ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

ÍNDICE

OBJETIVO

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

DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO

El aparato utilizado para realizar este ensayo se denomina Edómetro y aplica el principio introducido por Terzaghi de la compresión de una muestra, generalmente indeformada, de altura pequeña con relación al diámetro, confinada lateralmente por un anillo rígido y colocada entre discos porosos.

Si las condiciones reales correspondieren a una situación de estrato semi-abierto se emplea entonces un solo disco poroso.

A pesar de lo pequeño de las muestras, el rozamiento que se desenvuelve entre el suelo y la pared del anillo durante el ensayo constituye una causa de error aunque no importante.

Se ha notado que la fuerza de rozamiento lateral alcanza valores de orden del 10 a 20 % de la presión vertical aplicada.

El anillo rígido procura reproducir en el laboratorio lo que ocurre en la naturaleza, donde la deformación lateral de la masa de suelo solicitado por la carga, es impedida por la restante parte del macizo terroso que la envuelve. La carga es aplicada sobre la piedra porosa superior por medio de un disco metálico rígido y la compresión es medida con el auxilio de un micrómetro con sensibilidad de 0.01 mm.

EQUIPO

Consolidómetro (Edómetro) Anillo Piedras porosas Grasa o aceite Micrómetro Cronómetro Cápsulas de Humedad Balaza Termómetro Equipo tallador de muestras

TÉCNICA DEL ENSAYO

La prueba de consolidación se realiza usando especimenes de 6,43 cm. de diámetro y 2,5 cm. de espesor. Las muestras no disturbadas o remoldeadas. La muestra no disturbada es tallada y colocada en el anillo y luego colocada en el Consolidómetro. Es necesario conocer la deflexión del aparato, bajo una de las cargas a utilizarse. Para ello se ensambla el aparto igual que para un ensayo regular pero sin suelo y se colocan las dichas cargas, midiendo las deflexiones (llamadas “deflexiones del aparato”). No se debe olvidad incluir el papel filtro, el cual impide impregnación de material en las piedras porosas.

Se realiza el ensayo aplicando cargas verticales que van siendo gradualmente aumentadas, generalmente según una progresión aritmética de razón igual a 2.

Cada estado de carga debe permanecer el tiempo suficiente para permitir la deformación total de la muestra, registrándose durante el mismo y a intervalos apropiados (15”, 30”, 1’, 2’, 4’, 8’, 16’, 32’ ) y luego a intervalos arbitrarios las indicaciones del micrómetro.

CÁLCULOS

Ejemplo del Ensayo de Consolidación

Determinar la presión de preconsolidación, el índice de compresión y el coeficiente de consolidación de un suelo arcilloso con las siguientes características:

Peso específico del suelo: 1,68 g/cm3

Peso específico de las partículas: 2,81 g/cm3

Humedad de la muestra: 53,2 % Altura inicial de la muestra: 3,808 cm.

La lectura inicial del micrómetro antes de la aplicación de la carga inicial fue ajustada en 8.08 mm. y para los diferentes estados de carga se obtuvieron los valores de deformación que se indica a continuación en el cuadro Nº1:

CUADRO N º.1

TIEMPO AUMENTO DE PRESIONES (kg./cm.2)

minutos 0 - 0,27 0,27 - 0,53 0,53 - 0,80 0,80 - 1,06 1,06 - 2,1 2,1 - 402

0 8,08 7,740 7,390 6,925 6,110 2,940

0,125 7,845 7,630 7,335 6,890 5,890 2,730

0,25 7,840 7,620 7,325 6,880 5,825 2,680

0,5 7,835 7,605 7,315 6,875 5,750 2,600

1 7,830 7,590 7,310 6,865 5,640 2,500

2 7,820 7,570 7,290 6,850 5,500 2,320

4 7,819 7,550 7,270 6,830 5,280 2,110

8 7,809 7,530 7,250 6,810 4,980 1,790

15 7,800 7,520 7,225 6,780 4,690 1,490

30 7,790 7,500 7,200 6,735 4,280 1,185

60 7,785 7,490 7,170 6,695 3,960 1,0

120 7,780 7,470 7,130 6,620 3,690 0,8

300 - 7,450 7,080 - 3,480 0,605

480 - 7,425 7,030 - 3,300 0,510

540 - - - - - -

1400 - 7,410 6,980 - 3,100 0,370

2000 7,740 - - - - -

2800 - 7,390 6,925 6,190 2,940 0,310

4200 - - - 6,110 - -

Desarrollo

Los resultados del cuadro anterior se desarrollan en el cuadro Nº2 en el siguiente proceso.

