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INFORME N2: CONSOLIDACIN Y PERMEABILIDAD DE UN SUELO

GINA MARCELA BARRIOS GONZALEZ

2143109

BRIAN ESTIVEN MASIAS GRANADOS

2022211

CRISTIAN JAIR MORENO MORENO

2014110

NELSON DAVID RODRGUEZ MORALES

2012111

DOCENTE

ING. ANDRES GUITIRREZ

FUNDACIN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

MECNICA DE SUELOS

BOGOT

28-04-2014

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TABLA DE CONTENIDO

1. Tabla de contenido

INTRODUCCIN ................................................................................................................................ 4

OBJETIVO ......................................................................................................................................... 5-6

MARCO TERICO ......................................................................................................................... 7-10

EQUIPOS ........................................................................................................................................ 11-12

PROCEDIMIENTO ....................................................................................................................... 13-14

CLCULOS ................................................................................................................................... 15-31

CONCLUSIONES ..............................................................................................................................32

BIBLIOGRFIA ..................................................................................................................................33

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LISTA DE TABLAS

NMERO DE TABLAS TABLA

Tabla 1.

Tabla 2.

Tabla 3

Tabla 4.

Tabla 5.

Tabla 6. Tabla 7.

Tabla 8.

Tabla 9.

Tabla 10.

Tabla 11.

Tabla 12.

Tabla 13.

Tabla 14.

Tabla 15.

Tabla 16.

Grado de Permeabilidad segn Coeficiente Tipo de Suelo y Tipo de Drenaje segn Coeficiente

Tipo de Suelo segn Coeficiente Humedad Natural de las Muestras.

Datos Tomados en Laboratorio para el Clculo de Gravedad Especfica Datos De Relacin De Fase Y Gravimtricas.

Datos De Relacin De Fase Y Gravimtricas Corregidos. Datos Toma de Muestra de Consolidacin.

Asentamiento Primario y Secundario

Datos Para Clculo de Coeficiente de Consolidacin Datos de Deformacin Diales, Consolidacin Inicial, Total y Porcentaje de CI

Tabla de Logaritmo del (Kg/cm2) Vs. Cv (cm2/seg*10-1) y e. Datos Iniciales de Permeabilidad de Cabeza Constante.

Datos Finales de Permeabilidad de Cabeza Constante

Datos Iniciales de Permeabilidad de Cabeza Variable.

Datos Finales de Permeabilidad de Cabeza Variable.

LISTA DE GRFICAS

NMERO DE GRFICA. GRFICA

Grfica 1.

Grfica 2.

Grfica 3.

Grfica 4.

Grfica 5.

Grfica 6. Grfica 7.

Grfica 8.

1.25KPa / Brazo (0,402) (05-04/14). 2.5KPa / Brazo (0,402) (05-04/14).

5.0KPa / Brazo (1,602)(07-04/14). 10.0KPa / Brazo (3,2)(07-04/14). 20.0KPa / Brazo (3,2)(07-04/14).

Presin Vs. Asentamiento Primario.

Grfica de Logaritmo del (Kg/cm2) Vs. Cv (cm2/seg*10-1) y e. Grfica de Logaritmo del (Kg/cm2) Vs. Cv (cm2/seg*10-1) y e, con

ngulo de corte.

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1. INTRODUCCION

El presente laboratorio se realizo con el objetivo de mirar como la consolidacin

mecnica o artificial de un suelo produce deformacin o asentamientos en el proceso del

aumento del esfuerzo efectivo y la disminucin de presin de poros. Adems se diferencia

los tipos de consolidacin en inicial, primaria y secundaria segn su tipo de esfuerzo que

se provoca sobre la fraccin de suelo. En este laboratorio se usan dos muestras porosas y

una muestra de suelo entre ambas, adems del consolidmetro. Adems de la

identificacin de la permeabilidad de suelo de acuerdo a dos condiciones segn el tipo de

material, las cuales corresponden a la permeabilidad de cabeza constante para arcillas

cuyo flujo es mnimo o con una relatividad aproximadamente igual entre intervalos de

tiempo, y la permeabilidad de cabeza variable para arenas por su alta velocidad de salida

de los poros o los espacios vacos del suelo, lo cual permite definir su grado de saturacin.

La Consolidacin de un suelo en s da el asentamiento que un suelo puede llegar a tener,

de acuerdo a unas propiedades Mecnicas especficas del suelo como el esfuerzo efectivo

que puede aumentar a medida que se va disminuyendo la seccin de espacios vacos en el

suelo o el esfuerzo en los poros, de esta forma permite considerar las relaciones de fases

del suelo de acuerdo a la interaccin que existe entre el espacios de vacos y el de slidos

a nivel de masa y volumen, tambin correlacionar los sistemas de identificacin del suelo

como la permeabilidad que es factor implcito de esta consolidacin y la relacin de poros

que existe en una muestra. En el siguiente informe daremos a conocer la prueba de

consolidacin de una muestra de suelo arcillosa, esta pruebas se llevara a cabo mediante

las normas INV-E 151 del 2007 y la Permeabilidad de muestras arcillosas y arenosas con

laboratorio de experiencia de cabeza constante y cabeza variable respectivamente segn

normas INV-E 130 del 2007, las Pruebas que se desarrollaran a continuacin tienen el

objetivo de caracterizar muestras de un Suelo segn sus propiedades a la consolidacin y

permeabilidad que presenten.

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2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL:

Determinar los esfuerzos cortantes y normales, y de consolidacin, adems de la permeabilidad

de Cabeza Constante y Variable, causados a las dos pruebas con variacin de tiempo, basados en

las normas INV E 151 e INV E 130 del 2007, relacionando ambos factores segn los factores

caractersticos del suelo.

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Consolidacin:

Determinar cmo parmetro inicial la Humedad, la Gravedad Especfica, el rea,

el Volumen y Propiedades Intrnsecas como la Densidad de la muestra, y las

Relaciones de Fase y Gravimtricas posible a partir de esta experimentacin de

una muestra de suelo arcillosa.

Determinar, la consolidacin y su respectiva grfica para la identificacin de

propiedades mecnicas del suelo como el esfuerzo efectivo dial a partir de la raz

del tiempo.

Diferenciar el asentamiento primario para cada uno de los esfuerzos y

correlacionar entre los diferentes coeficientes de consolidacin dados para cada

uno de estos.

Graficar el esfuerzo efectivo o la deformacin versus el coeficiente de

consolidacin y la relacin de vacios.

Permeabilidad:

Calcular la Permeabilidad en funcin de la velocidad de flujo en cm/seg. Para

determinar el tipo de suelo que se trabaja, y en funcin del Caudal y las

velocidades de flujo.

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Diferenciar matemticamente y experimentalmente entre los dos tipos de

permeabilidad dados en el laboratorio, entre cabeza constante y cabeza variable

para deducir el tipo de suelo que se da en cada caso dado.

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3. MARCO TERICO

CONSOLIDACION

En el momento en el cual un estrato de suelo saturado se encuentra sometido a incrementos de

esfuerzos, la presin de poros de este estrato aumentar repentinamente.

Esto se debe principalmente a que el drenaje del agua de los poros va acompaado por una

reduccin en el volumen de la masa de suelo, generando de esta manera un asentamiento.

Como consecuencia del rpido drenaje del agua de los poros en los suelos arenosos, el

asentamiento inmediato y la consolidacin se presentan simultneamente. Pero en el caso de los

suelos arcillosos, que tienen baja permeabilidad, esto no sucede de manera simultnea.

En la consolidacin, se presenta un incremento del esfuerzo, el cual es provocado debido a la

construccin de cimentaciones, o a la aplicacin de cargas que causan que se compriman los

estratos de suelo.

La compresin en el suelo, es causada principalmente por tres factores:

Deformacin de las partculas.

Reacomodo de las partculas.

Expulsin de agua o aire de los espacios vacos.

El asentamiento se divide en tres categoras:

Asentamiento inmediato: Es aquel que es provocado por la deformacin elstica del suelo seco y

de suelos hmedos, sin ningn cambio en el contenido de agua. Los clculos se basan en la

teora de la elasticidad, y el principal parmetro en que se fundamenta este tipo de asentamiento

es en la reduccin y compresin de los espacios del aire contenido en los vacos del suelo.

Asentamiento por consolidacin primaria: Es el resultado de un cambio de volumen en suelos

saturados cohesivos debido a la expulsin de agua que ocupan los espacios vacos.

Asentamiento por consolidacin secundaria: Es aquella que se observa principalmente en suelos

saturados cohesivos, y es el resultado del ajuste plstico de la estructura del suelo. Este sigue al

asentamiento por consolidacin primaria bajo un esfuerzo efectivo constante. Se da sobre la

misma masa de slidos del suelo.

En la consolidacin se considera que los estratos depositados tienen gran extensin horizontal, en

comparacin con su espesor. Para la consolidacin unidimensional o unidireccional, el volumen

de la masa de suelo disminuye, pero los desplazamientos horizontales de las partculas slidas

son nulos.

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El que los desplazamientos horizontales de las arcillas sean o no esencialmente nulos, depender

si el estrato de arcilla es relativamente delgado y si est confinado entre estrato de arena o grava o

de materiales ms rgidos, o si el estrato de arcilla, aun siendo grueso, contiene gran cantidad de

capas delgadas de arena. Ocurre que la deformacin lateral de la arcilla se restringe tanto que

puede despreciarse, en comparacin a los desplazamientos verticales.

El ensayo de consolidacin se aplica nicamente para materiales de suelo arcillosos, limo-

arcillosos, areno-arcillosos y Rocas. Para materiales arcillosos se satura la muestra, dejndola en

agua durante unas 12 horas

PERMEABILIDAD:

Es la propiedad de un suelo de dejar infiltrar o transmitir el agua y el aire a travs de los poros de

este.

En los suelos arenosos, que son altamente permeables, el drenaje causado por el incremento en la

presin de poro del agua, se lleva a cabo inmediatamente, es a lo que llamamos a la identificacin

en el laboratorio de permeabilidad como de cabeza variable, mientras en los Suelos arcillosos la

reduccin de agua es decir la presin de poros es ms pequea y se va opacando ms a medida

que avanzamos en la seccin determinada, es decir en el laboratorio a este factor de

permeabilidad se conoce como cabeza constante.

Mientras ms permeable sea el suelo, mayor ser la filtracin. Algunos suelos son tan permeables

y la filtracin tan intensa que para construir en ellos cualquier tipo de estanque es preciso aplicar

tcnicas de construccin especiales.

Los suelos se componen de capas y para evitar que se infiltre el agua debe procurarse que la capa

del fondo sea lo menos permeable posible, si no debe construirse con un suelo aadido que sea

impermeable al agua como en caso de los diques del estanque.

