ILUSTRACIÓN 3 GRAFICA RAÍZ CUADRADA DE TIEMPO (TOMADA DE NORMA INVIAS-E-151-07)

Un recipiente desecador o una jarra desecadora de tamaño

ILUSTRACIÓN 3 GRAFICA RAÍZ CUADRADA DE TIEMPO (TOMADA DE NORMA INVIAS-E-151-07)

b. Se determina el asentamiento que representa el 100 % de la consolidación primaria para cada incremento de carga. Se dibuja primero una línea recta a través de los puntos que representan las lecturas finales y que exhiben una tendencia recta y una inclinación suave. Se dibuja una segunda recta tangente a la parte más pronunciada de la curva de logaritmo de tiempo vs. asentamiento. La intersección representa el asentamiento primario.

c. Se determina la deformación que representa el 0 % de la consolidación primaria. Para ello se seleccionan dos tiempos (tB y tA) que tengan una relación de 1 a 4 (tA = 4 tB), de tal manera que la deformación correspondiente al mayor de los dos tiempos será mayor que 1/4 pero menor que ½ del cambio total de la deformación para el incremento de carga. La deformación correspondiente al 0 % de la consolidación primaria se obtiene al restar la diferencia de las deformaciones para los dos tiempos tA y tB seleccionados, del valor de deformación de tB (ver Ilustración 2).

d. El asentamiento correspondiente al 50 % de la consolidación primaria para cada incremento de carga, es igual al promedio de los asentamientos no corregidos que corresponden al 0 y 100 %. El tiempo requerido para el 50 % de la consolidación bajo cualquier incremento de carga, se puede hallar gráficamente a partir de la curva de asentamiento-logaritmo del tiempo para dicho incremento, observando el tiempo que corresponda al 50 % de la consolidación primaria de la curva (Ilustración 2).

e. Para cada incremento de carga en el cual se obtuvieron lecturas de tiempo- asentamiento, se calcula el coeficiente de consolidación, Cv, así:

Dónde:

H = altura de la muestra en metros (pies) para una muestra con drenaje doble al 50 % de consolidación,

t50 = tiempo para el 50 % de consolidación en años. Cv = coeficiente de Consolidación en m²/año (pies²/-año).

Si H está en mm y t en segundos o minutos, Cv quedará expresado en mm²/s o mm²/min, respectivamente, y será preferible hacer la conversión a unidades más convenientes. f. Se puede emplear un procedimiento alterno que requiere un gráfico de deformación

contra t para determinar los puntos del 0 y 100 % de consolidación, así como el coeficiente de consolidación para cada incremento. La parte inicial de la curva se aproxima mediante una línea recta. Se extrapola la línea hasta t = 0. La correspondiente ordenada de deformación representa el 0 % de la consolidación primaria. Se dibuja una segunda línea recta a través de este punto de manera que la abscisa de esta línea sea 1.15 veces la abscisa de la aproximación en línea recta de la parte inicial de la curva. La intersección de esta nueva línea con la curva de deformación-raíz cuadrada del tiempo corresponde al 90 % de consolidación primaria. La deformación al 100 % de la consolidación primaria es 1/9 mayor que la diferencia entre las deformaciones a 0 y 90 % de consolidación. Análogamente, la deformación al 50 % de consolidación primaria es 5/9 de la diferencia en las deformaciones entre el 0 y el 90 % de consolidación. (Ver Ilustración 3).

Las deformaciones correspondientes al 50 % y 100 % de consolidación deberán calcularse así:

Do, D50, D100 serán las deformaciones correspondientes al 0 %, 50 % y 100 % de consolidación.

El coeficiente de consolidación se puede hallar entonces a partir del tiempo del 90 % de consolidación así.

Dónde:

H = espesor de la muestra en m (pies) para una muestra con drenaje doble,

t90 = tiempo para el 90 % de consolidación en años, y

Cv = coeficiente de consolidación, en m²/año (pies²/año).

Si H está en milímetros y t en segundos o minutos, las unidades de Cv serán mm²/seg o mm²/min respectivamente y será conveniente la conversión a unidades más adecuadas. Si se desea, se puede emplear también el método de la raíz cuadrada del tiempo para obtener un valor de t90.

