MECÁNICA DE SUELOS

lunes, 14 de noviembre de 2011

CONSOLIDACIÒN UNIDIMENSIONAL EN SUELOS



PRACTICA #8 CONSOLIDACIÒN UNIDIMENSIONAL EN SUELOS

OBJETIVO:

Determinar el decremento de volumen y la velocidad con que este se produce, en una muestra de suelo, confinado lateralmente y sujeto a una carga axial, para finalmente llegar a la curva de compresibilidad y con esta poder obtener parámetros de cuanto se nos puede asentar el terreno teniendo cierta carga.

INTRODUCCIÒN:

Los materiales que se utilizan en ingeniería, al aplicarles fuerzas exteriores, sufren deformaciones, de acuerdo con una determinada relación esfuerzo-deformación. En un suelo saturado al que se le aplican fuerzas exteriores se le provoca una deformación, pero no es instantánea.

A un proceso de disminución de volumen, que tenga lugar en un lapso, provocado por un aumento de las cargas sobre el suelo se le llama proceso de consolidación. 

Frecuentemente ocurre durante el proceso de consolidación la posición relativa de las partículas sólidas sobre un mismo plano horizontal permanece esencialmente la misma; así el movimiento de las partículas de suelo puede ocurrir solo en dirección vertical; esta es la  consolidación unidimensional o unidireccional.

En la consolidación unidimensional el volumen de la masa de suelo disminuye, pero los desplazamientos horizontales de las partículas sólidas son nulos. Si el material depositado llega a subyacer en el lugar donde se construya una estructura y se observa el comportamiento ulterior del suelo, podrá notarse que los estratos se comprimen aún más
Bajo las nuevas cargas que se les comunica.

El que los desplazamientos horizontales de la arcilla sean o no esencialmente nulos, dependerá de varios factores. Si el estrato de la arcilla es relativamente delgado y esta confinado entre estratos de arena o grava o de materiales mas rígidos, o si el estrato de arcilla, aun siendo grueso, contiene gran cantidad de  capas delgadas de arena, ocurre que la deformación lateral de la arcilla se restringe tanto que puede despreciarse, en comparación con los desplazamientos verticales.

Las características de la consolidación de los estratos de arcilla pueden realizarse en esta prueba y así calcular la magnitud  y la velocidad de los asentamientos probables debidos a las cargas aplicadas.

Una prueba de consolidación unidimensional estandar se realiza sobre una muestra labrada en forma de cilindro aplastado, es decir; como pequeña altura en comparación al diámetro de la sección recta. La muestra se coloca en el interior de un anillo, generalmente de bronce, que la proporciona un completo confinamiento lateral. El anillo se coloca entre dos piedras porosas, una en cada cara de la muestra las piedras son de sección circular y de diámetro ligeramente menor que el diámetro interior del anillo.

Por medio del marco de carga se aplican cargas a la muestra repartiéndolas unifórmenle en toda su área con el dispositivo formado por la esfera metálica y la placa colocada sobre la piedra porosa superior. Un micrómetro apoyado en el marco  de la carga móvil y ligada a la cazuela fija permite llevar un registro de las deformaciones en el suelo. Las cargas se aplican en incrementos permitiendo que cada incremento obre por un periodo de tiempo suficiente para que la velocidad o deformación se reduzca prácticamente a cero.

En cada incremento de carga se hacen lecturas en el micrómetro  para conocer la deformación correspondiente a diferentes tiempos. Los datos de esas lecturas se dibujan en una gráfica que tenga por abscisas los valores de los tiempos transcurridos, en escala logarítmica como ordenada las correspondientes lecturas del micrómetro en escala natural. Estas curvas se llaman de consolidación y se obtiene una para cada incremento de carga aplicado.

