01 lab suelos

UNIVERSIDAD NACIONAL CURSO: MECANICA DE SUELOS IISANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLOPROF: VASQUEZ NIO VictorFACULTAD DE INGENIERIA CIVILCICLO: VII

UNIVERSIDAD NACIONALSANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

LABORATORIO N01

INFORME DESCRIPTIVODE ENSAYO DE CONSOLIDACION

ALUMNO:

GUERRERO DIAZ ALVARO

CURSO:

MECANICA DE SUELOS II

DOCENTE:

VASQUEZ NIO VICTOR

Huaraz-PerAbril-2015

INTRODUCCION

OBJETIVOS:

Describir el mtodo de clculo experimental, para la obtencin de los parmetros de consolidacin definidos como el coeficiente de consolidacin vertical CV, y el coeficiente de compresibilidad volumtrica mv, a partir de un ejemplo de laboratorio.

MATERIALES:

Aparato de carga o edmetro:

Un consolidmetro:Equipo compuesto por una caja de bronce, un anillo de bronce de 63.9 mm de dimetro y 18.9 mm de altura con sus bordes cortantes para tallar la muestra, un disco de moldeo para rebajar la muestra en una profundidad dada, dos piedras porosas, dos discos de papel filtro y un bloque o pistn de carga.

Juego de masas. Horno, balanza. Etc.PROCEDIMIENTO:

1. Se determinara el peso, la altura y el dimetro del anillo, as como el peso de la piedra porosa que sera colocada sobre la muestra.

2. Es necesario tomar una muestra inalterada de suelo proveniente de una calicata. 3. Se tallara la muestra dentro del anillo aprovechando los bordes cortantes que posee. Con las sobras de suelo, se tomaran muestras representativas las cuales se usaran para determinar la humedad natural, gravedad especfica de los slidos y los lmites de Atterberg. 4. Sobre cada cara de la probeta, se colocara un papel filtro y sobre ste, cada una de las piedras porosas saturadas, que se ajustaban dentro del anillo. Este conjunto se llev al consolidmetro.

5. Se coloc el consolidmetro en el dispositivo de carga cuya relacin de brazo se tom de 1:10.

6. Se inici el proceso de carga (el ejemplo se inici con 2 kg, bajo la condicin de que deba doblarse dicha cantidad cada vez que se retomar este procedimiento. La muestra se carg hasta alcanzar un valor de 32 kg en el brazo). En el ejemplo para cada incremento de carga se tomaron los valores de deformacin antes de la nueva carga y los valores de deformacin para los siguientes tiempos (dados en minutos: segundos), luego de la aplicacin de sta: 0:0, 0:04, 0:15, 0:34, 1:00, 1:34, 2:15, 3:04, 4:00, 6:15, 9:00, 12:15, 16:00, 25:00, 36:00, 49:00, y 64:00. Los datos obtenidos en el laboratorio se presentan en las Tablas 2, 3, 4, 5, 6 y 7.

7. Luego de completar el ciclo de carga se iniciara con el de descarga, el cual se realizara en forma proporcional a la carga (se quit la mitad de la carga que se encontraba en el brazo). (En el ejemplo los valores de deformacin se tomaron para los siguientes instantes de tiempo luego de la descarga: 0:04, 0:15, 0:34, 1:00, 1:34 y 30:00. Los datos obtenidos se presentan en la Tabla 9, 10, 11 y 12.)

8. Con los valores de gravedad especfica, humedad natural y lmites de Atterberg, se calcul la relacin de vacos inicial eo. Con este valor y con la ecuacin (i) presentada a continuacin, se hall el valor de la relacin de vacos e, correspondiente a cada incremento de carga. Dichos valores se presentan en la Tabla 17.

(i)

Dnde: e0 es la relacin de vacos inicial. es la deformacin unitaria.

9. Se calcularon los valores del esfuerzo efectivo para cada incremento de carga a partir de la siguiente relacin:

(ii)

Dnde: P: es la suma de 10 veces la carga aplicada en el brazo ms el peso de la esfera y la piedra porosa que cubren la muestra.

