ASTM D 2435-90AASHTMO T 216

ENSAYO DE CONSOLIDACION UNIDEMENSIONAL DE LOS SUELOS

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.

Equipo

Aparato de carga.- con una precisión de ±0.5¨% de la carga aplicada

Piedras porosas Caja de consolidación Anillo cortante cilíndrico.- con altura de 2.54 cm y el diámetro de

6.35 cm Deformímetro.- con una sensibilidad de 0.01 mm (0.00264 in) Balanza.- con aproximación a 0.01 g. Horno Otros equipos.- recipientes para determinar el contenido de

humedad de acuerdo con la norma ASTM D 2216, sierra de alambre, cuchillos, calibrador, cronometro y agua destilada.

Muestra de Ensayo

o Para este ensayo generalmente se utilizan muestras inalteradas (ASTM D 3550) obtenidas de bloques inalterados grandes fabricados y sellados con parafina en el campo.

o El almacenamiento de muestras selladas deberá ser tal que no pierdan humedad y que no haya evidencia de secamiento parcial no contracción de los extremos de la muestra. El tiempo de almacenamiento deberá reducirse al mínimo.

Preparación de la Muestra

o Retire la capa de parafina de las paredes del bloque inalterado.o Inserte el anillo cortante en el bloque inalterado y recorte la

muestra utilizando un cuchillo o sierra de alambre.o Enrase las caras superior e inferior de la muestra con un cuchillo y

llene los vacíos con el material recortado.o Extraiga la muestra del anillo cortante y determine la altura inicial

(Ho) y el diámetro (D) de la muestra tomando el promedio de por lo menos tres medidas.

o Calcule el volumen inicial (Vₒ) de la muestra, en función del diámetro y de la altura inicial de la muestra.

o Pese el anillo de consolidación y registre su masa , con una precisión de 0.01 g.

o Inserte la muestra en el anillo de la consolidación y determine la masa inicial de la muestra

o Pesando el conjunto anillo más muestra y restando la masa del anillo.

o Obtenga dos o tres determinantes del contenido de humedad inicial, utilizando el material recortado de la muestra, de acuerdo con la norma ASTM D 2216.

Procedimiento

o Humedezca las piedras porosas y el papel filtro si el suelo está parcialmente saturado o manténgalas secas si el suelo es expansivo

o Ensamble la caja de consolidación colocando la muestra entre papel filtro y las piedras porosas.

o Coloque la caja de consolidación en el dispositivo de carga poniendo sobre la muestra el disco móvil de acero para uniformizar la carga.

o Coloque el deformímetro en el aparato de carga con su dispositivo para sujetarse.

o Aplique una carga de asentamiento de 5 kPa (100 Ib/ft²) o Para suelos firmes y de 2 ó 3 kPa (alrededor de 50 Ib/ ft²) para

suelos blandos, (para producir estas presiones se deben aplicar cargas de 160 y 80 g respectivamente).

o Aplicada la carga de asentamiento llene con agua la caja de consolidación y deje que la muestra se sature.

o Coloque cargas sobre el consolidómetro para obtener presiones sobre el suelo de aproximadamente 30.40, 61.80, 123.60, 248.20, 495.40, 991.80 etc. kPa (para producir estas presiones se deben aplicar cargas de 1, 2, 4,8, 16, 32 Kg respectivamente). Antes de aplicar un incremento de presión, registre la altura de la muestra.

o La duración de cada incremento de carga debe ser de 24 horas. Inmediatamente aplicado cada incremento de carga, ponga en marcha el cronómetro y registre las lecturas de deformación de la muestra a intervalos de 0.1, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8,15 y 30 minutos y 1, 2, 4, 8 y 24 horas.

o Una vez tomada la última lectura con el último incremento de carga, descargue el suelo mediante reducciones de carga.

o Para disminuir la expansión durante la descarga, deberá descargarse la muestra hasta la carga establecida de 5kPa (100 IB/ ft²) para suelos firmes y de 2 ó 3 kPa (alrededor de 50 Ib/ ft²) para suelos blandos. Una vez que se ha concluido el ensayo, quite la carga final y desarme rápidamente la caja de consolidación.

o Pese la masa de la muestra extraída de la caja de consolidación pesando el conjunto anillo más muestra y restando la masa del anillo, con una precisión de 0.01 g.

o Seque la muestra en el horno hasta una masa constante a una temperatura de 110 5 C (230 9 F), pese su masa seca y determine el contenido de humedad final, de acuerdo con la norma ASTM D 2216.