La prueba se debe a su facilidad, respecto a una ideal en que solo hubiera cambio de volumen, prueba que sería difícil de realizar, parece indicar que la compresibilidad volumétrica del suelo en el consolido metro es similar a la que se manifiesta en condiciones de aplicación de la misma presión por igual en todas direcciones, en la forma en que se ocurriría hacerlo en la prueba ideal, quizás sobre un espécimen esférico.

Una vez que se alcanza su máxima deformación bajo un incremento de carga aplicado su relación de vació llega a un valor menor que el iniciado y que puede determinarse a partir de los datos iniciales de la muestra y de los datos del micrómetro; así como para cada incremento de carga aplicado se tiene un valor de la relación de vació y otro para la presión correspondiente. Una vez aplicado todos los incrementos de carga tienen valores para construir una gráfica de presión y de vacío a esta curva se le llama de compresibilidad


  MATERIAL Y EQUIPO:

  • Muestra Inalterada de suelo
  • Torno de labrado
  • Cútter
  • Consolidómetro compuesto de: anillo, base con piedra porosa,
  • piezómetro calibrado, placa con puente para apoyar micrómetro,
  •  balín, piedra porosa  y
  •  micrómetro con soporte.
  • Banco de consolidación.
  • Una cuerda de guitarra
  • 2 vidrios planos
  • Bascula
  • Parafina
  • Brea
  • Manta de cielo
  • Nivel de mano o de gota
  • Agua destilada
  • Cronometro


PROCEDIMIENTO:

1.      De la muestra cúbica e inalterada, obtenida en la primera práctica, en un extremo colocar el anillo y  se llena completamente.
2.      Enrasamos las caras de la probeta cortando el material sobrante esto es sobre los vidrios planos.
3.      Tomamos una porciòn de la misma muestra para determinar el contenido de humedad y se introduce en el horno.
4.      Pesamos el material contenido en el anillo. Después colocarlo en el consolidó- metro, con una carga de 0.500kg.
5.      Tomamos las lecturas del micrómetro según de indique en el formato de registro de cargas. Cuando la deformación se haga constante aumentar la carga al doble, esto es , 1, 2, 4 y 8 Kg.
6.      Tomamos las lecturas con las diferentes cargas, como en el de carga de O.5 Kg.
7.      Descargamos poco a poco la muestra y tomar registros.
8.      Pesamos la muestra ya consolidada.
9.      Metimos al horno la muestra ya consolidada por 24 hrs. Tomar las medidas del anillo (diámetro y espesor).


CONSOLIDACION

DATOS GENERALES





Datos iniciales















Peso anillo= 409.0 gr.    
Peso probeta + anillo= 516.5gr



Peso probeta saturada + anillo =516.5 gr  





Peso probeta + anillo después de consolidada =517gr.




Peso cápsula No.=        Peso probeta seca + cápsula =




Espesor inicial:   1.85cm                Diámetro:    7 cm        Área: 38.48 cm2










Antes consolidación















WH = 516.5gr.           W % =  311.9 o 312





Ws =26.1                 V T = 30






Ww  = 81.4 gr              Vv =4.9





















Después de consolidación







WH = 517 gr.      VT = 38.48    W % = 311.87 o 312




Ws = 26.1              V s = 6.68

Ww  = 81.4 gr      Vv = 31.8












Contenido de agua testigo







WH + C = 203.35






WS + C = 121.95        Ww = 81.4





C No.  48   95.85 gr     W % = 166.75














Datos iniciales

Peso anillo= 409.0 gr.                        Peso probeta + anillo= 554.50gr
Peso probeta saturada + anillo =554.5 gr  
Peso probeta + anillo después de consolidada =524.2gr.
Peso cápsula No.=        Peso probeta seca + cápsula =
Espesor inicial:   2 cm                Diámetro:    8 cm        Área: 50.27 cm2

Antes consolidación

WH = 115.2 gr.           W % =  348.22
Ws = 33.8                   V T = 85.16
Ww  = 81.4 gr              Vv = 72.57


