anillo Piedras porosas Grasa o aceite Micrómetro Cronómetro Cápsulas de Humedad Balanza Termómetro Equipo tallador de muestras

1 1 2 1 1 1 4 1 1 1

- PROCEDIMIENTO

El aparato utilizado para realizar este ensayo se denomina Edómetro y aplica el principio introducido por Terzaghi de la compresión de una muestra, generalmente indeformada, de altura pequeña con relación al diámetro, confinada lateralmente por un anillo rígido y colocada entre discos porosos.

Si las condiciones reales correspondieren a una situación de estrato semi-abierto se emplea entonces un solo disco poroso.

A pesar de lo pequeño de las muestras, el rozamiento que se desenvuelve entre el suelo y la pared del anillo durante el ensayo constituye una causa de error aunque no importante.

Se ha notado que la fuerza de rozamiento lateral alcanza valores de orden del 10 a 20 % de la presión vertical aplicada.

El anillo rígido procura reproducir en el laboratorio lo que ocurre en la naturaleza, donde la deformación lateral de la masa de suelo solicitado por la carga, es impedida por la restante parte del macizo terroso que la envuelve. La carga es aplicada sobre la piedra porosa superior por medio de un disco metálico rígido y la compresión es medida con el auxilio de un micrómetro con sensibilidad de 0.01 mm.

La prueba de consolidación se realiza usando especímenes de 5.0 cm. de diámetro y 2,0 cm. de espesor. Las muestras no disturbadas o remoldeadas. La muestra no disturbada es tallada y colocada en el anillo y luego colocada en el Consolidómetro. Es necesario conocer la deflexión del aparato, bajo una de las cargas a utilizarse. Para ello se ensambla el aparto igual que para un ensayo regular pero sin suelo y se colocan las dichas cargas, midiendo las deflexiones (llamadas “deflexiones del aparato”). No se debe olvidad incluir el papel filtro, el cual impide impregnación de material en las piedras porosas.



CÓDIGO:


Se realiza el ensayo aplicando cargas verticales que van siendo gradualmente aumentadas, generalmente según una progresión aritmética de razón igual a 2.

Cada estado de carga debe permanecer el tiempo suficiente para permitir la deformación total de la muestra, registrándose durante el mismo y a intervalos apropiados (15”, 30”, 1’, 2’, 4’, 8’, 16’, 32’ ) y luego a intervalos arbitrarios las indicaciones del micrómetro.

- CÁLCULOS Ejemplo del Ensayo de Consolidación

Determinar la presión de preconsolidación, el índice de compresión y el coeficiente de consolidación de un suelo arcilloso con las siguientes características: Peso específico del suelo: 1,68 g/cm3 Peso específico de las partículas: 2,81 g/cm3 Humedad de la muestra: 53,2 % Altura inicial de la muestra: 3,808 cm. La lectura inicial del micrómetro antes de la aplicación de la carga inicial fue ajustada en 8.08 mm. y para los diferentes estados de carga se obtuvieron los valores de deformación que se indica a continuación en el cuadro Nº1:

Los resultados del cuadro anterior se desarrollan en el cuadro Nº2 en el siguiente proceso. En la primera columna se colocan los valores de los diferentes estados de carga en kg./cm.².



CÓDIGO:


En la segunda columna colocamos los valores de las deformaciones acumuladas para cada estado de carga. En la tercera columna se coloca los valores de las alturas finales de la muestra, después de estar sometidos a los incrementos de presión. Y en la cuarta columna procedemos a realizar las operaciones siguientes para obtener los diferentes índices de vacíos para cada estado de carga en base al siguiente procedimiento. Hs = altura reducida de la muestra Con estos datos obtenidos procedemos a realizar los cálculos de índices de vacíos para las distintas presiones aplicadas al suelo: Cálculo de compresión de la muestra: Cálculo de la altura de la muestra:

3hS cm/g10.1

532.01

68.1

h1

49.155.11

808.3

e1

hh1

h

he

55.110.1

81.21e

1

iS

S

i1

S

g

i

55.1149.1

808.3e1

53.1149.1

774.3e2

51.1149.1

739.3e3

478.1149.1

6925.34 e

4235.1149.1

611.3e5

21.1149.1

294.3e6

034.1149.1

031.3e7

mmh

mmh

mmh

77.731.008.86

............

...........

69.039.708.82

34.074.708.81

cmh

cmh

cmh

031.3777.0808.36

........

........

739.3069.0808.32

774.3034.0808.31



CÓDIGO:


CUADRO Nº2

Valores con los cuales trazamos la curva e – log(σ) que se indica a continuación:

a) Determinación de la Presión De Preconsolidación. b) En el punto de mayor curvatura se traza una recta tangente al mismo (T).

c) Del mismo punto trazamos una recta horizontal (H).

d) Trazo la bisectriz de estas dos rectas (B).

e) Luego prolongo la parte recta de la curva e -log(σ) hasta intersecar la bisectriz,

punto desde el cual bajo una perpendicular al eje de las abscisas la cual nos muestra el valor de δp= 0.88kg/cm2



CÓDIGO:


σp= 0.88 kg./cm2

PRESIÓN (kg./cm2)

ÍND

ICE

DE

VA

CIO

S

0,1

1,60

1,50

1,40

1,30

1,20

1,10

1,00

2 3 4 5 6 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8 9 10,07

HT

B

σp= 0.88 kg./cm2

Índice de Compresión Cc: Se obtiene determinando la pendiente de la recta de Compresión Virgen. Coeficiente de Consolidación Cv (Método de Casagrande): Para estimar este parámetro se puede utilizar el procedimiento grafico de Casagrande; para lo cual se construye una grafica semilogaritmica, con los datos de la deformación y tiempos de estado de carga que se asemeja a las presiones que van ase aplicadas al suelo en su estado natural, por la estructura a ser construida en el sitio. Se toman en cuenta las siguientes consideraciones: Curva a la cual tengo que realizar un ajuste grafico para que se asemeje a la curva teórica de porcentaje de Consolidación-factor tiempo Para determinar el 100% de la consolidación, trazo una recta tangente, en el punto de inflexión de la curva.

