Ensayo DE Consolidación PDF

Preview

Summary

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN DE MECÁNICA DE SUELOS II ...

Description

|

“ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

TRADUCCION DEL LIBRO SEGERLINK (250-300)

DOCENTE:

CURSO: ✓ MECANICA DE SUELOS II

ALUMNO:

Lambayeque, 2018

INDICE I.

pág.

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 2

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

II.

M. SUELOS II

OBJETIVOS............................................................................................................................ 3

III.

MARCO TEÓRICO: ............................................................................................................ 3

IV.

MATERIALES Y EQUIPOS: ............................................................................................... 6

V.

PROCEDIMIENTO PARA EL DESARROLLO DEL ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN ............ 7 MÉTODO DE LA DEFORMACIÓN CONTROLADA ............................................................... 7

VI.

EVALUACIÓN DE DATOS OBTENIDOS ........................................................................... 8

VII.

CURVAS DE COMPRENSIBILIDAD Y CÁLCULO DE ASENTAMIENTO POR

EXPRESIÓN ARITMÉTICA ......................................................................................................... 11 VIII.

DETERMINACIÓN DE LA CARGA DE PRECONSOLIDACION. ...................................... 13

Método de Casagrande: .......................................................................................................... 13 IX. X. XI.

CONCLUSIONES: ............................................................................................................ 14 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................... 14 PANEL FOTOGRÁFICO:.................................................................................................. 15

1

M. SUELOS II

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

I.

INT INTRO RO ROD DUC UCCIÓ CIÓ CIÓN N

Los procesos de carga y descarga a los cuales se ve sometido un suelo durante la construcción de obras civiles generan respuestas del mismo, las cuales son a corto o largo plazo de acuerdo a la propiedad del suelo que estén afectando; por ejemplo la cimentación de un edificio genera los dos tipos de respuesta ya que al cambiar la disposición original de las partículas de suelo se generan asentamientos inmediatos, la otra respuesta se debe a que a lo largo del tiempo la carga colocada generará cambios en la presión intersticial del suelo, cambio de presión que a su vez producen cambios volumétricos, denominados asentamientos por consolidación. El ensayo de consolidación es un ensayo bastante complicado debido a que tiene un complejo procedimiento, en el cual debemos ver cómo va variando el volumen del suelo al aplicar la carga, con una duración de 2 semanas aproximadamente, aunque en nuestro caso se verá una forma simplificada del ensayo, ya que por motivos de tiempo y espacio en el laboratorio no se podrá hacer completo. Este ensayo esta estandarizado por la norma norteamericana AST ASTM MD D-24 -24 -2435 35 35. El propósito fundamental del ensayo de consolidación es determinar ciertos parámetros que se utilizan para predecir la magnitud del asentamiento de estructuras fundadas sobre los distintos suelos. Además, el ensayo permite conocer información acerca de la historia de presiones a que ha sido sometido el suelo. Los parámetros más importantes que se obtienen del suelo al realizar el ensayo son: a. El índice de compresibilidad (Cc), que expresa la compresibilidad de una muestra. b. La presión de pre consolidación (Pc), que indica la máxima presión que ha soportado el suelo en su historia geológica.

2

M. SUELOS II

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

II.

OBJ OBJET ET ETIV IV IVOS OS ✓ Obtener la curva de comprensibilidad en escala aritmética y semilogarítmica

✓ Conocer la presión de pre consolidación (Pc), que indica la máxima presión que ha soportado el suelo en su historia geológica (método de Casagrande). ✓ Determinar el asentamiento que tendrá el suelo, por la expresión aritmética.

III.

MAR MARCO CO T TEÓ EÓ EÓRI RI RICO CO CO::

El Ensa Ensayo yo de Con Consol sol solida ida idació ció ción. n. - Se realiza con el edómetro, y determina la Curva de Consolidación y la Curva de Compresibilidad. La Curva de Compresibilidad, muestra la relación entre la carga aplicada “p p” y la relación de vacíos “e”. A partir de allí se puede determinar la Carga de preconsolidación pc pc, que es la carga máxima a la que ha sido sometido el suelo durante toda su historia geológica, usando el Método de Casagrande. Para poder hacer la gráfica del ensayo de consolidación se debe conocer los siguiente: 1. AL ALTUR TUR TURA A DE SSOLI OLI OLIDO DO DOS S 𝑯𝒔: Es aquella que tiene la muestra correspondiente en la fase sólida.

