Informe de laboratorio de ensayo de consolidación de suelos PDF

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Docente: Ing. Miguel Angel Diaz PardaveIntegrantes: Quispe Hernández, Hanz (U17104653)Quispe Hernández, Hanz (U17104653) Quispe Hernández, Hanz (U17104653) Quispe Hernández, Hanz (U17104653)Lima, abril 2021INGENIERÍA GEOTÉCNICAENSAYO DE CONSOLIDACIÓNLABORATORIO 1INTRODUCCIÓN.En los suelos se produce...

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INGENIERÍA GEOTÉCNICA LABORATORIO 1

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

Docente:

Ing. Miguel Angel Diaz Pardave

Integrantes:

Quispe Hernández, Hanz

(U17104653)

Quispe Hernández, Hanz

(U17104653)

Quispe Hernández, Hanz

(U17104653)

Quispe Hernández, Hanz

(U17104653)

Lima, abril 2021

INTRODUCCIÓN.

En los suelos se produce una reducción de volumen y forma cuando éste es sometido a Cargas. Los fenómenos exactos que dan lugar a esta reducción gradual de volumen de una masa de suelo resultante de un aumento en el esfuerzo de compresión debido a cargas estáticas.

La consolidación y la rapidez con que ésta se presenta puede asociarse a la permeabilidad del suelo. La consolidación es de gran interés práctico ya que, permite calcular la magnitud de los asentamientos en el suelo y la velocidad con que estos se producen.

La consolidación de los estratos de suelo, pueden investigarse de forma cuantitativa con aproximación razonable. Para ello, se realiza una prueba de consolidación unidimensional sobre muestras de suelo representativas e inalteradas y calcular así, la magnitud y velocidad de los asentamientos probables debido a las cargas aplicadas.

En las pruebas de laboratorio hechas con muestras pequeñas, se produce la consolidación en tiempos muy cortos en comparación con el tiempo en que el estrato de suelo se consolida bajo la carga de una estructura. Lo anterior puede influir en el hecho de que los asentamientos predichos son mayores que los reales.

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1. OBJETIVOS.

1.1. OBJETIVO GENERAL: El propósito fundamental del ensayo de consolidación es determinar ciertos parámetros que se utilizan para predecir la velocidad y la magnitud del asentamiento de estructuras fundadas sobre arcillas. Además, el ensayo permite obtener información acerca de la historia de presiones a que ha sido sometido el suelo.

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Los parámetros más importantes que se obtienen del suelo al realizar el ensayo son: a. El coeficiente de consolidación (Cv), que indica el grado de asentamiento del suelo bajo un cierto incremento de carga y vinculado a la velocidad del mismo. b. El índice de compresibilidad (Cc), que expresa la compresibilidad de una muestra. c. La presión de preconsolidación (Pc), que indica la máxima presión que ha soportado el suelo en su historia geológica.

2. MARCO TEÓRICO.

2.1. ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN. La propiedad que caracteriza las deformaciones volumétricas sufridas por el suelo al ser cargado es denominada compresibilidad, la cual se caracteriza por: -

Una reducción de volumen acentuada con el aumento de la tensión efectiva.

-

Deformaciones no reversibles.

El ensayo utilizado es el de compresibilidad edométrica, el cual permite simular de forma controlada el proceso de consolidación y obtener los parámetros de compresibilidad y estimar el tiempo necesario para que este proceso ocurra.

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2.2. ARCILLA PRECONSOLIDADA Y NORMALMENTE CONSOLIDADA. Para un cierto estrato de arcilla, se deben reconocer dos condiciones diferentes de Importancia práctica. Un estrato de arcilla normalmente consolidada (NC), es cuando nunca han actuado en él presiones verticales efectivas mayores que las existentes en la actualidad. (OCR),

en

Una

Proceso de formación de arcilla NC y OCR

alguna

arcilla

preconsolidada

época de su historia estuvo

sujeto a presiones verticales efectivas mayores que las actuales. La presión efectiva

máxima a la que estuvo sometido el estrato de arcilla se denomina presión de consolidación.