Las fisuras o grietas y los huecos o crcavas son los principales factores que limita la

impermeabilidad de un suelo. Las observaciones sobre la textura del suelo, su estructura,

consistencia, color y manchas de color, la disposicin por capas, los poros visibles y la

profundidad de las capas impermeables como la roca madre y la roca arcillosa son las principales

propiedades que caracterizan una muestra del suelo.

Los diferentes horizontes o capas del suelo son las que determinan la permeabilidad del suelo y

debe evaluarse por separados.

El tamao de los poros del suelo reviste gran importancia con respecto a la tasa

de filtracin (movimiento del agua hacia dentro del suelo) y a la tasa

de percolacin (movimiento del agua a travs del suelo). El tamao y el nmero de los poros

guardan estrecha relacin con la textura y la estructura del suelo y tambin influyen en su

permeabilidad.

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Mientras ms fina sea la textura del suelo menor ser su permeabilidad y para suelos arenosos

mayor ser su permeabilidad.

Medicin de la Permeabilidad:

La Permeabilidad se calcula en funcin de la velocidad de flujo y el caudal que se evala en un

punto y tiempo determinado segn el nivel de porosidad que se tenga en cada punto de

evaluacin del sistema. Se expresa en unidades de longitud sobre unidad de tiempo.

Clasificacin de los suelos segn su coeficiente de permeabilidad

Grado de permeabilidad Valor de k (cm/s)

Elevada Superior a 10 -1

Media 10 -1

a 10 -3

Baja 10 -3

a 10 -5

Muy baja 10 -5

a 10 -7

Prcticamente impermeable Menor de 10 -7

Tabla 1. Grado de Permeabilidad segn Coeficiente

He aqu dos tablas con unos datos de clasificacin del suelo segn el coeficiente de

permeabilidad (), que contiene drenaje y valores tpicos de conductividad hidrulica para tipos

de suelos.

Tabla 2. Tipo de Suelo y Tipo de Drenaje segn Coeficiente

10

Tabla 3. Tipo de Suelo segn Coeficiente

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4. EQUIPOS

4.1. CONSOLIDACIN:

- Muestra del Suelo Griscea Con impurezas de xido.

- Cmara de Consolidacin, o Consolidmetro: Un dispositivo para mantener la muestra

dentro de un anillo el cual puede estar fijado a la base o puede ser flotante (sostenido por

friccin sobre la periferia de la muestra) con piedras porosas sobre cada cara de la

muestra. El Consolidmetro deber proporcionar tambin medios para sumergir la

muestra, aplicar la carga vertical, y medir el cambio de espesor de la misma (vase

Figura No.1). (Mordaza. Anillo. Tornillos de giracin.) (El anillo con la muestra debe

ir en la parte de Corte Hacia Arriba del Consolidmetro. Se pone despus la mordaza y se

sujetan con los tornillo De giracin)

Figura No.1. Detalles del montaje de un ensayo de consolidacin tpico.

- Deformmetro vertical.

- Cronometro.

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- Piedras porosas.

- Piezmetro.

- Pesas.

- Horno.

- Balanza.

4.2. PERMEABILIDAD:

- Bureta.

- Recipiente: Rebose de Agua.

- Embudo.

- Tubo de Plstico.

- Unin Universal.

- Cmara de Permeabilidad: Est formada por un cilindro rgido, construido de vidrio o

de metal no corrosible, de dimetro interior de 12.7 mm 0.10 mm. El interior de la

cmara tendr un acabado de 0.81 m. La parte superior de la cmara est dispuesta en

ngulo recto con respecto al eje de la misma. La parte inferior de la cmara ajusta

hermticamente con la parte superior del manmetro. En el interior de la cmara y a 50

mm 15 mm de la parte superior, se hace un reborde de 0.5 mm a 1 mm, de ancho para

soportar un disco metlico perforado. La parte superior de la cmara de permeabilidad se

encajar con un collar sobresaliente para facilitar la remocin de la cmara del

manmetro. del Instituto Nacional de Vas. Norma INVIAS E 302 2.

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5. PROCEDIMIENTOS

5.1. CONSOLIDACIO:

1. Tomar una parte de la muestra a ensayar, pesar en estado hmedo, llevar al horno por 24 horas y pesar en estado seco. (DETERMINACIN EN LABORATORIO DEL CONTENIDO DE AGUA (HUMEDAD) DEL SUELO) segn NORMA INV 122 del 2007.

2. Realizar el experimento de DETERMINACIN DE LA GRAVEDAD ESPECFICA DE LOS SUELOS Y DEL LLENANTE MINERAL, segn NORMA INV 128 del 2007

3. Tomar las medidas de Masa y Dimetro de la muestra dentro del anillo y del anillo solo para calcular las relaciones de Fase y Gravimtricas, Teniendo la Gravedad Especfica y

la Humedad Relativa, y los Volmenes Totales y Masa Totales.

*Para la realizacin del ensayo de consolidacin, lo primero que realizamos, fue:

1. Buscar previamente la muestra de arcilla inalterada. Para materiales arcillosos se satura la muestra, dejndola en agua durante unas 12 horas

2. Moldear posteriormente, la muestra de acuerdo con el interior del dimetro del consolidmetro, se forz directamente dentro del mismo, y se emparejo con la superficie

plana del anillo (Tomar Tres Muestras del mismo suelo, y realizar el laboratorio). La

muestra se debi ajustar arriba y abajo con unas piedras porosas saturadas en la base del

consolidmetro, se midieron sus dimensiones, Se coloc el consolidmetro en el aparato

de carga.

3. Permitir la compresin inicial de la muestra, y la toma de las diferentes cargas de deformacin (diales) para realizar la grfica de Taylor, y con este determinar el

coeficiente de consolidacin.