Cálculos

Calcule el contenido de humedad inicial y final, mediante la siguiente ecuación:

Contenido de humedad inicial

Donde:

Contenido de humedad final:

Donde:

Calcule la densidad seca inicial de la muestra, como se indica:

Donde:

Calcule el volumen de los sólidos, como se indica:

Donde:

Calcular la altura se los solidos, como sigue:

Donde:

Si no se conoce el valor de G, la altura de solidos (Hs) de la probeta, se puede calcular una vez concluido el ensayo, mediante la expresión.

Donde:

Hₒ= Altura inicial de la muestra, cm (in)

∆H=asentamiento total de la muestra al finalizar el ensayo, cm (in).

Calcule la relación de vacíos inicial y final, mediante la siguiente ecuación:

Relación de vacíos inicial

Relacion de vacios fina

Por lo tanto, la altura final se determina así:

Donde:

Calcule el grado de saturación inicial y final, mediante la siguiente ecuación:

Grado de saturación inicial

Grado de saturacion final

Donde:

Calcule la relacion de vacios para cada incremento de carga, mediante la siguiente ecuacion:

Donde:

Calcular la altura final para cada incremento de carga, mediante la siguiente ecuación:

Donde:

Calcular la altura de promedio (H) para cada incremento de carga, mediante la siguiente expresión:

Donde:

Ho=Altura inicial de la muestra, cm ó mm.

Calcular la longitud promedio de la trayectoria de drenaje (Hm), para cada incremento de carga.

Donde:

H=Altura promedio para cada incremento de carga, cm (in).

METODO LOGARITMO DEL TIEMPO

Se grafica en escala semilogarítmica la curva deformación (ordenadas) vs log tiempo (abscisas).

Método del Logaritmo del Tiempo

Procedimiento para determinar el 100, 0 y 50% teórico de consolidación primaria:

Trace una línea recta (C) a través de los puntos que representan las lecturas finales y que exhiben una tendencia recta y una inclinación suave.

Trace una segunda recta tangente a la parte más pronunciada de la curva (D). La intersección entre las dos rectas representa la deformación d100, y tiempo t100, correspondiente al 100% de la consolidación primaria. La consolidación que sobrepase el 100% se define como consolidación secundaria.

Determine la deformación que representa el 0% de la consolidación primaria primaria, escogiendo un punto de la curva próximo al eje de deformaciones (t1), observe el tiempo que le corresponde, localice sobre la curva el punto cuya abscisa sea cuatro veces la del punto originalmente elegido (t2); la diferencia de ordenadas entre ambos puntos se duplica y éste valor se lleva a partir del segundo punto mencionado, sobre una paralela al eje de ordenadas obteniéndose de este modo un tercer punto sobre el cual se hará pasar una paralela al eje de los tiempos que es la que defina el 0% teórico de consolidación.

Al pun to medio del segmento entre el 0 y 100 % teóricos de consolidación corresponderá el 50%. El tiempo correspondiente a este porcentaje t50, queda determinado por la abscisa del punto

de intersección de la curva y una paralela al eje de los tiempos, trazada por el punto medio del segmento. La determinación de t50 debe hacerse para cada una de las curvas obtenidas en el proceso de consolidación.

Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo

o Se grafica en escala aritmética la curva deformación (ordenadas) vs raíz cuadrada del tiempo (abscisas).

Procedimiento para determina r el 0, 90 y 100% de consolidación primaria:

o Trace una segunda línea recta (C) tomando dos o más puntos de la línea correspondiente del 0% de consolidación y multiplique las abscisas correspondientes por la constante 1.15. La intersección de ésta con la curva define por su abscisa el tiempo que corresponde al t90.

o La deformación al 100% de la consolidación primaria es 1 / 9 mayor que la diferencia entre las deformaciones a 0 y 90% de consolidación.

o Trace una línea recta (A) a través de los puntos que representan las lecturas iniciales que muestra una tendencia de línea recta. Extrapole la línea hasta t = 0 y obtenga la ordenada de deformación que representa el 0% de la consolidación primaria.

Calcule el coeficiente de consolidación para cada incremento de carga, como sigue:

Para curva deformación versus log tiempo

Calcule el coeficiente de consolidación para cada incremento de carga como sigue:

Para curva deformación versus raíz cuadrada del tiempo

Donde:

Cv = Coeficiente de consolidación cm 2/s

Hm 2=Longitud promedio de la trayectoria de drenaje para cada incremento de carga.

t50, 90=Tiempo correspondiente al grado de consolidación para 50 % ó 90%, s ó min.

Grafique la curva relación de vacíos (e) versus presión (P) en escala semilogarítmica.

o Esta gráfica es conocida como: Curva de compresibilidad, que permite determinar la carga de preconsolidación Pc, en kg/cm 2, los índices de 2, los índices de compresión, expansión y comprensibilidad, de la siguiente manera:

Carga de Preconsolidación

o Estime el punto máximo de curvatura, en la rama de carga (B).o En el punto (B) dibuje una línea tangente (C), y una línea paralela

al eje de las presiones (D), y trace la bisectriz de estas dos rectas (E).

o Extienda una tangente que pase por la parte lineal de la curva de carga (curva virgen) (F), hasta la intersección con la bisectriz (E) en el punto (G).

o La proyección del punto (G) sobre el eje de las abscisas define la carga de preconsolidación, Pc.

Índice de compresión

o La pendiente de la curva virgen del tramo de carga determina el índice de compresión Cc, mediante la siguiente expresión:

Donde

∆e=Variación de la relación de vacíos.

∆P=Variación de los logaritmos de la presión.

Índice de expansión

o La pendiente de la parte recta del tramo de descarga determina el índice de expansión Ce, mediante la siguiente expresión:

Donde:

e 3 – e 2 =Variación de la relación de vacíos.

P2-P3=Variación de los logaritmos de la presión.

Coeficiente de compresibilidad

o La pendiente de la curva virgen del tramo de carga determina el índice de compresibilidad a v, mediante la siguiente expresión:

Determine y registre el coeficiente de permeabilidad (k), mediante la siguiente ecuación:

Donde:

MEMORIA DE CÁLCULO

3m

2m

.30m

22.812

Memoria de calculo

Cap carga (reglamento) EMPUJES

a) Movimientos verticales (hundimientos y emersión)b) Asentamientos conts aislada 30cm y Conts colindantes 15cm

b)inclinación media de la construcción

inclinación visible 100

(100+3hc ) hc=altura de la construcción en (m)

mal funcionamiento de grúas viajeras 0.3%

a)fr=0.35 –zapatas de colindancia desplantadas a menos de 5m de profundidad b)fr=0.70 para las otras causas

para cimentaciones desplantadas en suelos cohesivos

∑ Q fc

A <Cu Nc Fr +Pv

Para cimentaciones desplantamientos en suelos friccionan tés

∑ Qfc

A<[ pv (Na−1 )+ γBnγ

2 ]Fr+Pv

∑Qfc=¿accion vertical a tomar en¿la combinación considerada en el nivel de

desplante, afectada ´por su Fc

A)es el área de cimentación

1)si H≥3.5 β se ignorara el efecto del estrato blando en la cap. De carga

2)si 3.5 β> H≥1.5 βse verificara la capacidad de carga del estrato blando supóniendo que

el ancho del area cargada es H+ β

3)si H<1.5β se verificara la capacidad de carga del estrato blando suponiendo que el

ancho del area cargada es de β [1+ 13 (Hβ )] .24)En el caso de cimentaciones rectangulares se aplicara a la dimensiones longitudinal un criterio ancilogo al interior.