Después de consolidación
WH = 145.5 gr.      VT = 100.54     W % = 348.22
Ws = 33.8              V s = 12.59
Ww  = 117.7 gr      Vv = 87.95


Contenido de agua testigo
WH + C = 195.4
WH + C = 130.0        Ww = 65.4
C No.  44   95.4 gr     W % = 189.02





Carga: 0.500  Kg / cm2                           P  =­_0.125_ kg/cm2          Δp=___0.125____ kg/cm2


fecha y hora
tiempo
micrómetro (mm)
Correc. aparato
deformación
07/10/11  16:11 p.m.
0
26.46
0
0
16:11 05
0.1
26.14
0.021
0.299
16:11 10
0.2
26.12
0.022
0.318
16:11 15 .
0.25
26.11
0.022
0.328
16:11 30
0.5
26.08
0.023
0.357
16:12
1
26.05
0.024
0.386
16:12 30
1.5
26.03
0.024
0.406
16:13
2
26.01
0.025
0.425
16:14
3
25.99
0.027
0.443
16:15
4
25.97
0.027
0.463
16:19
8
25.93
0.027
0.503
16:23
12
25.91
0.027
0.523
16:26
15
25.9
0.028
0.532
16:31
20
25.89
0.028
0.542
16:36
25
25.88
0.028
0.552
16:41
30
25.875
0.028
0.557
16:46
45
25.865
0.028
0.567
17:01
60
25.86
0.028
0.572
17:31
90
25.845
0.028
0.587
18:01
120
25.84
0.028
0.592
19:01
180
25.83
0.028
0.602
20:01
240
25.825
0.028
0.607
21:01
300
25.82
0.028
0.612






































Carga =  1.000 Kg /  cm2                     P =­­  0.250  kg/cm2          Δp=___0.125____ kg/cm2
                                 
fecha y hora
tiempo
micrómetro (mm)
correc. aparato
deformación
05/10/11  07:00
0
25.77
0
0
07:00 05
0.1
25.74
0.01
0.02
07:00 10
0.2
25.73
0.01
0.03
07:00 15.
0.25
25.73
0.011
0.029
07:00 30
0.5
25.72
0.011
0.039
07:01
1
25.7
0.011
0.059
07:01 30
1.5
25.69
0.011
0.069
07:02
2
25.68
0.011
0.079
07:03
3
25.66
0.011
0.099
07:04
4
25.65
0.011
0.109
07:08
8
25.62
0.012
0.138
07:12
12
25.61
0.012
0.148
07:15
15
25.6
0.012
0.158
07:20
20
25.59
0.013
0.167
07:25
25
25.585
0.013
0.172
07:30
30
25.58
0.013
0.177
07:45
45
25.565
0.014
0.191
08:00
60
25.555
0.015
0.2
08:30
90
25.545
0.017
0.208
09:00
120
25.535
0.021
0.214
10:00
180
25.53
0.023
0.217
11:00
240
25.51
0.024
0.236
12:00
300
25.5
0.026
0.244
13:00
360
25.49
0.027
0.253
14:00
420
25.485
0.027
0.258
15:00
480
25.48
0.027
0.263
16:00
540
25.47
0.027
0.273
17:00
600
25.465
0.027
0.278
18:00
660
25.455
0.027
0.288
19:00
720
25.45
0.027
0.293
20:00
780
25.45
0.027
0.293
21:00
840
25.45
0.027
0.293




































