informe geotecnia6

8/15/2019 INFORME geotecnia6

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INFORME DE LABORATORIO N°6

Ensayo de Consolidación Unidimensional

CI4401 – GEOTECNIA

Nombre:

Ayudante encargado:

Profesor:

Fecha de realización:

Fecha de entrega:

Natalia Ramírez N.

Emilia Castillo F.

Cesar Pastén.

18/11/2013

02/12/2013


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Índice1. Introducción .......................................................................................................................................... 1

2. Metodología del Ensayo........................................................................................................................ 1

2.1. Materiales: .................................................................................................................................... 1

2.2. Metodología: ................................................................................................................................. 1

3. Memoria de Cálculo .............................................................................................................................. 2

4. Resultados del laboratorio .................................................................................................................... 3

5. Problema Práctico ................................................................................................................................. 3

6. Conclusiones ......................................................................................................................................... 5

7. Referencias ............................................................................................................................................ 5


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1. IntroducciónLa consolidación es un proceso en que se reduce el volumen de un suelo fino, al aplicar cargas sobre

este. La duración de este proceso puede ser relativamente largo, y ocurre al variar el volumen de vacíos;

dado que al comprimir se drena agua y los poros reducen su tamaño.

Estudiar este fenómeno cobra importancia al tratarse de obras de construcción, en que el peso de

esta puede causar una variación en el espesor del suelo tal que la obra falle a futuro. Esta variación se

conoce como asentamiento, en que se produce un hundimiento vertical del suelo, y se han determinado

formas de calcularlo para distintos tipos de fundaciones y rellenos.

Para determinar la velocidad y grado de asentamiento que experimenta una muestra de suelo

arcilloso, se utiliza el ensayo edométrico. La muestra es sometida a una serie de incrementos de carga,

provocando que el agua del suelo comience a drenar. Se aplica cada carga durante el tiempo necesario

para que la muestra estabilice su variación de altura en el tiempo (deje de producirse asentamiento),

tiempo que algunas veces puede alcanzar meses.

Para este ensayo, se asume que el suelo se encuentra totalmente saturado (S=1), que el flujo es

vertical y que la Ley de Darcy es válida.

2. Metodología del Ensayo

2.1. Materiales: Edómetro.

Diales.

Set de cargas. Cronómetro.

2.2. Metodología:Se toma una muestra del suelo arcilloso a analizar, se determina su peso específico y gravedad

específica. Luego, se dimensiona (con ayuda de espátulas por ejemplo) hasta que encaje perfectamente

en el anillo del edómetro.

Se monta la muestra (dentro del anillo) en el edómetro, en el orden mostrado en la Figura 1; piedra

porosa, luego papel filtro, el anillo con la muestra, papel filtro y otra piedra porosa. Se coloca el

edómetro en el dispositivo de carga axial, ajustando el dial para medir deformaciones. Se aplica unacarga de 5[kPa].

Se aplica un primer incremento de carga, registrando la deformación para tiempo 0.25, 0.50, 1, 2, 4,

8, 15, 30, 60 y 120 [min]. Luego, cada 4, 8, 16 horas, hasta que la variación de deformación sea mínima.

Se repite el proceso para otras cargas, aumentando el valor de estas (idealmente, duplicándolo); y una

vez aplicado el máximo esfuerzo se procede a la descarga.


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Terminado el ensayo, se toma la muestra de suelo del edómetro, se registra su masa y seca en el horno

para determinar volumen de sólidos. Se determina el índice de vacíos, y deformación vertical para cada

nivel de esfuerzos, para luego manejar estos datos y poder analizar el comportamiento del suelo.

3. Memoria de Cálculo Volumen de sólidos Vs :

Dónde: (I)

γ d : Peso específico seco.

γ W : Peso específico del agua.

Vo: Volumen probeta.

G: Gravedad específica de los sólidos.

Altura de los sólidos Hs:

Dónde: (II)

A: Área transversal de la muestra.

Vs: Volumen de sólidos

Índice de vacíos e:

Dónde: (III)

Hi: altura de la muestra en la etapa i

Hs: altura de la muestra al inicio.

Deformación vertical ε:

Dónde: (IV)

∆H: Diferencia de altura respecto a la etapa anterior. Ho: altura inicial de la muestra.


