Consolidacion - Mec. Suelos II - Primer Informe

Universidad Nacional de Cajamarca

Mecnica de Suelos II

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

Consolidacin

Unidimensional

CURSO : Mecnica de suelos II

DOCENTE : Ing. Ral Valera Guerra

ALUMNOS : Albarrn Tirado Lidman Edwar. Barboza Fustamante Normali. Beltrn Romero Christian Gianfranco. Bueno Valera Jorge.

Bustamante Daz Rodil Milko. Cusquisiban Aquino Mara Noemi. Daz Villar Jimmy Antony.

Idrogo Salazar Elmer.

CICLO : VI

Cajamarca, Setiembre del 2011



CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL

I) INTRODUCCIN:

En nuestra vida profesional se presenta con frecuencia problemas como son la

determinacin del Asentamiento de una estructura, as como el tiempo en que esto ocurrir.

Para dar solucin a dichos problemas previamente determinamos la consolidacin del

terreno debido a carga esttica, obteniendo la informacin suficiente para poder determinar

con exactitud el tiempo en que ocurrir el asentamiento y su magnitud.

Por lo anterior es de vital importancia conocer la velocidad de asentamiento total y

diferencial de la estructura.

La consolidacin es el proceso de asentamiento de los suelos antes mencionados,

cuando estn saturados y sujetos a incrementos de carga debido a la disipacin de la presin

de poros.

Todo lo anterior se refleja en los resultados obtenidos a partir del ensayo, el cual

entrega la curva de esfuerzo deformacin, la presin de preconsolidacin y el coeficiente de

consolidacin.

El ensayo de consolidacin es un ensayo bastante complicado debido a que tiene un

complejo procedimiento, en el cual debemos ver cmo va variando el volumen del suelo al

aplicar la carga, con una duracin de 2 semanas aproximadamente, aunque en nuestro caso se

ver una forma simplificada del ensayo, ya que por motivos de tiempo y espacio en el

laboratorio no se podr hacer completo. Este ensayo esta estandarizado por la norma

norteamericana ASTM D-2435.

OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL

Conocer cunto y en qu tiempo se deforma el suelo al ser sometido a una carga.

OBJETIVOS ESPCIFICOS

Interpretar los datos obtenidos a travs de formulaciones, y grficos de

manera que nos proporcionen conclusiones sobre el ensayo realizado.

Reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario

para realizar el ensayo de consolidacin aprendiendo las caractersticas

de cada uno.

Construir las curvas de consolidacin y establecer los puntos de

importancia para la determinacin de las caractersticas de

compresibilidad del suelo y rapidez de consolidacin.

Determinar el Cv50



II) MATERIALES:

4.1) REFERENCIAS:

ASTM D2435-96

4.2) MATERIAL:

Muestra inalterada.

4.3) EQUIPO:

Equipo de consolidacin unidimensional.

Figura N 01: Equipo de Consolidacin

Consolidmetro.

Figura N 02: Consolidmetro

Dial de expansin con divisiones de 0.01mm.

Figura N 03: Dial de Expansin

Balanza con aproximacin de 0.01gr.



III) MARCO TERICO:

CONSOLIDACIN UNIDIRECCIONAL O UNIDIMENSIONAL

A) DEFINICIN:

Es un proceso de disminucin de volumen, que tiene un lugar en un lapso de

tiempo, provocado por un aumento de cargas sobre el suelo, se llama Proceso De

Consolidacin.

Frecuentemente ocurre que durante el proceso de consolidacin la posicin relativa

de las partculas slidas sobre un mismo plano horizontal permaneces especialmente

la misma; as, el movimiento de las partculas del suelo puede ocurrir slo en direccin

vertical; esto es Consolidacin Unidireccional O Unidimensional.

Figura N 04: consolidmetro

Figura n 05:

B) CURVA DE CONSOLIDACIN:

El asentamiento total o consolidacin ocurre cuando el agua recupera su

situacin de hidrosttica y la carga ha sido totalmente transferida a las partculas

slidas.



Toda la deformacin producto de esa transferencia (disminucin de fase

lquida) se denomina Consolidacin Primaria.

Si la carga se mantiene los slidos del suelo se deforman por efectos de fatiga,

rotura de granos o reacomodo de partculas que provoca una deformacin adicional

llamada Consolidacin Secundaria.

Los efectos de consolidacin secundaria son en la actualidad poco estudiada,

razn por la cual no son considerados en prctica, en consecuencia es necesario

distinguir:

Figura n 06: curva de consolidacin

b.1) 0% DE CONSOLIDACIN PRIMARIA:

Ubicar un punto al inicio de la curva (A).

Ubicar un segundo punto con t = tA/4 (este es el punto B).

Ubicar un punto arriba del punto B una distancia = AB en el eje de ordenadas; y

ese es el 0%.

Hacer tres tanteos y calcular el promedio.

b.2) 100% DE CONSOLIDACIN SECUNDARIA:

Trazar una recta por el punto de inflexin tangente a la curva.

Proyectar el tramo recto lineal.

Y por ltimo ubicar el 100% de consolidacin que es la interseccin de las

rectas.

b.3) T50: tiempo en que la muestra alcanza el 50% de consolidacin

C) COEFICIENTE DE CONSOLIDACIN:

Se define como coeficiente de variacin volumtrica y fsicamente expresa la

compresibilidad del suelo, relacionndola con su volumen inicial.



CURVA DE COMPRESIBILIDAD:

De las grficas tiempo-deformacin para varias cargas se calcula el cambio de la relacin de

vacios se calcula el cambio de la relacin de vacos (e).

Con las Presiones Efectivas (= `) y las correspondientes relacin de vacos (e) se dibuja la

Curva De Compresibilidad

Figura n 07: coeficiente de compresibilidad

El sentido matemtico de este concepto resulta claro si se tiene presente la curva de

compresibilidad ya analizado:

El coeficiente de compresibilidad representa, en mdulo, la pendiente de la curva de

compresibilidad, en escala natural, en el punto de que se trate. El valor depende de la

presin actuante sobre el suelo y no es una constante del mismo.

Fsicamente, el coeficiente de compresibilidad mide la razn de variacin de la relacin de

vacos con la presin; un alto caracteriza a un suelo muy compresible, mientras uno bajo

es propio de un suelo no susceptible de grandes cambios de volumen.

D) CARGA DE PRECONSOLIDACIN

Es la presin mxima que algn momento soport la muestra ensayada y su ubicacin es muy

prxima al tramo recto (tramo virgen) de la curva de compresibilidad. Se obtiene:

Una recta tangente por el punto de mxima curvatura (T)

Recta horizontal por el punto de tangencia (H)

Bisecamos el ngulo formado B

Proyectamos el tramo recto y ubicamos el punto de interseccin con B que viene a

ser el Pc.

E) COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD:



F) COEFICIENTE DE ELASTICIDAD:

( )

G) ASENTAMIENTO DEL ESTRATO EN ESTUDIO:

[

]

H) CURVA DE VARIACION DEL COEFICIENTE DE CONSOLIDACION MEDIA

El coeficiente de consolidacin es aplicado tanto para el estrato real como para el

ensayo de laboratorio. En el ensayo se utiliza la altura efectiva de la muestra en el

50% de consolidacin y el factor tiempo t como (1/5). T50 se obtiene grficamente de

la curva de consolidacin y por lo tanto el valor CV50.

La grfica se construye con los valores Cv50 obtenidos y las variaciones de carga

a escala natural.

I) GRADO DE CONSOLIDACION

Se define grado de consolidacin de un suelo a una profundidad (Z) y en un

tiempo (t) a la relacin entre la consolidacin que haya tenido en ese lugar y la

consolidacin total que ha de producirse bajo el incremento de carga impuesto.

El grado de consolidacin es funcin del llamado factor tiempo (T) que es una

cantidad adimensional resultante de la ecuacin diferencial de consolidacin

definida como:

( )

IV) PROCEDIMIENTO:

Obtener una muestra inalterada con el anillo metlico de consolidacin (puede ser con

el dimetro de 4cm y h=2cm, o con el dimetro de 8cm y h= 2cm) y determinar la

densidad natural.

Ensamblar el anillo con la muestra en el consolidmetro, el cual est equipado con una

piedra porosa en la parte inferior.

Colocar otra piedra porosa sobre el anillo con la muestra.

Colocar la placa de distribucin de carga sobre la piedra porosa.

Colocar el consolid metro en el equipo de consolidacin.

Colocar en ceros la escala de presiones.

Girar el tornillo de carga hasta que haya contacto con la placa de distribucin de carga.