A: es el rea de la muestra (iii), con D igual al dimetro interior del anillo.Los valores de esfuerzos efectivos para cada incremento de carga, se presentan en la Tabla 17.

10. Con base en los datos obtenidos en la tablas que hacen referencia al proceso de carga, se graficaron las curvas de Deformacin vs. Raz de tiempo para cada uno de los incrementos de carga.

11. Usando los valores obtenidos en las tablas que hacen referencia a la relacin de vacos y a los esfuerzos efectivos para cada incremento de carga respectivamente, se construy la curva de recompresin.

12. Finalmente se calcularon los parmetros de consolidacin cv y mv, a partir de la curva de consolidacin y de la curva de carga y descarga respectivamente. Los valores determinados para los coeficientes de consolidacin vertical Cv, se muestran en la tabla 8.

CALCULOS:

ETAPA DE PRECARGA

Datos obtenidos para la etapa de precarga del ensayo de consolidacin, con una carga al final del brazo igual a 0.5 kg.

Tabla 1. Datos obtenidos para la etapa de precarga del ensayo de consolidacin Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)

00:000,00000,0000

00:0476,0000193,04000,01931,8807

ETAPA DE CARGA

Carga al final del brazo de 1 kg Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)Deformacin unitaria (d/l)t (s)

00:0076193,04000,01931,880700,0

00:0492233,68000,00411,87660,002242,0

00:1595241,30000,00481,87590,0026153,9

00:3497246,38000,00531,87540,0028345,8

01:00100254,00000,00611,87460,0033607,7

01:34102259,08000,00661,87410,0035949,7

02:15104264,16000,00711,87360,003813511,6

03:04106269,24000,00761,87310,004118413,6

04:00107271,78000,00791,87280,004224015,5

06:15111281,94000,00891,87180,004737519,4

09:00112284,48000,00911,87160,004954023,2

12:15113287,02000,00941,87130,005073527,1

16:00114289,56000,00971,87100,005296031,0

25:00116294,64000,01021,87050,0054150038,7

36:00118299,72000,01071,87000,0057216046,5

49:00119302,26000,01091,86980,0058294054,2

64:00120304,80000,01121,86950,0060384062,0

Tabla 2. Datos obtenidos para una carga al final del brazo de 1 kg

Grfica 1. Curva experimental para una carga al final del brazo de 1 kg

Carga al final del brazo de 2 kg

Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)Deformacin unitaria (d/l)t (s)

00:00120304,80000,03051,869500,0

00:04155393,70000,00891,86060,004842,0

00:15165419,10000,01141,85810,0062153,9

00:34170431,80000,01271,85680,0068345,8

01:00175444,50000,01401,85560,0075607,7

01:34179454,66000,01501,85450,0081949,7

02:15184467,36000,01631,85330,008813511,6

03:04188477,52000,01731,85220,009318413,6

04:00192487,68000,01831,85120,009924015,5

06:15198502,92000,01981,84970,010737519,4

09:00203515,62000,02111,84840,011454023,2

12:15207525,78000,02211,84740,012073527,1

16:00210533,40000,02291,84670,012496031,0

25:00213541,02000,02361,84590,0128150038,7

36:00216548,64000,02441,84510,0132216046,5

49:00218553,72000,02491,84460,0135294054,2




Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)Deformacinunitaria (d/l)t (s)

00:00219556,26000,02491,844400,0

00:04262665,48000,01091,83350,006042,0

00:15264670,56000,01141,83290,0062153,9

00:34280711,20000,01551,82890,0085345,8

01:00287728,98000,01731,82710,0095607,7

01:34294746,76000,01911,82530,0104949,7

02:15301764,54000,02081,82350,011413511,6

03:04307779,78000,02241,82200,012318413,6

04:00313795,02000,02391,82050,013124015,5

06:15322817,88000,02621,81820,014437519,4

09:00331840,74000,02841,81590,015754023,2

12:15336853,44000,02971,81470,016473527,1

16:00339861,06000,03051,81390,016896031,0

25:00344873,76000,03181,81260,0175150038,7

36:00347881,38000,03251,81190,0179216046,5

49:00349886,46000,03301,81140,0182294054,2

64:00356904,24000,03481,80960,0192384062,0





00:00356904,24000,03481,809600,0

00:04392995,68000,04391,80040,024442,0

00:154021021,08000,04651,79790,0259153,9

00:344121046,48000,04901,79540,0273345,8

01:004211069,34000,05131,79310,0286607,7

01:344311094,74000,05381,79050,0301949,7

02:154401117,60000,05611,78820,031413511,6

03:044491140,46000,05841,78600,032718413,6

04:004561158,24000,06021,78420,033724015,5

06:154701193,80000,06381,78060,035837519,4

09:004811221,74000,06651,77780,037454023,2

12:154891242,06000,06861,77580,038673527,1

16:004951257,30000,07011,77430,039596031,0

25:005011272,54000,07161,77270,0404150038,7

36:005061285,24000,07291,77150,0412216046,5





00:005601422,40000,00001,757800,0

00:046101549,40000,09931,74510,056942,0

00:156301600,20000,10441,74000,0600153,9

00:346381620,52000,10641,73790,0612345,8

01:006441635,76000,10801,73640,0622607,7

01:346521656,08000,11001,73440,0634949,7

02:156571668,78000,11131,73310,064213511,6

03:046631684,02000,11281,73160,065118413,6

04:006691699,26000,11431,73010,066124015,5

06:156791724,66000,11681,72750,067637519,4

09:006891750,06000,11941,72500,069254023,2

12:156951765,30000,12091,72350,070273527,1

16:007001778,00000,12221,72220,070996031,0

25:007051790,70000,12341,72090,0717150038,7

36:007111805,94000,12501,71940,0727216046,5

49:007131811,02000,12551,71890,0730294054,2





00:007161818,64000,12551,718100,0

00:047751968,50000,14121,70320,082942,0

00:158012034,54000,14781,69650,0871153,9

00:348262098,04000,15421,69020,0912345,8

01:008502159,00000,16031,68410,0952607,7

01:348622189,48000,16331,68110,0972949,7

02:158942270,76000,17151,67290,102513511,6

03:049172329,18000,17731,66710,106318413,6

04:009362377,44000,18211,66230,109624015,5

06:159712466,34000,19101,65340,115537519,4

09:009992537,46000,19811,64630,120354023,2

12:1510182585,72000,20291,64140,123673527,1

16:0010292613,66000,20571,63860,125696031,0

25:0010432649,22000,20931,63510,1280150038,7

36:0010512669,54000,21131,63300,1294216046,5

49:0010552679,70000,21231,63200,1301294054,2



Coeficientes de consolidacin vertical Cv

El valor de Cv se determina mediante el ajuste de las curvas de tiempo, tanto experimental como terico. Para este propsito se emplear el mtodo desarrollado por Taylor, el cual depende de la raz cuadrada del tiempo. De esta manera, se tiene que la ecuacin que determina el coeficiente de consolidacin vertical Vc es:

Donde es una constante que se obtiene a partir de la figura 3 e indica el factor de tiempo vertical en el punto donde se da el 90% de la consolidacin, teniendo de esta forma que su valor es de 0.848.

Figura 3. Grado promedio de consolidacin y grado de consolidacin en el plano medio Uv en funcin del factor de tiempo Tv

, indica el tiempo que transcurre para que se d el 90% de la consolidacin. ste se determina a partir de la lnea vertical que se origina en el punto de interseccin entre la curva experimental de consolidacin y la lnea determinada a partir de 1.15 la coordenada en X de la lnea tangente a esta curva resultante de la etapa de carga para cada una de las variaciones aplicadas. Por ltimo, indica la longitud de drenaje y dado que para este caso particular la lmina de suelo reposa sobre una frontera permeable y puede drenar tanto por el extremo superior como inferior, se tiene un drenaje doble, es decir que para este condicin se determina que dicha longitud H es igual a H/2.

Con el fin de ejemplificar este proceso, a continuacin se mostrar el procedimiento llevado a cabo para una carga al final del brazo de 1 kg, teniendo de esta forma los siguientes parmetros y resultados:

A partir de la grfica 1 (Curva experimental para una carga al final del brazo de 1 kg), se seal de manera aproximada el valor de , siendo ste igual a 23 s1/2.

A partir del valor hallado anteriormente se procede a calcular el cuadrado de de manera que se tiene:

Retomando la ecuacin (11) que define el coeficiente de consolidacin vertical Cv y reemplazando los valores anteriormente definidos, se tiene que:

De esta manera y despus del ejemplo citado, a continuacin se muestran los valores de los coeficientes de consolidacin vertical Cv, para cada una de las variaciones de carga aplicadas.

Carga al final del brazo (kg) (s)Cv (cm2/s)Cv (m2/ao)

1235290,0014474,562

2245760,0013294,190

4256250,0012253,862

8224840,0015814,987

16287840,0009763,078

32245760,0013294,190

Tabla 8. Datos de los coeficientes de consolidacin vertical Cv, para cada carga aplicada

ETAPA DE DESCARGA

A continuacin se relacionan los datos tomados para la etapa de descarga para cada una de las variaciones que se tomaron de sta, resaltando los valores en los que se presenta el 90% de la consolidacin, de manera que:

Descarga a 16 kg al final del brazo

Tiempo (mm:ss)Deform. (1*10-4 in)Deform.(1*10-4 cm)Deform. (cm)L (cm)

00:0010872760,98000,27611,6239

00:0410692715,26000,27151,6285

00:1510672710,18000,27101,6290

00:3410642702,56000,27031,6297

01:0010622697,48000,26971,6303

01:3410612694,94000,26951,6305

02:1510602692,40000,26921,6308

03:0410592689,86000,26901,6310

04:0010592689,86000,26901,6310

06:1510582687,32000,26871,6313

09:0010582687,32000,26871,6313

12:1510572684,78000,26851,6315

16:0010572684,78000,26851,6315

25:00:0010562682,24000,26821,6318

36:00:0010562682,24000,26821,6318

49:00:0010562682,24000,26821,6318

Tabla 9. Datos obtenidos para una descarga a 16 kg al final del brazo



00:0010552679,70000,26801,6320

00:0410382636,52000,26371,6363

00:1510342626,36000,26261,6374

00:3410322621,28000,26211,6379

01:0010302616,20000,26161,6384

01:3410252603,50000,26041,6397

02:1510242600,96000,26011,6399

03:0410222595,88000,25961,6404

04:0010212593,34000,25931,6407

06:1510192588,26000,25881,6412

09:0010182585,72000,25861,6414

12:1510172583,18000,25831,6417

16:0010172583,18000,25831,6417

25:00:0010132573,02000,25731,6427

36:00:0010122570,48000,25701,6430

49:00:0010122570,48000,25701,6430


Descarga a 0.5 kg al final del brazo


00:008672202,18000,22021,6798

00:048642194,56000,21951,6805

00:158612186,94000,21871,6813

00:348602184,40000,21841,6816

01:008592181,86000,21821,6818

01:348582179,32000,21791,6821

02:158572176,78000,21771,6823

03:048562174,24000,21741,6826

04:008552171,70000,21721,6828

06:158522164,08000,21641,6836

09:008492156,46000,21561,6844

12:158462148,84000,21491,6851

16:008422138,68000,21391,6861

25:00:008382128,52000,21291,6871

36:00:008342118,36000,21181,6882

Tabla 11. Datos obtenidos para una descarga a 0.5 kg al final del brazo



00:008252095,50000,20961,6905

00:048142067,56000,20681,6932

00:158122062,48000,20621,6938

00:348112059,94000,20601,6940

01:008092054,86000,20551,6945

01:348082052,32000,20521,6948

02:158072049,78000,20501,6950

03:048052044,70000,20451,6955

04:008032039,62000,20401,6960

06:158002032,00000,20321,6968

09:007972024,38000,20241,6976

12:157932014,22000,20141,6986

16:007902006,60000,20071,6993

25:00:007831988,82000,19891,7011

36:00:007781976,12000,19761,7024

49:00:007731963,42000,19631,7037

64:00:007701955,80000,19561,7044


De esta manera, a continuacin se relacionan las deformaciones unitarias que se dieron tanto en carga como en descarga en el punto donde se da el 90% de la consolidacin, de manera que:

EtapaCarga al final del brazo (kg)Deformacin unitaria (d/l)

Precarga0.50.0103

Carga10.0158

20.0128

40.0179

80.0395

160.0717

320.1635

Descarga160.1649

80.1573

0.50.1262

00.1193

Tabla 13. Datos de deformaciones unitarias para cada una de las etapas

Ahora bien, con el fin de determinar la relacin de vacos y el esfuerzo efectivo de cada una de las etapas, se cuenta con la siguiente informacin base para dicho clculo y anlisis:

HUMEDAD INICIAL

Recipiente N5

Peso (mh+rec) [g]201,34

Peso (ms+rec) [g]123,87

Peso Recipiente [g]34,63

Humedad [%]86,81%

Tabla 14. Datos de la humedad natural inicial de la muestra

Relacin de Brazo 1:10Peso Bloque + P.P (g)401,79

Peso del anillo (g)63,89

Dimetro del anillo (cm)5,86

Altura (cm)1,90

Peso del anillo + muestra (g)InicialFinal

178,83179,31

Tabla 15. Caractersticas de los componentes del edmetro

MuestraVolumen (cm3)51,24

rea (cm2)18,41

2,24 gr/cm3

22,00 KN/m3

e01,20

Gs2,65

Tabla 16. Caractersticas de la muestra

De esta manera, en la tabla 17 se muestran los valores de la relacin de vacos calculada a partir de la ecuacin (9) y el esfuerzo efectivo con base en la ecuacin (10) de cada una de las etapas. Cabe aclarar que en el punto donde se produce el 90% de la consolidacin, la presin de poros ha sido disipada, asumindose de esta forma que el esfuerzo efectivo es igual al total.

Carga/brazo (kg)Deform. UnitariaEsfuerzo efectivo (N/m2)Log esf. efectivoe

2138,837113,331,2048

0,50,0102628755,192784,461,1822

10,0145155371,548454,741,1728

20,01349108604,259795,041,1751

40,01794215069,682475,331,1653

80,03951428000,527845,631,1177

160,07173853862,218575,931,0467

320,163471705585,600036,230,8444

160,16492853862,218575,930,8412

80,15735428000,527845,630,8579

0,50,1261628755,192784,460,9267

00,119252138,837113,330,9419

Tabla 17. Valores asociados al logaritmo del esfuerzo efectivo y a la relacin de vacos de la muestra

Relacin de sobreconsolidacin RSC

Grfica 7. Curva de carga y descarga de la muestra

A partir de la grfica anterior, se pueden obtener los valores de los ndices CR, ndice de descompresin, y CC ndice de compresin, los cuales se miden como las pendientes de las rectas tangentes a la curva, en las respectivas zonas, que estn sealadas en la anterior grfica.

Se tiene entonces que:

Por otro lado, se puede hallar el esfuerzo de preconsolidacin, para lo cual se usa el mtodo grfico, que se muestra a continuacin:

Figura 4. Mtodo grfico para hallar el esfuerzo de preconsolidacin.

Mtodo grafico de Casagrande

En el grfico e Log v: 1. Ubicar punto 1, punto de mxima 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 interseccin de las rectas 4 y 5 determina en abscisas el valor de pc

Figura 4. Mtodo grfico de Casagrande para hallar el esfuerzo de preconsolidacin.

Por medio del trazo de algunas lneas auxiliares, se halla el nombrado esfuerzo en el caso en estudio, lo cual se muestra en la figura anterior:

En el estado original, se tiene que:

De los valores anteriores se obtiene la relacin de sobreconsolidacin que es:

De lo anterior se puede afirmar que la muestra en estudio es SOBRECONSOLIDADA.

CONCLUCIONES:

Cuando la curva de consolidacin experimental no se asemeja a la curva de consolidacin terica se puede utilizar el mtodo de Taylor. Este ensayo es factible en suelos arcillosos que nos darn valores ms exactos, dado que los suelos arenosos de consolidan rpidamente arrojndonos datos menos exactos. Es necesario elaborar el ensayo con suma cautela, cuidando llevar el procedimiento correcto para vernos inmersos en la mnima cantidad de errores.

01 lab suelos

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