Informe De Consolidacion Unidimensional 5b3j6r

CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL

MECÁNICA DE SUELOS II

ÍNDICE:

I.

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 3

II.

OBJETIVOS........................................................................................................................ 4

A.

OBJETIVO GEN ERAL ................................................................................................ 4

B.

OBJETIVOS ESPECIFICOS ....................................................................................... 4

III.

MATERIALES .................................................................................................................. 5

A.

REFERENCIAS ........................................................................................................... 5

B.

MATERIAL .................................................................................................................. 5

C.

EQUIPO ...................................................................................................................... 5

IV.

MARCO TEORICO .......................................................................................................... 7

A.

DEFINICION ................................................................................................................ 7

B.

CURVA DE CONSOLIDACION.................................................................................... 9

C.

COEFICIENTE DE CONSOLIDACION ...................................................................... 10

D.

CURVA DE COMPRESIBILIDAD ............................................................................... 11

E.

CARGA DE PRECONSOLIDACION .......................................................................... 12

F.

COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD ................................................................... 12

G.

COEFICIENTE DE ELASTICIDAD ............................................................................. 12

H.

ASENTAMIENTO DEL ESTRATO ............................................................................. 12

I.

CURVA DE VARIACION ............................................................................................ 13

J.

GRADO DE CONSOLIDACION ................................................................................. 13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

1



V.

PROCEDIMIENTO ........................................................................................................ 14

VI.

ANALISIS DE DATOS ................................................................................................... 18

A.

METODO DE TAYLOR .............................................................................................. 20

B.

METODO DE CASA GRANDE .................................................................................. 24

VII.

CONCLUSIONES .......................................................................................................... 44

VIII.

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................ 45

IX.

ANEXOS........................................................................................................................ 45


2


I.


INTRODUCCIÓN El ensayo de consolidación, también llamado ensayo de compresión

confinada, 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 lo anterior es de vital importancia conocer la velocidad de asentamiento total y diferencial de la estructura. La consolidación es el proceso de asentamiento de los suelos antes mencionados, cuando están saturados y sujetos a incrementos de carga debido a la disipación de la presión de poros. Todo lo anterior se refleja en los resultados obtenidos a partir del ensayo, el cual entrega la curva de esfuerzo deformación, la presión de preconsolidación y el coeficiente de 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.


3


II.


OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL  Conocer cuánto y en qué tiempo se deforma el suelo al ser sometido a diferentes cargas, en el ensayo de consolidación unidimensional. OBJETIVOS ESPÉCIFICOS  Interpretar los datos obtenidos a través de formulaciones, y gráficos de manera que nos proporcionen conclusiones sobre el ensayo realizado.  Reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el ensayo de consolidación aprendiendo las características de cada uno.  Obtener datos a partir de los ensayos y anotarlos en un formato adecuado realizado especialmente para el ensayo.  Construir las curvas de consolidación y establecer los puntos de importancia para la determinación de las características de compresibilidad del suelo y rapidez de consolidación.  Determinar el módulo de elasticidad del suelo.  Determinar el coeficiente de permeabilidad  Determinar el Cv50


4


III.


MATERIALES: A) REFERENCIAS:  ASTM D2435-96  I.N.V.E-151-07- CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS  AASHTO T 216 B) MATERIAL:  Muestra inalterada. C) EQUIPO:  Equipo de consolidación unidimensional.

Figura n° 01: Equipo de Consolidación


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 Consolidómetro.

Figura n° 02: Consolidómetro  Piedras porosas.

Figura n° 03: Piedra porosa


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 Dial de expansión con divisiones de 0.01mm.

Figura n° 04: Dial de Expansión

IV.

MARCO TEÓRICO:

CONSOLIDACIÓN UNIDIRECCIONAL O UNIDIMENSIONAL A) DEFINICIÓN: Es un proceso de disminución de volumen, que tiene un lugar en un lapso de tiempo, provocado por un aumento de cargas sobre el suelo, se llama Proceso De Consolidación. Frecuentemente ocurre que durante el proceso de consolidación la posición relativa de las partículas sólidas sobre un mismo plano horizontal permaneces especialmente la misma; así, el movimiento de las partículas del suelo puede ocurrir sólo en dirección vertical; esto es Consolidación Unidireccional O Unidimensional.


