Download docx - LABO CONSOLIDACIONarreglando.docx

MECÁNICA DE SUELOS II - FACULTAD DE INGNIERIA CIVIL

‘’ENSAYO DE CONSOLIDACION ”

I. INTRODUCCION:

Referencias:

AASHTO T216-66

ASTM D2435-70

AASHTO (1976)

Cuando los suelos están saturados y se les incrementa la carga, ocurre un

proceso de asentamiento de los suelos (reducción de volumen), así como la

disipación de la presión de poros. A éste proceso se le conoce como

consolidación.

Este ensayo, también llamado ensayo de compresión confinada, es de gran

importancia, debido a que la consolidación es un problema natural de los suelos

finos, como arcillas y limos, y todas las edificaciones fundadas sobre este tipo de

suelo enfrentarán este fenómeno. De esta manera, la construcción 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 estén afectando; por ejemplo, para el caso de la cimentación de un edificio, se

generan los dos tipos de respuesta ya que al cambiar la disposición original de las

partículas de suelo se producen asentamientos inmediatos y a medida que se

aumenta el periodo de tiempo, la carga colocada generará cambios en la presión

intersticial del suelo, produciendo de esta manera cambios volumétricos,

denominados asentamientos por consolidación. 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 útil. 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 consolidación es un requisito.

En este documento, se presentarán los resultados, análisis y conclusiones que

se obtengan a partir de este ensayo realizado en laboratorio, con el fin de

conocer los parámetros involucrados en el desarrollo del mismo, sus

características y la relación de estos en la determinación de los posibles

asentamientos que sufrirá una estructura.

Página 1


II. OBJETIVOS DEL ENSAYO:

Calcular de manera experimental, con base en la teoría de consolidación

unidimensional propuesta por Terzaghi, los parámetros de consolidación

definidos como el coeficiente de consolidación vertical CV, y el coeficiente de

compresibilidad volumétrica mv, a partir de los datos tomados en el

laboratorio, mediante el uso de herramientas gráficas.

Construir las curvas de consolidación de la muestra ensayada.

Determinar la relación de preconsolidación y estimar a través de ella la

posible magnitud de los asentamientos que sufriría una estructura cimentada

sobre el suelo de ensayo.

III. APOYO TEÓRICO

El exceso de presión 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 disipación de dicho

exceso por medio del flujo de agua se debe a la incapacidad que ésta tiene

para resistir esfuerzos de corte y se denomina consolidación. 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 iniciará un flujo ascendente

obligando a las partículas de suelo a soportar los incrementos de esfuerzos

generados por la carga. El anterior planteamiento y definición implica:

1. Una reducción en el volumen de poros, por tanto un cambio volumétrico

manifestado en asentamientos en el suelo de fundación 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 consolidación se basa en la teoría unidimensional

propuesta por Terzagui, la cual concluye que la ecuación de comportamiento

que rige los procesos de consolidación vertical es:

CV∂2ue∂ z2

=∂ue∂ t (1)

Página 2


Donde Cv es el coeficiente de consolidación vertical expresado por:

CV=kV (1+e )ρW gaV (2)

Los estudios de Terzagui también definen el coeficiente de compresibilidad

volumétrica mv como:

mv=av1+e (3)

Para solucionar la ecuación (1) se asume un área cargada de dimensiones

infinitas, donde la presión aplicada q es constante y absorbida en primera

instancia por el agua intersticial en forma de un exceso de presión uoe. De lo

anterior y luego de un análisis diferencial la solución a esta ecuación es:

ueuoe

=∑m=0

m=∞ 2Msen[M (1− z

H )]exp (−M 2TV ) (4)

Donde: M= π

2(2m+1 )

con m = 0, 1,2,…,∞

H = longitud máxima de la altura de drenaje.

Tv = factor de tiempo vertical definido por:

T V=cv t

H 2 (5)

La ecuación 4 puede simplificarse al definir el grado de consolidación UV

como:

UV=ee−eeo−et (6)

Expresión que al aplicar el principio de esfuerzos efectivos es equivalente a:

UV=1−ueuoe (7)

Esta relación demuestra que el grado de consolidación de un elemento es

igual a la disipación del exceso de presión intersticial. Por tanto la ecuación

que define el grado de consolidación es:

Página 3


UV=1−∑m=0

m=∞ 2Msen [M (1− z

H )]exp (−M 2TV ) (8)

De la ecuación (8) se deduce que el grado de consolidación es función del

factor de profundidad z/H y del factor de tiempo vertical Tv. Este hecho ha

permitido la creación de un método aproximado resultante de las gráficas de

UV en función de z/H y TV, cuya precisión y exactitud es aceptable en el

ámbito ingenieril actual.

Grado de consolidación Uv en función del factor de profundidad z/H y del

factor de tiempo Tv

Sin embargo el cálculo de este valor depende de dos parámetros

anteriormente expuestos que son el coeficiente de consolidación vertical cv y

el coeficiente de compresibilidad mv, los cuales se determinan

experimentalmente a través del ensayo de consolidación.

IV. EQUIPO NECESARIO:

Consolidometro

Deformimetro de carátula con lectura de 0.01 mm. de precisión ( 0.0001").

Equipo de cargas

Cronometro de bolsillo o de pared

Equipo necesario o disponible para moldeo de la muestra

Página 4


V. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO:

1) Moldee cuidadosamente una muestra dentro de un anillo de consolidación

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 compresión

de la muestra de 4 a 12 mm.

b. Aplicar una carga de inicialización 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 inicialización sobre

el suelo).

Página 5


3) En el momento conveniente, aplicar el primer incremento de carga (carga

adicional suficiente para desarrollar el primer incremento de carga) y

simultáneamente tomar lecturas de deformación a tiempos transcurridos de

0.25, 0.50, 1, 2, 4, 8, 15, 39, 60, 120 min., a continuación por ejemplo, 4,

8,16 horas, etc. y hasta que haya muy poco cambio en la curva (lectura de

deformación contra Log t).

a. En laboratorios para estudiantes y si se utiliza una muestra de

consolidación rápida, 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 consolidación.

4) Después de 24 horas o como se haya establecido, o cuando el H entre

dos lecturas sea suficientemente pequeño, 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 "rápido" en

el tercero y cuarto incremento de carga, tomar suficiente tiempo en lecturas

para establecer una pendiente adecuada para la consolidación secundaria

que puede ser utilizada en los otros incrementos.

5) Continuar cambiando cargas tomando lecturas de deformación contra

tiempo discurrido a través de todo el rango de cargas del consolidometro (o

hasta que arbitrariamente se determine).

6) Colocar la muestra (incluyendo todas las partículas que se hayan exprimido

fuera del anillo) en el homo al final del experimento para encontrar el peso

de los sólidos 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 determinación del

contenido de humedad).

7) Dibujar las curvas de lectura de deformación 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

Página 6


semilogaritmico de cinco ciclos mas de un incremento de carga en cada

hoja, cuidándose de no sobrecargar excesivamente la grafica.

VI. DATOS OBTENIDOS

INCREMENTO TIEMPO CARGA LECTURAS FINALES DEL DIAL Rf(cm).

I

15 seg

1kg

0.0930 seg 0.09751 min 0.10252 min 0.10754 min 0.11


II

15 seg

2kg

0.0167530 seg 0.1751 min 0.182 min 0.18754 min 0.195

.


III

15 seg

3kg

0.29530 seg 0.3031 min 0.3152 min 0.3264 min 0.335


IV

15 seg

4kg

1 vuelta +0.00430 seg 1 vuelta +0.05251 min 1 vuelta +0.072 min 1 vuelta +0.08754 min 1 vuelta +0.1025


V

15 seg

5kg

1 vuelta +0.267530 seg 1 vuelta +0.29251 min 1 vuelta +0.32502 min 1 vuelta +0.36254 min 1 vuelta +0.39

VII. CALCULOS

Página 7


Tiempo(escala logatirmica)

Deformación(mm)

0.00 0.32000.25 0.31410.75 0.31361.75 0.31323.75 0.31297.75 0.31278.00 0.31898.50 0.30849.50 0.3081

11.50 0.307615.50 0.307115.75 0.300516.25 0.300017.25 0.299219.25 0.298523.25 0.297923.50 0.286724.00 0.283525.00 0.282427.00 0.281231.00 0.280231.25 0.269331.75 0.267732.75 0.265534.75 0.263138.75 0.261370.00 0.2613

0.1 1 10 1000.25

0.26

0.27

0.28

0.29

0.3

0.31

0.32

0.33

0.34

0.35

Tiempo

Def

orm

ació

n

VIII. CONCLUSIONES

Página 8


Es indispensable a la hora de asignar la primera carga conocer los esfuerzos

geostáticos a los que fue sometida la muestra, de esta forma obviaremos

demoras hasta q la muestra empiece a consolidarse dando muestras de

deformación.

Con el ensayo de consolidación hallamos lo parámetros que nos indica la

carga con respecto a cuanto se va a deformar, también la recuperación que

pueda sufrir el suelo después de haber retirado la carga aunque esto es muy

pequeño pero existe.

Si el suelo esta totalmente seco supuestamente la deformación se daría de

manera más rápida, se cree que la deformación se da de manera mas lenta

debido a la viscosidad del liquido que tiene en los vacíos del suelo,

supuestamente porque en la practica resulta más práctico una muestra

parcialmente saturada.

El resultado de nuestro laboratorio se puede apreciar claramente en el

gráfico Deformación Vs. Tiempo, así observamos si bien una asemejación a

un curva polinómica de 2do grado algunos saltos probablemente debidos a

un errores en la medición

IX. RECOMENDACIONES

Con el fin de evitar inconvenientes generados por la pérdida o confusión de la

toma de datos, se recomienda que la recolección de estos sea llevada de una

manera responsable, seria y consecutiva, teniendo en cuenta el hecho de

que todas las personas que participamos en el desarrollo del ensayo,

dependemos de estos valores para la realización de los cálculos y análisis

del mismo.

A pesar de contar con el equipo necesario, se hace difícil la recolección de

datos dado que en laboratorio dispone de toda la mañana y sólo puede

trabajar un grupo, siendo tantos los grupos, podríamos turnarnos todos para

hacer un ensayo más eficiente en base a una sola muestra, cuyos resultados

serían más confiables pues podríamos medir la consolidación por días sin

inconvenientes de ceder el turno a otro grupo. Así mismo al no contar con

una adecuada cantidad de muestra no se pueden hacer todos los ensayos,

así encontramos dificultad en la asignación de la primera carga, pues no

contamos con el peso especifico del suelo.

X. ANEXOS

Página 9


Panel Fotográfico

Página 10


Página 11