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4. Resultados del laboratorioSe elabora una muestra tal y como lo describe el proceso en Metodología (2.2). Esta muestra se somete

a una serie de esfuerzos verticales; y el resultado del ensayo se muestra en la Tabla 1:

Tensión Deformación Deformación Deformación Deformación Relación

kg/m² rayas cm Unitaria Unitaria de Vacíos0,00 0 0,000 0,0000 0,00% 2,922

0,10 5 0,005 -0,0016 -0,16% 2,916

0,25 31 0,031 -0,0100 -1,00% 2,883

0,50 53 0,053 -0,0171 -1,71% 2,855

1,00 88 0,088 -0,0280 -2,80% 2,812

2,00 152 0,152 -0,0486 -4,86% 2,731

4,00 290 0,290 -0,0927 -9,27% 2,558

1,00 277 0,277 -0,0883 -8,83% 2,576

0,00 248 0,248 -0,0793 -7,93% 2,611

Tabla 1: Resultados ensayo de consolidación.

A partir de los datos de la Tabla 1, se elaboran gráficos de índice de vacíos ( e) y la deformación

unitaria en función del esfuerzo vertical efectivo, el primero en escala lineal y en semilogarítmica. Estos

gráficos se muestran a continuación:

Gráfico1: índice de vacíos en función del esfuerzo vertical (escala lineal)

2,500

2,600

2,700

2,800

2,900

3,000

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00

Í n d i c e d e v a c í o s [ - ]

Esfuerzo vertical efectivo[kg/m2]

Índice de vacíos en función delesfuerzo vertical

Lineal


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Gráfico2: índice de vacíos en función del esfuerzo vertical (escala semilog)

Gráfico3: deformación unitaria en función del esfuerzo vertical.

Observando los gráficos, se nota una relación aproximadamente lineal para el Gráfico 3, por lo

que se determina que el comportamiento del suelo no es de tipo sedimentario, y se buscan los

coeficientes mv y mvr.

Se realiza una regresión lineal del primer tramo, obteniendo la ecuación ε=-0,0241σ v ’ +0,002

(con R2=0,982), por lo que se determina mv=0,0241. Luego, se realiza una regresión del segundo tramo,

y se encuentra la ecuación ε=-0,0014σ v ’ +0,0869 (con R2=0,964); con lo que se encuentra mvr=0,0014.

2,500

2,600

2,700

2,800

2,900

3,000

0,10 1,00 10,00

Í n d i c e d e V a c i o s [ - ]

Esfuerzo vertical efectivo [kg/m2]

Índice de vacíos en función delesfuerzo vertical

semilog()

-0,1000

-0,0800

-0,0600

-0,0400

-0,0200

0,0000

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00

D e f o r m a c i ó n u n

i t a r i a [ - ]

Esfuerzo vertical efectivo [kg/m2]

Deformación en función del esfuerzovertical

Series1


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5. Conclusiones

El ensayo de consolidación permite clasificar y estudiar correctamente un suelo, al poder predecir

de forma aproximada el comportamiento que tendrá un terreno frente a cargas determinadas. Dadas las

aproximaciones utilizadas, y que las condiciones reales nunca serán controladas al nivel que ocurre enun laboratorio, se encontrarán diferencias con casos prácticos, pero serán aún similares a lo esperado.

Esto tiene gran utilidad al realizar fundaciones para obras civiles, ya que estas aportarán un esfuerzo

vertical que consolidará el suelo, pudiendo ocurrir casos de asentamientos, terminando en fallas de la

construcción. Ocurre lo mismo para cualquier elemento que signifique una carga sobre el suelo, como

estanques por ejemplo.

Los métodos de Casagrande y Taylor, debido a que son de origen empírico, mostraron diferencias en

resultados para una misma situación. Debido a que el tiempo en un caso real también sería estimado, se

encontrará dentro de cierto rango en que los dos métodos estén contenidos, por lo que esta diferencia

para casos prácticos no implica que un método sea mejor que el otro; el uso de cada uno se debedeterminar según sea conveniente.

6. Referencias

ASTM D1557. (2011). Standard Test Methods for One-Dimensional Consolidation Properties of SoilsUsing Incremental Loading. www.astm.org.

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