7



Figura n° 05: Consolidómetro

Figura n° 06


8



B) CURVA DE CONSOLIDACIÓN: El asentamiento total o consolidación ocurre cuando el agua recupera su situación de hidrostática y la carga ha sido totalmente transferida a las partículas sólidas. Toda la deformación producto de esa transferencia (disminución de fase líquida) se denomina Consolidación Primaria. Si la carga se mantiene los sólidos del suelo se deforman por efectos de fatiga, rotura de granos o reacomodo de partículas que provoca una deformación adicional llamada Consolidación Secundaria. Los efectos de consolidación secundaria son en la actualidad poco estudiada, razón por la cual no son considerados en práctica, en consecuencia es necesario distinguir:

Figura n° 07: curva de consolidación


9



b.1) 0% DE CONSOLIDACIÓN PRIMARIA:  Ubicar un punto al inicio de la curva (A).  Ubicar un segundo punto con t = tA/4 (este es el punto B).  Ubicar un punto arriba del punto B una distancia = AB en el eje de ordenadas; y ese es el 0%.  Hacer tres tanteos y calcular el promedio.

b.2) 100% DE CONSOLIDACIÓN SECUNDARIA:  Trazar una recta por el punto de inflexión tangente a la curva.  Proyectar el tramo recto lineal.  Y por último ubicar el 100% de consolidación que es la intersección de las rectas.

b.3) T50: tiempo en que la muestra alcanza el 50% de consolidación

C) COEFICIENTE DE CONSOLIDACION:

Se define como coeficiente de variación volumétrica y físicamente expresa la compresibilidad del suelo, relacionándola con su volumen inicial. Para Casagrande: 2 𝑇50 ∗ 𝐻50 𝐶𝑣 = 𝑡50

Para Taylor: 2 𝑇90 ∗ 𝐻90 𝐶𝑣 = 𝑡90


10



D) CURVA DE COMPRESIBILIDAD:

De las gráficas tiempo-deformación para varias cargas se calcula el cambio de la relación de vacíos se calcula el cambio de la relación de vacíos (e). Con las Presiones Efectivas (σ=σ `) y las correspondientes relaciones de vacíos (e) se dibuja la Curva De Compresibilidad

Figura n° 08: coeficiente de compresibilidad El coeficiente de compresibilidad representa, en módulo, la pendiente de la curva de compresibilidad, en escala natural, en el punto de que se trate. El valor 𝑎𝑣 depende de la presión actuante sobre el suelo y no es una constante del mismo. Físicamente, el coeficiente de compresibilidad mide la razón de variación de la relación de vacíos con la presión; un 𝑎𝑣 alto caracteriza a un suelo muy compresible, mientras uno bajo es propio de un suelo no susceptible de grandes cambios de volumen.

𝑎𝑣 = −


𝑒2 ∗ 𝑒1 𝑝2 − 𝑝1

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E) CARGA DE PRECONSOLIDACIÓN Es la presión máxima que algún momento soportó la muestra ensayada y su ubicación es muy próxima al tramo recto (tramo virgen) de la curva de compresibilidad. Se obtiene:    

Una recta tangente por el punto de máxima curvatura (T) Recta horizontal por el punto de tangencia (H) Bisecamos el ángulo formado B Proyectamos el tramo recto y ubicamos el punto de intersección con B que viene a ser el Pc.

F) COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD:

𝐾=

𝑎𝑣 ∗ 𝐶𝑣 ∗ 𝛾𝑤 1+𝑒

G) COEFICIENTE DE ELASTICIDAD:

𝐸=

(𝑃2 − 𝑃1) ∗ 𝐻𝑜 ∆𝐻2 − ∆𝐻1

H) ASENTAMIENTO DEL ESTRATO EN ESTUDIO:

∆𝐻 =

𝐻 𝑃 + ∆𝑃 ∗ 𝐶𝑐 ∗ 𝑙𝑜𝑔 [ ] 1 + 𝑒𝑖 𝑃


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I) CURVA DE VARIACION DEL COEFICIENTE DE CONSOLIDACION MEDIA El coeficiente de consolidación es aplicado tanto para el estrato real como para el ensayo de laboratorio. En el ensayo se utiliza la altura efectiva de la muestra en el 50% de consolidación y el factor tiempo t como (1/5). T50 se obtiene gráficamente de la curva de consolidación y por lo tanto el valor CV50.

𝐶𝑣50

1 𝐻𝑒𝑓 2 = 5 𝑡50

La gráfica se construye con los valores Cv50 obtenidos y las variaciones de carga a escala natural.

J) GRADO DE CONSOLIDACION Se define grado de consolidación de un suelo a una profundidad (Z) y en un tiempo (t) a la relación entre la consolidación que haya tenido en ese lugar y la consolidación total que ha de producirse bajo el incremento de carga impuesto. El grado de consolidación es función del llamado factor tiempo (T) que es una cantidad adimensional resultante de la ecuación diferencial de consolidación definida como:

𝑇=

𝐾(1 + 𝑒0 ) 𝑡 ∗ 𝐴𝑣 ∗ 𝛾𝑤 𝐻𝑒𝑓 2


13


V.


PROCEDIMIENTO:

 Obtener una muestra inalterada (ASTM D2435-96) con el anillo metálico de consolidación (puede ser con el diámetro de 4cm y h=2cm, o con el diámetro de 8cm y h= 2cm) y determinar la densidad natural.  Ensamblar el anillo con la muestra en el Consolidómetro, el cual está equipado con una piedra porosa en la parte inferior.  Colocar otra piedra porosa sobre el anillo con la muestra.  Colocar la placa de distribución de carga sobre la piedra porosa.  Colocar el consolidometro en el equipo de consolidación.  Colocar en ceros la escala de presiones.  Girar el tornillo de carga hasta que haya o con la placa de distribución de carga.  Colocar el dial en el porta reloj de tal manera que haya o con el tornillo de carga y estableces en ceros.  Aplicar el primer incremento de presión (0.25 kg/cm²). La presión aplicada se mantiene constante y se registran las lecturas de asentamiento de acuerdo a los siguientes tiempos en minutos 0.1´, 0.25´, 0.50´, 1´, 2´, 4´, 8´, 15´, 30´, 1hora, 2h, 4h, 8h, 16h, 24h. Generalmente las lecturas se registran hasta 24 horas o hasta que no se observe cambio de volumen significativo.  Aplicar las siguientes presiones: 1 kg/cm², 2 kg/cm², 4 kg/cm², 8 kg/cm², etc. (las presiones duplican el valor de la presión anterior) y seguir el mismo procedimiento del paso anterior.  Al terminar el ensayo determinar el peso de la muestra húmeda y el peso de la muestra seca.  Dibujar las curvas de consolidación con los datos obtenidos en escala semilogarítmica. Los datos de tiempo transcurrido se dibujarán en la abscisa en escala logarítmica y los datos de asentamiento se dibujarán en la ordenada en escala natural.  Se determina el 0%, 100% y 50% de consolidación primaria y luego sus correspondientes asentamientos en cada curva.  Determinar los coeficientes de consolidación, de comprensibilidad, de permeabilidad y el módulo de elasticidad.


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COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN: 2 T50 ∗ H50 Cv = t 50

Donde: T50 = Factor de tiempo para el 50% de grado de consolidación primaria. H50 = Trayectoria física real que el agua tiene que correr para salir de la muestra. t 50 = Tiempo correspondiente al 50% de consolidación primaria. H50 = h cuando la muestra es drenada por una sola cara. H50 = h/2 cuando la muestra es drenada por ambas caras. h= H0 − ∆H50 h = Altura de la muestra en el 50% de consolidación primaria H0 = Altura inicial de la muestra ΔH50 = Asentamiento de la muestra en el 50% de consolidación primaria.

COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD:

av = −

Donde: e2 = e1 =

e2 ∗ e1 p2 − p1

Relación de vacíos después de aplicar la presión P2. Relación de vacíos después de aplicar la presión P1.


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e= Donde: e= Hv = Hs = Hs = H0 = Hw = ΔHn =

Relación de vacíos. Altura de vacíos. Altura de sólidos. Ho − Hw − ∆Hn Altura inicial de la muestra Altura del agua Asentamiento total de la muestra

Hw = Donde: Vw = Aanil =

Hv Hs

Vw A anil

Volumen del agua Área anillo de consolidación

COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD:

K= Donde: γw =

av ∗ Cv ∗ γw 1+e

Peso Específico del agua

COEFICIENTE DE ELASTICIDAD:

E=

(P2 − P1) ∗ Ho ∆H2 − ∆H1


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Donde: ∆H2 = ∆H1 = 






Asentamiento de la muestra cuando se aplica la presión P2. Asentamiento de la muestra cuando se aplica la presión P1.

Dibujar la curva de compresibilidad en escala semilogarítmica, para lo cual los datos de las presiones aplicadas se dibujarán en el eje de abscisas en escala logarítmica y los datos correspondientes a la relación de vacíos se dibujará en el eje de ordenadas en escala natural. Dibujar la curva de coeficientes de consolidación versus presiones en escala natural. En el eje de abscisas se dibuja los datos de presiones y en el eje de ordenadas se dibuja los datos de coeficientes de consolidación. Determinar el asentamiento del estrato en estudio.

ASENTAMIENTO DEL ESTRATO EN ESTUDIO:

∆H =

H P + ∆P ∗ Cc ∗ log [ ] 1 + ei P

Donde: ∆𝐇 = 𝐇 = 𝐞𝐢 = 𝐂𝐜 = 𝐂𝐜 = LL = 𝐏= ∆𝐏 =

Asentamiento probable. Espesor de estrato. Relación de vacíos inicial. Índice de compresibilidad. 0.009*(LL-10) Límite líquido Presión de apoyo Incremento de presión


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VI.


ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS:

DATOS INICIALES:

PROYECTO: UBICACIÓN: CALICATA: POZO N°

UNC E1 1

ENSAYO:

Consolidación Unidimensional

OPERADOR: FECHA: SUELO:

Grupo B2 02/07/2018 Arcilloso

MUESTRA DE ENSAYO (INICIO):

CONTENIDO DE HUMEDAD (INICIO)

DIAM.(mm): ALT. (mm) AREA (cm²): Vm (cm³): Wanillo (gr): Wa+Mh (gr): Wmh (gr):

Tara N° Wtara (gr) Wt+Mh (gr): Wt+Ms (gr): Ww (gr): Ws (gr): w(%): w(%) PROMEDIO:

m (gr/cm³):

50.8 19.05 20.27 38.61435 58 136 78 2.02

s (gr/cm³):

2.65

MUESTRA DE ENSAYO (FINAL): Wa+Mh (gr): Wa+Ms (gr): Wmh (gr): Wms (gr): w(%):

1 29.7 45.4 42.2 3.2 12.5 26%

2 28 44.8 41.2 3.6 13.2 27% 26%

3 26.7 46 42.1 3.9 15.4 25%

Factor de ampliación del sistema de carga:

140 136 82 78 5%

Dial del Lectura (mm): Lectura inicial:

A (cm):

3

B (cm): Factor:

27 10

0.01 x división 2000 divisiones

 Cálculo del peso específico de sólidos:

s (gr/cm³) = 2.65


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DATOS Y CÁLCULOS: ENSAYO DE CARGA: Carga (kg): TIEMPO (S/M/Hs)

1 P (kg/cm²) DIA/ HORA

0 Seg 15 Seg 30 Seg 1 Min 2 Min 4 Min 8 Min 15 Min 30 Min 1 Hs 2 Hs 4 Hs 8 Hs 24 Hs Carga (kg): TIEMPO (S/M/Hs) 0 Seg 15 Seg 30 Seg 1 Min 2 Min 4 Min 8 Min 15 Min 30 Min 1 Hs 2 Hs 4 Hs 8 Hs 24 Hs

LECTURA (divis)

0.49 Carga (kg): DEFORM (cm)

2000 2001 2000.9 2000.8 2000.2 2000.1 2001 2002.1 2004.3 2009.1 2016.9 2020.4 2037.6 2037.7

0.001 0.0009 0.0008 0.0002 1E-04 0.001 0.0021 0.0043 0.0091 0.0169 0.0204 0.0376 0.0377

4 P (kg/cm²) DIA/ HORA

LECTURA (divis)

TIEMPO (S/M/Hs)

DIA/ HORA

0 Seg 15 Seg 30 Seg 1 Min 2 Min 4 Min 8 Min 15 Min 30 Min 1 Hs 2 Hs 4 Hs 8 Hs 24 Hs

2037.7 2035 2024.9 2024.8 2034.8 2034.5 2034.3 2034.2 2034.1 2034 2033.8 2033.8 2033.8 2033.8

1.97 Carga (kg): DEFORM (cm)

2033.8 2022.5 2021 2019.9 2018.5 2017.1 2014.6 2012.9 2012.1 2004 2002.8 2001.5 1993 1993


0.0338 0.0225 0.021 0.0199 0.0185 0.0171 0.0146 0.0129 0.0121 0.004 0.0028 0.0015 0.007 0.007

TIEMPO (S/M/Hs)

2 P (kg/cm²) LECTURA (divis)

DIA/ HORA



1993 1967 1964.9 1962.6 1960.3 1950.1 1955.4 1953.1 1050.3 1944.2 1928.5 1927.6 1927 1927

19

0.99 DEFORM (cm) 0.0377 0.035 0.0349 0.0348 0.0348 0.0345 0.0343 0.0342 0.0341 0.034 0.0338 0.0338 0.0338 0.0338 3.95 DEFORM (cm) 0.007 0.033 0.0351 0.0374 0.0397 0.0499 0.0446 0.0469 0.9497 0.0558 0.0715 0.0724 0.073 0.073



A) METODO DE TAYLOR:

DATOS Y CALCULOS PARA 1 KG:

LECTURA DEL DIAL

Lectura del dial vs Raiz del tiempo

10

11

12

Según la gráfica tenemos que: 𝑡 = 4.4 Para lo cual decimos: 1.15 ∗ (𝑡) = 5.1 Según esto se concluye que: 𝑡90 = 2.1 Hallando el coeficiente de consolidación 2 T50 ∗ H50 Cv = t 50


20



0.848 ∗ H 2 Cv = 2.1 ∗ 60 Cv = 0.00673 𝑐𝑚2 /𝑠𝑒𝑔 DATOS Y CALCULOS PARA 2 KG:

LECTURA DEL DIAL


10

11

12

Según la gráfica tenemos que: 𝑡 = 6.2 Para lo cual decimos: 1.15 ∗ (𝑡) = 7.13 Según esto se concluye que: 𝑡90 = 2.65


21



Hallando el coeficiente de consolidación

T90 ∗ H 2 Cv = t 50

Cv =

0.848 ∗ H 2.65 ∗ 60

Cv = 0.00533 𝑐𝑚2 /𝑠𝑒𝑔 DATOS Y CALCULOS PARA 4 KG:

LECTURA DEL DIAL


0

1

2

3

4

RAÍZ DEL TIEMPO

Según la gráfica tenemos que: 𝑡 = 2.1 Para lo cual decimos: 1.15 ∗ (𝑡) = 2.42 Según esto se concluye que: 𝑡90 = 1.6 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

22




T90 ∗ H 2 Cv = t 90

Cv =

0.848 ∗ H 1.6 ∗ 60

Cv = 0.008833 𝑐𝑚2 /𝑠𝑒𝑔


LECTURA DEL DIAL

Lectura del dial vs Raiz del tiempo Lectura del dial vs Raiz del tiempo

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

RAÍZ DEL TIEMPO

Según la gráfica tenemos que: 𝑡 = 2.7 Para lo cual decimos: 1.15 ∗ (𝑡) = 3.11 Según esto se concluye que: 𝑡90 = 1.18 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

23

5 .5




T90 ∗ H 2 Cv = t 90

Cv =

0.848 ∗ H 1.18 ∗ 60

Cv = 0.0012 𝑐𝑚2 /𝑠𝑒𝑔 B) METODO DE CASA GRANDE:


Carga (kg): TIEMPO (S/M/Hs)

1 P (kg/cm²) DIA/ LECTURA HORA (divis)



2000 2001 2000.9 2000.8 2000.2 2000.1 2001 2002.1 2004.3 2009.1 2016.9 2020.4 2037.6 2037.7

0.49 DEFORM (cm) 0.001 0.0009 0.0008 0.0002 1E-04 0.001 0.0021 0.0043 0.0091 0.0169 0.0204 0.0376 0.0377

24



CURVA TEÓRICA DE CONSOLIDACIÓN: Imagen 1: Curva teórica de consolidación

TIEMPO ESCALA LOGARITMICA 1

10

100

1000

DEFORMACION (cm)

0.1


25



CÁLCULO DE 0 % Y DEL 100% DE CONSOLIDACIÓN: Imagen 2: Muestra la obtención de O% y 100% de consolidación

TIEMPO ESCALA LOGARITMICA 0.1

1

10

100

1000

A

DEFORMACION (cm)

A

0.041

 Cálculo del 0% de consolidación: De la gráfica obtenemos el promedio: 𝑂% =

0.001 + 0.0022 + 0.0034 = 0.0022 3

 Cálculo del 100% de consolidación: De la gráfica podemos observar: 100% = 0.041  Cálculo del t50 Cálculo de deformación para t50: 0.0022 + 0.041 = = 0.0216 2


26



Imagen 3: Muestra la obtención de T50

De la gráfica podemos observar que el 50% de consolidación se presenta para t 50 = 8.7 minutos  Cálculo de la altura final de la muestra: ℎ𝑓 = ℎ𝑖 − ∆ℎ ℎ𝑓 = 1.905 − (0.041 − 0.0022) = 1.866 𝑐𝑚  Cálculo del 𝐶𝑣50 : 𝐶𝑣50

(𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 )2 =𝑇 𝑡50

𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝑇 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝐶𝑣50 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑡50 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 50% 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

27



𝐶𝑣50 =

1 (𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 )2 5 𝑡50

Calculo de 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 : ℎ𝑖 + ℎ𝑓 4 1.905 + 1.8662 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 = 4 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 = 0.9428𝑐𝑚 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 =

Reemplazando datos: 𝐶𝑣50

1 (0.9428 )2 = = 0.0213 5 8.7

DATOS Y CALCULOS PARA 2 KG: Carga (kg): TIEMPO (S/M/Hs)

DIA/ HORA




2037.7 2035 2024.9 2024.8 2034.8 2034.5 2034.3 2034.2 2034.1 2034 2033.8 2033.8 2033.8 2033.8

0.99 DEFORM (cm) 0.0377 0.035 0.0349 0.0348 0.0348 0.0345 0.0343 0.0342 0.0341 0.034 0.0338 0.0338 0.0338 0.0338

28




1

PRESION (kg/cm²) : 0 10

Tiempo (min)

100

1000

Deformación

0.1

CÁLCCULO DE 0 % Y DEL 100% DE CONSOLIDACIÓN: Imagen 4: Muestra la obtención de O% y 100% de consolidación

1

PRESION (kg/cm²) 0 : 10

100

Tiempo (min)

1000

Deformación

0.1


29



 Cálculo del 0% de consolidación: Del 100% para la anterior carga obtenemos: 𝑂% = 0.041

 Cálculo del 100% de consolidación: De la gráfica podemos observar: 100% = 0.0339  Cálculo del t50 Cálculo de deformación para t50: 𝑡50 =

0.041 + 0.0339 = 0.0345 2

Imagen 5: Muestra la obtención de T50 1

PRESION (kg/cm²) 0 : 10

100

Tiempo (min)

1000

Deformación

0.1

De la gráfica podemos observar que el 50% de consolidación se presenta para t 50 = 4.5 minutos


30



 Cálculo de la altura final de la muestra: ℎ𝑓 = ℎ𝑖 − ∆ℎ ℎ𝑓 = 1.905 − (0.0339 − 0.041) = 1.8733𝑐𝑚

 Cálculo del 𝐶𝑣50 : (𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 )2 𝐶𝑣50 = 𝑇 𝑡50 𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝑇 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝐶𝑣50 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑡50 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 50% 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐶𝑣50 =

1 (𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 )2 5 𝑡50

Calculo de 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 : ℎ𝑖 + ℎ𝑓 4 = 0.9445 𝑐𝑚

𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 = 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 Reemplazando datos:

𝐶𝑣50 = 0.0414


31



DATOS Y CÁLCULOS PARA 4 KG: 4 P (kg/cm²) DIA/ LECTURA HORA (divis)

Carga (kg): TIEMPO (S/M/Hs) 0 Seg 15 Seg 30 Seg 1 Min 2 Min 4 Min 8 Min 15 Min 30 Min 1 Hs 2 Hs 4 Hs 8 Hs 24 Hs

1.97 DEFORM (cm)

2033.8 2022.5 2021 2019.9 2018.5 2017.1 2014.6 2012.9 2012.1 2004 2002.8 2001.5 1993 1993

0.0338 0.0225 0.021 0.0199 0.0185 0.0171 0.0146 0.0129 0.0121 0.004 0.0028 0.0015 0.007 0.007


1

PRESION (kg/cm²)0: 10

100

Tiempo (min)

1000

Deformación (cm)

0.1


32



CÁLCULO DE 0 % Y DEL 100% DE CONSOLIDACIÓN: Imagen: Muestra la obtención de O% y 100% de consolidación

1


100

Tiempo (min)

1000

Deformación (cm)

0.1

 Cálculo del 0% de consolidación: Del 100% para la anterior carga obtenemos: 0% = 0.0339

 Cálculo del 100% de consolidación: De la gráfica podemos observar: 100% = 0.019  Cálculo del t50 Cálculo de deformación para t50: 0.0339 + 0.019 t 50 = = 0.02645 2


33




1


Tiempo (min)

100

1000

Deformación (cm)

0.1

De la gráfica podemos observar que el 50% de consolidación se presenta para t 50 = 9.8 minutos  Cálculo de la altura final de la muestra: ℎ𝑓 = ℎ𝑖 − ∆ℎ ℎ𝑓 = 1.8442  Cálculo del 𝐶𝑣50 : (𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 )2 𝐶𝑣50 = 𝑇 𝑡50 𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝑇 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝐶𝑣50 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑡50 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 50% 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐶𝑣50


1 (𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 )2 = 5 𝑡50

34



Calculo de 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 : ℎ𝑖 + ℎ𝑓 4 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 = 0.9373 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 = 1.258𝑐𝑚 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 =

Reemplazando datos: 𝐶𝑣50 = 0.0188 DATOS Y CALCULOS PARA 8 KG: Carga (kg): TIEMPO (S/M/Hs)

DIA/ HORA




1993 1967 1964.9 1962.6 1960.3 1950.1 1955.4 1953.1 1050.3 1944.2 1928.5 1927.6 1927 1927

3.95 DEFORM (cm) 0.007 0.033 0.0351 0.0374 0.0397 0.0499 0.0446 0.0469 0.9497 0.0558 0.0715 0.0724 0.073 0.073

35




Deformación (cm)

0.1

1

PRESION (kg/cm²)2.53 : 10

100

Tiempo (min)

1000

0.04

0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

CÁLCCULO DE 0 % Y DEL 100% DE CONSOLIDACIÓN: Imagen 10: Muestra la obtención de O% y 100% de consolidación 1


100

Tiempo (min)

1000

Deformación (cm)

0.1


36



 Cálculo del 0% de consolidación: Del 100% para la anterior carga obtenemos: 𝑂% = 0.019

 Cálculo del 100% de consolidación: De la gráfica podemos observar: 100% = 0.062  Cálculo del t50 Cálculo de deformación para t50: =

0.019 + 0.062 = 0.0405 2


1


100

Tiempo (min)

1000

Deformación (cm)

0.1

De la gráfica podemos observar que el 50% de consolidación se presenta para t 50 = 35 minutos


37



 Cálculo de la altura final de la muestra: ℎ𝑓 = ℎ𝑖 − ∆ℎ ℎ𝑓 = 1.8012

 Cálculo del 𝐶𝑣50 : (𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 )2 𝑡50 𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒:

𝐶𝑣50 = 𝑇

𝑇 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝐶𝑣50 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑡50 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 50% 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐶𝑣50 =

1 (𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 )2 5 𝑡50

Calculo de 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 : ℎ𝑖 + ℎ𝑓 4 = 0.9655 𝑐𝑚

𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 = 𝐻𝑒𝑓𝑒𝑐 Reemplazando datos:

𝐶𝑣50 = 0.0041


38



CURVA DE COMPRESIBILIDAD DATOS: PRESION (kg/cm²) 0.49 0.99 1.97 3.95

DEF (mm) DEF (mm) ASENTAM 0% 100% (cm) 0.0022 0.041 0.0339 0.019

0.041 0.0339 0.019 0.062

Hf (cm)

0.0388 0.0071 0.0149 0.043

𝑒=

1.8662 1.8591 1.8442 1.8012

𝛾𝑠 𝐻𝑓 ×𝐴 𝑊𝑠

0.285 0.28 0.27 0.24

-1

Hef. (cm)

t50 (min)

Cv (cm²/kg)