Para cada incremento de carga se deberán calcular, además los siguientes valores:

CI = consolidación inicial, y

CT = consolidación total.

g. Se calcula la relación inicial de vacíos, la humedad, la masa unitaria y el grado de saturación, con base en la masa seca de la muestra total. El volumen de la muestra se calcula a partir del diámetro y de la altura del anillo. El volumen del suelo se calcula dividiendo la masa seca de la muestra por la densidad específica del suelo multiplicado ésta por la masa unitaria del agua. Se supone que el volumen de vacíos es la diferencia entre el volumen de la muestra y el volumen de los sólidos.

h. Se calcula la relación de vacíos correspondiente al 100 % de la consolidación primaria (empleando las lecturas de asentamientos corregidas para cada carga). A manera de alternativa, se calcula el porcentaje de compresión al 100 % de la consolidación primaria para cada carga a partir de la altura inicial de la muestra. Como segunda alternativa, se calcula la relación de vacíos (o valores del porcentaje de compresión) empleando los valores de deformación obtenidos después de un intervalo de tiempo escogido, el cual incluirá alguna parte de consolidación secundaria; dicho intervalo deberá ser el mismo para cada incremento de carga. Sin embargo, si el valor de "equilibrio" escogido es diferente al punto del 100 % de la consolidación primaria, se deberá incluir una anotación al respecto con los resultados del ensayo. Es de observar que la segunda alternativa, atrás citada, se traducirá en valores algo más bajos de la carga de preconsolidación que las obtenidas cuando se emplean puntos del 100 % de la consolidación primaria.

CO N C L USI O N E S _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________

PRÁCTICA N°

8 CORTE DIRECTO.

1. O

BJETIVO S

 Determinar la resistencia al corte de una muestra de suelo consolidada y drenada, empleando el método de corte directo.

2. A

SPECTO

T

EÓRI CO

 Ensayo de corte directo: este ensayo consiste en deslizar una porción de suelo a lo largo de un plano de falla de otra porción de suelo. Esto se hace por medio de la acción de una fuerza horizontal que va incrementando, mientras que a su vez se va aplicando una carga normal al plano que se va moviendo.

3. E

QUIPO S

Equipos

Diagrama Equipo Descripción

Aparato o dispositivo de corte directo

Debe ser capaz de sostener la probeta con seguridad entre dos piedras porosas para evitar movimientos de torsión sobre ella; dispositivos para aplicar fuerza normal, para determinar los cambios de espesor de la muestra, para permitir drenaje de la muestra por medio de las piedras porosas y para sumergir la muestra en agua; y por ultimo un sistema que permita aplicar las fuerzas horizontales.

Caja de cobre

La caja de corte deberá estar dividida por un plano horizontal que separa dos mitades de igual espesor, ésta deberá estar provista con tornillos de alineación o bloqueo. Adicionalmente la caja de corte también deberá poseer tornillos que controlen el espaciamiento entre el marco superior y el inferior. Deberá estar fabricada en bronce, acero inoxidable o aluminio.

Piedras porosas

Las piedras porosas deben ser de carburo de silicio, óxido de aluminio o de un metal que no sea susceptible a la corrosión por sustancias contenidas en el suelo o la

humedad del mismo. El diámetro de la piedra porosa en la parte superior de la muestra será de 0.2 mm a 0.5 mm menor del diámetro dentro del anillo.

Dispositivos de carga

Dispositivo para la aplicación de la fuerza normal, debe estar capacitado para aplicar rápidamente la fuerza especificada sin excederla y para mantenerla con una variación máxima de ± 1 % durante el proceso de ensayo.

Dispositivo para la aplicación de la fuerza de corte, con control de deformaciones o con control de esfuerzos. Se prefiere con control de deformaciones.

Dispositivo para medir fuerza de corte

Deberá poseer un medidor de fuerza de corte, el cual podrá ser un anillo calibrado o una celda de carga que tendrá precisión de 2.5 N o al menos el 1% de la carga lateral de falla, cualquiera que sea más grande.

Anillos para tallado de la muestra

Deberán ser los adecuados para tallar la muestra de acuerdo con las dimensiones interiores de la caja de corte con un mínimo de alteración. Se puede necesitar un soporte exterior, para mantener en alineamiento axial, una serie de 2 o 3 anillos.

Balanza

Debe tener una sensibilidad de 0.1 g o 0.1 % de la masa de la probeta.

