03 consolidacion y expansion

PRÁCTICO 3 Introducción a la Mecánica de Suelos

Consolidación y Expansión Curso 2010

PRÁCTICO 3 - CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL Y EXPANSIÓN

Consolidación Unidimensional

Ejercicio 1

Un ensayo edométrico se realiza sobre una muestra, extraída del plano medio de una capa de arcilla saturada homogénea de peso específico 16 kN/m3 (el nivel freático está a nivel del terreno natural) y potencia de 4 m. La relación de vacíos inicial de la arcilla eo es de 1,5 y la altura inicial de la muestra es de 20 mm. La tabla siguiente presenta los asentamientos finales medidos para los escalones de carga aplicados a la muestra:

v (kPa) 5 15 30 45 60 80 150 300 500 100 10h (mm) 0,08 0,32 0,52 0,68 0,92 1,36 2,52 3,68 4,64 4,56 4,40

a) Determinar la presión de sobreconsolidación ’p. ¿El estrato arcilloso es sobreconsolidado? Justifique su respuesta.b) Determinar el Índice de entumecimiento ce y el Índice de compresión cc de la arcilla.c) Determinar el asentamiento del estrato arcilloso si se aplica una sobrecarga de 200 kPa, suponiendo que la muestra analizada es representativa de la masa de suelo arcilloso.

Ejercicio 2

Una muestra de arcilla saturada de 20 mm de espesor inicial es sometida en un edómetro a una carga constante de 100 kPa. La curva de consolidación resultante se representa en la figura. La muestra de arcilla está drenada por ambas caras. Determinar el coeficiente de consolidación cv de la arcilla.



Ejercicio 3

El terraplenado de una extensa zona de suelos compresibles se traduce en la aplicación en la superficie del suelo de una sobrecarga uniforme de 200 kPa. La estratificación del suelo compresible está representada en la figura, con los valores de los parámetros necesarios para el cálculo de los asentamientos. El nivel freático está al nivel del terreno natural. Calcular el asentamiento final del terreno compresible.

Ejercicio 4

Un depósito de grandes dimensiones aplica sobre la superficie del suelo una carga vertical uniforme de 150 kPa. El suelo está constituido por una capa de arena densa intercalada por dos niveles de arcilla compresible, de 5 m de espesor cada una, ubicadas a 12,5 m y 27,5 m de profundidad. El nivel freático se encuentra a nivel del terreno natural. Los pesos específicos de las diferentes capas y las características

NF

= 20 kN/m3 Arena

Arena

Arcilla

Arcilla5 m

10 m

5 m

12,5 m

150 kPa

= 18 kN/m3 eo = 1,5 cc = 0,25 cv = 10-8 m2/seg

= 20 kN/m3

= 19 kN/m3 eo = 1,2 cc = 0,25 cv = 10-8 m2/seg

Roca fisurada

= 19 kN/m3 eo = 1 cc = 0,5 ce = 0,05 ´p = 50 kPaArcilla sobreconsolidada

Turba

Arcilla normalmente consolidada

Arcilla blanda4 m

5 m

3 m

2 m

200 kPa

= 12 kN/m3 eo = 5 cc = 2,5 ´p = ´vo

= 16 kN/m3 eo = 1,6 cc = 0,6 ´p = ´vo

= 17 kN/m3 eo = 1,3 cc = 0,5 ´p = ´vo

NF



edométricas de la arcilla están indicados en la figura; se supondrá que luego de aplicada la carga, las capas de arena asientan instantáneamente 4 cm, globalmente.

a) Calcular el asentamiento final de la superficie del suelo.b) En cuánto tiempo después de la aplicación de la carga se alcanza el 50% y el 90% del asentamiento final.c) Trazar la curva de asentamiento de la superficie del suelo en función del tiempo.

Ejercicio 5

A partir de los datos del ejercicio 10 del Práctico de Tensiones en la masa del suelo ya visto; calcular los asentamientos teóricos de la capa de arcilla, supuesta normalmente consolidada, en el eje del terraplén (vertical 1) y en la vertical que pasa por la cresta del talud (vertical 2). La arcilla saturada tiene una relación de vacíos inicial e o = 0,7 y un índice de compresión cc = 0,17.

Ejercicio 6

Una estructura se apoya en un terreno con el perfil de subsuelo indicado en la figura mediante cuatro zapatas circulares iguales de 2,25 m de diámetro. Sobre cada una de ellas se produce una descarga de 500 kN. El proyecto suponía un perfil de subsuelo semejante bajo las cuatro zapatas, pero al realizarse la construcción se observa que bajo una de ellas la arcilla normalmente consolidada tiene 1 m de espesor, en vez de 0,50 m. La estructura no admite asentamientos diferenciales mayores a 1/450.

a) Verificar si se cumple la referida condición en el lapso de vida útil de la estructura, que se ha establecido en cincuenta años.b) ¿En algún momento de ese lapso el asentamiento diferencial puede ser nulo? Justifique su respuesta.