0.9428 0.941025 0.9373 0.92655

8.7 4.5 9.8 45

0.0213 0.0412 0.0188 0.0041

CURVA DE COMPRESIBILIDAD RELACION DE VACIOS

0.29 0.28 0.27 0.26 0.25 0.24 0.23 0.22 0.1


1

PRESION (kg/cm²) 10

39



DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE PRECONSOLIDACIÓN: CURVA DE COMPRESIBILIDAD RELACION DE VACIOS

0.29 0.28 0.27 0.26 0.25 0.24 0.23 0.22 0.1

1

1.53

PRESION (kg/cm²) 10

Del gráfico podemos observar que el esfuerzo de pre consolidación es: 1.53kg/cm2

DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD: =

AV

AV

=

AV

∆E P LOG ( 1 ) P2

0.27 − 0.24 1.97 LOG ( ) 3.95

= −0.0992


40



CURVA DE VARIACIÓN DEL COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN MEDIA ΔP

Hf(cm) 0.032 0.064 0.126

t50(min)

1.8662 1.8591 1.8442

8.7 4.5 9.8 45

0.253

cv50 0.041 0.078 0.027

DEBERIA SER 0.001

0.088

VARIACION DEL COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN MEDIO Cv (cm²/kg)

0.045 0.04 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

PRESION (kg/cm²)


41



VARIACION DEL COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN MEDIO Cv (cm²/kg)

0.045 0.04 0.035 0.03 0.025

0.02 0.015 0.01 0.005 0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

PRESION (kg/cm²)

Tomamos dos presiones: P1= 1.7 P2= 2.2 Luego interceptamos a la gráfica y con eso hallamos los valores de los coeficientes de variación media de cada presión respectivamente. Luego vemos la distancia que existente entre estas dos abscisas, localizamos el medio y proyectamos hacia el eje de los CV50, y así obtenemos el Cv50.

Cv50=0.021


42



PARÁMETROS: 1. Calculo de Coeficiente de permeabilidad: 𝑇 ∗ 𝑎𝑣 ∗ 𝛾𝑤 ∗ 𝐻𝑒𝑓 2 𝐾= (1 + 𝑒)𝑡50 Reemplazando datos: 𝐾=

0.2 ∗ 0.021 ∗ 1 ∗ 1.2582 (1 + 0.414)4.1

𝐾=

0.2 ∗ 0.086 ∗ 1 ∗ 1.2582 (1 + 0.414)4.1 𝐾 = 0.0043

2. E promedio: Calculo de E1 𝐸=

𝑝2 − 𝑝1 ∆𝐻 ∆ ( 𝐻0 )

𝐸=

𝑝2 − 𝑝1 ∆𝐻 ∆ ( 𝐻0 )

0.64 − 0.32 | = 516.028 0.007 0.0086 1.866 − 1.902

𝐸=|

Calculo de E2 𝐸=

𝑝3 − 𝑝2 ∆𝐻 ∆ ( 𝐻0 )

1.26 − 0.64 | = 156.186 0.017 0.007 − 1.8442 1.8591

𝐸=|


43



Calculo de E3 𝐸=

𝑝4 − 𝑝3 ∆𝐻 ∆ ( 𝐻0 )

2.54 − 1.26 | = 103.134 0.048 0.017 1.832 − 1.8012

𝐸=|

Calculo de E promedio:

𝐸𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =

516.028 + 156.186 + 103.134 3

𝐸𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 258.45

VII.

CONCLUSIONES:  Se logró determinar cuánto y en qué tiempo se logra deformar el suelo en estudio  Se logró reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el ensayo de consolidación aprendiendo las características de cada uno.  Se logró determinar datos a partir de los ensayos en un formato adecuado realizado especialmente para realizar los cálculos respectivos para el ensayo de consolidación  Se realizó las curvas de consolidación y compresibilidad estableciendo los puntos de importancia como t50, Cv50 para la determinación de las características de compresibilidad del suelo y rapidez de consolidación.  El módulo de elasticidad es 258.45 kg/cm2  El coeficiente de permeabilidad es 0.0043  El Cv50 es 0.021


44


VIII.

IX.


BIBLIOGRAFÍA: 

Mecánica de Suelos – Juáres Badilla



www.wikipedia.org/consolidacióndesuelos.com

ANEXOS:

Montando el equipo

Consolidómetro utilizado


45



Midiendo los brazos de palanca para encontrar el factor de ampliación


46

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