4. Aplicar, durante la prueba una serie de incrementos crecientes de carga y por efectos de estos el agua tendi a salir del espcimen a travs de las piedras porosas colocadas en sus

caras. Para cada incremento de carga aplicado se medan los cambios volumtricos,

siempre usando intervalos apropiados para efectuar las mediciones.

5. Mantener el tiempo suficiente en cada incremento de carga, para que el tramo recto de consolidacin secundaria se definiera claramente; despus de lo cual se proceda a aplicar

el siguiente incremento.

6. Tomar lecturas, con la ayuda del cronmetro cada 4 seg., 15 seg., 34 seg., 1 min, 1:34 min, 2:15 min, 3:04 min, 4:00 min, 6:15 min, 9:00 min, 12:15 min, 16:00 min, 25:00 min,

36:00 min, 45:00 min, 60:00 min (1 hora), 120 min (2 horas), 240 min (4 horas) y 480

min (8 horas)..

5.2. PERMEABILIDAD:

5.2.1. De cabeza constante:

- Conectar los elementos o materiales que se utilizan para el hallazgo de la permeabilidad

de cabeza constante que son el Recipiente del Rebose de Agua, El Embudo, el Tubo de

Plstico, la Cmara de Permeabilidad para el caso de suelos arcillosos.

- Dejar que el flujo comience y tomar medidas de flujo de entre 20 segundos y 60

segundos.

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- Hallar los clculos de permeabilidad con el flujo de lquido que recorre, de acuerdo con

los datos arrojados y las frmulas de la Norma INV-130, PERMEABILIDAD DE

SUELOS GRANULARES (CABEZA CONSTANTE).

5.2.2. De cabeza variable:

- Conectar los elementos o materiales que se utilizan para el hallazgo de la permeabilidad

de cabeza variable que son la bureta, el Recipiente del Rebose de Agua, El Embudo, el

Tubo de Plstico, la Cmara de Permeabilidad para el caso de suelos arenosos.

- Dejar que el flujo comience a descender a travs de la bureta. y tomar medidas de flujo de

entre 123,5 cm. hasta 57,5 cm, pasando por 97,5 cm. y 77,5 cm. Tomando medidas de

caudal y tiempo.

- Calcular la permeabilidad en funcin del caudal, con las frmulas que aparecen en la

norma ASTM D 2434-68-2000.

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6. CLCULOS

6.1. DATOS DE RELACIN DE FASE Y GRAVIMTRICAS:

6.1.1. Contenido de Humedad del suelo:

1. Tomar medidas del recipiente donde se coloca la porcin de suelo en un recipiente de molde

para masa unitaria.

2. Pesar el Recipiente ms la muestra de suelo hmeda.

3. Colocar en el Horno para secado de materiales a 110+/-5C., durante 16 horas, y se deja

enfriar.

4. Tomar el peso de cada recipiente junto al Material Seco.

Se tiene la siguiente ecuacin para el porcentaje de Humedad del Agregado Fino y Grueso,

segn norma INV-122-07:

%100*32

21

PP

PP

, Siendo

=Humedad del Agregado

P1 (gr.) = Masa del recipiente + Suelo Hmedo.

P2 (gr.) = Masa del Recipiente + Suelo Seco

P3 (gr.) = Masa del Recipiente.

Se obtuvo que:

Humedad Natural (n)

MUESTRA

HUMEDAD INICIAL

HUMEDAD FINAL

P1 (gr.) 60,9 53,1

P2 (gr.) 45,4 P3 (gr.) 26,8 19,3

n 0,83 %n 83,33 Tabla 4. Humedad Natural de las Muestras.

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6.1.2. Gravedad Especfica De Los Suelos:

Para calcular la gravedad especfica de los Suelos segn Norma INVAS E 128 del 2007, se

procede de la siguiente forma:

Las siguientes cantidades se obtienen por pesada directa en laboratorio: Masa del

Picnmetro + Agua (gr.)

Masa del Suelo Seco

(g)

Masa del Picnmetro

+ Agua + Suelo (g)

94,34 g 19,18 gr. 105,51 gr

Tabla 5. Datos Tomados en Laboratorio para el Clculo de Gravedad Especfica

, y se aplica la siguiente frmula:

20 =

+

La gravedad especfica de los slidos se calcula con tres decimales, mediante la siguiente

frmula:

Donde:

K = factor de correccin basado en la densidad del agua a 19C , para expresar la gravedad

especfica a 19C, K=(dwTx/dw20 C)= 1,0002.

Wa = Masa del picnmetro ms agua a la temperatura del ensayo de gravedad especfica (tx), en

gramos = 94,34 gr.

Ws = masa del suelo seco (g) =19,18 gr.

Wb = masa del picnmetro + agua + suelo (g), a la temperatura de ensayo = 105,51 gr.

19 =19,18 . 1,0002

19,18 gr. +105,51 gr.94,34 gr.

19 =19,81 . 1,0002

19,18 gr. +105,51 gr.94,34 gr.

19 =19,813962

30,35 gr.

