Informe de Consolidación Unidimensional Mec. Suelos 2 1

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“UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA”FACULTAD DE INGENIERÍA

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil

INDICEINTRODUCCIÓN........................................................................................................................1

OBJETIVOS................................................................................................................................2

MATERIALES:............................................................................................................................2

EQUIPO.....................................................................................................................................3

DATOS Y CALCULOS..................................................................................................................3

ANÁLISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS......................................................................20

CONCLUSIONES......................................................................................................................22

RECOMENDACIONES..............................................................................................................22

REFERENCIAS..........................................................................................................................23

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INTRODUCCIÓN

El asentamiento del suelo se origina por la reducción del volumen de poros (relación de

vacíos). Si los poros o vacíos de un suelo se hallan completamente llenos de agua, el

asentamiento solo puede resultar de la expulsión de agua de los intersticios del suelo. El

asentamiento gradual de un terreno en tales condiciones provocado por fuerzas estáticas de

gravedad, como su peso propio y las cargas de estructuras levantadas sobre él, es lo que se

llama consolidación. El estudio de la relación existente entre los esfuerzos y las deformaciones,

nos permitirá comprender con mayor detalle los efectos causados por los materiales utilizados

en edificación sobre el suelo. Se realiza sobre muestras inalteradas y para efecto de éste

ensayo se utilizó una muestra extraída de la cercanía del campus universitario (área verde).De

los resultados obtenidos se realiza la gráfica de Tiempo vs Deformación, aquí se observa la

variación de deformación conforme los esfuerzos aplicados al suelo se incrementan.

OBJETIVOSOBJETIVO GENERAL

Conocer cuánto y en qué tiempo se deforma el suelo al ser sometido a una carga.

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 Cv50

MATERIALES:- Muestra de suelo

- Tara

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EQUIPO- Balanza

- Horno

- Deformímetro

- Cronómetro

- Consolidómetro

- Equipo de Carga

DATOS Y CALCULOS

A. Datos iniciales

PROYECTO: INFORME ENSAYO: Consolidación UnidimensionalUBICACIÓN: UNC OPERADOR

: El Grupo

CALICATA: E1 FECHA: 20/09/15POZO N° E1Z2 SUELO: Limoso, marrón claro.

MUESTRA DE ENSAYO (INICIO):DIAM.(mm): 50.8ALT. (mm) 19.05AREA (cm²): 20.2683Vm (cm³): 38.6111Wanillo (gr): 57Wa+Mh (gr): 134Wmh (gr): 77m (gr/cm³): 1.994

s (gr/cm³): 2.65

MUESTRA DE ENSAYO (FINAL):Wa+Mh (gr): 162Wa+Ms (gr): 121Wmh (gr): 105Wms (gr): 64w(%): 64.0625

Peso específico de solidos: 2.65 gr/cm3

CONTENIDO DE HUMEDAD (INICIO)Tara N° T1 T2 T3Wtara (gr) -Wt+Mh (gr): -Wt+Ms (gr): -Ww (gr): -Ws (gr): -w(%): -w(%) PROMEDIO:

Factor de ampliación del sistema de carga:

A (cm): 3B (cm): 27Factor: 10

Dial del Lectura (mm): 0.01 x divisiónLectura inicial: 2600 divisiones

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B. Curvas de consolidación

CARGA DE 10 Kg

Datos y Cálculos Carga

Carga: 1 Kg ∆P (kg/cm2) = 0.49338

TiempoLectura en el

extensómetro (0.01 mm)

Deformación (mm)

0 s 2600 0.000015 s 2597.1 0.002930 s 2597 0.0030

1 min 2596.9 0.00312 min 2596.8 0.00324 min 2596.7 0.00338 min 2596.5 0.0035

15 min 2595.9 0.004130 min 2595.5 0.0045

1 h 2595.1 0.00492 h 2594.6 0.00544 h 2594.4 0.00568 h 2594.4 0.0056

CURVA DE CONSOLIDACIÓN

Se ha construido con los datos anteriormente calculados y en sistema de ejes semi-

logarítmicos se obtiene la siguiente curva:

Imagen N°1: Curva de Consolidación correspondiente a la carga de 10 Kg

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0.1 1 10 100 10000.002

0.0025

0.003

0.0035

0.004

0.0045

0.005

0.0055

0.006

CARGA: 10 kg

Tiempo (s)

Deformación

1. DETERMINACIÓN DE 0% DE CONSOLIDACIÓN

La determinación de dicho valor se ha hecho gráficamente haciendo tres intentos para ubicar el posible 0 de consolidación como se muestra a continuación:

Imagen N°2: Obtención del 0% de Consolidación

Luego de haber obtenido de los tres intentos el 0% de consolidación, se procede a obtener un valor del 0% de consolidación mediante un promedio aritmético:

0% deConsolidación : 0.00285+0.00288+0.002913

=0.00288

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Al igual que la determinación del 0% de consolidación, el 100% también se ha determinado gráficamente:Para ello se han trazado dos rectas, una tangente a la curvatura del tramo final y otra recta que no es más que la proyección del tramo final de la curva. En la intersección de las dos rectas se encuentra el 100 % de la consolidación por lo que se sale con el valor de deformación

Imagen N°3: Obtención grafica del 100% de Consolidación

3. DETERMINACIÓN DE t50 DE CONSOLIDACIÓN

El t50, que represente el 50% de la consolidación se ha obtenido a partir de tomar el punto medio de una recta vertical y perpendicular a dos rectas horizontales trazadas por el 0% de consolidación y el 100 % de consolidación. Obtenido el punto medio se proyecta hasta la intersección de la curva y se sale con el valor del tiempo en minutos.

Imagen N°4: Obtención del t50 o tiempo que representa el 50% de la Consolidación

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De la gráfica se obtuvo que el T50 para la carga de 10 Kg es de 20 min

4. COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN MEDIO (Cv50)

Para obtener el valor de Cv50 que es el índice que nos permite relacionar el tiempo que es necesario para que el suelo alcance el 50% de la consolidación. Se Calcula con la expresión:

C v 50=H efec2

5∗t 50Donde:

H efec=ho+hf4

ho=2.54∗34

=1.905cm

h f=1.905+0.00288−0.0055=1.90238 cm

H efec=1.905+1.90238

4=0.951845 cm

t 50=se obtinede la gráfica=20min

C v 50=(0.951845)2

5∗20C v 50=0.000151001 cm

2/ s

CARGA DE 20 Kg


Carga: 2 Kg ∆P (kg/cm2) = 0.98676Lectura en el Deformación (mm)

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Tiempo extensómetro (0.01 mm)

15 s 2597.1 0.005630 s 2597 0.0058

1 min 2596.9 0.00612 min 2596.8 0.00644 min 2596.7 0.00668 min 2596.5 0.0066

15 min 2595.9 0.006730 min 2595.5 0.0067

1 h 2595.1 0.00682 h 2594.6 0.00694 h 2594.4 0.00738 h 2594.4 0.0074


Se ha construido con los datos anteriormente calculados y en sistema de ejes semi-logarítmicos se obtiene la siguiente curva:



Este valor le corresponde el 100% de la consolidación anterior por lo que 0% es 0.0055 mm. Que en el deformimetro corresponde a una lectura de 2594.5


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Luego el 100% de Consolidación corresponde a 0.00739




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De la gráfica se obtuvo que el T50 para la carga de 20 Kg es de 2.25 min

4. COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN MEDIO (Cv50)Para obtener el valor de Cv50 que es el índice que nos permite relacionar el tiempo que es necesario para que el suelo alcance el 50% de la consolidación. Se Calcula con la expresión:

C v 50=H efec2

5∗t 50Donde:

H efec=ho+hf4

ho=1.90238 cmh f=1.90238+0.0055−0.00739=1.90049

H efec=1.90238+1.90049

4=0.9507175 cm


C v 50=(0.95107175)2

5∗2.25∗60C v 50=0.0013740056 cm

2/s

CARGA DE 40 Kg


Carga: 4 Kg ∆P (kg/cm2) = 1.97353

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TiempoLectura en el


Deformación (mm)