Medidores de desplazamientos

Deben ser adecuados para medir los cambios en el espesor de la muestra con una sensibilidad de 0.002 mm (0.0001") y para medir los desplazamientos laterales con una sensibilidad de 0.02 mm (0.001").

Horno de secado

Capaz de mantener la temperatura a 110° C ± 5° C

Recipientes varios

Para muestras de humedad, los cuales no deberán ser susceptibles a la corrosión ni al cambio de masa, ni a la desintegración por enfriamiento o calentamiento. Equipo para

remoldeo o compactación de probetas

Será el adecuado para cada tipo de suelo y en concordancia con el objetivo investigado en el ensayo.

Equipo misceláneo

Incluyen cronómetro, sierra de alambre, espátula, cuchillos, enrrasadores, agua destilada y demás elementos necesarios para la correcta ejecución del ensayo.

4. A

PLI CACIÓN A LA INGEN IERÍA

En la vida útil de una construcción, es de gran importancia controlar el asentamiento de la misma y la manera en la que el suelo reaccionaria bajo la aplicación de una fuerza horizontal, generada por un sismo. Este ensayo simula la situación anteriormente mencionada, la reacción de un suelo bajo una carga normal y una fuerza horizontal.

5. P

RO CEDI MI ENTO

 Se ensambla la caja de corte con los marcos alineados y se bloquea para no permitir efectos de corte prematuros en la muestra.

 Se debe aplicar una ligera capa de grasa entre los marcos para lograr impermeabilidad durante la consolidación y reducir la fricción durante el corte.

 Se introduce la muestra de ensayo con cuidado, luego se conectan los dispositivos de carga y se ajustan los medidores de desplazamiento lateral de corte, como los de cambio del espesor de la muestra, luego se determinará el espesor inicial de la probeta.

 Inmediatamente después y tan pronto como sea posible aplicar la fuerza normal predeterminada, se llena el depósito de agua hasta un nivel por encima de la muestra, permitiendo el drenaje y por lo tanto la consolidación.

 Durante el proceso de la consolidación se deben registrar las lecturas de desplazamiento normal, en tiempos apropiados, antes de aplicar un nuevo incremento de la fuerza. Cada incremento de la fuerza normal debe durar hasta que se complete la consolidación primaria. El incremento final debe completar la fuerza o esfuerzo normal especificado.

 Luego de terminada la consolidación se deben soltar los marcos desbloqueándolos y separándolos aproximadamente 0.25 mm (0.01"), para permitir el corte de la muestra. Se debe aplicar la fuerza de corte lentamente para permitir la disipación completa del exceso de presión de poros.

 Para saber la velocidad a la que se debe aplicar la carga, se debe tener en cuenta un tiempo calculado para la falla, el cual se expresa a continuación:

 En donde t50 es el tiempo requerido por la muestra para lograr el 50% de consolidación bajo la fuerza normal. Con este tiempo de falla calculado tf, se calcula la velocidad de corte de la siguiente manera:

 En donde df desplazamiento estimado de corte para la falla, el cual puede tomar un valor de 12mm para suelos normalmente consolidados y/o 5mm para suelos sobreconsolidados.

6. B

IBLIO GRAFÍA

IN F O RM E NO. 8 TI T UL O _____________________________________________________________________________________ OB J E T I VO S _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ TA B L A DE DA T O S Datos Área inicial de la muestra, A (mm2) Fuerza de corte, F (N)

Fuerza normal que actúa en la muestra, N (N) Desplazamiento relativo horizontal dh, (mm) Tiempo transcurrido de la prueba, te (min.) CÁ L C UL O S

a. Contenido inicial de humedad.

b. Densidad seca inicial y densidad húmeda inicial.

c. Esfuerzo de corte nominal, que actúa en el espécimen, dando unidades en KPa

d. Esfuerzo normal que actúa en el espécimen, dando unidades en KPa

e. La velocidad de desplazamiento. Se calcula la velocidad de corte real dividiendo el desplazamiento relativo lateral por el tiempo transcurrido o se reporta la velocidad usada para la prueba. El resultado se expresa en mm/min.

AN Á L I SI S DE RE S UL T A DO S _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ CO N C L USI O N E S _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________

PRÁCTICA N°

8 CORTE DIRECTO.

1. O

BJETIVO S

 Determinar la resistencia al corte de una muestra de suelo consolidada y drenada, empleando el método de corte directo.