Colocar el dial en el portareloj de tal manera que haya contacto con el tornillo de carga

y estableces en ceros.

Aplicar el primer incremento de presin (0.49 kg/cm).

La presin aplicada se mantiene constante y se registran las lecturas de asentamiento

de acuerdo a los siguientes tiempos en minutos 0.1, 0.25, 0.50, 1, 2, 4, 8, 15, 30,

1hora, 2h, 4h, 8h, 16h, 24h, etc. Generalmente las lecturas se registran hasta 24 horas

o hasta que no se observe cambio de volumen significativo.

Aplicar las siguientes presiones: 1 kg/cm, 2 kg/cm, 4 kg/cm, 8 kg/cm, etc. (las

presiones duplican el valor de la presin anterior) y seguir el mismo procedimiento

del paso anterior.

Al terminar el ensayo determinar el peso de la muestra hmeda y el peso de la

muestra seca.

Dibujar las curvas de consolidacin con los datos obtenidos en escala semilogartmica.

Los datos de tiempo transcurrido se dibujarn en la abscisa en escala logartmica y los

datos de asentamiento se dibujarn en la ordenada en escala natural.

Se determina el 0%, 100% y 50% de consolidacin primaria y luego sus

correspondientes asentamientos en cada curva.

Determinar los coeficientes de consolidacin, de comprensibilidad, de permeabilidad

y el mdulo de elasticidad.

COEFICIENTE DE CONSOLIDACIN:

Donde:

= Factor de tiempo para el 50% de grado de consolidacin primaria.

= Trayectoria fsica real que el agua tiene que correr para salir de la

muestra.

= Tiempo correspondiente al 50% de consolidacin primaria.

= h cuando la muestra es drenada por una sola cara.

= h/2 cuando la muestra es drenada por ambas caras.

=

= Altura de la muestra en el 50% de consolidacin primaria

= Altura inicial de la muestra

=Asentamiento de la muestra en el 50% de consolidacin primaria.

COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD:

Donde:

= Relacin de vacos despus de aplicar la presin P2.

= Relacin de vacos despus de aplicar la presin P1.

Donde:



= Relacin de vacos.

= Altura de vacos.

= Altura de slidos.

=

= Altura inicial de la muestra

= Altura del agua

= Asentamiento total de la muestra

Donde:

= Volumen del agua = rea anillo de consolidacin

COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD:

Donde:

= Peso Especfico del agua

COEFICIENTE DE ELASTICIDAD:

( )

Donde:

= Asentamiento de la muestra cuando se aplica la presin P2.

= Asentamiento de la muestra cuando se aplica la presin P1.

Dibujar la curva de compresibilidad en escala semilogartmica, para lo cual los datos

de las presiones aplicadas se dibujarn en el eje de abscisas en escala logartmica y los

datos correspondientes a la relacin de vacos se dibujar en el eje de ordenadas en

escala natural.

Dibujar la curva de coeficientes de consolidacin versus presiones en escala natural.

En el eje de abscisas se dibuja los datos de presiones y en el eje de ordenadas se dibuja

los datos de coeficientes de consolidacin.

Determinar el asentamiento del estrato en estudio.

ASENTAMIENTO DEL ESTRATO EN ESTUDIO:

[

]

Donde:

= Asentamiento probable.

= espesor de estrato.

= Relacin de vacos inicial.

= ndice de compresibilidad.

= 0.009*(LL-10)

LL = Lmite lquido

=Presin de apoyo

= Incremento de presin



V) RESULTADOS DE LA PRCTICA DESARROLLADA PROYECTO ESTUDIO DE SUELOS CIMENTACION ENSAYO CONSOLIDACION

UNIDIMENCIONAL

UBICACIN CIUDAD UNIVERSITARIA "UNC" OPERADOR GRUPO - B2

CALICATA P1 - E4 FECHA 27/09/2011

POZO N P1 SUELO ARCILLOSO

MUESTRA DE ENSAYO (inicio)