o En la primera columna se colocan los valores de los diferentes estados de carga en kg./cm.².o En la segunda columna colocamos los valores de las deformaciones acumuladas para cada estado de carga.o En la tercera columna se coloca los valores de las alturas finales de la muestra, después de estar sometidos a los incrementos de presión.

3hS cm/g10.1

532.0168.1

h1

49.155.11

808.3e1

hh1

hh

e

55.110.181.2

1e

1

iS

S

i1

S

gi

o Y en la cuarta columna procedemos a realizar las operaciones siguientes para obtener los diferentes índices de vacíos para cada estado de carga en base al siguiente procedimiento.

Hs = altura reducida de la muestra

Con estos datos obtenidos procedemos a realizar los cálculos de índices de vacíos para las distintas presiones aplicadas al suelo:

55.1149.1808.3

e1

53.1149.1774.3

e2

51.1149.1739.3

e3

478.1149.1

6925.3e4

4235.1149.1611.3

e5

21.1149.1294.3

e6

034.1149.1031.3

e7

mm77.731.008.86h

............

...........

mm69.039.708.82h

mm34.074.708.81h

Cálculo de compresión de la muestra:

Cálculo de la altura de la muestra:

cm031.3777.0808.36h

........

........

cm739.3069.0808.32h

cm774.3034.0808.31h

CUADRO Nº2

PRESIÓN  

COMPRESIÒN DE LA MUESTRA

ALTURA DE LA MUESTRA

INDICE DE VACÍOS

(Kg./cm.2) (cm.) (cm.)  

0 0,000 3,8080 1,55

0,27 0,034 3,7740 1,53

0,53 0,069 3,7390 1,51

0,8 0,1155 3,6925 1,48

1,06 0,197 3,6110 1,42

2,1 0,514 3,2940 1,21

4,2 0,777 3,0310 1,03

Valores con los cuales trazamos la curva e – log(σ) que se indica a continuación:

Determinación de la Presión De Preconsolidación

a. En el punto de mayor curvatura se traza una recta tangente al mismo (T).

b. Del mismo punto trazamos una recta horizontal (H).

a. Trazo la bisectriz de estas dos rectas (B).

a. Luego prolongo la parte recta de la curva e -log(σ) hasta intersecar la bisectriz, punto desde el cual bajo una perpendicular al eje de las abscisas la cual nos muestra el valor de δp= 0.88kg/cm2

σp= 0.88 kg./cm2

PRESIÓN (kg./cm2)

ÍND

ICE

DE

VA

CIO

S

0,1

1,60

1,50

1,40

1,30

1,20

1,10

1,00

2 3 4 5 6 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8 9 10,0

7

HT

B

σp= 0.88 kg./cm2

Índice de Compresión Cc:

Se obtiene determinando la pendiente de la recta de Compresión Virgen.

1

2

21

1

21

21

log

ee

log

eeeCc

71.0355.1log

09.0

55.11.2

log

21.13.1

log

eeCc

1

2

21

Coeficiente de Consolidación Cv (Método de Casagrande):

Para estimar este parámetro se puede utilizar el procedimiento grafico de Casagrande; para lo cual se construye una grafica semilogaritmica, con los datos de la deformación y tiempos de estado de carga que se asemeja a las presiones que van ase aplicadas al suelo en su estado natural, por la estructura a ser construida en el sitio. Se toman en cuenta las siguientes consideraciones:

o Curva a la cual tengo que realizar un ajuste grafico para que se asemeje a la curva teórica de porcentaje de Consolidación-factor tiempo

o Para determinar el 100% de la consolidación, trazo una recta tangente, en el punto de inflexión de la curva.

o Luego prolongo la parte recta de la curva hasta cortar la tangente del punto de inflexión. De este punto trazamos una horizontal que corte al eje de las ordenadas en un punto el cual representa el 100% de la consolidación.

o Luego determinamos el 0%, para lo cual consideramos una relación de 1 a 4 en la parte superior de curva experimental, determinando su diferencia de altura.

o Colocamos esa diferencia de altura sobre la curva en el primer punto y sobre ese punto trazamos una horizontal que corte el eje de las ordenadas en el 0%.

o Una vez ajustada la curva experimental a la teórica, divido la diferencia de altura comprendido entre el 100% y el 0% en dos y determino el 50% de la consolidación, punto desde el cual trazo una recta hasta interceptar a la curva experimental y haciendo pívot en este punto trazo una vertical que intercepta el eje de los tiempos en t50 = 12 min., valor que nos servirá para determinar el Coeficiente de Consolidación Cv.

o Luego en la curva teórica uz % = ∫(T), determino el factor tiempo para que se produzca el 50% de la consolidación T50= 0.196.

50

25050

tH*T

Cv

Para determinar H50 o sea la altura de la muestra cuando se produce el 50% de la consolidación, en la gráfica observamos que el 50% de la consolidación corresponde a una lectura micrométrica de 4.8 mm, como la marca inicial del micrómetro era de 8.08mm. Tenemos:

8.08–4.8 = 3.28 mm.

Como la altura inicial de la muestra era de 3.808 mm.; y por ser estrato abierto:

2H50 = hi – 0.328H50 = (3.808 – 0.328)/2 = 1.74 cm.

Luego con los valores obtenidos, se aplica la formula indicada anteriormente y se obtiene Cv:

seg/cm10x2.8

60x1274.1x196.0

Cv 242

0,1 1 10 100 1000 10000

Tiem po de consolidacion transcurrido ( m inutos) D

efor

mac

ion

(lect

. Micr

omet

ro)

( m

m )

U=100%

U=50%

U=0%t50 %=12min.

PARA 2,1 kg./ cm2

Coeficiente de Consolidación (Método de Taylor)

Para aplicar este método se representan en el eje de las ordenadas las lecturas del medidor del Edómetro, y en de las abscisas, la raíz cuadrada del tiempo.

Prolongando hacia atrás la parte recta de la curva de laboratorio obtenemos la deformación correspondiente al cero corregido Lo.

En la curva teórica, para un grado de consolidación del 90%, la abscisa es igual a 1.15 veces la abscisa de la prolongación de la recta anteriormente mencionada, para el mismo valor de la ordenada. Entonces se traza por el cero corregido una recta cuya abscisa sea igual a 1.15 veces la abscisa de la parte recta de la curva de laboratorio.

Mediante una recta, unimos el punto obtenido al trazar la recta cuya abscisa es 1.15 veces la abscisa de la parte recta de la curva de laboratorio, con el punto cuya abscisa corresponde a Lo.

El punto donde en donde la recta mencionada anteriormente corta a la curva corresponde al 90 % de la consolidación primaria. De este punto sacamos t 90, que corresponde al cuadrado del valor hallado en la gráfica, es decir, t90=(5)2=25 min. Seguidamente hallamos Cv con la siguiente fórmula:

Luego en la curva teórica uz % = ∫(T), determino el factor tiempo para que se produzca el 90% de la consolidación T90= 0.848.

90

290

tH*T

Cv

Para determinar H90 o sea la altura de la muestra cuando se produce el 90% de la consolidación, en la gráfica observamos que el 90% de la consolidación corresponde a una lectura micrométrica de 1.25 mm, como la marca inicial del micrómetro era de 8.08mm. Tenemos:

8.08–1.25 = 6.83 mm.

Como la altura inicial de la muestra era de 3.808 mm.; y por ser estrato abierto:

2H90 = hi – 0.683H90 = (3.808 – 0.683)/2 = 1.20 cm.

Luego con los valores obtenidos, se aplica la formula indicada anteriormente y se obtiene Cv:

seg/cm10x12.8

60x2520.1x848.0

Cv 242

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Raíz de t

Le

ctu

ra d

el m

icró

me

tro

(m

m.)

d

1.5d

√t90=5

1,25

Lo

L90

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