Un recipiente desecador o una jarra desecadora de tamaño
T ABLA 7 D IÁMETRO DE CILINDRO ( TOMADA DE NORMA INVIAS-E-130-07)
Tanque de cabeza constante.
Con filtro, para suministrar agua y para remover el aire de la conexión de agua, provisto de válvulas de control adecuadas para mantener las siguientes condiciones ideales de ensayo son prerrequisitos, para el flujo laminar de agua a través de suelos granulares bajo condiciones de cabeza constante:
o Continuidad de flujo sin cambios en el volumen del suelo durante el ensayo.
o Flujo con los vacíos del suelo saturados con agua y sin burbujas de aire dentro de los mismos.
o Flujo uniforme sin cambios en el gradiente hidráulico, y
o Proporcionalidad directa de la velocidad de flujo con gradientes hidráulicos por debajo de ciertos valores críticos, en los cuales se inicia el flujo turbulento.
Embudos amplios.
Equipados con canalones cilíndricos especiales de 25 mm de diámetro para partículas de tamaño máximo de 9.5 mm, y de 12.7 mm de diámetro para partículas de tamaño de 2.00 mm.
Equipo para compactar el espécimen.
Se puede emplear el equipo de compactación que se considere deseable. Se sugieren los siguientes: un pisón vibratorio provisto de un pie de compactación de 51 mm de diámetro; un pisón de impacto con un peso deslizante consistente es un pie apisonador de 51 mm de diámetro, y una varilla para pesas deslizantes de 100 g (para arenas) a 1 kg (para suelos con un contenido apreciable de grava), que tenga una caída ajustable a 102 mm para arenas y 203 mm para suelos con alto contenido de grava.
Bomba al vacío. Tubos manométricos.
Con escalas métricas para medir cabeza de agua.
Balanza.
Con capacidad de 2 kg y sensibilidad de 1 g.
Con una capacidad de alrededor de 100 g. de suelo.
Equipos.
Termómetros, reloj con apreciación de segundos, vaso graduado de 250 ml, jarra de 1 litro, cubeta para mezclar, cucharas, etc.
4.
A
PLI CACIÓN A LA INGEN IERÍAEl coeficiente de permeabilidad le permitirá al ingeniero saber si se puede o no emplear ese tipo de suelo para la ejecución de algún tipo de obra de drenaje.
5.
P
RO CEDI MI ENTO5.1. Muestreo:
5.1.1. Se deberá escoger por cuarteo una muestra representativa de suelo granular secado al aire, que contenga menos del 10% de suelo que pase el tamiz de 75 μm (No.200) y en cantidad suficiente para satisfacer las exigencias de los pasos 5.1.2 y 5.1.3.
5.1.2. Se deberá ejecutar un análisis granulométrico sobre una muestra representativa de la totalidad del suelo, antes del ensayo de permeabilidad. Las partículas mayores de 3/4" deberán ser separadas por tamizado. Los sobre tamaños no deberán ser empleados para el ensayo de permeabilidad, pero se deberá anotar el porcentaje de los mismos. Para establecer valores representativos de coeficientes de permeabilidad para el intervalo que pueda existir en la situación que se esté investigando, se deberán obtener para ensayo muestras de los suelos más finos, intermedios, y más gruesos. 5.1.3. Del material del cual han sido removidos los sobre tamaños, se escoge mediante
cuarteo, una cantidad aproximadamente igual a dos veces la requerida para llenar la cámara del permeámetro.
5.2. Preparación:
5.2.1. El tamaño del permeámetro que se va a emplear deberá cumplir lo estipulado en la Tabla 1.
5.2.2. Se deben efectuar las siguientes medidas iniciales en milímetros o en milímetros cuadrados y se anotan en el formato de informe (Figura 3): el diámetro interior "D" del permeámetro, la longitud "L" entre las salidas de manómetro; la profundidad "H1" medida en cuatro puntos simétricamente espaciados desde la superficie superior de la placa tope del cilindro de permeabilidad, hasta la parte superior de la piedra porosa superior, o de la malla, colocada temporalmente sobre la placa porosa o malla inferior. Esto deduce automáticamente el espesor de la placa porosa superior o malla de las medidas de altura tomadas para determinar el volumen del suelo colocado en el cilindro de permeabilidad. También se puede emplear una placa duplicada para la parte superior, que tenga cuatro aberturas simétricamente colocadas, a través de las cuales se efectúan las medidas requeridas para determinar el valor promedio de "H1". Se calcula el área de la sección transversal "A" de la muestra.