DIAM.(mm) 50.8

ALT.(mm) 25.4

AERA(cm2) 20.27

Vm(Cm3) 51.48

W anillo (gr) 68.8

VA+Mh (gr) 145

Wmh. (gr) 76.2

m(gr/cm3) 1.48

s(gr/cm3) 2.69

CONTENIDO DE HUMEDAD

TARA N T1 T2 T3

Wtara (gr) 27.1 27 39.4

Wt+Mh (gr) 87.3 100.2 98.2

Wt+Ms (gr) 75.7 87.1 88.5

Ww (gr) 11.6 13.1 9.7

Ws (gr) 48.6 60.1 49.1

w(%) 0.24 0.22 0.20

w(%) promedio 22.00

FACTOR DE AMPLIACION DEL SISTEMA DE CARGA

A(cm) 3

B(cm) 27

FACTOR 10

DIAL DE LECTURAS (cm) 0.01 * DIVICION

LECTURA INICIAL 380 DIVISIONES

MUESTRA DE ENSAYO (final)

Wa+Mh (gr) 146.3

Wa+Ms. (gr) 132.1

Wmh (gr) 77.5

Wms (gr) 63.2

w(%) 22



LECTURA DE DEFORMACIONES ACUMULDAS:

PRESIN: 0.49 Kg/cm2 PRESIN: 0.99 Kg/cm2

TIEMPO

DIA/HORA

LECTURA DEFORM.

(divis) (cm)

O seg 08:05:15 a.m. 380 0

15 seg 08:05:15 a.m. 379 0.01

30 seg 08:05:30 a.m. 378 0.02

1 min 08:06 a.m. 377.5 0.025

2 min 08:07 a.m. 376.8 0.032

4 min 08:09 a.m. 375.2 0.048

8 min 08:13 a.m. 374 0.06

16 min 08:21 a.m. 371.7 0.083

30 min 08:37 a.m. 371.1 0.089

1 Hs 09:07 a.m. 370.6 0.094

2 Hs 11:07 a.m. 268.3 0.1117

PRESIN: 1.97 Kg/cm2 PRESIN: 3.95 Kg/cm2

PRESION: 1.97 Kg/cm2 (DESCARGA)

TIEMPO

DIA/HORA

LECTURA DEFORM.

(divis) (cm)

O seg 07:50 a.m. 0.38

15 seg 07:50:15 a.m. 258.5 0.1215

30 seg 07:50:30 a.m. 256.9 0.1231

1 min 07:51:00 a.m. 256.1 0.1239

2 min 07:52:00 a.m. 255.5 0.1245

4 min 07:54:00 a.m. 255 0.125

8 min 07:58:00 a.m. 254.8 0.1252

16 min 08:06:00 a.m. 254.1 0.1259

30 min 08:20:00 p.m. 253.8 0.1262

1 Hs 08:50:00 p.m. 253 0.127

2 Hs 09:50:00 p.m. 252.8 0.1272

TIEMPO

DIA/HORA

LECTURA DEFORM.

(divis) (cm)

O seg 07:14:00 a.m. 250 0.13

15 seg 07:14:15 a.m. 233 0.147

30 seg 07:14:30 a.m. 231 0.149

1 min 07:15:00 a.m. 229 0.151

2 min 07:16:00 a.m. 228.7 0.1513

4 min 07:18:00 a.m. 226.8 0.1532

8 min 07:22:00 a.m. 225.3 0.1547

16 min 07:28:00 a.m. 225.2 0.1548

30 min 07:44:00 a.m. 224.5 0.1555

1 Hs 08:14:00 a.m. 223.4 0.1566

2 Hs 09:14:00 a.m. 222 0.158

4 Hs 11:14:00 a.m. 220.1 0.1599

8 Hs 15:14:00 p.m. 219.5 0.1605

24 HS 07:14:00 a.m. 218.4 0.1616

TIEMPO

DIA/HORA

LECTURA DEFORM.

(divis) (cm)

O seg 08:22:00 a.m. 218 0.162

15 seg 08:22:15 a.m. 198.8 0.1812

30 seg 08:22:30 a.m. 195.5 0.1845

1 min 08:23:00 a.m. 188.1 0.1919

2 min 08:24:00 a.m. 187 0.193

4 min 08:26:00 a.m. 184.9 0.1951

8 min 08:30:00 a.m. 183.2 0.1968

16 min 08:38:00 a.m. 182 0.198

30 min 08:52:00 a.m. 179.2 0.2008

1 Hs 09:22:00 a.m. 177.1 0.2029

TIEMPO

DIA/HORA

LECTURA DEFORM.

