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CONSOLIDACIN

FACULTAD DE INGNIERIA CIVILMECNICA DE SUELOS II - CONSOLIDACIN

ENSAYO DE CONSOLIDACIONI. INTRODUCCION:Referencias: AASHTO T216-66 ASTM D2435-70 AASHTO (1976)Cuando los suelos estn saturados y se les incrementa la carga, ocurre un proceso de asentamiento de los suelos (reduccin de volumen), as como la disipacin de la presin de poros. A ste proceso se le conoce como consolidacin.

Este ensayo, tambin llamado ensayo de compresin confinada, es de gran importancia, debido a que la consolidacin es un problema natural de los suelos finos, como arcillas y limos, y todas las edificaciones fundadas sobre este tipo de suelo enfrentarn este fenmeno. De esta manera, la construccin de obras civiles sobre suelos arcillosos y/o limosos, generan procesos de carga y descarga, los cuales se pueden dar a corto o largo plazo de acuerdo con la propiedad del suelo que estn afectando; por ejemplo, para el caso de la cimentacin de un edificio, se generan los dos tipos de respuesta ya que al cambiar la disposicin original de las partculas de suelo se producen asentamientos inmediatos y a medida que se aumenta el periodo de tiempo, la carga colocada generar cambios en la presin intersticial del suelo, produciendo de esta manera cambios volumtricos, denominados asentamientos por consolidacin. Por lo tanto y partiendo de lo expuesto anteriormente, es de vital importancia conocer la velocidad de asentamiento total y diferencial de la estructura, con el fin de evitar y controlar estos asentamientos en las obras civiles concebidas generalmente para amplios periodos de vida til. Sin embargo para poder estudiar y controlar estos cambios es necesario identificar la causa de los mismos para lo cual el conocimiento de los procesos de consolidacin es un requisito.

En este documento, se presentarn los resultados, anlisis y conclusiones que se obtengan a partir de este ensayo realizado en laboratorio, con el fin de conocer los parmetros involucrados en el desarrollo del mismo, sus caractersticas y la relacin de estos en la determinacin de los posibles asentamientos que sufrir una estructura.

II. OBJETIVOS DEL ENSAYO: Calcular de manera experimental, con base en la teora de consolidacin unidimensional propuesta por Terzaghi, los parmetros de consolidacin definidos como el coeficiente de consolidacin vertical CV, y el coeficiente de compresibilidad volumtrica mv, a partir de los datos tomados en el laboratorio, mediante el uso de herramientas grficas. Construir las curvas de consolidacin de la muestra ensayada. Determinar la relacin de preconsolidacin y estimar a travs de ella la posible magnitud de los asentamientos que sufrira una estructura cimentada sobre el suelo de ensayo.

III. APOYO TERICOEl exceso de presin intersticial generado por los incrementos de esfuerzos debidos a la sobrecarga que representa una estructura, se disipan mediante el flujo de agua contenida en la masa de suelo. La disipacin de dicho exceso por medio del flujo de agua se debe a la incapacidad que sta tiene para resistir esfuerzos de corte y se denomina consolidacin. Este proceso se origina debido a que al cargar una masa de suelo dicha carga es inicialmente absorbida por el agua contenida en los poros de suelo, no obstante, al transcurrir el tiempo el agua iniciar un flujo ascendente obligando a las partculas de suelo a soportar los incrementos de esfuerzos generados por la carga. El anterior planteamiento y definicin implica:

1. Una reduccin en el volumen de poros, por tanto un cambio volumtrico manifestado en asentamientos en el suelo de fundacin y por ende en la estructura.

2. Un aumento del esfuerzo efectivo, que a su vez incrementa la resistencia al corte del suelo.

El estudio del proceso de consolidacin se basa en la teora unidimensional propuesta por Terzagui, la cual concluye que la ecuacin de comportamiento que rige los procesos de consolidacin vertical es:

(1)

Donde Cv es el coeficiente de consolidacin vertical expresado por:

(2)

Los estudios de Terzagui tambin definen el coeficiente de compresibilidad volumtrica mv como:

(3)

Para solucionar la ecuacin (1) se asume un rea cargada de dimensiones infinitas, donde la presin aplicada q es constante y absorbida en primera instancia por el agua intersticial en forma de un exceso de presin uoe. De lo anterior y luego de un anlisis diferencial la solucin a esta ecuacin es:

(4)

Donde: con m = 0, 1,2,, H = longitud mxima de la altura de drenaje. Tv = factor de tiempo vertical definido por:

(5)

La ecuacin 4 puede simplificarse al definir el grado de consolidacin UV como:

(6)Expresin que al aplicar el principio de esfuerzos efectivos es equivalente a:

(7)

Esta relacin demuestra que el grado de consolidacin de un elemento es igual a la disipacin del exceso de presin intersticial. Por tanto la ecuacin que define el grado de consolidacin es:

(8)

De la ecuacin (8) se deduce que el grado de consolidacin es funcin del factor de profundidad z/H y del factor de tiempo vertical Tv. Este hecho ha permitido la creacin de un mtodo aproximado resultante de las grficas de UV en funcin de z/H y TV, cuya precisin y exactitud es aceptable en el mbito ingenieril actual.

Grado de consolidacin Uv en funcin del factor de profundidad z/H y del factor de tiempo Tv

Sin embargo el clculo de este valor depende de dos parmetros anteriormente expuestos que son el coeficiente de consolidacin vertical cv y el coeficiente de compresibilidad mv, los cuales se determinan experimentalmente a travs del ensayo de consolidacin.

IV. EQUIPO NECESARIO: Consolidometro Deformimetro de cartula con lectura de 0.01 mm. de precisin ( 0.0001"). Equipo de cargas Cronometro de bolsillo o de pared Equipo necesario o disponible para moldeo de la muestra

V. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO:1) Moldee cuidadosamente una muestra dentro de un anillo de consolidacin con el equipo de moldeo de muestras. 2) Colocar cuidadosamente la muestra de suelo en el consolidometro con una piedra porosa colocada sobre cada cara. Asegurarse de que las piedras porosas entren en el anillo de forma que el ensayo pueda avanzar satisfactoriamente.a. Colocar el consolidometro en el aparato de carga y ajustar el deformimetro; recordar que debe permitirse una posible compresin de la muestra de 4 a 12 mm.b. Aplicar una carga de inicializacin de 5 (para suelos blandos), a 10kg. (para suelos firmes). Verificar nuevamente que las piedras porosas no se apoyen sobre el anillo.c. Colocar el deformimetro en 0 (dejar esta carga de inicializacin sobre el suelo).3) En el momento conveniente, aplicar el primer incremento de carga (carga adicional suficiente para desarrollar el primer incremento de carga) y simultneamente tomar lecturas de deformacin a tiempos transcurridos de 0.25, 0.50, 1, 2, 4, 8, 15, 39, 60, 120 min., a continuacin por ejemplo, 4, 8,16 horas, etc. y hasta que haya muy poco cambio en la curva (lectura de deformacin contra Log t).a. En laboratorios para estudiantes y si se utiliza una muestra de consolidacin rpida, se puede modificar la secuencia de lecturas para cambiar las cargas a 30, 60 6 90 min., o tan pronto como el grafico de los datos indique que la muestra se encuentra dentro de la rama secundaria de su curva de consolidacin. 4) Despus de 24 horas o como se haya establecido, o cuando el H entre dos lecturas sea suficientemente pequeo, cambiar la carga al siguiente valor y nuevamente tomar lecturas a intervalos de tiempo controlados como en el paso 3 anterior. Si se utiliza el experimento de laboratorio "rpido" en el tercero y cuarto incremento de carga, tomar suficiente tiempo en lecturas para establecer una pendiente adecuada para la consolidacin secundaria que puede ser utilizada en los otros incrementos. 5) Continuar cambiando cargas tomando lecturas de deformacin contra tiempo discurrido a travs de todo el rango de cargas del consolidometro (o hasta que arbitrariamente se determine).6) Colocar la muestra (incluyendo todas las partculas que se hayan exprimido fuera del anillo) en el homo al final del experimento para encontrar el peso de los slidos W, y lograr el calculo del volumen final de agua Vwf. Comparar Ws con el valor calculado en el paso 1 (si se hizo la determinacin del contenido de humedad).7) Dibujar las curvas de lectura de deformacin contra Log tiempo. Encontrar D0, D100 y D50 y los correspondientes t50 para cada incremento de carga y mostrar los valores sobre todas las curvas. Dibujar en papel semilogaritmico de cinco ciclos mas de un incremento de carga en cada hoja, cuidndose de no sobrecargar excesivamente la grafica. VI. DATOS OBTENIDOSINCREMENTOTIEMPOCARGALECTURAS FINALES DEL DIAL Rf(cm).

I15 seg1kg0.09

30 seg0.0975

1 min0.1025

2 min0.1075

4 min0.11

INCREMENTOTIEMPOCARGALECTURAS FINALES DEL DIAL Rf(cm).

II15 seg2kg0.01675

30 seg0.175

1 min0.18

2 min0.1875

4 min0.195

.

INCREMENTOTIEMPOCARGALECTURAS FINALES DEL DIAL Rf(cm).

III15 seg3kg0.295

30 seg0.303

1 min0.315

2 min0.326

4 min0.335

INCREMENTOTIEMPOCARGALECTURAS FINALES DEL DIAL Rf(cm).

IV15 seg4kg1 vuelta +0.004

30 seg1 vuelta +0.0525

1 min1 vuelta +0.07

2 min1 vuelta +0.0875

4 min1 vuelta +0.1025

INCREMENTOTIEMPOCARGALECTURAS FINALES DEL DIAL Rf(cm).

V15 seg5kg1 vuelta +0.2675

30 seg1 vuelta +0.2925

1 min1 vuelta +0.3250

2 min1 vuelta +0.3625

4 min1 vuelta +0.39

VII. CALCULOSTiempo(escala logatirmica)Deformacin(mm)

0.000.3200

0.250.3141

0.750.3136

1.750.3132

3.750.3129

7.75