benavides informe consolidacion

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de suelos II: Ensayo de consolidación.

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RESUMEN

En el presente informe, desarrollaremos los conceptos relacionados y el

método para realizar el ensayo de consolidación; el cual se hizo con la

finalidad de determinar la compresibilidad, la velocidad y grado de

asentamiento de una muestra de suelo inalterado de forma cilíndrica.

El ensayo de consolidación, proporciona información sobre la compresibilidad

de una muestra cuya expansión lateral es impedida.





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INDICE

INTRODUCCION…………………………………………………………PAG. 3

OBJETIVOS…….…………………………………………………………PAG. 4

DEFINICIONES…..………………………………………………….……PAG. 5

MARCO TEORICO…..…………………………..………………….……PAG. 5

EQUIPOS Y MATERIALES…..…………………………………...……PAG. 12

PREPARACION DE LA MUESTRA………………………………...…PAG. 14

PROCEDIMIENTO………………………………………….………...…PAG. 15

RESULTADOS…………………………………………………...………PAG. 16

CURVA DE COMPRESIBILIDAD……………………………….….…PAG. 20

CONCLUSIONES………………………………………………………..PAG. 20

BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………PAG. 21





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INTRODUCCIÓN

El ensayo de consolidación, es de gran importancia, debido a que la consolidación es un

problema natural de los suelos finos, como arcillas y limos, y todas las edificaciones

fundadas sobre este tipo de suelo enfrentarán este fenómeno. Por eso es de vital

importancia conocer el grado de asentamiento total y diferencial de la estructura.

El ensayo puede ser realizado para determinar la ley existente bien entre la presión aplicada

y la deformación resultante, o bien entre la deformación y el tiempo que es ejercida una

presión constante.

La muestra, de forma cilíndrica, es situada dentro de un anillo metálico indeformable y

entre dos discos porosos; un conjunto de pesas calibradas, que actúan mediante un

mecanismo de palancas, empuja un pistón que se desplaza libremente dentro del anillo,

comprimiendo la muestra. Un instrumento de medición lee la deformación axial de la

probeta.

Cuando el suelo es permeable, como es el caso de un suelo granular, o cuando la carga se

aplica a un suelo fino seco (o con bajo grado de saturación), el proceso de deformación con

reducción en el índice de vacíos tiene lugar en un período tan corto que es posible

considerar el proceso como instantáneo. En estos casos existe una deformación vertical

prácticamente inmediata, pero no se reconoce como consolidación.





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OBJETIVOS

1. Asimilar la metodología y procedimientos usados en el ensayo, incluido el tiempo e

intervalos de medición.

2. Conocer la magnitud y rapidez de los cambios de volumen de una muestra al ser

sometida a un ensayo de consolidación.

3. Construir las curvas de consolidación y establecer los puntos importantes a través

del método de Casagrande, para la determinación de las características de

compresibilidad del suelo y rapidez de consolidación.

4. La deducción del tipo de asentamiento que se trata.





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DEFINICIONES

Clases de consolidación. Puede ser Primaria o Secundaria.

Primaria; cuando cargado el suelo, la reducción de volumen se debe a la expulsión

del agua, fenómeno en el que se transfiere la carga soportada por el agua al

esqueleto mineral, esta es la consolidación propiamente dicha.

Secundaria, cuando la consolidación se da por reajuste del esqueleto mineral y

luego de que la carga está casi toda soportada por este y no por el agua.

Evaluación de asentamientos.

La consolidación impone la necesidad de evaluar la magnitud y la velocidad de los

asentamientos. Si el suelo es altamente deformable, las sobrecargas cargas altas producen

asentamientos excesivos. Si el suelo es un limo arenoso, la permeabilidad puede ofrecer

asentamientos rápidos que suelen darse durante la construcción. Si el suelo es limo

arcilloso, los asentamientos pueden prolongarse durante un tiempo importante después de

terminada la obra.

Análisis de asentamientos.

Pueden considerarse dos casos: asentamientos por una sobrecarga en un área infinita, o

asentamiento por sobrecarga en un área de tamaño finito. Lo anterior se define según la

extensión del área cargada en comparación con el espesor de la capa de suelo que se

considera deformable.

Para el caso de un área cargada de extensión infinita, según Terzaghi, “las deformaciones y

el flujo de agua se dan en una dimensión que es la dirección vertical, e interesa la

permeabilidad vertical del suelo”. En este caso se considerará el efecto de la sobrecarga

constante a cualquier profundidad del terreno deformable.





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Para el segundo caso, cuando el área cargada es pequeña como suele darse en el caso de

una zapata, es evidente la deformación tridimensional del subsuelo.