Carga =  2.00  Kg /  cm2        P =­­ 0.50 Kg./cm2          Δp = 0.25  kg/cm2


fecha y hora
tiempo
micrómetro (mm)
correc. aparato
deformación
06/10/11  07:10
0
25.42
0
0
07:10 05
0.1
25.29
0.010
0.12
07:10 10
0.2
25.28
0.010
0.13
07:10 15.
0.25
25.27
0.010
0.14
07:10 30
0.5
25.24
0.010
0.17
07:11
1
25.19
0.010
0.22
07:11 30
1.5
25.15
0.010
0.26
07:12
2
25.12
0.010
0.29
07:13
3
25.06
0.011
0.349
07:14
4
24.91
0.011
0.499
07:18
8
24.88
0.011
0.529
07:22
12
24.78
0.011
0.629
07:25
15
24.72
0.011
0.689
07:30
20
24.65
0.011
0.759
07:35
25
24.59
0.011
0.819
07:40
30
24.54
0.011
0.869
07:55
45
24.485
0.011
0.924
08:10
60
24.4
0.011
1.009
08:40
90
24.28
0.011
1.129
09:10
120
24.21
0.011
1.199
10:10
180
24.09
0.011
1.319
11:10
240
24.01
0.011
1.399
12:10
300
23.94
0.011
1.469
13:10
360
23.87
0.011
1.539
14:10
420
23.81
0.011
1.599
15:10
480
23.76
0.011
1.649
16:10
540
23.7
0.011
1.709
17:10
600
23.62
0.011
1.789
18:10
660
23.57
0.011
1.839
19:10
720
23.52
0.011
1.889
20:10
780
23.49
0.011
1.919
21:10
840
23.47
0.011
1.939









































Carga = 4.000 Kg. / cm2            P =­­ 1.00 Kg./cm2          Δp = 0.50  Kg./cm2

fecha y hora
tiempo
micrómetro (mm)
Corrección. aparato
deformación
07/10/11  07:00
0
23.13
0
0
07:00 05
0.1
23.1
0.017
0.013
07:00 10
0.2
22.96
0.017
0.153
07:00 15.
0.25
22.94
0.017
0.173
07:00 30
0.5
22.87
0.017
0.243
07:01
1
22.86
0.017
0.253
07:01 30
1.5
22.81
0.017
0.303
07:02
2
22.64
0.018
0.472
07:03
3
22.53
0.018
0.582
07:04
4
22.44
0.018
0.672
07:08
8
22.17
0.018
0.942
07:12
12
21.97
0.018
1.142
07:15
15
21.86
0.018
1.252
07:20
20
21.7
0.019
1.411
07:25
25
21.6
0.019
1.511
07:30
30
21.51
0.02
1.6
07:45
45
21.32
0.021
1.789
08:00
60
21.2
0.022
1.908
08:30
90
21.05
0.024
2.056
09:00
120
20.95
0.027
2.153
10:00
180
20.81
0.031
2.289
11:00
240
20.72
0.033
2.377
12:00
300
20.645
0.035
2.45
13:00
360
20.58
0.035
2.515
14:00
420
20.51
0.035
2.585
15:00
480
20.46
0.035
2.635
16:00
540
20.41
0.035
2.685
17:00
600
20.37
0.035
2.725
18:00
660
20.33
0.035
2.765
19:00
720
20.3
0.035
2.795
20:00
780
20.365
0.035
2.73
21:00
840
20.25
0.035
2.845







































Carga = 8.000 Kg. / cm2            P =­­ 20.00 Kg./cm2          Δp = 1000  Kg./cm2