6.
B
IBLIO GRAFÍAIN F O RM E NO. 6 TI T UL O _____________________________________________________________________________________ OB J E T I VO S _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ TA B L A DE DA T O S Datos Cantidad de agua descargada (Q) Distancia entre manómetros (L) Área de sección transversal del espécimen (A) Tiempo total de desagüe (t) Diferencia de altua netre los manometros (H) CÁ L C UL O S Coeficiente de permeabilidad: TA B L A DE RE S UL T A DO S Resultados Coeficiente de permeabilidad 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°
7
CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS.
1.
O
BJETIVO S Determinar la rata y la magnitud de la consolidación de muestras de suelos cuando se confinan lateralmente y se drenan axialmente mientras se someten a incrementos controlados de esfuerzo vertical.
2.
A
SPECTOT
EÓRI CO Consolidación inicial (CI): Reducción casi instantánea en el volumen de la masa de un suelo bajo una carga aplicada, que precede a la consolidación primaria, debida principalmente a la expulsión y compresión del aire contenido en los vacíos del suelo.
Consolidación primaria: Reducción en el volumen de la masa de un suelo originada por la aplicación de una carga permanente y la expulsión del agua de los vacíos, acompañada por una transferencia de carga del agua a las partículas sólidas del suelo, debido a la disipación de la presión de poros.
Consolidación secundaria: Reducción en el volumen de la masa del suelo, causada por la aplicación de una carga permanente y el acomodo de la estructura interna de su masa, luego de que la mayor parte de la carga ha sido transferida a las partículas sólidas del suelo.
3.
E
QUIPO SEquipos
Diagrama Equipo Descripción
Dispositivo de carga
Un dispositivo adecuado para aplicar cargas verticales a la muestra. El dispositivo deberá ser capaz de mantener las cargas especificadas durante períodos prolongados con una precisión de ± 0.5 % de la carga aplicada y deberá permitir la aplicación de un incremento de carga, dentro de un período de 2 segundos sin que se produzca ningún efecto de significación.
Consolidómetro
Un dispositivo para mantener la muestra dentro de un anillo el cual puede estar fijado a la base o puede ser flotante (Sostenido por fricción sobre la periferia de la muestra) con piedras porosas sobre cada cara de la muestra. El
consolidómetro deberá
proporcionar también medios para sumergir la muestra, aplicar la carga vertical, y medir el cambio de espesor de la misma
Piedras porosas
Las piedras porosas podrán ser de carburo de sílice, o de óxido de aluminio, o de un metal que no sea atacado ni por el suelo, ni por la humedad del mismo. La constitución de su porosidad deberá ser lo suficientemente fina para evitar la intrusión del suelo dentro de sus poros. Si fuera necesario, podrá usarse papel de filtro para evitarlo.
Almacenamiento
El almacenamiento de muestras selladas deberá ser tal que no pierdan humedad durante el mismo y que no haya evidencia de secamiento parcial ni de contracción de los extremos de la muestra. El tiempo de almacenamiento deberá reducirse al mínimo, particularmente cuando se espera que el suelo o la humedad reaccionen con los tubos de muestreo. Cuarto húmedo para la preparación de la muestra.- Las muestras deberán prepararse en un cuarto donde el cambio de la humedad no sea mayor de 0.2 %. Debe emplearse preferiblemente una cámara con humedad elevada.
Temperatura Los ensayos se deberán efectuar en un ambiente donde las fluctuaciones de la temperatura no sean mayores que ± 4° y donde no haya contacto directo con la luz del sol.
Cizalla o cortador eléctrico Para tallar la muestra hasta el diámetro interior del anillo del consolidómetro, con el mínimo de alteración. El cortador deberá tener una superficie altamente pulida y deberá cubrirse con un material de baja fricción.
Balanza Con aproximación a 0.1 g o a
Horno Que pueda mantener una temperatura uniforme de 110° ±5° C
Deformímetro Para medir el cambio de espesor de la muestra con una sensibilidad de 0.0025 mm
Equipo misceláneo Incluye espátulas, navajas y sierras de alambre para la preparación de la muestra. Además, cronómetro (ojalá con alarma programable).