𝛾𝑠 =

𝑊𝑠 𝑾𝒔 → 𝑯𝒔 = 𝑉𝑠 𝜸𝒔 ∗ 𝑨

…𝟏

Donde: 𝑯𝒔: Altura de sólidos 𝐴: Área Fig. (1). Modelo de la muestra en el instante inicial (1) antes de aplicar la carga.

𝑊𝑠: Peso de los sólidos 𝛾𝑠 : Peso específico de sólidos

3

M. SUELOS II

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

2. REL RELAC AC ACIÓN IÓN D DE EV VACÍ ACÍ ACÍOS OS IINICI NICI NICIAL AL 𝒆𝟏 : Es aquella que tiene la muestra, al inicio y antes de aplicar la carga.

𝑒1 =

(𝐻1 − 𝐻𝑠) ∗ 𝐴 𝑉𝑣 → 𝑒1 = 𝑉𝑠 𝐻𝑠 ∗ 𝐴

𝑒1 =

𝐻1 − 𝐻𝑠 𝐻𝑠

𝒆𝟏 =

𝑯𝟏 −𝟏 𝑯𝒔

…𝟐

Donde: 𝒆𝟏; Relación de vacíos inicial 𝑉𝑣: Volumen de vacíos 𝑉𝑠; Volumen de sólidos Fig. (2). Modelo de la muestra en el instante inicial (1) antes de aplicar la carga.

𝐻1: Altura inicial 𝐻𝑠: Altura de sólidos

3. AL ALTUR TUR TURA A FI FINA NA NAL L 𝑯𝟐:: es aquella que se tiene la muestra al final, cuando ha salido del consolidometro. En la cual se medirá con un vernier.

𝑯𝟐 = 𝑯𝟏 − ∆𝑯

…𝟑

Donde: 𝑯𝟐: Altura final 𝐻1: Altura inicial

Fig. (3). Modelo de la muestra en el instante final (2).

∆𝐻: Variación de alturas

4

M. SUELOS II

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

4. REL RELAC AC ACIÓN IÓN D DE EV VACÍ ACÍ ACÍOS OS F FIN IN INAL AL 𝒆𝟐 : Es aquella que tiene al final, cuando ha salido del consolidometro. 𝑒2 =

(𝐻2 − 𝐻𝑠) ∗ 𝐴 𝑉𝑣 → 𝑒2 = 𝑉𝑠 𝐻𝑠 ∗ 𝐴

𝑒2 =

𝐻2 − 𝐻𝑠 𝐻𝑠

𝒆𝟐 =

𝑯𝟐 −𝟏 𝑯𝒔

…𝟒

Donde: 𝒆𝟐 ; Relación de vacíos final 𝑉𝑣: Volumen de vacíos 𝑉𝑠; Volumen de sólidos

Fig. (4) Modelo de la muestra en el instante final (2).

𝐻2: Altura final

𝐻𝑠: Altura de sólidos 𝐴: Áre

5. REL RELAC AC ACIÓN IÓN D DE EV VACÍ ACÍ ACÍOS OS E EN NU UN N IINS NS NSTAN TAN TANT TE CU CUAL AL ALQU QU QUIER IER IERA: A: Es la relación de vacíos durante el ensayo, la muestra está dentro del consolidometro. 𝑒𝑖 =

𝐻1 − 𝐻𝑠 − ∆𝐻𝑖 𝐻𝑠

𝒆𝒊 =

𝐻1 − 𝐻𝑠 ∆𝐻𝑖 − 𝐻𝑠 𝐻𝑠

𝒆𝒊 = 𝒆𝟏 −

∆𝑯𝒊 𝑯𝒔

…𝟓

Donde: 𝒆𝒊 ; Relación de vacíos en cualquier instante. 𝒆𝟏 ∶ Relación de vacíos inicial 𝑉𝑣𝑖: Volumen de vacíos. 𝑉𝑠; Volumen de sólidos

Fig. (5) Modelo de la muestra en un instante cualquiera. 𝑒𝑖 =

(𝐻1 − 𝐻𝑠 − ∆𝐻𝑖) ∗ 𝐴 𝑉𝑣𝑖 → 𝑒𝑖 = 𝑉𝑠𝑖 𝐻𝑠 ∗ 𝐴

𝐻1: Altura inicial

𝐻𝑠: Altura de sólidos 𝐴: Área

5

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

IV.

M. SUELOS II

MAT MATE ERIA RIALES LES Y E EQ QUIPO UIPOS S:

Fig. 6. Consolidómetro

Fig. 7. Anillo

Fig. 8. Balanza.

Fig. 10. Micrómetros

Fig. 11. Estufa

Fig. 12. Papel filtro.

Fig. 9. Vernier.

6

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

V.

M. SUELOS II

PRO PROCE CE CED DIM IMIEN IEN IENTO TO PA PARA RA E EL LD DES ES ESA ARRO RROLL LL LLO OD DEL EL EN ENSA SA SAYO YO DE CO CONS NS NSOL OL OLID ID IDACIÓ ACIÓ ACIÓN N MÉ MÉTOD TOD TODO O DE LA DE DEFO FO FORM RM RMAC AC ACIÓ IÓ IÓN NC CON ON ONTR TR TROL OL OLAD AD ADA A

Este método tiene su variante, la cual fue plasmada en este ensayo, el cual tiene una duración de aproximadamente 15 días incluyendo los días de saturación previa, carga, descarga y secado. Por los usos aplicativos, el poco tiempo de disponibilidad, la complejidad y delicadeza de los equipos, con carga y descarga controlada en intervalos ya determinados en el horario de laboratorio. La aplicación vendría a ser la misma, pues ambos tienen el mismo fundamento, claro está que las conclusiones reales no se plasmarían, pero es el procedimiento a seguir. Pas Pasos os a seg seguir: uir: ✓ Tomar las medidas correspondientes del anillo. ✓ Extraer la muestra por medio del anillo y el cuchillo. ✓ Pesar la muestra con el anillo. ✓ Colocar la muestra al consolidómetro. ✓ Ajustar y colocar la parte superior bien, sin antes haber puesto el papel filtro. ✓ Colocar en ambos extremos los dos micrómetros. ✓ Según el tiempo ya establecido ir colocando cargas de 0.25, 0.50, 1.00, 2.00, 4.00 kg. ✓ De manera seguida iniciar el proceso de descarga. ✓ Retirar la muestra del consolidómetro, llevarla a la estufa. ✓ Calcular el contenido de humedad. ✓ De esta muestra obtener el peso específico de sólidos.

7

M. SUELOS II

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

VI.

EV EVAL AL ALUA UA UACIÓN CIÓN D DE ED DAT AT ATOS OS OBT OBTEN EN ENID ID IDOS OS TABLA 01: Datos obtenidos en el laboratorio Dia

Car Carga ga

Lect Lectur ur ura a Indicador

Hora Mart.17/10/17 12:10 p.m.

Dia

Car Carga ga

Indicador

Hora

izq.

der.

3.000

3.000

Mart.17/10/17

Lect Lectur ur ura a izq.

der.

12:38 p.m.

4.522

4.535

6'' 15''

0.25kg

3.120 3.105

3.060 3.061

6'' 15''

4.00kg

4.800 4.825

4.770 4.800

30''

1

3.104

3.065

30''

4.860

4.835

3.105 3.117

3.070 3.083

1' 2'

5

4.905 5.027

4.895 5.040

3.158

3.114

4'

5.157

5.190

3.158

3.114

3.325

3.215

Mart.17/10/17

12:45 p.m.

5.157

5.190

3.343

3.225

1'

1.00kg

5.065

5.110

3.360 3.387

3.239 3.261

2' 4'

6

5.061 5.061

5.107 5.107

3.463 3.565

3.375 3.412

Mart.17/10/17

….

5.061

5.107

1'

0.50kg

5.040

5.036

3.565

3.412

2'

5.023

3.680

3.620

4'

7

5.037 5.035

5.015

3.700

3.640

3.720

3.665

Mart.17/10/17

….