15 s 2584.5 0.007430 s 2584.2 0.0077

1 min 2584.1 0.00782 min 2584.1 0.00784 min 2584.0 0.00798 min 2584.0 0.0079

15 min 2583.9 0.008030 min 2583.8 0.0081

1 h 2583.8 0.00812 h 2583.7 0.00824 h 2583.4 0.00858 h 2583.2 0.0087

24 h 2583.0 0.0089




1. DETERMINACIÓN DE 0% DE CONSOLIDACIÓNEste valor le corresponde el 100% de la consolidación anterior por lo que 0% es 0.00739 mm. Que corresponde a una lectura en el extensómetro 2591.9


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Luego el 100% de Consolidación corresponde a 0.00888




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De la gráfica se obtuvo que el T50 para la carga de 40 Kg es de 70 min

4. COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN MEDIO (Cv50)Para obtener el valor de Cv50 que es el índice que nos permite relacionar el tiempo que es necesario para que el suelo alcance el 50% de la consolidación. Se Calcula con la expresión:

C v 50=H efec2

5∗t 50Donde:

H efec=ho+hf4

ho=1.90049 cmh f=1.90049+0.00739−0.00888=1.899

H efec=1.90049+1.899

4=0.9498725 cm


C v 50=(0.9498725)2

5∗70∗60C v 50=0.000042964 cm

2/s

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CARGA DE 80 Kg


Carga: 8 Kg ∆P (kg/cm2) = 3.94705

TiempoLectura en el


Deformación (mm)

15 s 2570.9 0.029130 s 2569.2 0.0308

1 min 2567.8 0.03222 min 2566.0 0.03404 min 2564.7 0.03538 min 2563.1 0.0369

15 min 2561.8 0.038230 min 2560.3 0.0397

1 h 2559.0 0.04102 h 2557.9 0.04214 h 2557.9 0.0421




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1. DETERMINACIÓN DE 0% DE CONSOLIDACIÓNEste valor le corresponde el 100% de la consolidación anterior por lo que 0% es 0.00888 mm. que corresponde a una lectura en el extensómetro 2579.8.




Luego el 100% de Consolidación corresponde a 0.0218 mm



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De la gráfica se obtuvo que el T50 para la carga de 40 Kg es de 4.6min

4. COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN MEDIO (Cv50)

Para obtener el valor de Cv50 que es el índice que nos permite relacionar el tiempo que es necesario para que el suelo alcance el 50% de la consolidación. Se Calcula con la expresión:

C v 50=H efec2

5∗t 50Donde:

H efec=ho+hf4

ho=1.899cmh f=1.899+0.00888−0.0218=1.88608

H efec=1.899+1.88608

4=0.94627 cm


C v 50=(0.94627)2

5∗4.6∗60C v 50=0.00064886 cm

2/s

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C. Curva de Compresibilidad

Datos recabados γs=2.65g /cm3 Área: 20.2683 cm2 Ws= 64 gCarga (kg/cm2) Deformación hf Relación de Vacíos

0.5 0.00550 1.89950 0.59411 0.00739 1.89761 0.59252 0.00888 1.89612 0.59124 0.02180 1.88320 0.5804

Recordando que:

Relación de vacíos: hf∗A∗γsws

−1

Donde:

Hf: altura finalA: áreaWs: peso seco

Luego la gráfica construida se muestra a continuación:

COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD

Este índice está relacionado con la cantidad de consolidación, es decir, nos permite determinar cuánto se asentará una estructura por el fenómeno de consolidación.

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Av= e1−e2

log( p2p1

)

(1)Entonces, empleando la gráfica del a curva de compresibilidad, ubicamos p1 y p2 con sus respectivos e1 y e2.

Donde:

p1: Presión 1.p2: Presión 2.e1: relación de vacíos correspondiente a p1.e2: relación de vacíos correspondiente a p2.