Recipientes
Trapo húmedo Una membrana de caucho, o papel parafinado para proteger la muestra de pérdida de humedad debido a la evaporación.
4.
A
PLI CACIÓN A LA INGEN IERÍADurante la construcción de cualquier tipo de estructura, es de gran impotancia conocer y controlar el asentamiento de la estructura. Es por ello que se realiza el ensayo de consolidación ya que brinda al ingeniero un resultado estimativo de la magnitud del asentamiento diferencial y/o total, de una estructura.
5.
P
RO CEDI MI ENTO Se preparan las piedras y demás elementos antes de que se pongan en contacto con la muestra para evitar que el contenido de humedad cambie. En esta forma, suelos altamente expansivos, muy secos, se deberán colocar sobre piedras secas, pero muchos suelos parcialmente saturados se podrán colocar sobre piedras que hayan sido simplemente humedecidas.
Se arma el anillo, la muestra y las piedras porosas. Con el conjunto del consolidómetro ensamblado, se envuelve la muestra, el anillo, el papel de filtro (cuando se use) y las piedras porosas con un plástico suelto o con una membrana de caucho para evitar el cambio en el volumen de la muestra por evaporación.
Colocar el consolidómetro en el dispositivo de carga y se aplica una carga de asentamiento de 5 kPa (0.05 kg/cm²) o de 100 lb/pie². Dentro de los cinco minutos siguientes a la aplicación de ésta, se ajusta el deformímetro para la lectura inicial o para la lectura de
cero. Para los suelos muy blandos es deseable por lo menos una presión de 0.025 kg/cm² o 2 o 3 kPa, alrededor de 50 lb/pie².
Se colocan cargas sobre el consolidómetro para obtener presiones sobre el suelo de aproximadamente 12.5, 25, 50, 100, 200, 400 kPa, etc., o de 0.125, 0.25, 0.5, 1.0, 2.0, 4.0 kg/cm² etc., o 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000, etc. lbf/pie², con cada carga mantenida constante (se pueden requerir incrementos más pequeños sobre muestras muy blandas o cuando se desee determinar con mayor precisión la carga de preconsolidación). Como recomendación la carga inicial podrá estar entre 10 a 50 kPa (0.1 a 0.5 kg/cm2) dependiendo de la consistencia inicial de la muestra del suelo y lo que se desee investigar. El proceso del cargue de la muestra se deberá continuar dentro de la zona de la compresión virgen de manera que se pueda apreciar la forma de la curva en la parte correspondiente a ésta. Típicamente, una carga final igual o cuatro veces mayor que la de preconsolidación de la muestra puede ser requerida con este fin. En particular, en el caso de arcillas preconsolidadas, puede ser deseable un ciclo de carga- descarga para evaluar mejor los parámetros de recompresión, aunque dicho procedimiento es opcional.
Se anota el espesor de la muestra o el cambio de ésta antes de aplicar cada incremento de carga y con intervalos de aproximadamente 0.1, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 15 y 30 minutos, 1, 2, 4, 8, etc. horas, contados a partir del momento cuando se aplicó la carga. Estas lecturas de tiempo-asentamiento sólo son requeridas para muestras saturadas. Las lecturas se deberán continuar por lo menos por 24.
Se aplica luego el incremento siguiente de carga. Cuando no se requieran datos de tiempo contra asentamiento se deberá mantener la carga sobre la muestra esencialmente durante el mismo tiempo que cuando se hacen lecturas del tiempo contra cada deformación. Se deberá disponer de suficientes lecturas cerca del final del período del incremento de carga para permitir cualquier extrapolación de la curva de Tiempo vs. Asentamiento.
Cuando se vayan a dibujar las deformaciones contra la raíz cuadrada del tiempo, los intervalos se pueden ajustar a aquellos que correspondan a raíces cuadradas, como por ejemplo 0.09, 0.25, 0.49, 1 minuto, 4 minutos, 9 minutos, etc.
6.
B
IBLIO GRAFÍAIN F O RM E NO. 7 TI T UL O _____________________________________________________________________________________ OB J E T I VO S _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ TA B L A DE DA T O S
Carga Tiempo Espesor de la
muestra
CÁ L C UL O S
a. A partir de los incrementos de carga para los cuales se obtienen las lecturas del tiempo, se dibujan las curvas: deformación contra el logaritmo del tiempo (en minutos) y contra la raíz cuadrada del tiempo, (en minutos).