Procesos en la Consolidación

El proceso de consolidación se estudia en dos niveles:

a. Consolidación Primaria

Permite estimar los asentamientos que se van a producir una vez que la carga es

totalmente transferida a la estructura de suelo. Esta etapa que corresponde al fin de

la consolidación primaria, se obtiene de este ensayo y es representada por la curva

de consolidación. Es necesario decir que existe una consolidación secundaria y

corresponde a las deformaciones acumuladas después de que se completa la

consolidación primaria.

b. Proceso Transiente

Este proceso corresponde a la transferencia gradual de los excesos de presión

neutra a la estructura de suelo en el tiempo, lo que nos permite calcular, a partir del

ensayo de laboratorio, la variación de los asentamientos en el tiempo, así como las

presiones neutras y tensiones efectivas en cada punto de la masa de suelo,

igualmente en el tiempo.

Carga de preconsolidación

Todo suelo tiene una historia geológica de esfuerzos que puede investigarse en las curvas

del ensayo de consolidación.





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MARCO TEORICO

Teoría de la consolidación.

Terzaghi propuso el modelo mostrado en la figura para ilustrar el proceso de consolidación,

lo cual se conoce como “Analogía mecánica de Terzaghi”. El mismo consiste en un

recipiente cilíndrico lleno de agua, con un resorte dentro y sobre él un pistón con una

válvula. El resorte representa el esqueleto mineral de un suelo y el agua sería el agua

intersticial del suelo. Se supone que el pistón sin fricción es soportado por el resorte. Al

aplicar una carga al pistón con la válvula cerrada, la longitud del resorte permanece

invariable, puesto que el agua se considera incompresible. Si la carga induce un aumento de

la presión total, entonces la totalidad de este aumento debe ser absorbido por un aumento

igual de la presión del agua. Cuando se abre la válvula, el exceso de presión de agua en la

cámara causa el flujo de ésta hacia afuera, la presión disminuye y el pistón se hunde a

medida que se comprime el resorte. En esta forma, la carga se transfiere en forma gradual al

resorte, reduciendo su longitud, hasta que toda la carga es soportada por el mismo. Por

consiguiente, en la etapa final, el aumento de la presión efectiva es igual al aumento de la

presión total, y el exceso de presión de agua se reduce a cero. La velocidad de compresión

depende del grado de apertura de la válvula, esto es análogo a la permeabilidad del suelo.

Figura 1. Analogía mecánica de Terzaghi.





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Las hipótesis que se consideraron para el desarrollo de la teoría de la consolidación son las

siguientes:

1. El suelo está totalmente saturado y es homogéneo.

2. Tanto el agua como las partículas del suelo son incompresibles.

3. Se puede aplicar la ley de Darcy para el flujo del agua.

4. La variación de volumen es unidimensional en la dirección del esfuerzo aplicado.

5. El coeficiente de permeabilidad en esta dirección permanece constante.

6. La variación de volumen corresponde al cambio en la relación de vacíos y

permanece constante.

Figura 2. Esquema de consolidación en terreno (ELE Internacional Ltda. 1993).





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Método de Casagrande para la Determinación Gráfica de la carga de

preconsolidación, .

En el gráfico – :

1. Ubicar punto 1, punto de máxima curvatura.

2. Trazar la recta 2, tangente por el punto 1.

3. Trazar la recta 3, horizontal por el punto 1.

4. Trazar la bisectriz de la recta tangente 2 y la horizontal 3.

5. Prolongar recta de la curva virgen o curva normalmente consolidada.

6. La intersección de las rectas 4 y 5 determina en abscisas el valor de .

Figura 3. Determinación grafica de la carga de preconsolidación.





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MATERIAL Y EQUIPO

Maquina de carga

Un aparto apropiado para aplicar una carga vertical o

esfuerzos al espécimen.

Consolidometro

Con los ponentes mostrados en la figura, en donde el anillo tendrá las dimensiones

mínimas, que serán, una altura mínima de 12 mm y un diámetro mínimo de 45 mm.

Figura 4. Maquina de carga

Figura 5. Esquema del consolidometro.





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Micrómetro

Con una capacidad de lectura de 0.001 mm (Extensómetro).

Equipo para labrar la muestra (Cuchillo, espátula)

Balanza con aproximación a 1 gr

Cazuela





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PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

1. Evitar durante la preparación de la muestra alguna alteración en la

estructura del suelo.

2. Preparación de la probeta por tallado de una muestra inalterada: Se emplea

el anillo con un borde cortante. Se prepara en la muestra una zona con la

superficie horizontal de tamaño apreciablemente mayor que el diámetro

interior del anillo, con la precaución de mantener la orientación que tenia la

muestra en el terreno.

3. Se sitúa el anillo sobre la mencionada zona con el borde cortante en

contacto con la muestra.

