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consolidacion
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Universidad Nacional de Cajamarca
Mecnica de Suelos II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL
Consolidacin
Unidimensional
CURSO : Mecnica de suelos II
DOCENTE : Ing. Ral Valera Guerra
ALUMNOS : Albarrn Tirado Lidman Edwar. Barboza Fustamante Normali. Beltrn Romero Christian Gianfranco. Bueno Valera Jorge.
Bustamante Daz Rodil Milko. Cusquisiban Aquino Mara Noemi. Daz Villar Jimmy Antony.
Idrogo Salazar Elmer.
CICLO : VI
Cajamarca, Setiembre del 2011
Universidad Nacional de Cajamarca
Mecnica de Suelos II
CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL
I) INTRODUCCIN:
En nuestra vida profesional se presenta con frecuencia problemas como son la
determinacin del Asentamiento de una estructura, as como el tiempo en que esto ocurrir.
Para dar solucin a dichos problemas previamente determinamos la consolidacin del
terreno debido a carga esttica, obteniendo la informacin suficiente para poder determinar
con exactitud el tiempo en que ocurrir el asentamiento y su magnitud.
Por lo anterior es de vital importancia conocer la velocidad de asentamiento total y
diferencial de la estructura.
La consolidacin es el proceso de asentamiento de los suelos antes mencionados,
cuando estn saturados y sujetos a incrementos de carga debido a la disipacin de la presin
de poros.
Todo lo anterior se refleja en los resultados obtenidos a partir del ensayo, el cual
entrega la curva de esfuerzo deformacin, la presin de preconsolidacin y el coeficiente de
consolidacin.
El ensayo de consolidacin es un ensayo bastante complicado debido a que tiene un
complejo procedimiento, en el cual debemos ver cmo va variando el volumen del suelo al
aplicar la carga, con una duracin de 2 semanas aproximadamente, aunque en nuestro caso se
ver una forma simplificada del ensayo, ya que por motivos de tiempo y espacio en el
laboratorio no se podr hacer completo. Este ensayo esta estandarizado por la norma
norteamericana ASTM D-2435.
OBJETIVOS:
OBJETIVO GENERAL
Conocer cunto y en qu tiempo se deforma el suelo al ser sometido a una carga.
OBJETIVOS ESPCIFICOS
Interpretar los datos obtenidos a travs de formulaciones, y grficos 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 consolidacin aprendiendo las caractersticas
de cada uno.
Construir las curvas de consolidacin y establecer los puntos de
importancia para la determinacin de las caractersticas de
compresibilidad del suelo y rapidez de consolidacin.
Determinar el Cv50
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II) MATERIALES:
4.1) REFERENCIAS:
ASTM D2435-96
4.2) MATERIAL:
Muestra inalterada.
4.3) EQUIPO:
Equipo de consolidacin unidimensional.
Figura N 01: Equipo de Consolidacin
Consolidmetro.
Figura N 02: Consolidmetro
Dial de expansin con divisiones de 0.01mm.
Figura N 03: Dial de Expansin
Balanza con aproximacin de 0.01gr.
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III) MARCO TERICO:
CONSOLIDACIN UNIDIRECCIONAL O UNIDIMENSIONAL
A) DEFINICIN:
Es un proceso de disminucin de volumen, que tiene un lugar en un lapso de
tiempo, provocado por un aumento de cargas sobre el suelo, se llama Proceso De
Consolidacin.
Frecuentemente ocurre que durante el proceso de consolidacin la posicin relativa
de las partculas slidas sobre un mismo plano horizontal permaneces especialmente
la misma; as, el movimiento de las partculas del suelo puede ocurrir slo en direccin
vertical; esto es Consolidacin Unidireccional O Unidimensional.
Figura N 04: consolidmetro
Figura n 05:
B) CURVA DE CONSOLIDACIN:
El asentamiento total o consolidacin ocurre cuando el agua recupera su
situacin de hidrosttica y la carga ha sido totalmente transferida a las partculas
slidas.
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Toda la deformacin producto de esa transferencia (disminucin de fase
lquida) se denomina Consolidacin Primaria.
Si la carga se mantiene los slidos del suelo se deforman por efectos de fatiga,
rotura de granos o reacomodo de partculas que provoca una deformacin adicional
llamada Consolidacin Secundaria.