19 = 0,632

17

6.1.3. Datos De Relacin De Fase Y Gravimtricas:

Para estos datos se coloc informacin de laboratorio o en fase experimental (subrayada en

amarillo), se coloc de igual forma datos dados en los clculos anteriores como la n y el Gs

(El cual se asumi porque era demasiado inferior), (subrayadas en azul) y los datos hallados

por los clculos con los mismos datos de la tabla en las ecuaciones que se muestran debajo de

la tabla (subrayados de color rojo), de la siguiente manera:

Unidad/Muestras Muestra 1

Muestra 2 Muestra 3

W (g.) Anillo 72,20 74,60 58,00

(cm.) 6,36 6,30 5,05

rea (cm2) 31,77 31,17 20,03

H (cm) 2,00 2,00 2,01

V (cm3) 63,54 62,34 40,26

W(g) Anillo+ Suelo Hmedo 165,5 164,8 116,3

Vt (cm3) 63,54 62,34 40,26

Wt (g) 93,30 90,20 58,30

t (g/cm3) 1,468 1,447 1,448

Wn 0,833 0,833 0,833

Ws (g) 50,89 49,20 31,80

Ww(g) 42,41 41,00 26,50

d (g/cm3) 0,801 0,789 0,790

Gs Asumida 0,6 0,6 0,6

Vs (cm3) 84,82 82 53,00

Vw (cm3) 42,41 41 26,50

Va (cm3) -33,927 -32,8 -21,20

Vv (cm3) 8,48 8,20 5,30

n 0,133 0,132 0,132

e 0,1 0,1 0,1

s 5,000 5,000 5,000

sat (g/cm3) 1,468 1,447 1,448

b (g/cm3) 0,468 0,447 0,448 Tabla 6. Datos De Relacin De Fase Y Gravimtricas.

Estos clculos se realizaron con las siguientes ecuaciones:

= ( (. ))

18

= ()

= + ( . )

=

= ()

( + )

=

=

= ()

=

= ( + )

= +

=

=

=

=

+

=

=

*De acuerdo a la gravedad especfica que nos dio se puede decir que los datos tomados en

laboratorio no son los ms adecuados, y presentan un error relativamente elevado. Por lo cual

19

se utilizo una Gravedad Especfica de 2,391, que fue la calculada por el laboratorista de tal

forma que variaban los datos y reflejaban una coherencia ms aproximada con respecto a la

humedad y los volmenes dados, de la siguiente manera:

6.1.3. Datos De Relacin De Fase Y Gravimtricas Corregidos:

Para estos datos se coloc informacin de laboratorio o en fase experimental (subrayada en

amarillo), se coloc de igual forma datos dados en los clculos anteriores como la n y el Gs

(El cual se asumi porque era demasiado inferior), (subrayadas en azul) y los datos hallados

por los clculos con los mismos datos de la tabla en las ecuaciones que se muestran debajo de

la tabla (subrayados de color rojo).

Muestras / Unidad Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

W (g.) Anillo 72,20 74,60 58,00

(cm.) 6,36 6,30 5,05

rea (cm2) 31,77 31,17 20,03

H (cm) 2,00 2,00 2,01

Vt (cm3) 63,54 62,34 40,26

W(g) Anillo+ Suelo Hmedo 165,5 164,8 116,3

Vt (cm3) 63,54 62,34 40,26

Wt (g) 93,30 90,20 58,30

t (g/cm3) 1,468 1,447 1,448

Wn 0,833 0,833 0,833

Ws (g) 50,89 49,20 31,80

Ww(g) 42,41 41,00 26,50

d (g/cm3) 0,801 0,789 0,790

Gs Asumida 2,391 2,391 2,391

Vs (cm3) 21,28 20,58 13,30

Vw (cm3) 42,41 41 26,50

Va (cm3) -0,155 0,768 0,460

Vv (cm3) 42,25 41,77 26,96

n 0,665 0,670 0,670

e 1,9852 2,02981 2,027061

s 1,004 0,982 0,983

sat (g/cm3) 1,468 1,447 1,448

b (g/cm3) 0,468 0,447 0,448 Tabla 7. Datos De Relacin De Fase Y Gravimtricas Corregidos.

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6.2. DATOS DE CONSOLIDACION

Raz de Tiempo Vs. Deformacin Dial

T

(min)

T

(seg) T (seg)

Tiempo

(min)

Tiempo (min

1/2)

12,5KPa / Brazo (0,402)

(05-04/14)

25 KPa / Brazo

(0,806)(07-

04/14)

50 KPa / Brazo

(1,602)(07-

04/14)

100 KPa / Brazo

(3,2)(07-

04/14)

200 KPa / Brazo

(3,2)(07-

04/14)

0 0 0 0,00 0,00 0 21 33,7 64,3 138,9

0 4 4 0,07 0,26 6 24 38 81 146

0 15 15 0,25 0,50 8 25 40 83,9 151

0 34 34 0,57 0,75 9 26 42 86 156

1 0 60 1,00 1,00 10 26,7 43,9 88,5 160

1 34 94 1,57 1,25 11 27,5 45,5 91 164,5

2 15 135 2,25 1,50 11,5 28 47,1 94 169

3 4 184 3,07 1,75 12 28,5 48,9 97 173

4 0 240 4,00 2,00 12,5 29 50 99 173,5

6 15 375 6,25 2,50 13,5 30 53 103 185,8

9 0 540 9,00 3,00 16 30,7 55 108 193,5

12 15 735 12,25 3,50 18 31,2 57 112,1 199,9

16 0 960 16,00 4,00 19,2 31,9 58,5 115,2 205,2

25 0 1500 25,00 5,00 20,4 32,4 60,9 120,5 213,5

36 0 2160 36,00 6,00 21 33 62,1 123,7 218,9

45 0 2700 45,00 6,71

33,3 63 125,3 222

60 0 3600 60,00 7,75

33,7 64,3 127,1

120 0 7200 120,00 10,95

130

240 0 14400 240,00 15,49

480 0 28800 480,00 21,91

Tabla 8. Datos Toma de Muestra de Consolidacin.

