Universidad de la Serena Facultad de Ingeniería Ingeniera en Construcción
ALUMNOS: Ismael Salazar Carlos Olea Javier Segovia Lucas Zamora
PROFESOR: Walter Mondaca AYUDANTE: José Moran
03/09/2012 INDICE I.- Introducción……………………………………………….pág. 1 II.- Objetivos………………………………………………...... pág. 2 III.- Marco teórico…………………………………………..... pág. 3 IV.- Instrumentos utilizados……………………………….. pág. 6 V.- Descripción de la experiencia………………………… pág.7 VI.- Cálculos…………………………………………………... pág.8 VII.- Conclusiones………………………………………….... pág. 12 VIII.- Bibliografía……………………………………………... pág. 15
I. INTRODUCCION Inicialmente cuando se somete a carga a una masa de arcilla saturada, es soportada por el agua que contiene esta masa, ya que el agua es incompresible, luego al drenar el agua por la base de la estructura se transfiere carga a esta y se produce un cambio en el volumen de la arcilla la cual se llama consolidación. El proceso de consolidación tiene como comienzo el momento cuando se aplica la carga y termina cuando toda el agua de la arcilla ha drenado, al finalizar esta fase se dice que la arcilla puede ser consolidada mediante el reacomodamiento de los granos de arcilla y su asentamiento es mínimo. Lo fundamental de este ensayo es determinar el índice de compresibilidad el coeficiente de consolidación para poder obtener la velocidad de asentamiento de una estructura fundada sobre arcilla.
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II.
OBJETIVOS •
Reconocer y utilizar correctamente los materiales y equipo para realizar el ensayo de consolidación, aprendiendo las características de cada uno, y los cuidados que se deben tomar para realizar la experiencia.
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Obtener el índice de compresibilidad.
•
Obtener el coeficiente de Consolidación.
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Determinar parámetros que se utilizan para predecir la velocidad de asentamiento de estructuras fundadas sobre arcillas.
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III.
MARCO TEORICO ÍNDICE DE COMPRESIBILIDAD (C C).-
Se traza una curva de e en función de, log (σ) a partir de los datos del ensayo, se encuentra la curva de consolidación virgen es casi una línea recta.
La pendiente de la curva recta recibe el nombre de Índice de compresibilidad (C c)
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El índice de compresibilidad de un suelo determinado puede considerarse como una constante para los cálculos de asentamiento siempre y cuando el intervalo de valores del esfuerzo efectivo que está involucrado, esté situado entre los límites de la curva virgen delinea recta, esto es, que trate de una arcilla normalmente consolidada.
DETERMINACIÓN DEL ESFUERZO DE PRECONSOLIDACIÓN
•
Suelos de arcilla normalmente consolidados y los de suelo pre consolidados Pág. 4
Los suelos más susceptibles son las arcillas y limos normalmente consolidados. También las turbas pueden ser altamente compresibles.
Suelo normalmente consolidado: su volumenpermanece constante bajo laacción de un estado deesfuerzo constante y lascondiciones actualescorresponden a su presión deconsolidación final.
Cuando un suelo está sometido a una sobrecarga que es inferior a la presión extrema de consolidación que existió en algún momento de su historia, se dice que está pre consolidado. Para las arcillas normalmente consolidadas la corrección por alteración de la muestra se esquematiza en la siguiente figura y consiste en: •
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IV.
INSTRUMENTOS UTILIZADOS
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Dispositivo de carga: Es un dispositivo adecuado para aplicar cargas verticales o esfuerzo total de la probeta. El dispositivo debe ser capaz de mantener las cargas especificadas por periodos largos de tiempo con una precisión de ± 0,5% de la carga aplicada y debe permitir aplicación rápida de un incremento de carga dado sin impacto significativo.
•
Consolidómetro: Dispositivo para sujetar la probeta en un anillo que esta fijo a la base o bien flotando (soportado por fricción sobre la periferia de la probeta) con discos porosos en cada cara de la probeta. El diámetro interior del anillo se debe determinar con una tolerancia de 0,075 mm. El Consolidómetro también debe proporcionar un medio para sumergir la probeta, transmitir la carga vertical concéntrica a los discos porosos y para medir el cambio de altura de la probeta.
•
Discos porosos: Deben ser de carburo de silicio, óxido de aluminio o un material no corrosivo similar. La constitución porosa de los discos debe ser suficientemente fina como para evitar que penetre suelo en los poros. La permeabilidad de los discos y del papel filtro, si se usa, debe ser al menos de un orden de magnitud mayor que la de la probeta.
•
Indicador de deformación: Instrumento que se usa para medir el cambio de altura de la probeta, con capacidad de leer 0,0025 mm
•
Cronómetro: Un instrumento de medición de tiempo, que indique el tiempo transcurrido con una precisión de 1 segundo para controlar la aplicación de las cargas.
•
Balanza: Esta se utiliza para pesar los especímenes, debe determinar su masa con una precisión de 0,01 gramos.
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V.
DESCRIPCION DE LA EXPERIENCIA
1. Moldee cuidadosamente
una muestra de suelo dentro de un anillo de
consolidación. Pesar la muestra y determinar la altura H i y el diámetro de lamuestra.
2. Colocar cuidadosamente la muestra de suelo en el consolidómetro con una piedra saturada colocada sobre cada cara. Asegurarse de que las piedras porosas entren en el anillo de forma que el ensayo pueda avanzar satisfactoriamente. Colocar el consolidómetro en el aparato de carga y ajustar el deformímetro de carátula; recordar que debe permitirse una posible compresión de la muestra de 4 a 12 mm. Aplicar una carga de inicialización de 5 (para suelos blandos), a 10 (para suelos firmes) kPa. Verificar que las piedras porosas no se apoyen sobre el anillo. Colocar el deformímetro de carátula en 0 (dejar esta carga de inicialización sobre el suelo).-
3. En el momento conveniente, aplicar el primer
incremento de carga y
simultáneamente tomar lecturas de deformación a tiempos transcurridos de :0.25, 0.50, 1,2,4,8,15,30 60,120, a continuación por ejemplo, 4,8,16 y 24hrs.
4. Después de 24 horas o cuando el H entre dos lecturas seasuficientemente pequeño, cambiar la carga al siguiente valor y nuevamente tomar las lecturas a intervalos de tiempo controlados.
5. Continuar cambiando cargas tomando lecturas de deformación contra tiempo discurrido a través de todo el rango de cargas del consolidómetro.
6. Al final del ensayo determinar el peso de las partículas
Nota.- Se debe determinar previamente el contenido de humedad de la muestray el peso especifico de los sólidos. Gs
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VI.
CACULOS
•
Datos de muestra:
Tipo de suelo= arcilla Contenido de humedad = 17,0 % Volumen=80.44 cm3 Densidad seca=1,687 gr/m3 Diámetro de probeta =6,35 cm Área= 31,67 cm2 Peso seco=127,55grs. Peso húmedo= 160,23 grs. Densidad partículas solidas (Gs)= 2,642 gr/m3 Altura de probeta= 2,54 cm
•
Formulas:
1) Esfuerzo vertical (Fv):
P/A [kg/cm2]
2) Deformación vertical:
0,0001ˆ 11 x 25A x Lect. Defor. vertical
DIA 0 1 2 3 4 5
P CARGA 0 6 12 24 45 90
DEF. VERTICAL (KG/CM2) 0 0,189 0,379 0,758 1,421 2,842
3) Altura de los sólidos (Hs):
4) Altura de vacios inicial (Hv): 5) Índice de huecos inicial (e0):
LECTURA /\ H DEF.VERT DEF.VERT 0 0,000 323 0,820 474 1,204 721 1,831 1052 2,672 1593 4,046
/\ V ALTURA V. 10,860 10,040 9,656 9,029 8,188 6,814
HF ALTURA F. 25,400 24,580 24,196 23,569 22,728 21,354
e INDICE DE V. 0,747 0,690 0,664 0,621 0,563 0,469
Hs = Ws/(Gs*y*A)
Hv0=H0-Hs [mm] e0 =Hv0/Hs Pág. 8 Pág. 1
Índice de compresibilidad (Cc)
Cc/1 = /\ e / /\ log σv/\ e = 0,747-0,469 = 0,278 /\ log σv = log(2,842)- log (0,284) = 1
Cc= 0,278 Pág. 9
Coeficiente de Consolidación (Cv) Lunes tiempo 0 ,25 0,5 1 2 3 5 7 10 15 20 30 60 120 300 1440
lect dial 0 88 106 123 139 148 159 166 172 179 187 193 200 208 317 323
Martes tiempo acumulado 1440 1440,25 1440,5 1441 1442 1443 1445 1447 1450
tiempo 0 0,25 0,5 1 2 3 5 7 10
lect dial 323 361 366 373 382 387 395 400 407
1455 1460 1470 tiempo 1500 acumulado 1560 2880 1740 2880,25 2880 2880,5 2881 2882 2883 2885 2887 2890 2895 2900 2910 2940 3000 3180 4320
tiempo acumulado 4320 4320,25 4320,5 4321 4322 4323 4325 4327 4330 4335 4340 4350 4380 4440 4620
15 20 30 60 tiempo 120 0 300 0,25 1440 0,5 1 2 3 5 7 10 15 20 30 60 120 300 1440
tiempo 0 0,25 0,5 1 2 3 5 7 10 15 20 30 60 120 300
414 420 427 440 lect dial 450 474 461 539 474 546 560 572 581 593 602 611 623 632 645 666 684 702 721
lect dial 721 807 820 837 856 867 883 894 906 921 931 956 975 1003 1031
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Miércoles
Jueves
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Viernes
tiempo acumulado 5760 5760,25 5760,5 5761 5762 5763 5765 5767 5770 5775 5780 5790 5820 5880 6060 7200
tiempo 0 0,25 0,5 1 2 3 5 7 10 15 20 30 60 120 300 1440
lect dial 1052 1270 1289 1309 1334 1348 1368 1382 1398 1417 1434 1454 1485 1534 1584 1593
Cv= (Tv * H2)/ t Cv= (Tv * (12,7)^2)/ t
10% Tv=0,008 Cv=0,00179m^2/min= 0,179 cm^2/min t= 720 min 50% Tv=0,197Cv=0,00883m^2/min= 0,883 cm^2/min t= 3600 min 90% Tv=0,848 t= 6480 min
Cv=0,0211 m^2/min= 2,11 m^2/min
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VII. CONCLUCIONES
En este informe de consolidación pudimos estimar la magnitud y la velocidad de los asentamientos totales, esto se produjo por un drenaje axial que presentaba la probeta, el ensayo culmina cuando la velocidad de consolidación es 0 en este momento la muestra está lista para ser analizada, su información es vital al momento de construir y hacer un diseño de estructuras. Al momento de graficar la curva entre relación de vacios en función del tiempo se nos presentaron problemas debido que la curva no presentaba la uniformidad del ensayo. Esto se pudo haber debido a un problema al momento de registrar la carga hubo un desfase de tiempo de 1 hora esta pudo haber influido para que la grafica mostrara ese comportamiento. Con respecto al índice de compresibilidad el cual indica cuanto se comprime el suelo arcilloso saturado en agua nos dio un sigma el cual es bastante aceptable esto nos dice que el suelo se asentara pero no de forma peligrosa. El grafico de la lectura del dial versus tiempo nos muestra una curva tipo s la cual muestra un descenso en la lectura del dial a medida que transcurre el tiempo.
LukasZamora.
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En el laboratorio realizado de mecánica de suelos se obtuvieron valores de acuerdo al asentamiento de una probeta saturada de arcilla aplicándole una carga variable cada cierto tiempo. El índice de compresibilidad obtenido fue de 0,249.
Analizando los gráficos tiempo/lect.dial de los 5 días se observa que en los díaslunes jueves y viernes existen quiebres o saltos en la grafica, los cuales indican errores en los registros tomados, se tiene que tener en cuenta que estos errores pueden ser causa de que fueron distintas personas las que anotaban y tomaban las mediciones de tiempo, produciéndose errores de tiempo (cada integrante del grupo tomaba los tiempos con la hora de su reloj).
Este ensayo es de gran importancia en los estudios de mecánica de suelos en una obra de construcción, por que este mide la velocidad de asentamiento de un estrato de arcilla sometido a cargas, Se pudo obtener el coeficiente de consolidación en el cual se obtuvieron tres valores dependiendo del porcentaje de consolidación para el de 10 % se obtuvo un Cv=0,179 cm^2/min para el de 50% Cv=0,883 cm^2/min para el 90% un Cv== 2,11 m^2/min, estos valores se pueden interpretar de la siguiente manera: por ejemplo si consideramos un asentamiento del 90 % se dice que la velocidad de asentamiento será igual 2.11 metros cuadrados por minuto.
Ismael Salazar.
A través del ensayo de consolidación o de compresión confinada, se puede llegar a la conclusión de su real importancia en el rubro de la construcción, sobre todo en esta zona, donde abundan los suelos arcillosos y que pasan gran parte del año saturado, porque son precisamente éstas las condiciones básicas, además de la aplicación de una carga constante, para que se produzca el fenómeno de la consolidación. al construir sobre un suelo estamos aplicando una carga muy grande y resulta muy significativo conocer cuál será el comportamiento futuro de la estructura sobre el terreno, sin embargo hemos aprendido que en mecánica de suelos, y más aún en este tema en particular, es muy difícil predecir el comportamiento a futuro, ya que son muchas las variables que están en juego. también cabe mencionar que el comprender teóricamente la elasticidad ya es complicado, y más aun cuando las estructuras no son uniformes. por lo tanto al observar la existencia de suelos no homogéneos, y de comportamiento elástico en un rango pequeño es de suma importancia este ensayo.
Carlos Olea.
El ensayo de consolidación o de compresión es muy importante para nosotros como constructores, donde abundan los suelos arcillosos además de la aplicación de una carga constante, para que se produzca el fenómeno de la consolidación. Al
construir sobre un suelo estamos aplicando una carga muy grande y resulta muy significativo conocer cual será el comportamiento futuro de la estructura sobre el terreno, sin embargo hemos aprendido que en Mecánica de Suelos, y más aún en este tema en particular, es muy difícil predecir el comportamiento a futuro, ya que son muchas las variables que están en juego en relación al ensayo se pudo comprobar que a medida que pasa el tempo el suelo va consolidándose mas pudiendo tardar pudiendo tardar incluso hasta varia días la consolidación respecto al ensayo del dia lunes este arrojo un cc de 0.248 dando un cv de 0.008 al 10% , 0.197 al 50 % y 0.848 al 90 %
Javier Segovia
VIII. BIBLIOGRAFIA
www.wikipedia.com