2. A

SPECTO

T

EÓRI CO

3. E

QUIPO S

Equipos

Diagrama Equipo Descripción

Aparato o dispositivo de corte directo

Caja de cobre

Piedras porosas

Las piedras porosas deben ser de carburo de silicio, óxido de aluminio o de un metal que no sea susceptible a la corrosión por sustancias contenidas en el suelo o la humedad del mismo. El diámetro de la piedra porosa en la parte superior de la muestra será de 0.2 mm a 0.5 mm menor del diámetro dentro del anillo.

Dispositivos de carga

Dispositivo para la aplicación de la fuerza de corte, con control de deformaciones o con control de esfuerzos. Se prefiere con control de deformaciones.

Dispositivo para medir fuerza de corte

Anillos para tallado de la muestra

Balanza

Debe tener una sensibilidad de 0.1 g o 0.1 % de la masa de la probeta.

Medidores de desplazamientos

Deben ser adecuados para medir los cambios en el espesor de la muestra con una sensibilidad de 0.002 mm (0.0001") y para medir los desplazamientos laterales con una sensibilidad de 0.02 mm (0.001").

Horno de secado

Capaz de mantener la temperatura a 110° C ± 5° C

Recipientes varios

Para muestras de humedad, los cuales no deberán ser susceptibles a la corrosión ni al cambio de masa, ni a la desintegración por enfriamiento o calentamiento. Equipo para

remoldeo o compactación de probetas

Será el adecuado para cada tipo de suelo y en concordancia con el objetivo investigado en el ensayo.

Equipo misceláneo

Incluyen cronómetro, sierra de alambre, espátula, cuchillos, enrrasadores, agua destilada y demás elementos necesarios para la correcta ejecución del ensayo.

4. A

PLI CACIÓN A LA INGEN IERÍA

5. P

RO CEDI MI ENTO

 Se ensambla la caja de corte con los marcos alineados y se bloquea para no permitir efectos de corte prematuros en la muestra.

 Se debe aplicar una ligera capa de grasa entre los marcos para lograr impermeabilidad durante la consolidación y reducir la fricción durante el corte.

 Para saber la velocidad a la que se debe aplicar la carga, se debe tener en cuenta un tiempo calculado para la falla, el cual se expresa a continuación:

 En donde df desplazamiento estimado de corte para la falla, el cual puede tomar un valor de 12mm para suelos normalmente consolidados y/o 5mm para suelos sobreconsolidados.

6. B

IBLIO GRAFÍA

Fuerza normal que actúa en la muestra, N (N) Desplazamiento relativo horizontal dh, (mm) Tiempo transcurrido de la prueba, te (min.) CÁ L C UL O S

a. Contenido inicial de humedad.

b. Densidad seca inicial y densidad húmeda inicial.

c. Esfuerzo de corte nominal, que actúa en el espécimen, dando unidades en KPa

d. Esfuerzo normal que actúa en el espécimen, dando unidades en KPa

PRÁCTICA N°

9 COMPRESIÓN INCONFINADA

1. O

BJETIVO S

 Determinar la resistencia a la compresión inconfinada de suelos cohesivos bajo condiciones inalteradas o remoldeadas, aplicando carga axial.

2. E

QUIPO S

Equipos

Diagrama Equipo Descripción

Aparato de compresión

Conformado por una prensa para rotura de las probetas, de velocidad controlada manual o mecánicamente, con capacidad suficiente para llegar a la carga de rotura.

Extractor de muestras

Capaz de sacar corazones de suelos; si las muestras llegan al laboratorio en tubos no abiertos longitudinalmente, es preciso que produzca poca alteración en el suelo.

Torno

Con motor o tallador de probetas de muestras inalteradas con accesorios (sierra de alambre, cuchillos, caja de ingletes, etc.).

Moldes Para preparar probetas de

suelo amasado o

compactado. Cronometro

Calibrador Con nonio capaz de medir las dimensiones físicas de la probeta con aproximación de 0.1 mm.

Balanza

Horno

3. A

PLI CACIÓN A LA INGEN IERÍA

La granulometría de un suelo le brinda al ingeniero la información suficiente para saber cómo y en donde trabajar con determinado tipo de suelo, por ejemplo en el momento de hacer una base o sub base para un camino, es necesario saber sus propiedades entre ellas la del tamaño.

In document Guías de laboratorio para el área de suelos (mecánica de suelos y laboratorio pavimentos y laboratorio) (página 77-98)