5.035

5.015

3.748

3.705

1'

0.25kg

5.01

4.967

3.838 3.962

3.810 3.945

2' 4'

8

5.007 5.005

4.951 4.937

3.962

3.945

Mart.17/10/17

….

5.005

4.937

4.150

4.140

1'

0.00kg

4.97

4.883

4.180 4.210

4.210 4.240

9

4.958 4.943

4.860 4.835

4.255 4.382

4.280 4.401

2' 4' Mart.17/10/17

…

4.934

4.831

4.522

4.535

1' 2' 4'

Mart.17/10/17 12:17 p.m.

6''

0.50kg

15'' 30'' 1'

2

2' 4' Mart.17/10/17 12:24 p.m.

6''

1.00kg

15'' 30'' 1'

3

2' 4' Mart.17/10/17 12:31 p.m.

6'' 15'' 30'' 1' 2' 4'

2.00kg

4

DES DESCA CA CAR RGA

8

M. SUELOS II

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

Tab Tabla la 0 02 2: Datos de la muestra al inicio y al final de ensayo. DET DETE ERM RMINA INA INACIÓ CIÓ CIÓN N DE H HUMED UMED UMEDA AD 1. Anillo N° 2. Peso de anillo + suelo Húmedo 3. Peso de anillo + suelo Seco 4. Peso de agua (2-4) 5. peso del anillo

Uni Unid. d. g g g g g %

6. Peso Suelo Seco, Ws (3-5) 7. Contenido de Humedad

ANT ANTES ES

DES DESPU PU PUES ES

165 466.1 423.56 42.54 181.35

165 485.24 423.56 61.68 181.35

242.21 17.56%

242.21 25.47%

✓ Diámetro del anillo: 8.7 cm ✓ Altura del anillo: Altura de la muestra inicial: H1= 23.70mm ✓ Área de anillo: 59.45 cm2 ✓ Peso específico relativo de solidos: Ss=2.726 ✓ Altura de sólidos: 𝑯𝒔 =

𝟏𝟎∗𝑾𝒔 𝜸𝒔 ∗𝑨

= 14.946𝑚𝑚

✓ Variación de altura de la muestra: 3.00mm Tab Tabla la 0 03 3: Cálculos de humedades, relación de vacíos inicial (1) y final (2), grado de situación. DES DESCR CR CRIP IP IPCIÓ CIÓ CIÓN N

FO FORMU RMU RMUL LAS

RES RESUL UL ULTA TA TADO DO

Contenido de Humedad al inicio

W1

17.56%

Contenido de Humedad al final

W2

25.47%

Hs=Ws/(Ys*A)

14.946 mm

Ss

2.726

H2=H1-AH

20.700 mm

Altura inicial del agua

Hw1=W1*Hs*Ss

7.156 mm

Altura final del agua

Hw2=W2*Hs*Ss

10.376 mm

relación de vacíos inicial

e1=(H1-Hs)/Hs

0.586

relación de vacíos Final

e2=(H2-Hs)/Hs

0.385

Grado de saturación inicial

Gw1=Hw1/(H1-Hs)

81.75%

Grado de saturación Final

Gw2=Hw2/(H2-Hs)

100.00%

Altura de solidos mm Peso específico relativo de solidos Altura final de la muestra

9

M. SUELOS II

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

Tab Tabla la 0 04 4: Cálculos de corrección y relación de vacíos 𝒆𝒊, durante la carga y descarga. (1) Fecha en (3) Lectura (2) que se aplicó de Presión P el micrómetro incremento en kg/cm2 mm de carga