2.3. APLICACIONES DEL ENSAYO EN PROYECTOS. Se emplea el método del ensayo de consolidación con la norma ASTM D2435 y a la consolidación unidimensional de los suelos con la norma INV E-151, también está la norma UNE 103-405-95 denominado Ensayo de consolidación unidimensional de un suelo en edómetro. Este estudio de consolidación de suelos en ingeniería civil, es un problema natural de los suelos finos, como arcillas y limos, y todas las edificaciones que se querrán construir sobre 4

este tipo de suelos enfrentarán este problema. Por lo tanto, es de gran importancia conocer la velocidad de asentamiento total y diferencial de la estructura. En pocas palabras, la consolidación de suelos es la base de una construcción, tales como puentes, edificios, presas, carreteras, diques, etc. Es así, que el ensayo de consolidación dependerá del futuro de las estructuras construidas sobre el suelo.

Asentamiento de una vivienda

Puente afectado por asentamiento.

3. EQUIPOS Y MATERIALES.

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MUESTRADE ARCILLA Muestra inalterada de arcilla

ANILLO DE CONSOLIDACIÓN Instrumento que contiene y confina la muestra.

PIEDRAS POROSAS (2) Determinan las condiciones de drenaje de la muestra (Una piedra porosa solo drena en el sentido donde está la piedra). Si se ubican en ambas caras el agua drenará en ambas direcciones. CILINDRO O CELDA DE CONSOLIDACIÓN Instrumento donde se contiene el anillo de consolidación con la muestra y donde se inunda posteriormente.

CONSOLIDÓMETRO Encargado de aplicar la carga con la magnitud correcta a la muestra.

BALANZA Con aproximación a 0.01 g

PESAS DE CARGA Se colocan en el consolidómetro para ejercer presiones sobre la muestra de 6

suelo.

4. PROCEDIMIENTO.

-

Para este ensayo se debe conocer las siguientes propiedades del suelo: gravedad específica del suelo, límites de Atteberg y granulometría. También se debe utilizar muestras de arcilla inalteradas.

Imagen N°1: Muestra de arcilla inalterada.

-

Inserte el anillo cortante en el bloque inalterado y recorte la muestra utilizando un cuchillo o sierra de alambre.

Imagen N°2: Toma de muestra con el anillo cortante en el bloque inalterado.

-

Enrase las caras superior e inferior de la muestra con un cuchillo y llene los vacíos con el material recortado.

7 Imagen N°3: Enrasado de las

-

Extraiga la muestra del anillo cortante y determine la altura inicial y el diámetro de la muestra tomando el promedio de por lo menos tres medidas.

Imagen N°4: Medición de la muestra.

-

Calcule el volumen inicial de la muestra en función del diámetro y de la altura inicial de la muestra. Pese el anillo de consolidación y registre su masa con una precisión de 0.01g.

Imagen N°5: Calculo del volumen del anillo.

-

Inserte la muestra en el

anillo de consolidación y determine la masa inicial de la muestra pesando el conjunto de anillo más muestra y restando la muestra del anillo.

-

Obtener dos o tres determinaciones del contenido de humedad inicial, utilizando el material recortado de la muestra de acuerdo a la norma.

Imagen N°7: Contenido de humedad inicial.

-

Humedecer las piedras porosas y el papel filtro si el suelo está parcialmente saturado o mantenerlas secas si el suelo es expansivo.

-

Ensamble la celda o cilindro de consolidación colocando la muestra entre papel filtro y las piedras porosas.

Imagen N°8: Ensamblado del cilindro de

-

Coloque la celda de consolidación en el consolidómetro poniendo sobre la muestra una pesa de control para uniformizar la carga.

9

-

Coloque el deformímetro en el aparato de carga con su dispositivo para sujetarse. Ajustar el Dial a cero.

Imagen N°9: Colocación del deformímetro

-

Cargar el consolidómetro con una pesa de control de 0125kg/cm2, las pesas posteriores deben ser tales que la carga total sea el doble que la anterior. Las cargas suelen seguir los siguientes patrones: 0.125, 0.250, 0.500, 1.00, 2.00, 2.5, 3.4 kg/cm2.

-

Tomar lecturas del deformímetro a los 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60, 120, 240 y 480 minutos después de aplicada cada incremento de carga con la ayuda de un cronómetro. Además, tomar lectura del Dial antes de realizar un incremento de carga.