Entonces, observando la gráfica se tiene:

p1: 2.25 kg/cm2p2: 2.77 kg/cm2e1: 0.5901 e2: 0.587

Reemplazando los valores en la fórmula (1)

Av=0.5901−0.587

log( 2.772.25

)

Av: 0.0343 cm2/kgr

CARGA DE PRECONSOLIDACIÓN

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Luego, se observa que la carga de preconsolidación para la muestra evaluada es 2.05 kg/cm2

D. Curva de variación de coeficiente de Consolidación Medio Los datos han sido obtenidos de cálculos anteriormente determinados así que se muestra un resumen de los datos, los mismos que son graficados tal y como se muestra en la gráfica siguiente

Carga (kg/cm2) Deformación0.5 0.0001510011 0.0013740062 0.0000429644 0.00064886

Imagen N° 11: Curva de variación del coeficiente medio de consolidación

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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

0.001

0.0012

0.0014

0.0016

Variación de Cv50

ANÁLISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS

Curvas de Consolidación

La primera grafica de consolidación, representa una curva típica de consolidación, notándose que los puntos mostrados forman un segmento de curva parabólica, un tramo recto y finamente un curvo. Tuvo una rápida consolidación, esto es que en 2 min el 50% ya estaba consolidado

La segunda curva se nos muestra, una curva que al parecer es compuesta, es posible observar que presenta un tramo recto, que al parecer fuese la terminación de la carga de 10 kg, indicando que la consolidación de 10 kg requirió mayor tiempo de las 24 h, y luego se forma la curva típica que ya se explicó, entonces la curva 2 requirió mayor tiempo de consolidación

La tercera curva, representa una curva semejante a la primera pues, cabe mencionar que esta tiene un punto muy disperso, y su consolidación a los 40 kg es la mayor que todas las anteriores, ya que se determinó un t50 es 70 min

Y Finalmente la curva de consolidación que corresponde a una carga de 80 Kg, es una curva recta que se puede afirmar que el comportamiento del suelo fue más o menos elástico, ya que la deformación varía uniformemente con el tiempo.

Es necesario, analizar que las cuatro curvas han sido ajustadas, ya que los puntos se podían acerar como también alejar demasiado, debido a que existieron factores externos que pudieron intervenir en los cálculos para tal fin

Curva de Compresibilidad

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Esta curva se acerca más o menos a la curva típica o teórica de compresibilidad, pues esta curva representa se ajusta aceptablemente en tres de los cuatro puntos, siendo el más disperso, el punto de la relación de vacíos de la carga de 20 kg, anteriormente se advirtió que los datos no graficaban la curva teórica, pues este efecto se ve reflejado en que la curva de compresibilidad haya un punto alejado. Pero es notorio que la curva tiene dos tramos bien definidos, el tramo preconsolidación y el tramo virgen que es, un buen tramo.

Curva de Variación del Coeficiente de Consolidación Medio

Esta curva se obtuvo dispersa tal y como nos dice la teoría.

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CONCLUSIONESSe la logrado la construcción de las curvas de consolidación y tratando de entender el porqué de algunos errores cometidos en el ensayo.

Así mismos e construyeron las curva de compresibilidad y Curva de Variación del Coeficiente de Consolidación Medio, con mucha precisión tratando de minimizar errores cometidos cundo se tomaron los datos

RECOMENDACIONESLa recomendación más importante para que el ensayo tenga calidad cuantitativa en los datos recabados de laboratorio, es que el equipo de consolidación no tenga intervención ajena o que alguna agente exterior intervenga en el proceso, es decir algún movimiento en la zona que se coloca la carga, o mover el deformímetro, etc. Aspectos que pueden intervenir en el proceso e resultados, impidiendo que el fenómeno de consolidación sea estudiado correctamente

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REFERENCIAS

LLIQUE, Rosa (2003). Manual de laboratorio de Mecánica suelos. Editorial Universitaria

de UNC

JUAREZ, E (1982). Mecánica de Suelos I. Editorial Limusa México.

BRAJA, M (1999). Fundamentos de la Ingeniería Geotécnica. Editorial Thomson

Learning.

LAMBE, W (1984). Mecánica de Suelos. Editorial Limusa México

CRESPO, C (1987). Mecánica de Suelos y Cimentaciones. Editorial Limusa. México.

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ANEXOS

Plato para la consolidación

Anillo para sujetar la muestra

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Ensamblaje del equipo para realizar la consolidación

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Piedra porosa

Muestra tallada (alterada)

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Ensamblaje casi completo, con la muestra y la piedra porosa

Ensamblaje completo listo para consolidación

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Iniciando el proceso de consolidación

Empezando a tomar las lecturas en el deformímetro.

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