Fecha y hora
Tiempo
Micrómetro (mm)
Corrección aparato
Deformación
10/10/11  07:00
0
20.15
0
0
07:00 05
0.1
20
0.019
0.131
07:00 10
0.2
19.99
0.019
0.141
07:00 15.
0.25
19.97
0.02
0.16
07:00 30
0.5
19.86
0.02
0.27
07:01
1
19.74
0.021
0.389
07:01 30
1.5
19.64
0.021
0.489
07:02
2
19.56
0.021
0.569
07:03
3
19.44
0.021
0.689
07:04
4
19.34
0.021
0.789
07:08
8
19.04
0.022
1.088
07:12
12
18.84
0.023
1.287
07:15
15
18.74
0.023
1.387
07:20
20
18.61
0.023
1.517
07:25
25
18.52
0.023
1.607
07:30
30
18.45
0.024
1.676
07:45
45
18.39
0.025
1.735
08:00
60
18.22
0.026
1.904
08:30
90
18.13
0.027
1.993
09:00
120
18.06
0.031
2.059
10:00
180
17.98
0.037
2.133
11:00
240
17.91
0.039
2.201
12:00
300
17.84
0.041
2.269
13:00
360
17.79
0.043
2.317
14:00
420
17.75
0.043
2.357
15:00
480
17.72
0.043
2.387
16:00
540
17.72
0.043
2.387
17:00
600
17.715
0.043
2.392
18:00
660
17.715
0.043
2.392
19:00
720
17.715
0.043
2.392
20:00
780
17.71
0.043
2.397
21:00
840
17.71
0.043
2.397














































DESCARGA








Carga =4.000  Kg. / cm2       P=­­ 1.000 kg/cm2          Δp= - 1.00 k g / cm2
fecha y hora
tiempo
micrómetro (mm)
Correc. aparato
deformación
14/10/11  07:00
0
17.71
0
0
07:00 05
0.1
17.73
0.015
0.005
07:00 10
0.2
17.735
0.016
0.009
07:00 15.
0.25
17.735
0.016
0.009
07:00 30
0.5
17.74
0.016
0.014
07:01
1
17.74
0.016
0.014
07:01 30
1.5
17.745
0.016
0.019
07:02
2
17.745
0.016
0.019
07:03
3
17.75
0.016
0.024
07:04
4
17.75
0.016
0.024
07:08
8
17.75
0.016
0.024
07:12
12
17.75
0.017
0.023
07:15
15
17.75
0.017
0.023
































Carga = 2.000   Kg. / cm2     P=­­  0.500 Kg. / cm2               Δp= -0.500  k g / cm2


fecha y hora
tiempo
micrómetro (mm)
Correc. aparato
deformación
11/10/11  07:15
0
17.75
0
0
07:15 05
0.1
17.77
0.013
0.007
07:15 10
0.2
17.78
0.013
0.017
07:15 15.
0.25
17.79
0.013
0.027
07:15 30
0.5
17.81
0.013
0.047
07:16
1
17.82
0.013
0.057
07:16  30
1.5
17.83
0.013
0.067
07:17
2
17.835
0.013
0.072
07:18
3
17.845
0.013
0.082
07:19
4
17.85
0.013
0.087
07:22
8
17.87
0.013
0.107
07:26
12
17.88
0.014
0.116
07:29
15
17.885
0.015
0.12
07:34
20
17.89
0.015
0.125
07:39
25
17.895
0.015
0.13
07:44
30
17.9
0.015
0.135
07:59
45
17.91
0.016
0.144
08:14
60
17.92
0.016
0.154
08:44
90
17.93
0.016
0.164
09:14
120
17.94
0.016
0.174
10:14
180
17.95
0.016
0.184
11:14
240
17.95
0.016
0.184





































Carga = 1.000   Kg. / cm2    P=­­ 0.2500 Kg. / cm2            Δp=  - 0.250 Kg. / cm2       


fecha y hora
tiempo
micrómetro (mm)
Correc. aparato
deformación
12/10/11  11:14
0
17.95
0
0
11:14 05
0.1
17.97
0.018
0.002
11:14 10
0.2
17.975
0.018
0.007
11:14 15
0.25
17.98
0.018
0.012
11:14 30
0.5
17.99
0.018
0.022
11:15
1
18
0.018
0.032
11:15 30
1.5
18.01
0.018
0.042
11:16
2
18.015
0.018
0.047
11:17
3
18.021
0.018
0.053
11:18
4
18.03
0.018
0.062
11:22
8
18.05
0.018
0.082
11:26
12
18.06
0.018
0.092
11:29
15
18.07
0.018
0.102
11:34
20
18.08
0.018
0.112
11:39
25
18.09
0.018
0.122
11:44
30
18.1
0.018
0.132
11:59
45
18.11
0.018
0.142
12:14
60
18.12
0.019
0.151
12:44
90
18.13
0.019
0.161
13:04
120
18.13
0.02
0.16










