Imagen N°11: Colocación de carga sobre el aparato de consolidación Imagen N°10: Colocación de carga de asentamiento

-

Cuando las lecturas del deformímetro no indiquen más variaciones después de ser aplicada la carga máxima, se procede a retirar las pesas con la máxima razón con la que fue cargado, descargado así la muestra.

-

Tomar lectura del deformímetro por cada descarga de pesa.

-

Una vez terminado el ensayo, desensamblar la muestra del consolidómetro, retirando las piedras porosas, y los papeles filtros; obtener la muestra con el anillo rígido. 10

-

Pesar la muestra más el anillo rígido y determinar el contenido de humedad final.

Imagen N°12: Secado al horno de la muestra

-

Desechar las muestras en sacos blancos al contenedor negro y limpiar los equipos usados.

5. CÁLCULO DE RESULTADOS OBTENIDOS. Tablas y gráficos (según se indique en cada guía) se los valores medidos en los ensayos. Cálculos realizados. Tablas de resultados. Gráficos de resultados. Cuadro Nº 4.0

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Datos del Espécimen

Cuadro Nº 4.0 Parámetros obtenidos para el ensayo de consolidación DATOS INICIALES DEL ESPECIMEN Gs

:

2.60

P. del Anillo (gr)

:

109.85

12

P. del A. + muestra (gr)

:

234.61

Altura (cm)

:

2.54

Diámetro (cm)

:

6.36

P. Tara (gr)

:

132.33

P. Tara + S. H. (gr)

:

257.28

P. Tara + S. S. (gr)

:

233.31

Área del espécimen (cm2)

:

31.769

Altura final del espécimen (cm)

:

2.018

Volumen inicial (cm3)

:

80.820

Humedad inicial (%)

:

23.500

Humedad final (%)

:

23.700

Altura de sólidos (cm)

:

1.223

Altura inicial del agua (cm)

:

0.749

Altura final del agua (cm)

:

0.755

Grado de saturación inicial (%)

:

56.643

Grado de saturación final (%)

:

94.898

CONTENIDO DE HUNEMEDAD

DATOS FINALES DEL ESPECIMEN

Después de presentar los parámetros obtenidos para el espécimen, se procede con las descripciones de los coeficientes de consolidación Cv, con el método de la raíz cuadrada del tiempo Taylor (1942) las cargas aplicadas para 0.25, 0.50, 1.00, 1.50 y 2.00 kg/cm2.

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4.1 Coeficiente De Consolidación Cv - Método de La Raíz Cuadrada Del Tiempo Taylor (1942). Las consideraciones para determinar el Cv, mediante el método de Taylor son los siguientes: 

Dibuje la línea AB a través de la porción prematura de la curva



Dibuje una línea AC tal que OC = 1.15 OB. La abscisa del punto D, que es la intersección de AC y la curva de consolidación da la raíz cuadrada del tiempo para una consolidación del 90% t90

Figura Nº 2.0: Deformacion vs Tiempo



Para 90% de consolidación T90 = 0.848 (Ver Tabla)

14

Figura Nº 2.0: Factor de tiempo con el grado de saturacion Los criterios para derminar el coeficiente de consolidación Cv, se basa en los siguientes análisis.



Carga aplicada 0.25 kg/cm2 15



Carga aplicada 0.50 kg/cm2

16



Carga aplicada 1.00 kg/cm2



Carga aplicada 1.50 kg/cm2



Carga aplicada 2.00 kg/cm2



Carga aplicada 3.00 kg/cm2

Posteriormente se presentas las lecturas de cargas y descarga del ensayo de consolidación.