4. Utilizando como guía la pared interior del anillo, se talla un cilindro cuyo

diámetro es aproximadamente el diámetro interior del anillo y de altura

superior a este.

5. Se va introduciendo el anillo en la muestra, hasta que esta sobresalga por la

parte opuesta del borde cortante, cortándola en seguida por debajo.

6. Determine el peso inicial del anillo más el material húmedo, en gr.

Imagen 6. Se puede ver la muestra

obtenida de una muestra inalterada.

Imagen 7. Se puede observar la forma de

pesar la muestra húmeda más el anillo.

Antes de la prueba.





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PROCEDIMIENTO

1. Preparación de los discos porosos: La preparación de los discos y otros aparatos,

dependerá de la muestra de suelo a la que se le aplicara la prueba.

2. Poner el consolidómetro en el aparto de carga y dejar durante 24 horas sin aplicar

cargas de consolidación.

3. Aplique el primer incremento de carga luego de 24 horas, anotando las lecturas del

micrómetro.

4. Una vez aplicados todos los incrementos de carga necesarios, se procede a quitar las

cargas en decrementos, de la misma manera que fueron aplicados.

5. Terminado la descarga seque la muestra en el horno y obtenga su peso seco

(anillo + suelo seco).





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CÁLCULOS Y RESULTADOS

Datos obtenidos de la lectura de los micrómetros.

Dia Carga Dia Carga Dia Carga

Izq. Der. Izq. Der. Izq. Der.

04/03/2008 12:35 p.m. 3,000 3,000 15'' 4,727 4,550 16/03/2008 08:05 a.m. 6,691 6,532

04/03/2008 12:40 p.m. 3,045 3,052 30'' 5,840 5,550 1' 0,25 kg 6,670 6,509

04/03/2008 01:50 p.m. 3,045 3,060 1' 5,885 5,585 2' 6,669 6,508

05/03/2008 08:05 a.m. 3,045 3,065 2' 5,995 5,597 4' 6,668 6,506

6'' 0,25 kg 3,240 3,165 4' 5,981 5,625 8' 6,668 6,505

15'' 3,245 3,168 8' 6,019 5,649 15' 6,665 6,502

30'' 3,247 3,169 15' 6,152 5,784 30' 6,663 6,501

1' 3,248 3,169 30' 6,177 5,798 60' 6,662 6,500

2' 3,249 3,169 60' 6,192 5,811 120' 6,661 6,499

4' 3,249 3,168 120' 6,201 5,821 17/03/2008 08:05 a.m. 6,658 6,492

8' 3,249 3,168 11/03/2008 08:05 a.m. 6,463 5,997 1' 0,00 kg 6,638 6,462

15' 3,243 3,162 6'' 4,00 kg 6,641 6,153 2' 6,620 6,459

30' 3,242 3,162 15'' 6,880 6,242 4' 6,618 6,458

60' 3,241 3,161 30'' 6,691 6,312 8' 6,615 6,452

120' 3,241 3,161 1' 6,692 6,350 15' 6,611 6,451

06/03/2008 08:05 a.m. 3,241 3,161 2' 6,695 6,430 30' 6,608 6,449

6'' 0,50 kg 3,270 3,175 4' 6,698 6,476 60' 6,605 6,445

15'' 3,271 3,176 8' 6,698 6,512 120' 6,604 6,444

30'' 3,271 3,176 15' 6,698 6,530 20/03/2008 08:05 a.m. 6,598 6,440

1' 3,272 3,176 30' 6,698 6,550

2' 3,272 3,176 60' 6,698 6,573

4' 3,272 3,176 120' 6,698 6,593

8' 3,272 3,176

15' 3,273 3,176 12/03/2008 08:05 a.m. 6,698 6,631

30' 3,273 3,177 1' 1,00 kg 6,698 6,589

60' 3,273 3,177 2' 6,698 6,588

120' 3,273 3,177 4' 6,698 6,585

07/03/2008 08:05 a.m. 3,273 3,177 8' 6,698 6,584

6'' 1,00 kg 3,378 3,210 15' 6,698 6,583

15'' 3,379 3,201 30' 6,698 6,581

30'' 3,380 3,202 60' 6,697 6,580

1' 3,381 3,202 120' 6,697 6,579

2' 3,382 3,201 10/03/2008 08:05 a.m. 6,696 6,578

4' 3,382 3,201 1' 0.50 kg 6,695 6,550

8' 3,383 3,200 2' 6,694 6,548

15' 3,385 3,200 4' 6,693 6,547

30' 3,386 3,200 8' 6,692 6,545

60' 3,387 3,200 15' 6,692 6,541

120' 3,387 3,200 30' 6,692 6,540

10/03/2008 08:05 a.m. 3,389 3,200 60' 6,692 6,540

6'' 2,00 kg 3,750 3,380 120' 6,692 5,538

Lectura

HoraIndicador

DESCARGA

HoraIndicador

Lectura Lectura

HoraIndicador





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Anillo Nº: 187 Diámetro del anillo: 8.75 cm Área del anillo: 60,13 cm2.

Altura del anillo: Altura de la muestra al inicio de la prueba: .

Peso Espec. Relat. de sólidos: Altura de sólidos=

Variación en la altura de la muestra del principio al final de la prueba :

Altura final de la muestra : .

Altura inicial del agua : .

Altura final de agua : .

Relación de vacios inicial :

Relación de vacios final :

Grado de saturación inicial :

DETERMINACION DE HUMEDAD ANTES DESPUES

1. Anillo Nº 187 187

2. Peso del anillo + suelo húmedo 411.5 535.75

3. Peso del anillo + suelo seco 385.8 385.8

4. Peso del agua (2-3) 25.7 149.95

5. Peso del anillo 194.3 194.3

6. Peso del suelo seco, Ws (3-5) 191.5 191.5

7. Contenido de humedad, W% (4/6) 13.42% 78.30%





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Grado de saturación inicial :

Para el cálculo de relaciones de vacios usaremos los siguientes valores:

ENSAYO DE CONSOLIDACION: Resumen de datos y cálculo

Tiempo transcurrido para cada incremento de carga. (Hr.)

Fecha en que se aplicó el incremento de carga

Presión p

kg/cm2

Lectura micrómetro

mm

Deformación mm.

correc. Por compresión

mm

deform. Corregida

Relación de vacios

04/03/2008 0,00 3,055

05/03/2008 0,25 3,201 0,146 0,019 0,127 0,011 0,998

06/03/2008 0,50 3,225 0,170 0,032 0,138 0,012 0,997

07/03/2008 1,00 3,295 0,240 0,052 0,188 0,016 0,993

10/03/2008 2,00 6,230 3,175 0,077 3,098 0,263 0,746

11/03/2008 4,00 6,665 3,610 0,103 3,507 0,297 0,712

DESCARGA

12/03/2008 1,00 6,637 3,582 0,104 3,478 0,295 0,714

13/03/2008 0,50 6,612 3,557 0,093 3,464 0,294 0,715

16/03/2008 0,25 6,575 3,520 0,084 3,436 0,291 0,718

17/03/2008 0,00 6,519 3,464 0,061 3,403 0,289 0,720

23,70 11,795





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SONDEO: N-3 PROFUNDIDAD: 1,10 m

Fecha de Ensayo:04/03/08

Edómetro N° 165

Peso especifico relativo de sólidos, Ss 2,7

Altura de sólidos (mm), Hs 11,8

Altura inicial de la muestra (mm), H1 23,70

Relación de vacios inicial e1 1,01

Altura final de la muestra (mm), H2 19,70

Relación de vacios final e2 0,67

Fecha en que se aplico el incremento de carga

05/03/2008

Tiempo transcurrido para c/.Incremento carga, Hr 24 Horas

Presión, p (kg/cm2) Relación de Vacios (e)

CARGA

0,25 0,999

06/03/2008 24 h 0,50 0,998

07/03/2008 24 h 1,00 0,994

10/03/2008 72 h 2,00 0,747

11/03/2008 24 h 4,00 0,713

DESCARGA

12/03/2008 24 h 1,00 0,715

13/03/2008 24 h 0,50 0,716

16/03/2008 72 h 0,25 0,719

17/03/2008 24 h 0,00 0,722





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GRAFICA DE LA CURVA DE COMPRESIBILIDAD

CONCLUSIONES 1. El ensayo de consolidación es importante para nosotros, sobre todo en

esta zona, donde abundan los suelos blandos y saturados.

2. En suelos no homogéneos, que su comportamiento es elástico, pueden

cambiar sus propiedades mecánicas con pequeñas variaciones en el

contenido de humedad, y carga.

3. Observando la grafica, hallamos que el 50% de la consolidación se

produce para una carga de 2 kilogramos.

0.7000

0.7200

0.7400

0.7600

0.7800

0.8000

0.8200

0.8400

0.8600

0.8800

0.9000

0.9200

0.9400

0.9600

0.9800

1.0000

1.0200

Rela

ció

n d

e v

acío

s, e

Carga aplicada, p (kg/cm2) Tramo de carga Tramo de descarga

0,25 0,50 2,00 4,00





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BIBLIOGRAFÍA

E. Juárez Badillo, 1969. Tomo I, 2da Edición “fundamentos de la mecánica de

suelos”

Norma internacional “ASTM D 2435 ‐ 90”

Norma internacional “ASSHTO T 216”

benavides informe consolidacion

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