30514394 Informe Ensayo de Consolidacion

8/3/2019 30514394 Informe Ensayo de Consolidacion

1/13

INTRODUCCIN

El ensayo de consolidacin, tambin llamado ensayo de compresin confinada, es

de gran importancia, debido a que la consolidacin es un problema natural de los suelos

finos, como arcillas y limos, y todas las edificaciones fundadas sobre este tipo de suelo

enfrentarn este fenmeno. Por lo anterior es de vital importancia conocer la velocidad de

asentamiento total y diferencial de la estructura.

La consolidacin es el proceso de asentamiento de los suelos antes mencionados,

cuando estn saturados y sujetos a incrementos de carga debido a la disipacin de la presin

de poros.

Todo lo anterior se refleja en los resultados obtenidos a partir del ensayo, el cual

entrega la curva de esfuerzo deformacin, la presin de preconsolidacin y el coeficiente de

consolidacin.

El ensayo de consolidacin es un ensayo bastante complicado debido a que tiene un

complejo procedimiento, en el cual debemos ver como va variando el volumen del suelo al

aplicar la carga, con una duracin de 2 semanas aproximadamente, aunque en nuestro caso

se ver una forma simplificada del ensayo, ya que por motivos de tiempo y espacio en el

laboratorio no se podr hacer completo. Este ensayo esta estandarizado por la norma

norteamericana ASTM D-2435.


2/13

OBJETIVOS

Al terminar este trabajo en el laboratorio el alumno ser capaz de:

Reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar

el ensayo de consolidacin, aprendiendo las caractersticas de cada uno, y los

cuidados que se deben tomar para realizar la experiencia.

Obtener datos a partir de los ensayos y anotarlos en una tabla ordenada diseada

especialmente para este ensayo.

Interpretar los datos obtenidos a travs de formulaciones, tablas y grficos, de

manera que permitan sacar conclusiones sobre el ensayo realizado.

Comprender la experiencia realizada, asimilando la metodologa y procedimientos

usados en el ensayo, incluido el tiempo e intervalos de medicin.

Conocer la magnitud y rapidez de los cambios de volumen de una muestra al ser

sometida a un ensayo de consolidacin.

Construir las curvas de consolidacin y establecer los puntos importantes a travs

del mtodo de Casagrande, para la determinacin de las caractersticas de

compresibilidad del suelo y rapidez de consolidacin.

Aprender experimentalmente el fenmeno de la consolidacin.


3/13

APOYO TERICO

Compresibilidad de estratos confinados

No es fcil estudiar el caso general de compresin, pero cuando se considera la

compresin en una sola direccin el anlisis es ms sencillo. Un estrato de suelo puede

cargarse por la aplicacin de una presin sobre su superficie, como puede ser naturalmente

por sedimentacin sucesiva en las capas superiores, o artificialmente por el emplazamiento

de terraplenes, estructuras o fundaciones.

Cuando un estrato de gran rea en comparacin con su espesor se carga

uniformemente, todos los elementos de suelo a cada profundidad se encuentran confinados

por los elementos adyacentes que estn bajo el mismo estado de carga. De esta forma, se

mantiene la posicin relativa de las partculas slidas ubicadas sobre un mismo plano

horizontal y el movimiento de las mismas slo puede ocurrir en direccin vertical. El hecho

de que los desplazamientos horizontales de la arcilla sean o no nulos depende de varios

factores. Si el estrato de arcilla es relativamente delgado y est confinado entre estratos de

arena, grava o materiales ms rgidos, o si el estrato de arcilla aun siendo grueso, contiene

gran cantidad de capas delgadas de arena, ocurre que la deformacin lateral de la arcilla se

restringe tanto que puede despreciarse en comparacin a los desplazamientos verticales.

Al ocurrir la compresin de un suelo, como se explic anteriormente, tiene lugar un

escape de agua de los poros. Este escape se produce de acuerdo a la ley de Darcy. Si el

suelo tiene bajo coeficiente de permeabilidad, se requerir un largo tiempo para que se

desarrolle completamente el fenmeno descrito. El proceso gradual que involucra una

disminucin de volumen y un escape del agua, provocado por un aumento de presin

efectiva sobre el suelo y que tiene lugar a lo largo de un cierto lapso, se denomina

consolidacin. Cuando se aplica una carga a un suelo se produce un incremento de las

presiones totales en el mismo. Si el suelo se encuentra saturado, inicialmente este

incremento es absorbido por el agua intersticial, y luego va transmitindose gradualmente al

esqueleto del suelo a medida que el agua sale de los poros. Se denomina consolidacin

primaria al proceso de cambio de volumen dependiente del tiempo que tiene lugar con la

expulsin de agua de los vacos, disipndose la presin de poro e incrementndose la

presin efectiva del suelo. En cambio, se denomina consolidacin secundaria al proceso decambio de volumen dependiente del tiempo que ocurre luego de la consolidacin primaria

y tiene lugar esencialmente a presin efectiva constante. La consolidacin secundaria es

un fenmeno de flujo viscoso. El efecto se atribuye hoy, generalmente, al deslizamiento


4/13

progresivo diferido en el tiempo, entre las partculas del material que se reacomodan,

tendiendo a estados ms compactos, para adaptarse a la nueva condicin de carga.