1

2

21

1

21

21

log

ee

log

eeeCc

71.0

355.1log

09.0

55.1

1.2log

21.13.1

log

eeCc

1

2

21



CÓDIGO:


Luego prolongo la parte recta de la curva hasta cortar la tangente del punto de inflexión. De este punto trazamos una horizontal que corte al eje de las ordenadas en un punto el cual representa el 100% de la consolidación. Luego determinamos el 0%, para lo cual consideramos una relación de 1 a 4 en la parte superior de curva experimental, determinando su diferencia de altura. Colocamos esa diferencia de altura sobre la curva en el primer punto y sobre ese punto trazamos una horizontal que corte el eje de las ordenadas en el 0%. Una vez ajustada la curva experimental a la teórica, divido la diferencia de altura comprendido entre el 100% y el 0% en dos y determino el 50% de la consolidación, punto desde el cual trazo una recta hasta interceptar a la curva experimental y haciendo pívot en este punto trazo una vertical que intercepta el eje de los tiempos en t50 = 12 min., valor que nos servirá para determinar el Coeficiente de Consolidación Cv. Luego en la curva teórica uz % = ∫(T), determino el factor tiempo para que se produzca el 50% de la consolidación T50= 0.196. Para determinar H50 o sea la altura de la muestra cuando se produce el 50% de la consolidación, en la gráfica observamos que el 50% de la consolidación corresponde a una lectura micrométrica de 4.8 mm, como la marca inicial del micrómetro era de 8.08mm. Tenemos:

8.08–4.8 = 3.28 mm. Como la altura inicial de la muestra era de 3.808 mm.; y por ser estrato abierto:

2H50 = hi – 0.328 H50 = (3.808 – 0.328)/2 = 1.74 cm.

Luego con los valores obtenidos, se aplica la formula indicada anteriormente y se obtiene Cv:

50

2

5050

t

H*TCv

segcmx

x

xCv /102.8

6012

74.1196.0 24

2



CÓDIGO:


0,1 1 10 100 1000 10000

Tiempo de consolidacion transcurrido ( minutos)

Defo

rm

acio

n (

lect. M

icro

metro

) (

mm

)

U=100%

U=50%

U=0%

t50 %=12min.

PARA 2,1 kg./ cm2

Coeficiente de Consolidación (Método de Taylor)

Para aplicar este método se representan en el eje de las ordenadas las lecturas del medidor del Edómetro, y en de las abscisas, la raíz cuadrada del tiempo.

Prolongando hacia atrás la parte recta de la curva de laboratorio obtenemos la

deformación correspondiente al cero corregido Lo.

En la curva teórica, para un grado de consolidación del 90%, la abscisa es igual a

1.15 veces la abscisa de la prolongación de la recta anteriormente mencionada, para el mismo valor de la ordenada. Entonces se traza por el cero corregido una recta cuya abscisa sea igual a 1.15 veces la abscisa de la parte recta de la curva de laboratorio.

Mediante una recta, unimos el punto obtenido al trazar la recta cuya abscisa es 1.15

veces la abscisa de la parte recta de la curva de laboratorio, con el punto cuya abscisa corresponde a Lo.



CÓDIGO:


El punto donde en donde la recta mencionada anteriormente corta a la curva

corresponde al 90 % de la consolidación primaria. De este punto sacamos t90, que corresponde al cuadrado del valor hallado en la gráfica, es decir, t90=(5)2=25 min. Seguidamente hallamos Cv con la siguiente fórmula:

Luego en la curva teórica uz % = ∫(T), determino el factor tiempo para que se produzca el 90% de la consolidación T90= 0.848.

Para determinar H90 o sea la altura de la muestra cuando se produce el 90% de la

consolidación, en la gráfica observamos que el 90% de la consolidación corresponde a una lectura micrométrica de 1.25 mm, como la marca inicial del micrómetro era de 8.08mm. Tenemos:

8.08–1.25 = 6.83 mm. Como la altura inicial de la muestra era de 3.808 mm.; y por ser estrato abierto: 2H90 = hi – 0.683 H90 = (3.808 – 0.683)/2 = 1.20 cm. Luego con los valores obtenidos, se aplica la formula indicada anteriormente y se

obtiene Cv:

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Raíz de t

Le

ctu

ra d

el m

icró

me

tro

(m

m.)

d

1.5d

√t90=5

1,25

Lo

L90

90

290

t

H*TCv

seg/cm10x12.8

60x25

20.1x848.0Cv 24

2



CÓDIGO:


- RESULTADOS Con los datos anotados en las hojas de cálculo, se procede a determinar el coeficiente de consolidación CV e índice compresión de la muestra de suelo

Consolidación

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