CONSOLIDACION

OBJETIVOS:Familiarizarse con el metodo de prueba, Sus limitaciones y la forma de presentar los resultados.Determinar el esfuerzo de Preconsolidacion de la curva de Compresibilidad.Determinar el Coeficiente de Consolidacion y el Indice de Compresibilidad de la muestra de Suelo.

EQUIPO:Consolidometro, cronometro, pesas, horno, anillo de bronce, piedras porosas, etc.

TEORIA:Todos los materiales experimentan deformaciones cuando se les sujeta a un cambia en Sus condiciones de esfuerzos. Usualmente en la mayoria de los suelos, las deformaciones no se producen en forma simultanea a la aplicacion de las cargas si no que se desarrollan en el transcurso del tiempo y esta va a depender de las características del suelo y sabro todo de su permeabilidad.

Cuando un suelo con humedad natural esta sometido a un incremento de esfuerzos de compresión debidos a alguna carga, la estructura del suelo experimenta deformación. Esta deformación da como resultado una reducción en la relación de vacíos o en el volumen de vacios, que solo puede ocurrir a medida que el fluido de los poros se desplaza. Si el terreno es granular, permeable, el agua de los poros o vacíos del suelo, será desalojada rápidamente bajo la acción de las cargas actuantes y por lo tanto el cambio de volumen o asentamiento será rápido. Si el terreno es fino, poco permeable como el caso de los suelos arcillosos, los asentamientos tomaran tiempo en registrarse ya que el agua contenida en los poros del suelo se desalojara lentamente. El proceso de deformación de las arcillas tiene lugar en un lapso posterior a la aplicaci6n de la carga; por lo tanto puede ser que el agrietamiento de una estructura pueda ocurrir años después de su erección sin que el proyectista pueda preverlo, a no ser que tenga Presente la forma adecuada del comportamiento de los suelos. En los suelos las deformaciones son debidas a dos fenómenos:

A la variación de volumen A los cambios de forma

En la mayoría de los problemas ingenieriles y particularmente en el asentamiento de edificios construidos sobre arcillas, la deformación debida a los cambios volumétricos es mucho mas importante que la deformación debida a cambia de forma. Es debido a esto que la mayoría de los ensayos están orientados a estudiar las deformaciones por cambio volumétrico.

Para fines prácticos se puede considerar que los suelos no tienen resistencia a Tensión, por lo que se considera que las características, de deformación bajo Compresión son de mayor interés. Por ello los principales métodos de prueba están diseñados para someter las muestras de suelo a esfuerzos de compresión. En un tipo de prueba de compresión, que es muy importante en la determinación de las características de los suelos finos compresibles, la muestra se confina lateralmente con un anillo metálico colocándose entre dos piedras porosas; esta prueba se llama Consolidación. En esta prueba, la muestra no puede deformarse lateralmente debido al anillo, pudiendo medir únicamente la relación entre esfuerzo, volumen y tiempo. Esta prueba fue desarrollada por Terzaghi y solo se utiliza para suelos finos.

Consolidación de un suelo: Cuando la compresión de una masa de suelo depende del tiempo, esta se denomina Consolidación. Al igual que todos los asentamientos en el suelo, la Consolidación es una deformaci6n que resulta de una permanente reducción de la relación de vacíos debido a un incremento en los esfuerzos. La diferencia esencial entre Compresión ordinaria y Consolidaci6n es que la Consolidaci6n depende del tiempo.

Consolidación: Es el proceso de disminución de volumen, que tenga lugar en un lapso de tiempo, provocado por un aumento de las cargas sobre el suelo.

Cosolidaci6n Unidireccional: Es cuando el movimiento de las partículas solo puede ocurrir en la dirección vertical. En la consolidación unidireccional, el volumen de la masa de suelo disminuye, pero los desplazamientos horizontales de las partículas sólidas son nulos. Este tipo de ensayo es el que mas se utiliza ya que se ha podido comprobar que si un estrato de arcilla es

relativamente delgado y esta confinado entre estratos de arena, grava o materiales mas rígidos o si el estrato de arcilla, aun siendo grueso contiene gran cantidad de capas delgadas de arena, la deformación lateral de la arcilla se restringe tanto que puede despreciarse, en comparación a los desplazamientos verticales.

En la teoría de Consolidación, se hacen las siguientes suposiciones: 1.- El suelo esta y permanece saturado (S=100).2.- El agua y los granos de suelo son incompresibles.3.- Hay una relaci6n lineal entre la presion aplicada y el cambio de volumen.4. -El coeficiente de permeabilidad K es una constante.5.- La Ley de Darcy es valida (v=Ki)6.- Hay una temperatura constante.7.- La consolidaci6n es unidireccional.8.- Las muestras son sin perturbaci6n.

Una prueba de consolidaci6n tiene como objeto determinar los parámetros o características de consolidación de un suelo que son:

Índice de Compresibilidad CcCoeficiente de Consolidaci6n Cv

Cc: se relaciona con cuanta consolidación o asentamiento tendrá lugar. Cv: se relaciona con el tiempo en que tendrá lugar una determinada cantidad de consolidaci6n.

Resumiendo, lo que se desea determinar es la disminución de volumen y la velocidad con que se producen estos decrementos, en un espécimen de suelo confinado lateralmente y sujeto a una carga axial.

PROCEDIMIENTO:La muestra que se utiliza en la prueba de consolidación tiene la forma de un cilindro aplastado, es decir, que la altura es pequeña en comparación con su diámetro.

La muestra se coloca en el interior de un anillo generalmente de bronce, que le proporciona completo confinamiento lateral.

El anillo se coloca entre dos piedras porosas de sección circular y de diámetro ligeramente menor que el diámetro interior del anillo.El conjunto se coloca en la cazuela del consolidometro. El consolidometro puede ser de anillo fijo o de anillo flotante.Por medio del marco de carga se aplican cargas a la muestra, las cuales se reparten uniformemente en toda su área con el dispositivo formado par la esfera metálica y la placa colocada sobre la piedra porosa superior.

IUn deformimetro se apoya en el marco de carga, el cual permite llevar un registro de las deformaciones del suelo.Las cargas se aplican en incrementos, permitiendo que cada carga actué basta que virtualmente cese la compresión, osea basta que la deformación se mantenga constante; cuando esto sucede se duplica la carga; finalizándose el ciclo de carga se inicia el ciclo de descarga, de la misma forma como se cargo.

En cada incremento o decremento de carga se toman lecturas del deformimetro para asi conocer la deformación correspondiente a diferentes tiempos. Estos tiempos son: 0.25, 1.00, 2.25, 4.00, 6.25, 9.00, 12.25, 16.00,20.25,25.00, 30.00,60.00 minutos, luego cada hora hasta las 24.00 horas o cuando cese la deformación.Una vez finalizado el ciclo de descarga, se toma la muestra y el anillo y se pesa, después la muestra se seca en el horno y se registra su peso seco.

Los datos de las lecturas del deformimetro se dibujan en una grafica semilogaritmica que tenga por absisas los valores de los tiempos (en escala logaritmica) y como ordenadas las lecturas del deformimetro (en escala natural). Se obtiene una grafica para cada incremento y decremento de carga y reciben el nombre de Curva de Consolidación.Cuando la muestra alcanza su máxima deformación bajo un incremento de carga aplicada, su relacion de vacíos llega a un valor menor que el inicial, este valor se puede determinar con los datos inicia1es de la muestra y las lecturas del deformimetro. Por lo tanto para cada incremento de carga, se tendrá un valor de relación de vacíos y de toda la prueba, una vez aplicados todos los incrementos de carga, se tienen los valores suficientes para construir una grafica en cuyas absisas se plotean los valores de

carga (escala logaritmica) y en las ordenadas (escala natural) los valores de relación de vacíos (e). Esta curva es la Curva de Compresibilidad y se obtiene una de cada prueba de Consolidación.

CALCULOS DE CONSOLIDACION

DATOS INICIALES DEL ENSAYO:.Dimensiones del Anillo:

Diámetro (d),=Altura (h),=Area (A)=Peso especifico relativo de los sólidos: (Gs)=

Expansión de la muestra:Lectura inicial de expansi6n (Lei)=Lectura final de expansi6n (Lef)=Expansión = Lef –Lei=

Determinación de Altura Inicial (Hi):Hi = altura inicial del suelo después de la expansiónHi = altura del anillo + expansi6n

Determnacion de la Humedad Inicial:Peso del anillo + suelo húmedo inicialPeso del anillo + suelo saturado inicialPeso del anilloPeso del suelo humedo inicial (Whi)

Peso del suelo saturado inicial (WHI)

Peso del suelo seco al horno + anilloPeso del suelo seco (Ws)

Determinación de la Altura de Solidos:Gs = = = sabemos que Vs = HsA

Gs = .

Despejando: Hs = .

Determinacion de la altura inicial de vacíos (Hiv):Hiv = Hi –Hs

Como la muestra inicial esta SATURADA, entonces Viv = ViwViw = Wiw/ = 1 gr/cm3Viw = Wiw Wiw = WHI -WsAHiv = Wiw/ entonces: Hiv= Wiw/ .

ADeterminacion de la Saturacion Inicial (Si):Si = Viw/Viv Viw = Wiw/

Wiw = WHi -Ws Viv = HivA

Si = [(WHI -Ws) / (HivA )]*100

Determinación de la Relación de Vacíos Inicial:ei = Viv/Vs ei = HivA ei = Hiv/Hs

HsA

DATOS FINALES DEL ENSAYO:Lectura inicial del deformimetro (Li)Lectura final del deformimetro después de la carga (Lf)Cambio de altura en la muestra ΔH = Li -Lf

Determinacion de la altura final de vacios (muestra saturada) Hvf:Vvf = Vwf Vwf = Wwf/ = 1 gr/cm3 Vvf = Wwf/Vvf = HvfA HvfA = Wwf/ Hvf = Wwf/Tambien: Hvf = Hi –ΔH – Hs

Determinacion del contenido de Humedad Final:Peso del anillo + suelo saturado final=Peso del anillo + suelo seco=Peso del suelo saturado final=Peso del suelo seco (Ws)=

Determinación de la Saturación Final (Sf):Sf = Vwf/Vvf Vwf = Wwf/ Wwf = WHf –Ws Vvf = HvfA

Sf = [(WHf -Ws) / (HvfA ) ]*100

Tanto la Saturacion Inicial como la Final tienen que dar 100% 0 un valor cercano, ya que la muestra esta siempre SATURADA. Vv=Vw

Determinación de la Relación de Vacios Final:ef = Vvf/Vs ef = HvfA ef = Hvf/Hs

AHs

TABLA DE CARGAS Y DEFORMACIONES VERSUS TIEMPOTIEMPO CARGA DESCARGA

(min) Hora 1kilo 2Kilos 4Kilos 8Kilos 16Kilos 16Kilos 8Kilos 4Kilos 2Kilos 1kilo

0 L.I. 9.596     8.353 7.735 6.974 7.047 7.16 7.288 7.444

0.25 0.25 9.500 9.064 8.811 8.247 7.605 6.995 7.07 7.182 7.306 7.489

1.00 1.00 9.480 9.053 8.721 8.224 7.571 7.002 7.075 7.186 7.31 7.493

2.25 2.25 9.459 9.041 8.701 8.198 7.54 7.008 7.081 7.19 7.313 7.498

4.00 4.00 9.438 9.03 8.681 8.172 7.508 7.014 7.087 7.195 7.316 7.502

6.25 6.25 9.416 9.022 8.663 8.156 7.474 7.019 7.094 7.199 7.319 7.507

9.00 9.00 9.395 9.005 8.644 8.128 7.439 7.022 7.099 7.203 7.321 7.512

12.25 12.25 9.369 8.991 8.626 8.107 7.403 7.026 7.105 7.209 7.325 7.519

16.00 16.00 9.351 8.98 8.6 8.082 7.369 7.029 7.11 7.213 7.329 7.524

20.25 20.25 9.330 8.968 8.589 8.059 7.336 7.031 7.115 7.218 7.332 7.53

25.00 25.00 9.311 8.956 8.573 8.033 7.303 7.032 7.119 7.222 7.336 7.537

30.00 30.00 9.292 8.946 8.56 8.015 7.279 7.034 7.124 7.227 7.34 7.545

60.00 1 9.220 8.902 8.495 7.942 7.179 7.038 7.136 7.243 7.359 7.583

120.00 2 9.172 8.875 8.449 7.871 7.102 7.042 7.145 7.264 7.378 7.646

180.00 3 9.159 8.862 8.429 7.843 7.071 7.045 7.15 7.275 7.394 7.677

240.00 4 9.150 8.856 8.421 7.829 7.053 7.048 7.153 7.282 7.405 7.708

300.00 5 9.147 8.851 8.41 7.817 7.041 7.05 7.157 7.289 7.411 7.763

360.00 6 9.143 8.847 8.41 7.811 7.033 7.052 7.16 7.293 7.421 7.774

420.00 7 9.141 8.847 8.353 7.735 7.024 7.052 7.162 7.288 7.444 7.869

1440.00 24 9.121 8.847 8.353 7.735 6.974 7.047 7.16 7.288 7.444 7.869