Carga Aplicada (kg/cm2)

Cuadro Nº 4.0 Parámetros obtenidos de carga y descarga Relació Altura Altura Lect Consolidaci Coef. de Densid Ase n de Promed Drena ura ón Consol. ad Seca nt. Vacíos io da Final (cm2/mi (m (mm) (mm) (g/cm3) ('e') (%) (mm) m) n)

0.00

9.514 0.000

25.440

12.720

1.249

1.081

0.000

0.000

0.25

9.265 0.249

25.191

12.596

1.262

1.061

0.979

0.815

0.50

8.845 0.669

24.771

12.386

1.283

1.026

2.630

0.727

1.00

8.023 1.491

23.949

11.975

1.327

0.959

5.861

0.486

1.50

6.914 2.600

22.840

11.420

1.392

0.868

10.220

0.553

2.00

5.546 3.968

21.472

10.736

1.480

0.756

15.597

0.376

3.00

3.732 5.782

19.658

9.829

1.617

0.608

22.728

0.546

2.00

3.732 5.782

19.658

9.829

1.617

0.608

22.728

-

1.50

3.860 5.654

19.786

9.893

1.606

0.618

22.225

-

1.00

3.980 5.534

19.906

9.953

1.597

0.628

21.753

-

18

0.50

4.250 5.264

-

-

-

20.176

10.088

-

-

1.575

0.650

-

-

20.692 -

-

Finalmente se procedió con el análisis del ensayo de índice de compresión Cc, el cual se explicará sobre el procrecimiento de la obtención de los resultados.

4.2 Índice de Compresión Cc - Método de Casagrande (1936). Las consideraciones para determinar el Cc, mediante el método de Casagrande son los siguientes: 

Por observación visual, establezca un punto a en donde la gráfica e-log tenga un radio de curvatura mínimo



Dibuje una línea horizontal ab



Dibuje una línea ac tangente en a



Dibuje la línea ad que es la bisectriz del ángulo bac



Proyecte la porcion de recta gh de la gráfica e-log hacia atrás para intersecar ad en f. La abscisa del punto f es la presión de preconsolidacion.



El índice de compresión Cc es la pendiente de fh

Luego se presenta la siguiente figura con los criterios mencionados anteriormente para obtener el índice de compresión Cc.

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Figura Nº 2.0: Relacion de vacios vs Presion efectiva Finalmente, presentado los criterios de la obtención del índice de compresión Cc, se adjunta los resultados obtenidos del problema planteado, en relación con el método de Casagrande (1936).

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Figura Nº 2.0: Curva de Consolidacion

1. Análisis y evaluación de resultados Interpretar los resultados obtenidos y evaluarlos en función a aplicaciones prácticas. 2. Comentarios y conclusiones Posibles fuentes de error de los ensayos. Cualquier observación o comentario que se considere relevante. Principales conclusiones de los ensayos en base a un análisis critico de la normativa que corresponda. 3. Anexos Formato de toma de datos de los ensayos. Formatos de resultados. 4. Referencias Bibliográficas.

21

Universidad técnica Particular unidimensional

de Loja. (2009). de

suelos”.

“Ensayo

de consolidación

Recuperado

de:

https://es.slideshare.net/guest7fb308/consolidacin-unidimensional-de-los-suelos1622178. Gómez.J.[Johana

Goméz

Cardona].

(2018,

Noviembre29).

“Ensayo

de

consolidación”. Recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=GZdHaAZhy8Q&t=249s. Crespo Villalaz, C. (2006). “Problemas resueltos de mecánica de suelos y de cimentaciones”. México: Limusa. José Ángel Ortega Gómez (2017). “Ensayo de consolidación en una arcilla caolinítica tipo 0.63 con escalones de carga no contemplados en la normativa. Análisis de los resultados obtenidos mediante simulación numérica”. Grado en Ingeniería Civil, Trabajo fin de Grado. E.T.S. de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos y de Ingeniería de Minas. Universidad Politécnica de Cartagena. Wil Laverde Blandón (2011). “Consolidación Unidimensional de los Suelos”. Mecánica de Suelos, Universidad Nacional de Colombia. Recuperado de: https://www.studocu.com/co/document/universidad-nacional-decolombia/mecanica-de-suelos/trabajo-tutorial/norma-inv-e-15107/10284998/view. Ing. Miguel Díaz Pardave (2021). “Consolidación – Parte 1”. Asignatura de Ingeniería Geotécnica, Universidad Tecnológica del Perú. Ing. Miguel Díaz Pardave (2021). “Consolidación – Parte 2”. Asignatura de Ingeniería Geotécnica, Universidad Tecnológica del Perú.

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