CONSOLIDACION DESUELOS

CONSIDERACIONES FUNDAMENTALES SOBRE CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL

CAPITULO IFUNDAMENTO TEORICOEl incremento de esfuerzo provocado por la construccin de cimentaciones u otras cargas estticas que comprimen los estratos del suelo causado por deformacin de las partculas del suelo, el reacomodo de las partculas del suelo y la expulsin del aire o agua de los espacios vacos.

el asentamiento del suelo causado por cargas se divide en tres amplias categoras:

Asentamiento Inmediato. (Sin cambios en el cont. De H2o)

Asentamiento Por Consolidacin Primaria. (expul. De H2O)

Asentamiento Por Consolidacin Secundaria. (suelo sat. Debido al ajuste plstico del suelo. Sigue del APCP )

CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL (ASTM D 2435)TIPOS DE SUELO: De todo tipo (cohesivos y no cohesivos)CANTIDAD DE MUESTRA: Muestras Inalteradas en forma cbica de 30 cm por arista y si son para remoldear 4 kg.Esfuerzos transmitidos al suelo por la estructuraEstructura que transmite su cargaAsentamiento producido por la transmisin de esfuerzos al sueloAEsfuerzos de reaccin del agua inicialesEsfuerzos del agua que son disipados por medio de flujo, dependiendo del K del materialEsta disipacin del exceso de presin intersticial debido al flujo de agua hacia el exterior se denomina CONSOLIDACION

Desde luego es cierto que en las pruebas de laboratorio hechas con muestras pequeas se produce la consolidacin en tiempo muy cortos en comparacin con el tiempo en que el estrato real de arcilla se consolidara bajo la carga de la estructuraCONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL (ASTM D 2435)

ENSAYOS DE CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL

CURVA DE CONSOLIDACIONEstas curvas se llaman de consolidacin y se obtiene una para cada incremento de carga aplicada. En rigor, de la prueba de consolidacin, tal como se hace en un consolidometro, hace disminuir el volumen de la muestra por acortamiento de la altura, pero sin cambio en la seccin transversal

DIFERENCIAS ENTRE COMPACTACION Y CONSOLIDACION

COMPACTACIONCARGAS DINAMICAS ES DE MANERA INTENSIONAL SE EXPULSA AIREASOCIADO CON SUELOS GRUESOS

CONSOLIDACIONCARGAS ESTATICASNO INTENCIONALEXPULSA AGUAASOCIADA CON GRANOS FINOS

RESULTADOS DE ASENTAMIENTO Y COLAPSO

La prueba tiene como objetivo medir el decremento de volumen y la velocidad con que ese decremento se produce, en un espcimen de suelo, confinado lateralmente y sujeto a una carga axial. Durante la prueba se aplica una serie de incrementos crecientes de carga axial y por efecto de estos el agua tiende a salir del espcimen a travs de piedras porosas colocadas en sus caras. El cambio de volumen se mide con un micrmetro montado en un puente fijo y conectado a la placa de carga sobre la piedra porosa superior.

ENSAYO DE CONSOLIDACION DE SUELOS.

Material y Equipos

- Edmetro

-Dos discos porosos (piedra porosa )

- Balanza elctrica

-Horno elctrico - Papel filtro - Cronometro

-

Agua -Esptula -Vernier

Preparacin De Muestra

Cortar el fragmento cuyo volumen sea el del anillo de consolidacin. Para una buena manipulacin se recomienda el uso de un aparato cortador Se enrasa ambas superficies uniformemente

-Se toman datos medimos du dimetro y su altura-Antese cuidadosa y detallada descripcin de la muestra. -Usando una balanza, psese el conjunto muestra, anillo y placas de vidrio.

- Coloque el papel filtro sobre las superficie de la muestra -cntrese cuidadosamente las piedras porosas ligeramente humedecidas en sus bases, presionndolas muy suavemente contra la muestra

-Colquese ahora con cuidado el anillo en la cazuela del consolidometro, cuidando que el anillo ya no sufra ningn movimiento una vez colocado.

Montaje De Prueba.-colquese esta sobre la plataforma del banco de consolidacin y centrarse cuidadosamente la piedra porosa superior bajo el marco de carga. -Se satura la muestra puede tomar varias oras - Colquese el micrmetro, atornillado el puente que lo sostiene y ponindolo en contacto con el marco de carga; pngase el micrmetro en cero.

Procedimiento De Prueba.

-colquese en mnsula el primer incremento de carga, evitando que el marco cause impacto sobre la muestra y usando los pesos apropiados. Antese esa carga. La magnitud de la presin a que primeramente se sujete la muestra depende de varias consideraciones-Obsrvense y antense las lecturas del micrmetro en intervalos de tiempo adecuados.es til la siguiente secuencia: 6 seg, 15 seg, 30seg, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min, 15 min, 30 min, 1 h, 2 h, 4 h, 8 h, etc.

-los incrementos de carga debern ser de 1kg ,2kg ,4kg ,8kg,16kg ,32kg los consolidometros normales tienen una capacidad mxima en la mnsula de carga, de 100 150 kg.

Formato de bowls:

En la etapa de descarga :qutese las cargas en decrementos; generalmente se quitan las tres cuartas partes de la presin total en el primer decremento y despus, en cada uno de los restantes, se retirara la mitad de la carga que reste

Mtodos de consolidacin 1. calculo del coeficiente de consolidacin (Mt de casa grande)

U% T0 0.00010 0.00820 0.03130 0.07140 0.12650 0.19760 0.28770 0.40580 0.56590 0.848

2.Mtodo de Taylor

3. Ensayo de consolidacin radialProcedimientos para acelerar la consolidacin Consolidacin radial mediante drenes verticales (drenes verticales de arena)

Instalacin de dren de geo textil

Precarga del suelo

CAPITULO IIENSAYO EN LABORATORI DECONSOLIDACION DE SUELOS.

GENERALIDADES: Al someter una masa de suelo saturado a un incremento de carga, esta es soportada inicialmente por el agua contenida en los poros, ya que ella es incompresible en comparacin con la estructura del suelo. La presin que resulta en el agua a causa del incremento de la cargaes llamada exceso de presin hidrosttica. A medida que el agua drena de los poros del suelo, el incremento de carga es transmitido a la estructura del suelo. La transferencia de carga es acompaada por un cambio en el volumen del suelo igual al volumen de agua drenada. Esteproceso es conocido como consolidacin.

PROSESO DE LA MUESTRA EN LA PRUEVA.Se divide en nueve etapas muy importantes.4) Despus de haber armado, el consolidmetro e instalado la muestra, se llena de agua los tubos laterales que comunican con la piedra porosa inferior, comenzando la saturacin de la muestra. La muestra pasa de un estado no saturado a saturado.

5) Se aplica una carga en el sistema de tal manera de obtener una presin de 0,10 o 0,25 Kg/ cm2 ( 10 o 25 KPa) en la muestra de suelo y se comienza a tomar lecturas de tiempo y deformaciones verticales, para conocer la deformacin correspondiente a distintos tiempos.Es til utilizar la siguiente secuencia: 8 seg, 15 seg, 30 seg, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min, 15 min, 30 min, 1 hs, 2 hs, 4 hs, 8hs, 16 hs, 24 hs, etc.

6) Luego de obtenida la lectura final de un escaln, se prosigue el ensayo aplicando cargas en una progresin geomtrica con una relacin incremental P/P=1, registrndose lecturas de tiempo y de deformaciones verticales como en el punto anterior. Se sigue aplicando incrementos de carga hasta que en la grfica de compresibilidad se est en el tramo recto o virgen. Luego se podr descargar en dos o tres decrementos de carga hasta la presin inicial. Curva de carga y descarga ver (fig: II-7).

7) Posteriormente se recargar hasta llegar a una presin superior a la lograda en la etapa de carga, de manera de ingresar a la prolongacin del tramo virgen correspondiente al primer ciclo de carga.Cc(ndice de compresin), Cs (ndice de expansin).

8) Luego de retirada toda la carga, se deja que la muestra expanda hasta que no se registre expansin en el extensimetro por un perodo de 24 hs.II-9) Al terminar la prueba, se quita el extensimetro y se desarma el consolidmetro. Se seca el agua del anillo de la consolidacin y de la superficie de la muestra, para registrar el peso del conjunto. Luego de secado en horno se conoce el peso seco de la muestra (Wd), con lo quese puede calcular peso especfico seco final (d).

Antes de pasar a los clculos: Entender que el suelo durante las distintas etapas de su vida geolgica, la muestra pudo haber soportado sedimentos sobre ella que le transmitieron tensiones de compresin y que la consolidaron bajo esta tensin (gx z2) (1) y (2). Posteriormente por distintas causas este sedimento pudo haberse erosionado (3) y llegado hasta el estado actual (gx z3). Si ensayamos sta muestra, la misma recordar la mxima tensin a la que estuvo sometida y la carga de pre consolidacin coincidir con (gx z2)

HOJADE DATOS.

LECTURA DE CONSOLIDACINEn las planillas siguientes se ha volcado los datos resultantes del ensayo necesarios para la confeccin de las curvas; ellos son: tiempo - lecturas del fleximetro .Para la realizacin del ensayo se confecciono una probeta en el anillo del consolidometro, se monto el mismo y se calibro el fleximetro con una lectura inicial igual a cero. Posteriormente una presin de 40 Kpa hasta con una presin total de 80 Kpa se indica a continuacin:

ASTM D 2435 CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS

EQUIPOSYACCESORIOS

CONSOLIDMETRO

HERRAMIENTAS VARIASBALANZA ELCTRICAHORNO ELCTRICOAGUAPAPEL FILTROESPTULA Y CUCHILLAVERNIER

LIBRETA DE DATOS

PROCEDIMIENTODELENSAYO

TALLADO DEL ESPECIMEN

MONTAJE DE LA CELDA DE CONSOLIDACIN

MONTAJE DE LA CELDA DE CONSOLIDACIN

MONTAJE DEL MARCO DE CARGA

LECTURAS INICIALES

COLOCACIN DE LA CARGA DE CONTACTO

INUNDACIN DEL ESPECIMEN

CONTROL DE LA EXPANSIN

INCREMENTO DE CARGA

LECTURAS DE DEFORMACIN VS TIEMPO

CARGA FINAL APLICADA

PROCESAMIENTODE DATOS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS

CURVA DE CONSOLIDACINMTODO DE CASAGRANDE

CURVA DE CONSOLIDACINMTODO DE TAYLOR

CURVA DE COMPRESIN

CURVA DE COMPRESIN

VARIACIN DEL COEFICIENTE DE CONSOLIDACIN

ENSAYOS DE CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL EN SUELOSORGNICOS

MUESTRA DE SUELO ORGNICO

CARGA FINAL APLICADA

VOLUMEN INICIAL Y FINAL DE LA MUESTRA DE SUELO ORGNICO

ERRORESPOSIBLES

EN LA TEORA BSICA

La prueba est sujeta a las siguientes hiptesis bsicas, en lo que se refiere a la validez de la interpretacin de sus resultados:

La ley de Darcy es aplicable

La carga de velocidad de agua, V2/2g es despreciable

se suponen constantes en cada etapa de la prueba. En arcillas inorgnicas esto produce un error pequeo, pero en otros suelos puede ser de magnitud considerable.

No se consideran los efectos de la consolidacin secundaria. Esto puede causar graves errores ms all del 60% de consolidacin primaria.

Se supone que las constantes de consolidacin, obtenidas de la prueba de laboratorio son las mismas que rigen el proceso real que ocurre en la naturaleza, mucho ms alto.

En la preparacin de la muestra:

La muestra debe estar lo ms inalterada que sea posible; muestras alteradas darn resultados errneos.

El volumen de la muestra debe ser exactamente el del anillo de consolidacin; de otra manera no existir confinamiento lateral completo.

Las muestras adyacentes tomadas para la determinacin del peso especfico relativo y de los lmites de plasticidad pueden ser no representativas de la muestra de consolidacin. En materiales tales como la arcilla de la ciudad de Mxico, la diferencia puede ser de gran consideracin.

La muestra debe estar orientada en la misma direccin en que se encuentre en la naturaleza.

La muestra debe ser preparada en un cuarto hmedo

En el procedimiento de prueba:

La muestra no debe sumergirse antes de que la presin aplicada sea igual a las presiones existentes en ella, por efectos capilares.

Las pesas deben colocarse en la mnsula de carga cuidadosamente, para evitar impacto; esto implica una dificultad en aplicar la carga en un instante dado.

La temperatura vara a travs de toda la prueba.

Todas las lecturas de tiempos y la micromtricas deben efectuarse con cuidado

Debe evitarse toda excentricidad en las cargas actuantes sobre la muestras.

En la prctica existen casos en los cuales el tiempo para que se produzca la consolidacin es inaceptable en relacin al tiempo establecido para la construccin de una obra y su puesta en servicio.Una opcin posible es la utilizacin de pozos drenantes, o tambin llamado drenes de arena o de fajas. Estos consisten en realizar perforaciones a travs de los estratos en los cuales se espera una consolidacin significativa, y se rellena dichas perforaciones con un material de permeabilidad mayor a la del suelo, puede ser arena, o con tubos plsticos o cintas de geosintticos, de manera que la consolidacin deja de ser nicamente en sentido vertical y pasa a ser tambin en sentido radial. Mquina para hacer los Drenes Verticales con Mechas DrenantesColocacin de las Mechas Drenantes

El sistema de Drenaje Vertical, utilizado en suelos pocos permeables, facilita la disipacin de las presiones intersticiales del terreno y permite as aumentar la velocidad de consolidacin. Los drenes verticales prefabricados son mechas de material plstico o textil y seccin plana o cilndrica y pueden alcanzar profundidades de ms de 50 m. Dependiendo del tipo y de la composicin de los suelos, se pueden tambin instalar drenes de arena o de grava.

La instalacin de los drenes verticales debe combinarse con una sobrecarga temporal para alcanzar una consolidacin primaria parcial o total, as como inducir varias dcadas de consolidacin secundaria.

Instalacin de drenes verticales prefabricados hasta la base de los suelos blandos segn una retcula y una profundidad determinadas por los estudios de diseo (reduccin del tiempo de consolidacin y aumento de la permeabilidad aparente de los suelos).Instalacin del relleno de precarga por fases (debido al riesgo potencial de deslizamiento) y de una carga adicional de ser necesario.El monitoreo permite una calibracin del diseo por retro anlisis teniendo en cuenta las observaciones de campo, lo que permite optimizar la ejecucin de los trabajos.

Otro mtodo para el control de la Consolidacin son las plateas de cimentacin, es una cimentacin grande que recibe muchas columnas (cargas).Las plateas de cimentacin son ventajosas cuando el rea de zapatas necesaria es mayor que la mitad del rea de cimentacin. Las plateas se utilizan cuando la capacidad portante del terreno es pequea o el suelo es compresible, debido a que el esfuerzo unitario en la platea es menor que en las zapatas individuales.La ventaja de la platea de cimentacin estriba en la reduccin de asentamiento diferencial debido a que el esfuerzo es reducido y la platea es capaz de distribuir la carga sobre pequeos puntos dbiles. La platea reducir significativamente superficial, pero no reducir apreciablemente el asentamiento si el material blando est a profundidad.El diseo estructural de la platea se realiza asumiendo una distribucin uniforme de presin en la base de la platea. Esto proporcionara una estimacin conservadora de los momentos de flexin.

Las inyecciones de suelo y roca se hacen necesaria cuando el terreno presenta poca consolidacin, o bien si es una roca muy fracturada y se busca impermeabilizarlo. Con esto se logra consolidarlo, estabilizarlo y/o hacerlo ms impermeable al traspaso de lquidos que se desea contener.Estas inyecciones de suelo son ejecutadas generalmente con lechadas de cemento bentonita y/o incluyendo tambin aditivos tales como plastificante y/o acelerantes de fraguando.

CONLUSIONES: La muestra de suelo se satura antes del ensayo debido a que si estuviera seca el asentamiento sera inmediato, no permitiendo observar el comportamiento de dicha muestra.

La teora de consolidacin nos permite estimar (a predecir) la magnitud de los asentamientos y la velocidad (tiempo) en que ellos se producirn.

En suelos secos el asentamiento es instantneo debido a que el aire en los poros tiene muy poca viscosidad y es fcilmente comprimido.

La consolidacin o asentamiento se da debido a reducir la relacin de vacos y el exceso de presin de poros.

El asentamiento tambin depende de la longitud que recorre el agua en el escurrimiento.

El proceso de consolidacin se aplica a todos los suelos, pero es ms importante en aquellos donde la permeabilidad es baja.

En suelos finos arcillosos la permeabilidad es muy baja y se disipa muy lentamente las presiones neutras. en consecuencia puede seguir deformndose varios aos despus de finaliza la construccin.

ANEXOS:MTODOS DE CONSOLIDACIN DE SUELOSMtodo de casa grande o del logaritmo de tiempoSon tratados analticos (enfoque numrico) para el clculo matemtico, mediante las siguientes formulas se calcula el tiempo de consolidacin y el coeficiente de consolidacin

2. Mtodo de la raz cuadrada del tiempo pata determinar. Cv (Mtodo de Taylor)

Son ecuaciones con un enfoque analtico para el clculo de tiempo de consolidacin.