Teora de la consolidacin

Terzaghi propuso el modelo mostrado en la figura para ilustrar el proceso de

consolidacin, lo cual se conoce como analoga mecnica de Terzaghi. El mismo consiste

en un recipiente cilndrico lleno de agua, con un resorte dentro y sobre l un pistn con una

vlvula. El resorte representa el esqueleto mineral de un suelo y el agua sera el agua

intersticial del suelo. Se supone que el pistn sin friccin es soportado por el resorte. Al

aplicar una carga al pistn con la vlvula cerrada, la longitud del resorte permanece

invariable, puesto que el agua se considera incompresible. Si la carga induce un aumento de

la presin total, entonces la totalidad de este aumento debe ser absorbido por un aumento

igual de la presin del agua. Cuando se abre la vlvula, el exceso de presin de agua en la

cmara causa el flujo de sta hacia afuera, la presin disminuye y el pistn se hunde a

medida que se comprime el resorte. En esta forma, la carga se transfiere en forma gradual al

resorte, reduciendo su longitud, hasta que toda la carga es soportada por el mismo. Por

consiguiente, en la etapa final, el aumento de la presin efectiva es igual al aumento de la

presin total, y el exceso de presin de agua se reduce a cero. La velocidad de compresin

depende del grado de apertura de la vlvula, esto es anlogo a la permeabilidad del suelo.

Si el estrato que consolida es libre de drenar por sus caras superior e inferior, el

mismo es llamado capa abierta, y su espesor se denota por 2H. Si el agua slo puede

escapar a travs de una superficie, el estrato es llamado semiabierto. El espesor de los

estratos semiabiertos se denota por H. Ambos casos se muestran en la figura.


5/13

La notacin del espesor de los estratos se expresa de esa manera, dado que se

considera a H como la mxima distancia que debe recorrer una partcula de agua, dentro del

estrato, para drenar. El proceso de consolidacin puede describirse por las posiciones

sucesivas de las curvas iscronas (ver figura de la pgina siguiente), que definen las

proporciones relativas de la presin de consolidacin inicial que ya se han convertido en

presin efectiva en relacin a las que siguen siendo presin neutra, en cada instante.

Suponiendo que las leyes de la hidrulica gobiernen la disminucin de la presin del agua

de los poros, y que la disminucin en volumen del suelo sea proporcional al aumento en

presin efectiva y sea igual a la cantidad de agua expulsada, Terzaghi elabor una teora

cuyo propsito es conocer la presin efectiva y la relacin de vacos en cualquier punto de

un estrato y en cualquier intervalo de tiempo para una capa de suelo de un cierto espesor

que se encuentra en proceso de consolidacin. Se conoce como teora de la consolidacin.

Las hiptesis que se consideraron para el desarrollo de la teora son las siguientes:

1. El suelo est totalmente saturado y es homogneo.

2. Tanto el agua como las partculas del suelo son incompresibles.

3. Se puede aplicar la ley de Darcy para el flujo del agua.

4. La variacin de volumen es unidimensional en la direccin del esfuerzo aplicado.

5. El coeficiente de permeabilidad en esta direccin permanece constante.

6. La variacin de volumen corresponde al cambio en la relacin de vacos y permanece

constante.

A partir de la informacin brindada por las curvas obtenidas de los ensayos de

consolidacin puede calcularse el asentamiento de un estrato, lo cual contesta la primera de

las cuestiones que plantea el estudio de la compresibilidad. Para arcillas normalmente

consolidadas la variacin de la relacin de vacos con respecto a la presin est dirigida por

el ndice de compresin Cc de la curva virgen (ver figura). El clculo del asentamiento por

consolidacin de un estrato de espesor H, para arcillas normalmente consolidadas est dado

por la siguiente ecuacin:

+

+=

'

'logH

e1

CcS z

o


6/13

MATERIALES

Los materiales utilizados en el ensayo de consolidacin o compresin confinada son los

siguientes:

1. Aparato de consolidacin: el aparato de consolidacin corresponde a un brazo de

longitud definida, por medio del cual es posible aplicar una carga a la muestra.

2. Piedras porosas: estas piedras sirven para sujetar el suelo en el porta probetas, pero

permitiendo el drenaje del agua.

3. Porta probetas o celda de compresin: se usa para afirmar y confinar al suelo duranteel ensayo.

4. Juego de pesas: son necesarias para aplicar las cargas al suelo en estudio. Son de

distintos pesos, lo que permite ir colocndolas en forma gradual, conforme se avanza en el

ensayo.

2. Deformmetro: el indicador de deformaciones debe ser un dial graduado a 0,02 mm, y

con un rango de medicin de por lo menos un 20% de la longitud del espcimen para el

ensayo, o algn otro instrumento de medicin, como un transductor que cumpla estos

requerimientos.

3. Instrumentos de medicin: micrmetro, u otro instrumento adecuado para medir las

dimensiones fsicas del espcimen dentro del 0,1% de la dimensin medida. Los pie de

metro o calibradores Vernier no son recomendados para especimenes blandos que se

deformarn a medida que los calibradores se colocan sobre el espcimen.

4. Cronmetro: un instrumento de medicin de tiempo, que indique el tiempo transcurrido

con una precisin de 1 segundo para controlar la aplicacin de las cargas.

5. Balanza: la balanza usada para pesar los especimenes, debe determinar su masa con una

precisin de 0,01 gramos.

6. Equipo miscelneo: incluye las herramientas para recortar y labrar la muestra,

instrumentos para remoldear la muestra, y las hojas de datos.


7/13

MTODO

El ensayo de consolidacin se realiza siguiendo el mtodo dado a continuacin:

1. Obtencin y preparacin de muestras.

1.1 Se extrae muestra del suelo lo mas inalterada posible de un tamao suficiente

para poder trasportarla al laboratorio sin que sta se desintegre y no se produzcan grietas

internas que puedan alterar los resultados del ensayo.

1.2 Se deben manejar las muestras cuidadosamente para prevenir cualquier

alteracin, cambios en la seccin transversal y evitndose cualquier cambio en el contenido

de agua del suelo.

2. Preparacin de la probeta.

2.1 Se talla la muestra de tal manera que se obtenga un volumen igual al del

anillo del consolidmetro, este tallado se realiza de forma muy cuidadosa, en lo posible

tratando que el material no se agriete en el tallado, realizado con un cuchillo.

2.2 El tamao de la probeta se mide con el mismo anillo, de esta manera se llega

a una probeta bien tallada cumpliendo con la condiciones anteriormente mencionadas.

2.3 Antes del proceso de moldeo o tallado, se extraen porciones del suelo de la

muestra para determinar el contenido de humedad exacto.

2.4 Una vez colocado el espcimen dentro del anillo, se determina el peso

hmedo de la muestra ms el equipo.

3. Procedimiento.

3.1 Se arma el edmetro colocando la piedra porosa del fondo, por encima el

conjunto del anillo y la pastilla, se ajusta el mismo y sobre la pastilla se pone otra piedra

porosa.

3.2 Se ajusta el contrapeso del sistema de transmisin de cargas de manera que

el brazo del mismo estuviese en equilibrio.


8/13

3.3 Se coloca el edmetro debajo del yugo de carga interponiendo entre ambos

una esfera de acero y la zapata de igual superficie que la piedra porosa, para distribuir la

carga. El conjunto se centra para que la presin sea axial.

3.4 Se ubica el deformmetro adosndolo al yugo de manera que tuviera contacto

con el anillo, permitiendo medir la variacin en la altura de la pastilla.

3.5 Se traba el brazo con el yugo en contacto con la bola de acero sobre la zapata

y se colocan las pesas necesarias para transmitir a la muestra la presin correspondiente al

primer escaln de carga programado de 0,25 kg/cm, considerando que cada kilogramo de

las pesas trasmite 0,25 kg/cm a la pastilla. El trabado del brazo impide el impacto de las

cargas sobre la muestra.

3.6 Ubicadas las pesas, se procedi a destrabar el brazo considerando ese

momento como el inicio del escaln de carga y a partir del cual se tomaron las lecturas del

flexmetro.

3.7 Las lecturas son tomadas y anotadas en intervalos de tiempo adecuados. Se

utiliza como gua la siguiente secuencia. Se registran las lecturas del deformmetro en los

tiempos dados en minutos: 0 0,1 0,25 0,5 1,0 2,25 4,0 6,25 9,0 12,25

16,0 20,25 25 40 60 90 120 180 480 1440.

3.8 Se dibuja la curva de consolidacin en escala semilogartmica.

3.9 Este procedimiento se repite en cada ciclo, aumentando la carga

sucesivamente, sin embargo, por razones de tiempo, en este ensayo slo se midi la

consolidacin para la primera carga.

3.10 Despus de finalizado el ensayo, se desarma el equipo y se pesa la muestra

para el clculo del contenido de humedad.


9/13

RESULTADOS

Peso molde = 70,40 grs

Peso molde + material = 131,94 grs

Peso molde + material seco = 102,20 grs

Peso material = 61,54 grs

Peso material seco = 31,80 grs

Contenido de humedad = 93,52 %

Dimetro de la muestra = 5 cm

Area de la muestra = 19,64 cm2

Altura inicial de la muestra = 2 cm

Volumen inicial de la muestra = 39,27 cm3

Carga = 1 kg

Presin = 0,25 kg/cm2

Los valores obtenidos en el laboratorio se muestran en la siguiente tabla.

Fecha HoraTiempo

tLectura Deformacin

seg hrs min 0,002 mm mm

15-jun-2004 10:36 6 0,10 0,32 108 0,21615 0,25 0,50 112 0,224

30 0,50 0,71 114 0,228

60 1,00 1,00 116 0,232

2,25 1,50 121 0,242

4,00 2,00 122 0,244

6,25 2,50 122 0,244

9,00 3,00 122 0,244

12,2

5 3,50 123 0,246

16,0

0 4,00 123 0,246

20,2

5 4,50 123 0,246

25,0

0 5,00 124 0,248

40,0

0 6,32 124 0,248

11:36 1

60,0

0 7,75 124 0,248

12:06 1,5

90,0

0 9,49 124 0,248

12:36 2 120

10,9

5 124 0,248

13:36 3 180

13,4

2 125 0,250

18:00 8 48021,9

1 126 0,252

16-jun-2004 9:00 24 1440 37,9 126 0,252


10/13

5

De esta tabla podemos obtener la curva de consolidacin para la carga de 1 kg, la

cual se representa en el siguiente grfico. Por medio del mtodo de Casagrande, hallamos

que el 50% de la consolidacin se produce para un t = 12 min.

CONCLUSIONES

El ensayo de consolidacin o de compresin confinada es muy importante para

nosotros como constructores, sobre todo en esta zona, donde abundan los suelos arcillosos yque pasan gran parte del ao saturados, por que son precisamente stas las condiciones

bsicas, adems de la aplicacin de una carga constante, para que se produzca el fenmeno

de la consolidacin. Al construir sobre un suelo estamos aplicando una carga muy grande y

resulta muy significativo conocer cual ser el comportamiento futuro de la estructura sobre

el terreno, sin embargo hemos aprendido que en Mecnica de Suelos, y ms an en este

tema en particular, es muy difcil predecir el comportamiento a futuro, ya que son muchas

las variables que estn en juego.

Tratar de comprender tericamente la elasticidad ya es bastante difcil, y cuando las

estructuras no son simples o los materiales no son uniformes se complica bastante, por eso

cuando vemos que los suelos no son homogneos, que su comportamiento es elstico en un

rango muy pequeo, que pueden cambiar sus propiedades mecnicas con pequeas

variaciones en el contenido de humedad, y que su estudio es de por s bastante difcil, no

podemos dejar de darnos cuenta de la real importancia que tiene el estudio y el

conocimiento en esta materia, ya que es la nica forma que como ingenieros seamos

capaces de asimilar no solo el conocimiento, sino tambin de asumir nuestra ignorancia y

seguir profundizando en la materia.

Con respecto a la experiencia en el laboratorio, es necesario recalcar que por

motivos de tiempo no se hizo el ensayo completo, por lo que muchas mediciones no

pudieron realizarse, sin embargo nos sentimos satisfechos con el trabajo realizado, tanto en

este como en los anteriores laboratorios, los cuales han sido fundamentales para

comprender mejor las materias vistas en las clases tericas.


11/13


12/13

Coeficiente de consolidacin

50

2

t

H0,196Cv =

2

HfHiH

+=

cm2Hi =

cm1,7480,252-2Hf ==

cm874,12

1,7482H =

+=

057,012

1,8740,196Cv

2

==


13/13

LABORATORIO DE MECNICA DE SUELOS

Daniel Santibez

Valdivia, 25 de junio de 2004

30514394 Informe Ensayo de Consolidacion

Documents

Transcript of 30514394 Informe Ensayo de Consolidacion