21

6.2.1. Grficas de Consolidacin:

- 12,5 KPa / Brazo (0,402) (05-04/14):

Grfica 1. - 1.25KPa / Brazo (0,402) (05-04/14).

- 25 KPa / Brazo (0,806)(07-04/14):

Grfica 2. - 2.5KPa / Brazo (0,402) (05-04/14).

22

- 50 KPa / Brazo (1,602)(07-04/14):

Grfica 3. - 5.0KPa / Brazo (1,602)(07-04/14).

- 100 KPa / Brazo (3,2)(07-04/14):

Grfica 4. - 10.0KPa / Brazo (3,2)(07-04/14).

23

- 200 KPa / Brazo (6,4)(07-04/14):

Grfica 5. 20.0KPa / Brazo (3,2)(07-04/14)

TABLA DE ASENTAMIENTO DE ACUERDO A GRFICAS

PRESIN

(Kpa)

ASENTAMIENTO

PRIMARIO

CORRECCION

(ASENTAMIENTO

SECUNDARIO)

1,25 42 44,1

2,5 45 47,25

5 100 105

10 160 168

20 Tabla 9. Asentamiento Primario y Secundario

24

Grfica 6. Presin Vs. Asentamiento Primario.

6.2.2. Clculos

A partir de los incrementos de carga para los cuales se obtienen las lecturas del tiempo, se

dibujan las curvas: deformacin contra el logaritmo del tiempo (en minutos) y contra la raz

cuadrada del tiempo, (en minutos), por cada incremento de carga a medida que progrese el

ensayo, y para los decrementos del rebote.

Se halla el Dial 50 de deformacin promediando el Dial 100 y el Dial 0, y se halla la Raz Del

Tiempo interpolando entre los lmites superior e inferior del Dial 50, y luego se halla el

Coeficiente de Consolidacin.

Para cada incremento de carga en el cual se obtuvieron lecturas de tiempo asentamiento, se

calcula el coeficiente de consolidacin, Cv, as:

=0,05 2

50

PRESIN (Kpa) 50 (50%) 50 Tiempo

(min1/2

) 50 (aos) H (m) Cv

(m2/ao)

1,25 10,5 1,125833 2,41E-06 0,0201 8,376637

2,5 27,35 1,204478 2,76E-06 0,0201 7,318457

5 49 1,773809 5,99E-06 0,0201 3,374455

10 95,7 1,642341 5,13E-06 0,0201 3,936324

20 130,6667 2,426829 1,12E-05 0,0201 1,802765

Tabla 10. Datos Para Clculo de Coeficiente de Consolidacin

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

0 50 100 150 200 250ASE

NTA

MIE

NTO

PR

IMA

RIO

PRESIN (Kpa)

PRESIN (Kpa) VS. ASENTAMIENTO PRIMARIO

PRESIN (Kpa) VS. ASENTAMIENTO PRIMARIO

Lineal (PRESIN (Kpa) VS. ASENTAMIENTO PRIMARIO)

25

Se halla el Dial 90 con la siguiente frmula

100 = 0 +10

9(90 0)

Se Despeja el 90 de la siguiente forma:

10

9 90 0 = 100 0

90 0 =9

10(100 0)

90 =9

10(100 0) + 0

Teniendo el 90 , de acuerdo a la norma INV E 151 del 2007, las deformaciones correspondientes al (50) 50 % y al (100 ) 100 % de consolidacin debern calcularse as

50 = 0 +5

9 90 0

100 = 0 +10

9 90 0

0 , 20 , 100 sern las deformaciones correspondientes al 0 %, 50 % y 100 % de consolidacin. Siendo la deformacin al 0% (0 ), la deformacin al 100% (100 ), de la anterior Presin. Consecuentemente Se calcula el CI que es la Consolidacin Inicial y el CT que es la

Consolidacin Total, con las Siguientes ecuaciones:

= 100 0 ( )

= 100 100 ( )

Para la Carga en Anlisis se utiliza la Tabla 3. Datos Toma de Muestra de Consolidacin, en

la que el 0 en la carga en anlisis es el 100 anterior y 100 de la Carga en Anlisis es el ltimo

dato que aparece en cada esfuerzo de deformacin () en la Tabla 3..

Y finalmente el porcentaje de Carga Inicial se calcula con los dos valores hallados anteriores de

consolidacin:

% =

100%

Y se obtuvieron los siguientes resultados, para cada variable:

26

PRESIN

(Kpa) 90 (90%) 50 (50%) 100 (100%) 0 (0%) CI CT CI (%)

12,3 18,9 10,5 21 0 21 0 (21/0)*100

24,5 32,430 27,35 252,73 21 231,73 219,03 105,80

49,0 61,240 49 958,70 252,73 705,97 894,40 78,932

98,1 120,82 95,7 3697,0 958,70 2738,3 3569,9 76,706

196,2 214,4 184 10062,4 3697,036 6365,4 9840,4 64,686

Tabla 11. Datos de Deformacin Diales, Consolidacin Inicial, Total y Porcentaje de CI

Grfica de Logaritmo del Esfuerzo Efectivo (Kg/cm^2) Vs. El Coeficiente de Consolidacin

((cm^2/seg*10^-1)) y la relacin de Vacos:

Para realizar la grfica de Logaritmo del Esfuerzo Efectivo Vs. El Coeficiente de Consolidacin

(cm^2/seg*10^-1), y la relacin de Vacos, toca convertir el Esfuerzo efectivo en unidades de

Kg/cm^2 y el coeficiente de consolidacin en unidades de (cm^2/seg*10^-1), de esta forma dan

los siguientes datos, y se grfica:

(Kg/cm2) vs. Cv (cm2/seg*10-1) y e

Relacin de Brazo (Kg) (Kg/cm2) Cv (cm2/seg*10-1) e

3,97 0,124960655 0,000265621 1,9852

7,94 0,249921309 0,000232067 1,9852

15,88 0,499842619 0,000107003 1,9852

31,77 1 0,00012482 1,9852

63,54 2 5,71653E-05 1,9852 Tabla 12. Tabla de Logaritmo del (Kg/cm2) Vs. Cv (cm2/seg*10-1) y e.