Carga = 0.500   Kg. / cm2    P=­­ 0.125 Kg. / cm2              Δp= -0.125 Kg. / cm2    


fecha y hora
tiempo
micrómetro (mm)
Correc. aparato
deformación
13/10/11  13:04:00 p.m.
0
18.13
0
0
13:04 05
0.1
18.15
0.011
0.009
13:04 10
0.2
18.17
0.011
0.029
13:04 15
0.25
18.18
0.011
0.039
13:04 30
0.5
18.19
0.011
0.049
13:05:00 p.m.
1
18.2
0.011
0.059
13:05 30
1.5
18.21
0.011
0.069
13:06:00 p.m.
2
18.225
0.011
0.084
13:07:00 p.m.
3
18.23
0.012
0.088
13:08:00 p.m.
4
18.235
0.012
0.093
13:12:00 p.m.
8
18.24
0.012
0.098
13:16:00 p.m.
12
18.25
0.012
0.108
13:19:00 p.m.
15
18.26
0.012
0.118
13:24:00 p.m.
20
18.27
0.012
0.128
13:29:00 p.m.
25
18.28
0.012
0.138
13:34:00 p.m.
30
18.285
0.015
0.14
13:49:00 p.m.
45
18.29
0.016
0.144
14:04: 00 p.m.
60
18.29
0.016
0.144
14:34:00 p.m.
90
18.29
0.016
0.144










































Carga = 0.000   Kg. / cm2    P=­­ 0.000 kg/cm2          Δp= 0.0 k g / cm2


fecha y hora
tiempo
micrómetro (mm)
Correc. aparato
deformación
14/10/11  14:34:00 p.m.
0
18.29
0
0
14:34 05
0.1
18.3
0.005
0.005
14:34 10
0.2
18.3
0.005
0.005
14:34 15
0.25
18.305
0.005
0.01
14:34 30
0.5
18.31
0.005
0.015
14:35:00 p.m.
1
18.315
0.005
0.02
14:35 30
1.5
18.32
0.005
0.025
14: 36:00 p.m.
2
18.325
0.005
0.03
14:37:00 p.m.
3
18.33
0.005
0.035
14:38:00 p.m.
4
18.335
0.005
0.04
14:42:00 p.m.
8
18.34
0.006
0.053
14:46:00 p.m.
12
18.345
0.006
0.054
14:49:00 p.m.
15
18.35
0.006
0.054































Vista  de la muestra obtenida después de retirarla de la maquina de consolidación y del horno donde estuvo 24 horas.
                         


DATOS GENERALES:

Ac=     38.48cm2                                                       Ss= 3.9 
                                                          
hi=       20 mm                       

Ws=    26.1                


DATOS GENERALES:

Ac=     50.27 cm2                                                      Ss= 2.69 
                                                          
hi=       20 mm                       

Ws=    33.8                


  = 2.50 


CONCLUSION
Cuando un depósito se somete a un incremento de esfuerzos totales, como resultado de cargas externas aplicadas, se produce un exceso de presión intersticial. Puesto que el agua no resiste al corte la presión neutra se disipa mediante un flujo de agua al exterior, cuya velocidad de drenaje depende de la permeabilidad del suelo.

La practica de consolidacion que se llevo a cabo fue con el proposito de evaluar la reduccion del volumen, en una muestra de suelo extraida a 2.60 metros de la Fes. Aragon, con ellos pudimos osbervar como se comporta este tipo de suelo asi como su contenidos de agua antes y despues del proceso.

BIBLIOGRAFÍA

·         Juárez Badillo tomo I, mecánica de suelos, editorial limusa

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