(5) Correc. (4) Por Deformación compresión en mm mm

(6) Deformación corregida mm

(7) &/Hs

(8) Relación de vacíos ∆𝑯𝒊 𝒆𝒊 = 𝒆𝟏 − 𝑯𝒔

3.000 0.25

3.136

0.136

0.019

0.117

0.0081

0.6279

0.50

3.489

0.489

0.032

0.457

0.0315

0.6045

1.00

3.954

0.954

0.052

0.902

0.0622

0.5738

2.00

4.529

1.529

0.077

1.452

0.1002

0.5358

4.00

5.174

2.174

0.103

2.071

0.1429

0.4931

DES DESCA CA CARG RG RGA A 1.00

5.084

2.084

0.104

1.980

0.1367

0.4993

0.50

5.025

2.025

0.093

1.932

0.1334

0.5026

0.25

4.971

1.971

0.084

1.887

0.1303

0.5057

0.00

4.883

1.883

0.061

1.822

0.1258

0.5102

COLUMNA (2): Son valores de Presión que se somete a la muestra en el consolidometro durante el ensayo (carga y descarga). COLUMNA (3): Son valores de la lectura del micrómetro que se obtienen de la semisuma de los valores de las lecturas del indicador izquierdo y derecho antes de aplicará el incremento (ver tabla 1). COLUMNA (4): Son valores de deformación (mm), que se obtienen de la diferencia de las lecturas del micrómetro menos la lectura inicial del micrómetro. COLUMNA (5): Son valores de corrección que se obtienen de hacer un ensayo en el consolidometro con una muestra de metal en ves de una muestra de suelo. COLUMNA (6): Son valores de la deformación corregida que se obtiene de restar la columna (4) -(5). COLUMNA (7): Son valores que resultan a dividir la columna (6) entre el valor de la altura de solidos Hs. COLUMNA (8): Son valores de relación de vacíos en distintos momentos con durante el ensayo.

10

M. SUELOS II

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

Tab Tabla la 0 04 4: Resumen de cálculos. Edómetro N° Peso específico relativo de sólidos, Ss Altura de solidos (mm), Hs Altura inicial de la muestra (mm), H1 Altura Final de la muestra (mm), H2 Relación de vacíos inicial e1 Relación de vacíos inicial e2

165 2.726 14.946 23.700 20.700 0.631 0.424 PRES PRESION ION P (Kg/cm (Kg/cm2) 2)

RELA RELACIÓN CIÓN DE V VACÍO ACÍO ACÍOS S 𝒆𝒊

CA CARGA RGA 0.25 0.50 1.00 2.00 4.00

0.6279 0.6045 0.5738 0.5358 0.4931 DES DESCA CA CARG RG RGA A

1.00 0.50 0.25 0.00

CURVAS DE COMPRENSIBILIDAD Y CÁLCULO DE ASENTAMIENTO POR EXPRESIÓN ARITMÉTICA

CURVA DE COMPRENSIBILIDAD 0.670

RELACIÓN DE VACIOS

VII.

0.4993 0.5026 0.5057 0.5102

0.620

0.570

ΔP=1

0.520

Δe=0.02

0.500

0.470 0.10

1.10

2.10

2.70

3.10

3.70

4.10

ESFUERZO kg/cm2

Fig. (13) curva de comprensibilidad en escala aritmética

11

M. SUELOS II

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

Calculo del asentamiento: ✓ El coeficiente de comprensibilidad se obtiene de la figura (13) ∆𝑒 0.02 = 0.02 𝑎𝑣 = = 1 ∆𝑃 ✓ El coeficiente de variación volumétrica es: 𝑚𝑣 =

𝑎𝑣 1+𝑒1

𝑚𝑣 =

0.02 = 0.01226 1 + 0.631

si e1=0.631

✓ Asentamiento: ∆𝐻 = 𝑚𝑣 ∗ ∆𝑝 ∗ 𝐻 𝑠𝑖 𝐻 = 1.20 , 𝑚𝑣 = 0.01226 𝑦 ∆𝑝 = 1 Remplazando valores: ∆𝐻 = 0.01226 ∗ 1 ∗ 1.20 = 14.715𝑚𝑚

CURVA DE COMPRENSIBILIDAD

RELACIÓN DE VACIOS

0.670

0.620

0.570

0.520

0.470 0.10

1.00

10.00

ESFUERZO kg/cm2

Fig. (14) curva de comprensibilidad en escala semi-logarítmica.

12

M. SUELOS II

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

VII VIII. I.

DETERMINACIÓN DE LA CARGA DE PRECONSOLIDACION.

Método de Casagrande: Arthur Casagrande, nos proporcionó un método para calcular la carga de preconsolidación, pc, es decir la máxima carga a que a estado sometida la muestra en toda su historia geológica: Se busca en el tramo de recompresión el punto de máxima curvatura,...