Los efectos de consolidacin secundaria son en la actualidad poco estudiada,
razn por la cual no son considerados en prctica, en consecuencia es necesario
distinguir:
Figura n 06: curva de consolidacin
b.1) 0% DE CONSOLIDACIN 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 CONSOLIDACIN SECUNDARIA:
Trazar una recta por el punto de inflexin tangente a la curva.
Proyectar el tramo recto lineal.
Y por ltimo ubicar el 100% de consolidacin que es la interseccin de las
rectas.
b.3) T50: tiempo en que la muestra alcanza el 50% de consolidacin
C) COEFICIENTE DE CONSOLIDACIN:
Se define como coeficiente de variacin volumtrica y fsicamente expresa la
compresibilidad del suelo, relacionndola con su volumen inicial.
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CURVA DE COMPRESIBILIDAD:
De las grficas tiempo-deformacin para varias cargas se calcula el cambio de la relacin de
vacios se calcula el cambio de la relacin de vacos (e).
Con las Presiones Efectivas (= `) y las correspondientes relacin de vacos (e) se dibuja la
Curva De Compresibilidad
Figura n 07: coeficiente de compresibilidad
El sentido matemtico de este concepto resulta claro si se tiene presente la curva de
compresibilidad ya analizado:
El coeficiente de compresibilidad representa, en mdulo, la pendiente de la curva de
compresibilidad, en escala natural, en el punto de que se trate. El valor depende de la
presin actuante sobre el suelo y no es una constante del mismo.
Fsicamente, el coeficiente de compresibilidad mide la razn de variacin de la relacin de
vacos con la presin; un alto caracteriza a un suelo muy compresible, mientras uno bajo
es propio de un suelo no susceptible de grandes cambios de volumen.
D) CARGA DE PRECONSOLIDACIN
Es la presin mxima que algn momento soport la muestra ensayada y su ubicacin es muy
prxima al tramo recto (tramo virgen) de la curva de compresibilidad. Se obtiene:
Una recta tangente por el punto de mxima curvatura (T)
Recta horizontal por el punto de tangencia (H)
Bisecamos el ngulo formado B
Proyectamos el tramo recto y ubicamos el punto de interseccin con B que viene a
ser el Pc.
E) COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD:
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F) COEFICIENTE DE ELASTICIDAD:
( )
G) ASENTAMIENTO DEL ESTRATO EN ESTUDIO:
[
]
H) CURVA DE VARIACION DEL COEFICIENTE DE CONSOLIDACION MEDIA
El coeficiente de consolidacin 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 consolidacin y el factor tiempo t como (1/5). T50 se obtiene grficamente de
la curva de consolidacin y por lo tanto el valor CV50.
La grfica se construye con los valores Cv50 obtenidos y las variaciones de carga
a escala natural.
I) GRADO DE CONSOLIDACION
Se define grado de consolidacin de un suelo a una profundidad (Z) y en un
tiempo (t) a la relacin entre la consolidacin que haya tenido en ese lugar y la
consolidacin total que ha de producirse bajo el incremento de carga impuesto.
El grado de consolidacin es funcin del llamado factor tiempo (T) que es una
cantidad adimensional resultante de la ecuacin diferencial de consolidacin
definida como:
( )
IV) PROCEDIMIENTO:
Obtener una muestra inalterada con el anillo metlico de consolidacin (puede ser con
el dimetro de 4cm y h=2cm, o con el dimetro de 8cm y h= 2cm) y determinar la
densidad natural.
Ensamblar el anillo con la muestra en el consolidmetro, el cual est equipado con una
piedra porosa en la parte inferior.
Colocar otra piedra porosa sobre el anillo con la muestra.
Colocar la placa de distribucin de carga sobre la piedra porosa.
Colocar el consolid metro en el equipo de consolidacin.
Colocar en ceros la escala de presiones.
Girar el tornillo de carga hasta que haya contacto con la placa de distribucin de carga.
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Colocar el dial en el portareloj de tal manera que haya contacto con el tornillo de carga
y estableces en ceros.
Aplicar el primer incremento de presin (0.49 kg/cm).