(divis) (cm)

O seg 171 0.2052

15 seg 174.8 0.2051

30 seg 174.9 0.2051

1 min 174.9 0.2048

2 min 175.2 0.2046

4 min 175.4 0.2042

8 min 175.8 0.2041

16 min 175.9 0.2039

30 min 176.1 0.2039

1 Hs 176.1 0.2035

2 Hs 176.5 0.2035

4 Hs 176.5 0.2035



Dibujamos las curvas de consolidacin, determinando el 0% y 100% de consolidacin de la

muestra ; y la deformacin de la muestra a si como tambin el t50 :

0.99 Kg/cm2

0.49 Kg/cm2



1.97 Kg/cm2

3.95 Kg/cm2



0.001

0.051

0.101

0.151

0.201

0.2 2 20 200 2000

Ase

nta

mie

nto

(cm

)

Tiempo (min)

Presion = 0.49

Presion = 0.99 Kg/cm2



Calculo de la relacin de vacios y Cv50

Curva de comprensibilidad

Calculo de la carga de Preconsolidacin:

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

0.4 4

REL

AC

IN

DE

VA

CIO

S

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0.1 1

REL

AC

IN

DE

VA

CIO

S

Pc = 0.98 (Kg/cm2)

PRESION (kg/cm^2)

DEFOR. (mm) 0%

DEFOR. (mm) 100%

ASENT. (Cm) HF. (cm) e=(s*Hf*A/Ws)-1 Hef. (cm) t 50 (mim) Cv50 (cm^2/min )

0.4900 0.0000 0.0090 0.0090 2.5310 1.1802 1.2678 3.5000 0.0918

0.9900 0.0090 0.1271 0.1181 2.4129 1.0785 1.2360 2.9000 0.1054

1.9700 0.1271 0.1454 0.0183 2.3946 1.0627 1.2019 8.0000 0.0361

3.9500 0.1454 0.1959 0.0505 2.3441 1.0192 1.1847 1.0000 0.2807



Curva de variacin de Cv50

Ejemplo de aplicacin:

Datos:

Presin efectiva por ejercida por el estrato (P1): 0.645 kg/cm2

Presin efectiva del estrato y cimentacin (P2): 1.2 kg/cm2

En el laboratorio se calculo la relacin de vacios = 0.92

HR del estrato: 3.00m

CALCULO DE CC EN LA GRAFICA :

0.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

0.0000 1.0000 2.0000 3.0000 4.0000 5.0000

Cv5

0 (

cm2

/min

)

PRESION (Kg/cm2)

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

0.4 4

REL

AC

IN

DE

VA

CIO

S

P1

e1

e2

P2

e1

e2



( )

( )

CALCULO DEL ASENTAMIENTO TOTAL PRIMARIO (H)

( )

(

)

TIEMPO DE CONSOLIDACION: En qu tiempo alcanza l estrato el 90% de consolidacin?

Cv50 = 0.105 cm2/min (del grafico)

Reemplazando datos:

Luego podemos concluir que el 90% de consolidacin para una muestra de las

caractersticas especificadas en el ejemplo, se lograra un asentamiento total de 9.4 cm en

aproximadamente 4 meses.

0.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

0.0000 1.0000 2.0000 3.0000 4.0000 5.0000

Cv5

0 (

cm2

/min

)

PRESION (Kg/cm2)

P2 P1

Cv50



VI) CONCLUSIONES:

Se logr determinar la cantidad y el tiempo de deformacin del suelo por la aplicacin de

una carga.

Se logr Construir las curvas de consolidacin y establecer los puntos de importancia para la

determinacin de las caractersticas de compresibilidad del suelo y rapidez de consolidacin.

Se determin el coeficiente de compresibilidad y el coeficiente de consolidacin medio (Cv50).

Determinamos que el suelo ante las solicitaciones o cargas que se aplican este deformando a

medida que pasa el tiempo.

VII) RECOMENDACIONES:

Se debe tomar mucho cuidado al momento de tomar las lecturas respectivas en el

deflectometro para as no tener problemas al momento de realizar los clculos.

Despus del primer incremento de carga se debe mantener siempre hmeda la muestra

de ensayo.

Las lecturas en el deflectometro se deben realizar hasta que no cambien para as poder

realizar el nuevo incremento de carga; de esta manera obtener una consolidacin

completa a la carga correspondiente.

VIII) BIBLIOGRAFIA:

Mecnica de suelos JUAREZ BADILLO.

Apuntes de clase.



IX) NEXO FOTOGRAFICO:

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