Tmp 17861 ensayo de consolidacion1327476924

FACULTAD DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

MECANICA DE SUELOS IIING. DE LA CRUZ INGA PERCY

ENSAYO DE CONSOLIDACION

DEFINICIONES

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.

RESUMEN DEL MÈTODO

El método 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 presión de agua en los poros se disipe, para cada incremento. Durante el proceso de compresión se efectuarán medidas de la disminución del espesor de la muestra, datos que se usarán para calcular los parámetros que describen la relación entre el esfuerzo efectivo y la relación de vacíos o deformación, así como la rata a la cual pueda ocurrir ésta.

USO Y SIGNIFICADO

La compresibilidad de los suelos determinada mediante esta norma, es una de las propiedades más útiles que pueden obtenerse a partir de ensayos de laboratorio. Los datos que resultan del ensayo de consolidación 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 fundación y evaluar su conveniencia.

Los resultados obtenidos pueden ser grandemente afectados por la perdida de las características originales de la muestra, un extremo cuidado es requerido en la selección y preparación de la muestra para minimizar los daños que se le pueden ocasionar a esta.

Se deben tener en cuenta las condiciones de saturación de la muestra ya que influyen en los resultados y deben ser interpretados con una teoría diferente a la convencional de la consolidación de Terzagui en el caso que los especimenes de ensayo no se encuentren totalmente saturados.



ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL

En una situación real, donde es preciso resolver un problema de consolidación

suelos, es necesario determinar no solo el tiempo en el cual se produce la

consolidación sino también la magnitud del asentamiento que tendrá lugar debido a

la deformación del suelo. Para esto se realiza la prueba de consolidación, o

también llamada prueba de compresión confinada, la cual consiste en someter a un

esfuerzo de compresión axial a una muestra inalterada del suelo en estudio. La

muestra deberá ser inalterada, porque como ya se mencionó, la consolidación

depende de la estructura del suelo.

La muestra a utilizar en el ensayo es cilíndrica con una altura pequeña en

comparación al diámetro de la misma. Esta muestra se coloca dentro de un anillo

metálico que impide la deformación transversal de la misma, por lo tanto el cambio

de volumen viene dado únicamente por la disminución de la altra de la muestra.

Dicho anillo, a su vez es colocado entre dos piedras porosas que permiten el

drenaje por ambas caras. El anillo con la muestra y las piedras porosas, es

colocado en un recipiente con agua destilada, para asegurar que la muestra está

saturada durante la totalidad del ensayo. En contacto con el dispositivo descrito,

llamado consolidómetro. El conjunto se ubica en un marco de carga. La aplicación

de la carga se realiza a través de un brazo de palanca. Se somete a la probeta a

distintos escalones de carga, manteniendo cada uno de ellos el tiempo necesario

hasta que la velocidad de deformación se reduzca a un valor despreciable. En este

caso se realizó la toma de datos de consolidación versus tiempo, durante 24 horas

de carga y 24 horas de descarga.

Luego con los datos obtenidos se traza la gráfica deformación versus el logaritmo

del tiempo o la gráfica deformación versus la raíz del tiempo; dichas graficas son

conosidas como curvas de consolidación. Con los datos de altura inicial y final y el



peso seco de la muestra puede determinarse el valor de la relación de vacíos

correspondiente al escalón de carga en cuestión. Este proceso se repite para cada

incremento de carga.

Al final del ensayo se tiene para cada uno de ellos, un valor de relación de vacíos y

con estos datos se puede trazar una gráfica en la cual las absisas se colocan los

valores de presiones (carga sobre el área de la muestra) correspondientes a cada

escalón de carga en escala logarítmica, y en las ordenadas las relaciones de

vacíos correspondientes. Esta curva se conoce como curva de compresibilidad.

Con las curvas de consolidación y de compresibilidad se determinan los

parámetros necesarios para realizar los cálculos de tiempos de consolidación y

asentamientos.



NORMATIVIDAD

ASTM D 2435-90

ALCANCE

Este ensayo describe el procedimiento para determinar el grado de asentamiento

que experimenta una muestra de suelo al someterla a una serie de incrementos de

presión o carga.

MUESTRA DE ENSAYO

Para este ensayo generalmente se utilizan muestras inalteradas (ASTM D3550)

obtenidas de bloques inalterados grandes fabricados y sellados con parafina en el

campo. El almacenamiento de muestras: selladas cubierta con parafina. La muestra

deberá ser inalterada tal que no pierdan humedad 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.

DEFINICIONES

CONSOLIDACIÓN INICIAL

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.



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

DIFERENCIA ENTRE CONSOLIDACIÓN Y COMPACTACIÓN

La consolidación es un proceso acoplado de flujo y deformación producida en

suelos totalmente saturados. Por lo tanto, no es posible hablar de consolidación

en terrenos en los que el grado de saturación es inferior a 1 ya que en ese caso

hablamos de compactación. A raíz de esto, hablamos de compactación cuando

el terreno no está totalmente saturado y actúan fuerzas sobre el terreno tales

como la succión capilar del agua intersticial.

En estos casos y en otros similares, las características de la consolidación de los

estratos de arcilla pueden investigarse cualitativamente, con aproximación

razonable, realizando pruebas como un ensayo edométrico o ensayos triaxiales

sobre especímenes representativos del suelo, extraídos en forma inalterada. Se

puede así calcular la magnitud y la velocidad de los asentamientos probables a

las cargas aplicadas así como el tiempo de consolidación.



OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar los parámetros necesarios para calcular los hundimientos por consolidación y los tiempos en que estos se producen.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS



Determinar el asentamiento por consolidación.

Determinar las gráficas cambio de altura versus tiempo.

Hallar indirectamente la permeabilidad del suelo.

Determinar el esfuerzo coeficiente de consolidación en la carga realizada.

Determinar el coeficiente de consolidación volumétrica.



MATERIALES



EQUIPOS



Dispositivos 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 impacto 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 (véase Figura No.1). El anillo del consolidómetro deberá cumplir con los siguientes requisitos:

El diámetro mínimo de la muestra (anillo),deberá ser de 50 mm (2.00") y al menos 5 mm (1/4") menor que el diámetro interior del tubo de muestreo si las muestras son sacadas por extrusión y desbastadas.

El espesor mínimo de la muestra deberá ser de 13 mm (0.5") pero deberá ser menor de 10 veces el diámetro de la partícula de mayor tamaño.

La relación mínima del diámetro al espesor de la muestra deberá ser 2.5.

La rigidez del anillo deberá ser tal, bajo las condiciones de la presión hidrostática de la muestra, que el cambio del diámetro del anillo no pasará del 0.3 % del diámetro bajo la mayor carga que se aplique.

El anillo deberá elaborarse de un material que no sea corrosivo en relación con el suelo ensayado. La superficie interior deberá estar altamente pulida o deberá pulirse con un material de baja fricción. Para suelos no arenosos, puede usarse la grasa silicona o el politetrafluoroetileno.

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. Sin embargo la permeabilidad de éstas y del papel de filtro, cuando se use, deberá ser suficientemente alta para evitar retardo en el drenaje de la muestra. Las piedras deberán estar limpias y libres de grietas, astillas e irregularidades.

El diámetro de la piedra superior podrá ser entre 0.2 y 0.5 mm (0.01 a 0.02") menor que el diámetro interior del anillo. Cuando se emplee un anillo flotante, la



piedra del fondo deberá tener el mismo diámetro que la piedra de la parte superior. Se recomienda el uso de piedras ahusadas con el diámetro mayor en contacto con el suelo.

El espesor de la piedra deberá ser suficiente para evitar su rotura. La piedra superior deberá cargarse a través de una platina resistente a la corrosión que deberá ser suficientemente rígida para evitar el rompimiento de la piedra.

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 reaccione 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 deberán 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. Cizalla ó cortador cilíndrico, 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 0.1% del peso total de la muestra.

Horno, que pueda mantener una temperatura uniforme de 110° ±5 °C (230 ± 9 °F).

Deformímetro, para medir el cambio de espesor de la muestra con una sensibilidad de 0.0025 mm (0.0001").

Equipo misceláneo: incluye espátulas, navajas y sierras de alambre para la preparación de la muestra. Además, cronómetro (ojalá con alarma programable).

Recipientes para el contenido de humedad, los cuales deberán estar de acuerdo con la Norma INV E-114.

Un trapo húmedo, una membrana de caucho, o papel parafinado para proteger la muestra de pérdida de humedad debido a la evaporación.



PROCEDIMIENTO



1. Extraemos una parte de la muestra inalterada.

2. Pesamos el anillo de consolidación y anotamos dicho peso.



3. Medir la altura y el diámetro del anillo.

4. De la parte de muestra extraída la introducimos en el anillo. Una vez que esto se hace, se va retirando el material sobrante enrasando dicho anillo.



5. Se procede a pesar el anillo con la muestra.

6. Ahora procedemos a armar la cámara de consolidación.



7. Llevamos la cámara de consolidación hacia el cabezal de carga.

8. Una vez ubicada la cámara de consolidación procedemos a nivelar el brazo de palanca. Vertemos agua destilada en la cámara de consolidación.



9. Ajustamos el micrómetro en cero.

10. Colocamos la carga.



11. Se van tomando las deformaciones que va sufriendo en suelo en los

tiempos recomendados, estos son: 5 seg, 10 seg, 15 seg, 30 seg, 1 min, 2 min,

4 min,

8 min, 15 min, 30 min. , 60 min., 120 min., 240 min., 480 min., 900 min. y 1440

min. Estos tiempos son cronometrados al momento de hacer el incremento de

carga y se toman lecturas de deformación hasta que la curva Tiempo-

Deformación entre a su consolidación secundaria (tramo recto de la curva);

entonces se podrá hacer el siguiente incremento de carga.



CONCLUSIONES

La compresibilidad de los suelos, tal como se determina en algún ensayo, es una de las propiedades más útiles que pueden ser obtenidas de los ensayos de laboratorio.

Cuando un depósito se somete a un incremento de esfuerzos totales, como

resultado de cargas externas aplicadas, se produce un exceso de presión intersticial.

Puesto que el agua no resiste al corte la presión neutra se disipa mediante un flujo

de agua al exterior, cuya velocidad de drenaje depende de la permeabilidad del

suelo.

La práctica de consolidación que se llevó a cabo fue con el propósito de

evaluar la reducción del volumen, en una muestra de suelo extraída a 1.40 metros

en la Urb. Ingenieros II, Chiclayo; con ellos pudimos observar cómo se comporta

este tipo de suelo así como sus contenidos de agua antes y después del proceso.

Los datos del ensayo de consolidación pueden ser utilizados para desarrollar

un estimado de la velocidad y la cantidad de los asentamientos totales y

diferenciales de una estructura o un terraplén. De esta, manera, los valores

calculados son frecuentemente de importancia clave, en primer lugar en la selección

del tipo de cimentación y en segundo lugar en la evaluación de su competencia.



RECOMENDACIONESEl ensayo de laboratorio es unidimensional, pues se hace uso de un anillo metálico para confinar la muestra, no se permite flujo o movimiento de agua en un sentido lateral, y todo flujo de agua y el movimiento del suelo suceden en la dirección vertical. Pero de todas maneras habría que tener en cuenta este fenómeno para conocer con mayor precisión el posible comportamiento real del suelo estudiado.

Se deben tener en cuenta las condiciones de saturación de la muestra, ya que influyen en los resultados y, en el caso que los especímenes de ensayo no se encuentren totalmente saturados, estos deben ser interpretados con una teoría diferente a la convencional de la consolidación de Terzagui. Se recomienda realizar un análisis de relación de fase del material antes de ejecutar el ensayo de consolidación, con el fin de reportar con mayor precisión el contenido de humedad de la muestra al inicio del ensayo.

Los resultados obtenidos pueden verse enormemente afectados por la pérdida de las características originales de la muestra; se recomienda proceder con extrema cautela en la extracción de la muestra así como su selección y preparación, para minimizar los daños que se le pueden ocasionar a esta.

Se recomienda tomar las lecturas de tiempo-asentamiento durante un mínimo de 24 horas, incluso si se piensa interpretar los resultados del ensayo mediante la metodología de Taylor, ya que al definir el tiempo teórico de consolidación t90, en un instante de tiempo cercano al inicio del ensayo bajo la premisa de que la muestra ya alcanzo el 100% de su consolidación primaria, se corre el riesgo de sobrestimar Cv.

Tmp 17861 ensayo de consolidacion1327476924

Education

Transcript of Tmp 17861 ensayo de consolidacion1327476924