27

Grfica 7. Grfica de Logaritmo del (Kg/cm2) Vs. Cv (cm2/seg*10-1) y e.

Grfica 8. Grfica de Logaritmo del (Kg/cm2) Vs. Cv (cm2/seg*10-1) y e, con ngulo de corte.

0,000265621

0,000232067

0,0001070030,00012482

5,71653E-05

0

0,00005

0,0001

0,00015

0,0002

0,00025

0,0003

0,1 1 10

Co

efic

ien

te d

e C

on

solid

aci

n (c

m2 /

seg*

10-1

)

Log. Esfuerzo Efectivo (kg/cm2)

Series2

(Kg/cm2) vs. Cv (cm2/seg*10-1) y e

Lineal ((Kg/cm2) vs. Cv (cm2/seg*10-1) y e)

28

6.3. PERMEABILIDAD:

Para la Permeabilidad de Suelos se evaluaron dos tipos:

6.3.1. De Cabeza Constante: La Presin Hidrosttica en la presin de la cabeza de entrada,

correlacionado con la permeabilidad del suelo es lo que se denomina como cabeza constante, esta

permeabilidad se da cuando es muy reducido el flujo se da principalmente para arcillas, y se

tomaron los siguientes datos para este caso:

Datos Iniciales de Permeabilidad - Cabeza Constante

Volumen

desalojado

(mlt.-

(cm^3)

Tiempo=t

(seg.)

Dimetro= (cm.)

Altura=

h (cm.)

H

(Embudo)

=

Longitud

(cm)

51 20 14,15 20 102,5

79 30 14,15 20 102,5

107 40 14,15 20 102,5

153 60 14,15 20 102,5

Tabla 13. Datos Iniciales de Permeabilidad de Cabeza Constante

Para el clculo del Factor de Permeabilidad segn la ecuacin principal para hallar este dato por

la norma INV E para la Permeabilidad de Suelos Granulares para Cabeza Constante, la cual se

presenta a continuacin:

=

Donde:

k = coeficiente de permeabilidad.

Q = gasto, es decir cantidad de agua descargada.

L = distancia entre manmetros.

A = rea de la seccin transversal del espcimen.

t = tiempo total de desage.

h = diferencia de cabeza (altura) sobre los manmetros.

Se hallan estos datos con las siguientes frmulas, teniendo en cuenta los datos de la Tabla 8.

(Teniendo el Volumen Desalojado, Tiempo, Dimetro, Altura y Longitud):

29

- Para Caudal:

=

()

()

- Para rea:

() = ()

4

- Para Coeficiente de Permeabilidad de Cabeza Constante:

Y se aplica la Ecuacin de coeficiente de permeabilidad:

=

Permeabilidad - Cabeza Constante

Volumen

desalojado

(mlt.-

(cm^3)

Tiempo

(seg.)

Q = Caudal

((cm.^3)/seg.)

Dimetro

(cm.)

rea

(cm2)

Altura

(cm.)

H

(Embudo)

=

Longitud

(cm)

K (Factor de

Permeabilidad)

51 20 2,55 14,15 157,3 20 102,5 0,00416

79 30 2,63 14,15 157,3 20 102,5 0,00286

107 40 2,68 14,15 157,3 20 102,5 0,00218

153 60 2,55 14,15 157,3 20 102,5 0,00139 Tabla 14. Datos Finales de Permeabilidad de Cabeza Constante

6.3.2. De Cabeza Variable: Esta permeabilidad se da cuando es bastante el flujo es bastante alto,

se da principalmente para arenas:

Se tomaron los siguientes datos para este caso:

30

Altura de

la Bureta

(cm)

Diferencia

entre

Altura de

la Bureta

( )(cm.)

Tiempo

(seg.)

Longitud

(cm.)

Dimetro

(cm.)

Altura

(cm)

121,8-

101,8 20 14,15 20

101,8-77,5 20 16,9 77,50 14,15 20

77,5-57,5 20 29,91 57,50 14,15 20

Tabla 15. Datos Iniciales de Permeabilidad de Cabeza Variable.

Permeabilidad en cabeza variable En este tipo de permemetro se mide la cantidad de agua que atraviesa una muestra de suelo, por

diferencia de niveles en un tubo alimentador. Este permemetro puede ser utilizado en suelos

finos y gruesos variando el dimetro del tubo alimentador, pero lo ms comn es utilizarlo con

los suelos finos

pocopermeables. Al ejecutar la prueba se llena de agua el tubo vertical del permemetro,

observndose su descenso a medida que el agua atraviesa la muestra.

Se hallan estos datos con las siguientes frmulas, teniendo en cuenta los datos de la Tabla 8.