2,25 m

2,25 m

4 m

4 m

0,50 m

2,00 m

1,00 m

1,30 m Arcilla Orgánica

Arcilla Compacta

Arcilla Normalmente Consolidada

Arena Densa

h = 18 kN/m3

h = 19 kN/m3

sat = 17 kN/m3

sat = 17 kN/m3

eo = 1,3cc = 0,35cv = 300 cm2/año

Roca

NF



Expansión

Ejercicio 7

El pliego de condiciones para el diseño de reconstrucción de un tramo de la Ruta 30 exige que la expansión del suelo de fundación (subrasante) del pavimento no sea mayor al 2%. Se realizan ensayos de expansión en edómetros de anillos fijos sobre muestras extraídas de la Cantera Yucutujá con iguales condiciones de peso específico y humedad inicial pero sometidas a diferentes cargas; cuyos resultados se presentan en la figura. Ensayos granulométricos y de Límites de Atterberg dan los resultados presentados en las tablas.

Análisis Granulométrico Vía Seca Análisis Granulométrico Vía Húmeda

a) Clasificar el material según el Sistema Único de Clasificación de Suelos (SUCS) y según AASHTO.b) Determinar la Actividad de los finos (Skempton) y el potencial de expansión del material mediante el criterio establecido por Seed.c) Determinar la expansión libre del suelo, la presión de expansión y la presión mínima a ser aplicada para asegurar que la expansión cumpla los requerimientos del pliego.d) La tabla adjunta muestra los resultados obtenidos de ensayos de expansión edométrtica realizados sobre muestras del suelo remoldeadas a diferentes contenidos de humedad y a iguales condiciones de peso específico seco y sobrecarga. Trazar el gráfico de expansión en función de la humedad. Comentar los resultados obtenidos.

MuestraHumedad

Inicial (%)

Expansión en 24 hs.

(%)1 24,0 2,22 21,5 2,73 20,2 6,24 17,9 8,8

Tamaño Partícula

(μm)

Pasa Tamiz (%)

48,6 52,034,8 48,728,8 45,422,6 42,016,3 37,913,4 35,49,7 29,66,9 27,13,6 13,81,5 9,2

Tamiz Pasa Tamíz (%)

1” 100,03/4” 98,6½” 94,4

3/8” 91,6#4 87,5

#10 83,4#40 63,9

#200 54,5

Límites de Atterberg Límite Líquido Límite

PlásticoNº golpes 27Peso húmedo + Tara (g) 73,3 51,8Peso seco + Tara (g) 60,9 47,4Tara (g) 32,7 31,6



Ejercicio 8

Para determinar la presión de expansión de un suelo de subrasante de la Ruta 1, asociable a la Fm Libertad, se realizan ensayos edométricos a volumen constante de probetas en anillos de 7 cm de diámetro interior y 2,07 cm de altura. Ensayos picnométricos permiten saber que el peso específico relativo de las partículas sólidas (G) es de 2,6. Las condiciones de humedad y peso específico inicial y final del ensayo, así como los datos del ensayo de expansión edométrica se indican en las tablas siguientes. Determinar:a) Las condiciones físicas iniciales y finales de las muestras: contenido de humedad, peso específico, relación de vacíos y grado de saturación. Comentar los resultados obtenidos.b) La presión de expansión para las dos condiciones de grado de saturación inicial. Comentar los resultados.

Contenido de humedad Peso específico húmedo

MuestraTara (g)

Peso húmedo + Tara (g)

Peso seco+

Tara (g)

Peso húmedo

(g)Estado inicial

1 32,35 55,46 52,1 139,82 32,35 56,05 52,1 143,4

Estado final

1 32,35 57,69 52,1 153,32 32,35 57,69 52,1 153,3

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

0,1 1 10 100 1000 10000Log t (min)

Exp

an

sió

n (

%)

1,734 kPa 2,973 kPa 4,378 kPa 5,561 kPa 6,453 kPa 10,487 kPa 20,105 kPa

49,628 kPa 97,548 kPa



Ensayo de expansión edométrica a volumen constanteMuestra 1 Muestra 2

Tiempo (m)

Peso adicionado

(g)

Tiempo (m)

Peso adicionado

(g)0 99,9 0,1 196,19

12 292,7 10 296,120 400,0 20 594,7724 1252,2 25 1252,227 2505,7 35 2505,740 5024,0 70 5024,060 9998,0 124 9998,0

152 20068,0 248 20068,0315 40106,0 315535 535

1305 13051700 17002810 28103357 33578277

Nota: El brazo de palanca es igual a 5.

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