La presin 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, etc. Generalmente las lecturas se registran hasta 24 horas
o hasta que no se observe cambio de volumen significativo.
Aplicar las siguientes presiones: 1 kg/cm, 2 kg/cm, 4 kg/cm, 8 kg/cm, etc. (las
presiones duplican el valor de la presin anterior) y seguir el mismo procedimiento
del paso anterior.
Al terminar el ensayo determinar el peso de la muestra hmeda y el peso de la
muestra seca.
Dibujar las curvas de consolidacin con los datos obtenidos en escala semilogartmica.
Los datos de tiempo transcurrido se dibujarn en la abscisa en escala logartmica y los
datos de asentamiento se dibujarn en la ordenada en escala natural.
Se determina el 0%, 100% y 50% de consolidacin primaria y luego sus
correspondientes asentamientos en cada curva.
Determinar los coeficientes de consolidacin, de comprensibilidad, de permeabilidad
y el mdulo de elasticidad.
COEFICIENTE DE CONSOLIDACIN:
Donde:
= Factor de tiempo para el 50% de grado de consolidacin primaria.
= Trayectoria fsica real que el agua tiene que correr para salir de la
muestra.
= Tiempo correspondiente al 50% de consolidacin primaria.
= h cuando la muestra es drenada por una sola cara.
= h/2 cuando la muestra es drenada por ambas caras.
=
= Altura de la muestra en el 50% de consolidacin primaria
= Altura inicial de la muestra
=Asentamiento de la muestra en el 50% de consolidacin primaria.
COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD:
Donde:
= Relacin de vacos despus de aplicar la presin P2.
= Relacin de vacos despus de aplicar la presin P1.
Donde:
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= Relacin de vacos.
= Altura de vacos.
= Altura de slidos.
=
= Altura inicial de la muestra
= Altura del agua
= Asentamiento total de la muestra
Donde:
= Volumen del agua = rea anillo de consolidacin
COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD:
Donde:
= Peso Especfico del agua
COEFICIENTE DE ELASTICIDAD:
( )
Donde:
= Asentamiento de la muestra cuando se aplica la presin P2.
= Asentamiento de la muestra cuando se aplica la presin P1.
Dibujar la curva de compresibilidad en escala semilogartmica, para lo cual los datos
de las presiones aplicadas se dibujarn en el eje de abscisas en escala logartmica y los
datos correspondientes a la relacin de vacos se dibujar en el eje de ordenadas en
escala natural.
Dibujar la curva de coeficientes de consolidacin 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 consolidacin.
Determinar el asentamiento del estrato en estudio.
ASENTAMIENTO DEL ESTRATO EN ESTUDIO:
[
]
Donde:
= Asentamiento probable.
= espesor de estrato.
= Relacin de vacos inicial.
= ndice de compresibilidad.
= 0.009*(LL-10)
LL = Lmite lquido
=Presin de apoyo
= Incremento de presin
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V) RESULTADOS DE LA PRCTICA DESARROLLADA PROYECTO ESTUDIO DE SUELOS CIMENTACION ENSAYO CONSOLIDACION
UNIDIMENCIONAL
UBICACIN CIUDAD UNIVERSITARIA "UNC" OPERADOR GRUPO - B2
CALICATA P1 - E4 FECHA 27/09/2011
POZO N P1 SUELO ARCILLOSO
MUESTRA DE ENSAYO (inicio)
DIAM.(mm) 50.8
ALT.(mm) 25.4
AERA(cm2) 20.27
Vm(Cm3) 51.48
W anillo (gr) 68.8
VA+Mh (gr) 145
Wmh. (gr) 76.2
m(gr/cm3) 1.48
s(gr/cm3) 2.69
CONTENIDO DE HUMEDAD
TARA N T1 T2 T3
Wtara (gr) 27.1 27 39.4
Wt+Mh (gr) 87.3 100.2 98.2
Wt+Ms (gr) 75.7 87.1 88.5
Ww (gr) 11.6 13.1 9.7
Ws (gr) 48.6 60.1 49.1
w(%) 0.24 0.22 0.20
w(%) promedio 22.00
FACTOR DE AMPLIACION DEL SISTEMA DE CARGA
A(cm) 3
B(cm) 27
FACTOR 10
DIAL DE LECTURAS (cm) 0.01 * DIVICION
LECTURA INICIAL 380 DIVISIONES
MUESTRA DE ENSAYO (final)
Wa+Mh (gr) 146.3
Wa+Ms. (gr) 132.1
Wmh (gr) 77.5
Wms (gr) 63.2
w(%) 22
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LECTURA DE DEFORMACIONES ACUMULDAS:
PRESIN: 0.49 Kg/cm2 PRESIN: 0.99 Kg/cm2
TIEMPO
DIA/HORA
LECTURA DEFORM.
(divis) (cm)
O seg 08:05:15 a.m. 380 0
15 seg 08:05:15 a.m. 379 0.01
30 seg 08:05:30 a.m. 378 0.02
1 min 08:06 a.m. 377.5 0.025
2 min 08:07 a.m. 376.8 0.032
4 min 08:09 a.m. 375.2 0.048
8 min 08:13 a.m. 374 0.06
16 min 08:21 a.m. 371.7 0.083
30 min 08:37 a.m. 371.1 0.089
1 Hs 09:07 a.m. 370.6 0.094
2 Hs 11:07 a.m. 268.3 0.1117
PRESIN: 1.97 Kg/cm2 PRESIN: 3.95 Kg/cm2
PRESION: 1.97 Kg/cm2 (DESCARGA)
TIEMPO
DIA/HORA
LECTURA DEFORM.
(divis) (cm)
O seg 07:50 a.m. 0.38
15 seg 07:50:15 a.m. 258.5 0.1215
30 seg 07:50:30 a.m. 256.9 0.1231
1 min 07:51:00 a.m. 256.1 0.1239
2 min 07:52:00 a.m. 255.5 0.1245
4 min 07:54:00 a.m. 255 0.125
8 min 07:58:00 a.m. 254.8 0.1252
16 min 08:06:00 a.m. 254.1 0.1259
30 min 08:20:00 p.m. 253.8 0.1262
1 Hs 08:50:00 p.m. 253 0.127
2 Hs 09:50:00 p.m. 252.8 0.1272
TIEMPO
DIA/HORA
LECTURA DEFORM.
(divis) (cm)
O seg 07:14:00 a.m. 250 0.13
15 seg 07:14:15 a.m. 233 0.147
30 seg 07:14:30 a.m. 231 0.149
1 min 07:15:00 a.m. 229 0.151
2 min 07:16:00 a.m. 228.7 0.1513
4 min 07:18:00 a.m. 226.8 0.1532
8 min 07:22:00 a.m. 225.3 0.1547
16 min 07:28:00 a.m. 225.2 0.1548
30 min 07:44:00 a.m. 224.5 0.1555
1 Hs 08:14:00 a.m. 223.4 0.1566
2 Hs 09:14:00 a.m. 222 0.158
4 Hs 11:14:00 a.m. 220.1 0.1599
8 Hs 15:14:00 p.m. 219.5 0.1605
24 HS 07:14:00 a.m. 218.4 0.1616
TIEMPO
DIA/HORA
LECTURA DEFORM.
(divis) (cm)
O seg 08:22:00 a.m. 218 0.162
15 seg 08:22:15 a.m. 198.8 0.1812
30 seg 08:22:30 a.m. 195.5 0.1845
1 min 08:23:00 a.m. 188.1 0.1919
2 min 08:24:00 a.m. 187 0.193
4 min 08:26:00 a.m. 184.9 0.1951
8 min 08:30:00 a.m. 183.2 0.1968
16 min 08:38:00 a.m. 182 0.198
30 min 08:52:00 a.m. 179.2 0.2008
1 Hs 09:22:00 a.m. 177.1 0.2029
TIEMPO
DIA/HORA
LECTURA DEFORM.
(divis) (cm)
O seg 171 0.2052
15 seg 174.8 0.2051
30 seg 174.9 0.2051
1 min 174.9 0.2048
2 min 175.2 0.2046
4 min 175.4 0.2042
8 min 175.8 0.2041
16 min 175.9 0.2039
30 min 176.1 0.2039
1 Hs 176.1 0.2035
2 Hs 176.5 0.2035
4 Hs 176.5 0.2035
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Dibujamos las curvas de consolidacin, determinando el 0% y 100% de consolidacin de la
muestra ; y la deformacin de la muestra a si como tambin el t50 :
0.99 Kg/cm2
0.49 Kg/cm2
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1.97 Kg/cm2
3.95 Kg/cm2
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0.001
0.051
0.101
0.151
0.201
0.2 2 20 200 2000
Ase
nta
mie
nto
(cm
)
Tiempo (min)
Presion = 0.49
Presion = 0.99 Kg/cm2
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Calculo de la relacin de vacios y Cv50
Curva de comprensibilidad
Calculo de la carga de Preconsolidacin:
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
0.4 4
REL
AC
IN
DE
VA
CIO
S
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0.1 1
REL
AC
IN
DE
VA
CIO
S
Pc = 0.98 (Kg/cm2)
PRESION (kg/cm^2)
DEFOR. (mm) 0%
DEFOR. (mm) 100%
ASENT. (Cm) HF. (cm) e=(s*Hf*A/Ws)-1 Hef. (cm) t 50 (mim) Cv50 (cm^2/min )
0.4900 0.0000 0.0090 0.0090 2.5310 1.1802 1.2678 3.5000 0.0918
0.9900 0.0090 0.1271 0.1181 2.4129 1.0785 1.2360 2.9000 0.1054
1.9700 0.1271 0.1454 0.0183 2.3946 1.0627 1.2019 8.0000 0.0361
3.9500 0.1454 0.1959 0.0505 2.3441 1.0192 1.1847 1.0000 0.2807
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Curva de variacin de Cv50
Ejemplo de aplicacin:
Datos:
Presin efectiva por ejercida por el estrato (P1): 0.645 kg/cm2
Presin efectiva del estrato y cimentacin (P2): 1.2 kg/cm2
En el laboratorio se calculo la relacin de vacios = 0.92
HR del estrato: 3.00m
CALCULO DE CC EN LA GRAFICA :
0.0000
0.0500
0.1000
0.1500
0.2000
0.2500
0.3000
0.0000 1.0000 2.0000 3.0000 4.0000 5.0000
Cv5
0 (
cm2
/min
)
PRESION (Kg/cm2)
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
0.4 4
REL
AC
IN
DE
VA
CIO
S
P1
e1
e2
P2
e1
e2
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( )
( )
CALCULO DEL ASENTAMIENTO TOTAL PRIMARIO (H)
( )
(
)
TIEMPO DE CONSOLIDACION: En qu tiempo alcanza l estrato el 90% de consolidacin?
Cv50 = 0.105 cm2/min (del grafico)
Reemplazando datos:
Luego podemos concluir que el 90% de consolidacin para una muestra de las
caractersticas especificadas en el ejemplo, se lograra un asentamiento total de 9.4 cm en
aproximadamente 4 meses.
0.0000
0.0500
0.1000
0.1500
0.2000
0.2500
0.3000
0.0000 1.0000 2.0000 3.0000 4.0000 5.0000
Cv5
0 (
cm2
/min
)
PRESION (Kg/cm2)
P2 P1
Cv50
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VI) CONCLUSIONES:
Se logr determinar la cantidad y el tiempo de deformacin del suelo por la aplicacin de
una carga.
Se logr Construir las curvas de consolidacin y establecer los puntos de importancia para la
determinacin de las caractersticas de compresibilidad del suelo y rapidez de consolidacin.
Se determin el coeficiente de compresibilidad y el coeficiente de consolidacin medio (Cv50).
Determinamos que el suelo ante las solicitaciones o cargas que se aplican este deformando a
medida que pasa el tiempo.
VII) RECOMENDACIONES:
Se debe tomar mucho cuidado al momento de tomar las lecturas respectivas en el
deflectometro para as no tener problemas al momento de realizar los clculos.
Despus del primer incremento de carga se debe mantener siempre hmeda la muestra
de ensayo.
Las lecturas en el deflectometro se deben realizar hasta que no cambien para as poder
realizar el nuevo incremento de carga; de esta manera obtener una consolidacin
completa a la carga correspondiente.
VIII) BIBLIOGRAFIA:
Mecnica de suelos JUAREZ BADILLO.
Apuntes de clase.
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IX) NEXO FOTOGRAFICO: