CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS INALTERADOS (ENSAYO)1. OBJETOEste mtodo se refiere al procedimiento para determinar la rata y la magnitud de la consolidacin de muestras de suelos cuando se confinan lateralmente y se cargan y drenan axialmente.2. DEFINICIONES.-2.1 Consolidacin inicial (CI).- Reduccin casi instantnea en el volumen de la masa de un suelo bajo una carga aplicada, que precede a la consolidacin primaria, debida principalmente a la expulsin y compresin del aire contenido en los vacos del suelo.2.2 Consolidacin primaria.- Reduccin en el volumen de la masa de un suelo originada por la aplicacin de una carga permanente y la expulsin del agua de los vacos, acompaada por una transferencia de carga del agua a las partculas slidas del suelo.2.3 Consolidacin secundaria.- Reduccin en el volumen de la masa del suelo, causada por la aplicacin 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 partculas slidas del suelo.3. RESUMEN DEL ENSAYOEl mtodo requiere que una muestra del suelo sea restringida lateralmente y que se cargue axialmente con incrementos constantes de carga, aplicados hasta que todo exceso de la presin de agua en los poros se disipe, para cada incremento.Durante el proceso de compresin se efectuarn medidas de la disminucin del espesor de la muestra, datos que se usarn para calcular los parmetros que describen la relacin entre el esfuerzo efectivo y la relacin de vacos o deformacin, as como la rata a la cual pueda ocurrir sta.4. USO Y SIGNIFICADOLa compresibilidad de los suelos determinada mediante esta norma, es una de las propiedades ms tiles que pueden obtenerse a partir de ensayos de laboratorio. Los datos que resultan del ensayo de consolidacin pueden usarse para hacer un estimativo tanto de la rata, como de la magnitud del asentamiento diferencial y/o total, de una estructura o de un relleno. Estas apreciaciones suelen tener una importancia decisiva para elegir el tipo de fundacin y evaluar su conveniencia.5. EQUIPO5.1 Dispositivos de carga.- Un dispositivo adecuado para aplicar cargas verticales a la muestra. El dispositivo deber ser capaz de mantener las cargas especificadas durante perodos prolongados con una precisin de 0.5 % de la carga aplicada y deber permitir la aplicacin de un incremento de carga, dentro de un perodo de 2 segundos sin que se produzca ningn impacto de significacin.5.2 Consolidmetro.- Un dispositivo para mantener la muestra dentro de un anillo el cual puede estar fijado a la base o puede ser flotante (sostenido porfriccin sobre la periferia de la muestra) con piedras porosas sobre cada cara de la muestra. El consolidmetro deber proporcionar tambin medios para sumergir la muestra, aplicar la carga vertical, y medir el cambio de espesor de la misma (vase Figura No.1). El anillo del consolidmetro deber cumplir con los siguientes requisitos:- El dimetro mnimo de la muestra (anillo), deber ser de 50 mm (2.00") y almenos 5 mm (1/4") menor que el dimetro interior del tubo de muestreo si las muestras son sacadas por extrusin y desbastadas.- El espesor mnimo de la muestra deber ser de 13 mm (0.5") pero deber ser menor de 10 veces el dimetro de la partcula de mayor tamao.- La relacin mnima del dimetro al espesor de la muestra deber ser 2.5.- La rigidez del anillo deber ser tal, bajo las condiciones de la presin hidrosttica de la muestra, que el cambio del dimetro del anillo no pasar del 0.3 % del dimetro bajo la mayor carga que se aplique.- El anillo deber elaborarse de un material que no sea corrosivo en relacin con el suelo ensayado. La superficie interior deber estar altamente pulida o deber pulirse con un material de baja friccin. Para suelos no arenosos, puede usarse la grasa silicona o el politetrafluoroetileno.5.3 Piedras porosas.- Las piedras porosas podrn ser de carburo de slice, o de xido de aluminio, o de un metal que no sea atacado ni por el suelo, ni por la humedad del mismo. La constitucin de su porosidad deber ser lo suficientemente fina para evitar la intrusin del suelo dentro de sus poros. Si fuera necesario, podr usarse papel de filtro para evitarlo. Sin embargo la permeabilidad de stas y del papel de filtro, cuando se use, deber ser suficientemente alta para evitar retardo en el drenaje de la muestra. Las piedras debern estar limpias y libres de grietas, astillas e irregularidades.- El dimetro de la piedra superior podr ser entre 0.2 y 0.5 mm (0.01 a0.02") menor que el dimetro interior del anillo. Cuando se emplee un anillo flotante, la piedra del fondo deber tener el mismo dimetro que la piedra de la parte superior. Se recomienda el uso de piedras ahusadas con el dimetro mayor en contacto con el suelo.- El espesor de la piedra deber ser suficiente para evitar su rotura. La piedra superior deber cargarse a travs de una platina resistente a la corrosin que deber ser suficientemente rgida para evitar el rompimiento de la piedra.5.4 Almacenamiento.- El almacenamiento de muestras selladas deber ser tal que no pierdan humedad durante el mismo y que no haya evidencia de secamiento parcial ni de contraccin de los extremos de la muestra. El tiempo de almacenamiento deber reducirse al mnimo, particularmente cuando se espera que el suelo o la humedad reaccionen con los tubos de muestreo.- Cuarto hmedo para la preparacin de la muestra.- Las muestras debern prepararse en un cuarto donde el cambio de la humedad no sea mayor de0.2 %. Debe emplearse preferiblemente una cmara con humedad elevada.5.5 Temperatura.- Los ensayos debern efectuarse en un ambiente donde las fluctuaciones de la temperatura no sean mayores que 4 C ( 7 F) y donde no haya contacto directo con la luz del sol.E - 151 - 45.6 Cizalla cortador cilndrico, para tallar la muestra hasta el dimetro interior del anillo del consolidmetro, con el mnimo de alteracin. El cortador deber tener una superficie altamente pulida y deber cubrirse con un material de baja friccin.5.7 Balanza, con aproximacin a 0.1 g o a 0.1% del peso total de la muestra.5.8 Horno, que pueda mantener una temperatura uniforme de 110 5 C (230 9 F).5.9 Deformmetro, para medir el cambio de espesor de la muestra con una sensibilidad de 0.0025 mm (0.0001").5.10 Equipo miscelneo: incluye esptulas, navajas y sierras de alambre para la preparacin de la muestra. Adems, cronmetro (ojal con alarma programable).5.11 Recipientes para el contenido de humedad, los cuales debern estar de acuerdo con la Norma INV E-114.Un trapo hmedo, una membrana de caucho, o papel parafinado para proteger la muestra de prdida de humedad debido a la evaporacin.6. TOMA DE MUESTRASDebern obtenerse y emplearse muestras relativamente inalteradas para el ensayo de consolidacin a causa de que la utilidad de los resultados del mismo disminuye grandemente con la alteracin de la muestra. Las Normas INV E-109a E-111, cubren procedimientos y equipo que deben usarse para obtener muestras satisfactorias para los ensayos.7. PREPARACION DE LA MUESTRA7.1 La muestra se prepara en un ambiente conforme al numeral 5.4. La muestra se moldear de acuerdo con el interior del dimetro del consolidmetro, forzndola directamente dentro del mismo. Se cortar cuando haya que emparejarla con la superficie plana del anillo. En suelos blandos a medianos, deber usarse una sierra de alambre para cortar la parte superior e inferior de la muestra con el fin de disminuir las zonas con agrietamientos. Una regla con un borde cortante podr usarse para el corte final despus de que el exceso de suelo haya sido removido con una sierra de alambre. Para suelos duros, una regla con borde cortante podr usarse simplemente para perfilar el fondo y la parte superior. Si se desea, el espesor de la muestra podr hacerse menor que la altura del anillo mediante extrusin y corte, pero deber cumplirse con el espesor mnimo de la muestra a que se refiere el numeral 5.2. Un anillo para muestreo con el borde cortante debidamente acondicionado proporciona el ajuste ms adecuado, en muchos suelos.- Debern tomarse precauciones para disminuir la alteracin del suelo o los cambios en la humedad y peso unitario durante el transporte y preparacin de la muestra, y deber evitarse para la misma cualquier vibracin, distorsin y compresin.7.2 Suelos orgnicos o fibrosos, como la turba y dems suelos que pueden daarse fcilmente al ser recortados, debern transferirse directamente del tubo muestreador al anillo, con la condicin de que ste tenga el mismo dimetro de aqul.7.3 Podrn emplearse muestras obtenidas mediante un tubo muestreador de camisa interior siempre y cuando cumplan con las exigencias de la Norma INVE-109, y con el mtodo descrito en este ensayo.7.4 En seguida, se determinar el peso de la muestra dentro del anillo de consolidacin.8. CALIBRACION8.1 Para su calibracin rmese el consolidmetro con un disco de cobre o de acero duro aproximadamente de la misma altura que la muestra de ensayo y de1 mm (0.04") menor que el dimetro del anillo en el sitio de la muestra.Humedzcanse las piedras porosas y si se usan filtros de papel (vase numeral5.3), debern humedecerse igualmente y dejar tiempo suficiente para permitir que la humedad salga de ellos durante el proceso de calibracin.8.2 Crguese y descrguese el consolidmetro como si se tratara del ensayo y mdase la deformacin para cada carga aplicada.8.3 Dibjense o tablense las correcciones que puedan aplicarse a las deformaciones de la muestra de ensayo para cada carga aplicada. Ntese que el disco de metal puede deformarse tambin. Sin embargo, la correccin debida a esta deformacin ser despreciable para todos los suelos, excepto para los extremadamente duros. Si fuere necesario, podr calcularse la compresin del disco de metal y aplicarse a las correcciones.9. DETERMINACIONES PREVIAS AL ENSAYO9.1 Debern determinarse previamente al ensayo de consolidacin, las determinaciones del contenido natural de humedad, peso, volumen, peso especfico, lmite lquido y lmite plstico, y granulometra del suelo.9.2 sese el material cortado adyacente a la muestra (vase numeral 7) para determinar el contenido natural de humedad y el peso especfico de acuerdo con la Normas y INV E-122 y INV E-128, respectivamente. Determnese el peso inicial de la muestra hmeda substrayendo el peso del anillo del peso combinado del anillo y de la muestra, as como el volumen inicial de la muestra a partir del dimetro y del espesor de la misma. El contenido de la humedad de los recortes de suelo es aproximado pero permite determinar la relacin de vacos antes de completar el ensayo. La determinacin exacta del peso seco de la muestra y de la humedad deber efectuarse al final del ensayo, cuando se seque la muestra entera. Este procedimiento deber ser usado, a menos que se necesite una porcin de la muestra para los ensayos ndices (vase numeral 10.9). En cuando al peso especfico, podr estimarse cuando no se necesite una relacin de vacos ms exacta.9.3 El lmite lquido, determinado segn la Norma INV E-125, el lmite plstico segn la Norma INV E-126, y la granulometra, para los suelos con material granular apreciable, de acuerdo con la Norma INV E-123 son tiles para identificar el suelo y para correlacionarlo. Se recomienda que los lmites lquido y plstico sean determinados sobre recortes o sobre porciones representativas de la muestra del ensayo si el suelo exhibe una heterogeneidad significativa.10. PROCEDIMIENTO10.1 El objetivo de la preparacin de las piedras y de los restantes elementos antes de que se pongan en contacto con la muestra es el de evitar cambios en el contenido de humedad de sta. En esta forma, suelos altamente expansivos, muy secos, debern colocarse sobre piedras secas, pero muchos suelos parcialmente saturados podrn colocarse sobre piedras que hayan sido simplemente humedecidas.Si la muestra est saturada y si no se cree que tenga una elevada afinidad con el agua, debern hervirse las piedras porosas despus de limpiarlas con un cepillo no abrasivo y mantenerse saturadas hasta cuando se pongan en contacto con la muestra. Armese el anillo, la muestra y las piedras porosas. Con el conjunto del consolidmetro ensamblado, envulvase la muestra, el anillo, el papel de filtro (cuando se use) y las piedras porosas con un plstico suelto o con una membrana de caucho para evitar el cambio en el volumen de la muestra por evaporacin. Podr omitirse esta etapa cuando la muestra se inunde despus de aplicado el primer incremento de carga como se prev en el numeral 10.8.10.2 Colquese el consolidmetro en el dispositivo de carga y aplquese una carga de asentamiento de 5 kPa (0.05 kg/cm) o de 100 lb/pie. Dentro de los cinco minutos siguientes a la aplicacin de sta, ajstese el deformmetro para la lectura inicial o para la lectura de cero. Para los suelos muy blandos es deseable por lo menos una presin de (0.025 kg/cm o 2 o 3 kPa, alrededor de 50 lb/pie).10.3 Colquense cargas sobre el consolidmetro para obtener presiones sobre el suelo de aproximadamente 0.025, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4 kg/cm etc. o de 5, 10, 20, 40, 80, etc. kPa, o (100, 200, 400, 800, 1600, etc. lbf/pie), con cada carga mantenida constante como se describe en el numeral 10.4 (pueden requerirse incrementos ms pequeos sobre muestras muy blandas o cuando se desee determinar con mayor precisin la carga de preconsolidacin). El proceso del cargue de la muestra deber continuarse dentro de la zona de la compresin virgen de manera que pueda apreciarse la forma de la curva en la parte correspondiente a ste. Tpicamente, una carga final igual o cuatro veces mayor que la de preconsolidacin 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 parmetros de recompresin, pero dicho procedimiento es opcional.10.4 Al menos para dos incrementos de carga incluido uno que exceda lapreconsolidacin, antese el espesor de la muestra o el cambio de sta antes de aplicar cada incremento 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 aplic la carga. Estas lecturas de tiempo-asentamiento slo son requeridas para muestras saturadas. Las lecturas debern continuarse por lo menos hasta que se haga patente la pendiente de la compresin lineal secundaria caracterstica del asentamiento, contra el logaritmo del tiempo, a menos que se use el mtodo del numeral 11.6, en cuyo caso, la carga siguiente pueda aplicarse tan pronto como se complete el 100 % de la consolidacin. Para suelos con una baja consolidacin primaria, las cargas debern mantenerse por lo menos durante 24 horas. En casos extremos o cuando quieran evaluarse las caractersticas de consolidacin secundaria, debern aplicarse durante un perodo ms largo.Se aplica luego el incremento siguiente de carga. Cuando no se requieran datos de tiempo contra asentamiento deber mantenerse la carga sobre la muestra esencialmente durante el mismo tiempo que cuando se hacen lecturas del tiempo contra cada deformacin. Deber disponerse de suficientes lecturas cerca del final del perodo del incremento de carga para permitir cualquier extrapolacin de la curva de tiempo vs. asentamiento.10.5 Cuando se vayan a dibujar las deformaciones contra la raz cuadrada del tiempo, los intervalos pueden ajustarse a aquellos que correspondan a races cuadradas, como por ejemplo 0.09, 0.25, 0.49, 1 minuto, 4 minutos, 9 minutos, etc.10.6 Rebote. Cuando se deseen conocer las caractersticas del rebote o de la descarga, deber descargarse el suelo mediante reducciones de la carga en orden inverso. Sin embargo, si se desea, cada carga sucesiva puede ser tan slo un cuarto de la carga que la precede. Regstrense los intervalos de tiempo como se sugiri en el numeral 10.4. Ntese, sin embargo, que para muchos suelos el rebote se completar en menor tiempo del que haba sido requerido para un incremento de carga durante la consolidacin primaria, pero debern hacerse suficientes lecturas para verificar que el rebote est esencialmente completo.10.7 Como alternativa, podr emplearse un programa de carga, descarga y recarga, que reproduzca los cambios de esfuerzos que se presentarn durante la construccin, o que obtenga una mejor definicin de alguna parte de la curva de carga-asentamiento, o que ayuden a la interpretacin del comportamiento del suelo en el terreno. Esto deber indicarse claramente en los resultados del ensayo.10.8 Si el ensayo se efecta sobre una muestra inalterada saturada bajo lascondiciones del terreno o que haya sido obtenida por debajo del nivel fretico, deber inundarse antes de aplicar el primer incremento de carga. A medida que ocurra la inundacin y el humedecimiento de la muestra, deber aumentarse la carga cuando fuere necesario, para evitar que se expanda, a menos que sta tienda a hincharse bajo la carga vertical estimada en el sitio. Si la muestra se comprime despus de inundada, antese simplemente la magnitud de la compresin. Tambin pueden inundarse las muestras a presiones que simulen una situacin futura bajo las condiciones del terreno. En tales casos, la presin de inundacin y cualquier efecto resultante, como la expansin o el aumento de la compresin, debern anotarse en los resultados del ensayo.Puede aplicarse contrapresin para la saturacin si as se desea y cuando el consolidmetro est capacitado para ello. La contrapresin deber estimarse como sigue: