informe n°2 - consolidacion y permeabilidad 2.pdf
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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
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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
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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
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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:
= ( (. ))
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= ()
= + ( . )
=
= ()
( + )
=
=
= ()
=
= ( + )
= +
=
=
=
=
+
=
=
*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
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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