(Teniendo la Altura de La Bureta, la diferencia entre la altura de la bureta, el Tiempo de dos

datos, Dimetro, la Altura y Longitud):

- Para rea:

() = ()

4

- Para Coeficiente de Permeabilidad de Cabeza Variable:

Y se aplica la Ecuacin de coeficiente de permeabilidad:

=

En este caso debemos tener en cuenta:

a = rea del tubo vertical de carga.

A = rea de la muestra.

L = Longitud de la muestra.

H1 = Carga hidrulica al principio de la prueba.

H2 = Carga hidrulica al final de la prueba.

Hc = Altura de ascensin capilar, que debe deducirse de la lectura total del tubo de carga.

T = Tiempo requerido para la carga hidrulica pase de h1 a h2.

31

rea del Tubo (cm2)

Tiempo (seg.)

Longitud (cm)

rea de la

Muestra (cm2)

H1 (Altura Inicial) (cm)

H2 (Altura Final) (cm)

K (Factor de Permeabilidad)

3,1415927 16,9 123,5 157,2544 101,8 77,5 0,0398166

3,1415927 29,91 123,5 157,2544 77,5 57,5 0,0246225

32

7. CONCLUSIONES

- A mayor presin a la muestra, menor relacin de vacios (e), ya que a mayor carga se expulsa el agua dentro de la muestra y haciendo que se consolide la muestra al no quedar

espacios vacios.

- El ensayo de consolidacin se realizo con una arcilla con una porosidad, saturacin y una humedad aproximada del 83% la cual permiti dar un nivel de saturacin casi total (del

98%). Se comprob que era una arcilla con la densidad aparente o seca de 0,8 gr/cm3,

como se demuestra una densidad aparente de un suelo arcilloso es de 1,1- 1,3 g/cm3, lo

cual es aproximado, dando una porosidad de 0,65-0,67, lo cual es mayor que la de un

suelo arenoso, y es un suelo pesado porque es para un suelo en estado natural que deja

filtrar cualquier cantidad de material hidrulico y residual, y dando uno con pretensiones

de saturacin mxima como se vio en el Procedimiento, es decir totalmente ocupado de

agua (Se dejo la muestra en agua previamente durante 12 horas).

- La gravedad especfica como es muy baja (0,65), toc tomarla como el valor indicado por el laboratorista, para asumir slidos aproximadamente de un valor relativos con el valor

de saturacin y humedad dados. (con un error de cerca del 265%),

- La relacin de vacios para esta misma muestra es de 120%. - La densidad total de la muestra de suelo utilizada para la consolidacin es de 1,44 a 1,46

gr/cm3.

- El asentamiento fue aumentando relativamente en niveles lineales proporcionales en casi todos los esfuerzos tomados, desde 12,5 hasta 200 KPa, llegando a infinito en este ltimo

pues se desconocan los valores de corte entre los parmetros tomados en la grfica.

- El porcentaje de la Consolidacin Inicial va disminuyendo debido a que el esfuerzo va presentando una condicin mayor de detenimiento de la consolidacin, llegando al lmite

de la consolidacin secundaria mximo.

- El valor de K depende de la forma, el tamao y la distribucin de sus partculas, de esto se infiere que la constante est dada en funcin del tamao de los poros.

- Como se pudo demostrar en la experimentacin es mayor la permeabilidad de cabeza variable que la de cabeza constante en casi un 100%, lo cual es verdico porque el flujo es

mayor en condiciones variables, debido a que la de cabeza variable se da para suelos

arenosos y mucho ms porosa entre la partculas, por lo cual el primer dato dio

(Permeabilidad De Cabeza Constante) con una permeabilidad Alta y el siguiente

(Permeabilidad De Cabeza Variable) con una permeabilidad Elevada o ms Alta que la

Constante, por dicha razn para permeabilidades de cabeza constante se tiene una

permeabilidad menor y una muestra menos porosa dando un coeficiente propio de una

muestra ms arcillosa que arenosa siendo clasificado como un Suelo impermeable, por ejemplo arcilla homognea, debajo de la zona de intemperizacin, o una arena limpia, con un drenaje relativamente bueno, y en cuanto al coeficiente de cabeza variable, la

muestra dio la clasificacin de una arena y grava mezclada, o lo que es igual a una arena gravosa, con un drenaje relativamente alto.

33

7. BIBLIOGRFIA: - INVIAS, (2007), NORMAS INVIAS 151 E y 130 E del 2007 correspondientes a

CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS y PERMEABILIDAD DE SUELOS GRANULARES (CABEZA CONSTANTE) NORMAS DE REFERENCIA AASHTO T 215 70 (2003) ASTM D 2434 68 (2000)

- ASTM D 2434 68 (2000). - LISANDRO A. Capdevila, (2013), Comportamiento tenso-deformacional de suelos

loessicos contaminados con hidrocarburos , Valparaso, Chile, Universidad Nacional de

Crdoba /IMPAS, Congreso Latinoamericano de Estudiantes de Ingeniera Civil,

COLEIC IX,

- POLIOTTI. Mario y SIERRA, Pablo, CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS, - Universidad Nacional Del Rosario, Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniera y Agrimensura,

Escuela de Ingeniera Civil- GEOLOGA Y GEOTECNIA.

- CHAPARRO, Juan Camilo, MONTAEZ, Juan Carlos, MEDINA, Sergio Andrs, URREA, Ricardo, (OCTUBRE DE 2012)ENSAYO DE PERMEABILIDAD

CABEZA VARIABLE, Informe de Laboratorio de Ingeniera Civil, Bogot D.C., Colombia

CIBERGRAFA:

ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_training/FAO_training/general/x6706s/x6706s09.htm