consolidación datos (reparado)
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Ensayo de Consolidación
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I. RESUMEN
Al someter una masa de suelo saturado a un incremento de carga, ésta esta soportada
inicialmente por el agua contenida en los poros, ya que ella es incompresible en
comparación con la estructura del suelo. La presión que resulta en el agua a causa del
incremento de la carga es llamada exceso de presión hidrostática. A medida que el
agua drena de los poros del suelo, el incremento de carga es transmitido a la
estructura del suelo. La trasferencia de carga es acompañada por un cambio de
volumen del suelo igual al volumen de agua drenada. Este proceso es conocido como
consolidación.
Este es un proceso que tiene un tiempo acotado de ocurrencia, comienza cuando se
aplica el incremento de carga, y finaliza cuando la presión de los poros es igual a la
hidrostática, o lo que es lo mismo, cuando se ha producido la totalidad de la
transferencia de carga del agua a la estructura de suelo. Terminando este proceso
llamado consolidación primaria, el suelo continúa deformándose, aunque en menor
magnitud, debido a un reacomodamiento de los granos. A este último proceso se lo
denomina consolidación secundaria.
El asiento total, suponiendo que el último valor medido coincide con el momento en
que desaparece toda la sobrepresión intersticial creada al aplicar la carga, es una
medida de la deformación del esqueleto del suelo. Si se realizan varios escalones de
carga, se obtendrá una curva de compresibilidad. Que relaciona la presión efectiva (en
escala logarítmica) con la deformación del esqueleto mineral, expresada por el índice
de poros o relación de vacios.
El propósito fundamental del ensayo de consolidación es determinar ciertos
parámetros que se utilizan para predecir la velocidad y la magnitud del asentamiento
de estructuras fundadas sobre arcillas. Además, el ensayo permite obtener
información acerca de la historia de presiones a que ha sido sometido el suelo.
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II. INTRODUCCIÓN
El ensayo de consolidación, también llamado ensayo de compresión confinada, es
de gran importancia, debido a que la consolidación es un problema natural de los
suelos finos, como arcillas y limos, y todas las edificaciones fundadas sobre este tipo
de suelo enfrentarán este fenómeno. Por lo anterior es de vital importancia conocer la
velocidad de asentamiento total y diferencial de la estructura. La consolidación es el
proceso de asentamiento de los suelos antes mencionados, cuando están saturados y
sujetos a incrementos de carga debido a la disipación de la presión de poros. Todo lo
anterior se refleja en los resultados obtenidos a partir del ensayo, el cual entrega la
curva de esfuerzo deformación, la presión de preconsolidación y el coeficiente de
consolidación. El ensayo de consolidación es un ensayo bastante complicado debido a
que tiene un complejo procedimiento, en el cual debemos ver cómo va variando el
volumen del suelo al aplicar la carga, con una duración de dos semanas
aproximadamente, aunque en nuestro caso se verá una forma simplificada del ensayo,
ya que por motivos de tiempo y espacio en el laboratorio no se podrá hacer completo.
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III. OBJETIVOS
2.1.-Reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para
realizar el ensayo de consolidación, aprendiendo las características de cada uno, y los
cuidados que se deben tomar para realizar la experiencia.
2.2.-Interpretar los datos obtenidos a través de formulaciones, tablas y gráficos, de
manera que permitan sacar conclusiones sobre el ensayo realizado.
2.3.-Evaluar asentamientos por consolidación.
2.4.-Estimar velocidad del asentamiento (tiempo).
2.5.-Conocer la magnitud y rapidez de los cambios de volumen de una muestra al ser
sometida a un ensayo de consolidación.
2.6.-Construir las curvas de consolidación y establecer los puntos importantes a través
del método de Casagrande, para la determinación de las características de
compresibilidad del suelo y rapidez de consolidación.
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IV. MARCO TEORICO
La consolidación es la disipación del exceso de presión de poro debido al flujo de
agua hacia el exterior.
Este ensayo se encuentra estandarizado por la ASTM D-2435.
La consolidación es el proceso de asentamiento de arcillas saturadas cuando están
sujetas a incrementos de cargas debido a la disipación de la presión de poros. Como
podemos apreciar los parámetros obtenidos con ese ensayo son muy importantes para
la estimación de la magnitud y velocidad de asentamiento total y diferencial de una
estructura o relleno, es por esto que estos parámetros son de gran importancia en
cualquier tipo de construcción.
Los parámetros más importantes que se obtienen del suelo al realizar el ensayo son:
El coeficiente de consolidación CV, que indica el grado de asentamiento del suelo bajo
un cierto incremento de carga y vinculada a la velocidad del mismo.
El índice de compresibilidad CC, que expresa la compresibilidad de una muestra.
La presión de preconsolidación PC, que indica la máxima presión que ha soportado el
suelo en su historia geológica.
En campo, cuando el esfuerzo sobre un estrato de arcilla saturada se incrementa; por
ejemplo, por la construcción de una cimentación, por la presión del agua de poro en la
arcilla se incrementará. Debido a que la permeabilidad de las arcillas es muy pequeña,
se requerirá algún tiempo para que el exceso de presión del agua de poros se disipe y
el incremento del esfuerzo se transfiera a la estructura del suelo.
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1. DEFINICIÓN
Se define como consolidación la deformación plástica debida a reducción en la
relación (generalmente llamada asentamiento) la cual es función del tiempo y el
exceso de presión de poros.
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 vacios 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 vacios,
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.
Figura Nº 01: Principios de consolidación
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2. ENSAYO DE CONSOLIDACION
Cuando se somete un suelo a un incremento en presión (o carga), ocurre un
reajuste da la estructura del suelo que podría considerarse primeramente como una
deformación plástica correspondientes a una reducción en la relación de vacios.
Puede producirse también una pequeña cantidad de deformación elástica peor
considerando la magnitud de las cargas involucradas y el hecho de que el módulo de
elasticidad de los granos de suelo sea del orden de 20mpa de la deformación elástica
es despreciable.
Cuando se aplica una carga a un suelo de grano grueso completamente seco, parcial
o completamente saturado, o cuando la carga se aplica a suelo seco, el proceso de
deformación plástica con reducción en la relación de vacios tiene lugar en un periodo
de tiempo tan corto que es posible considerarlo como instantáneo. Esto puede
explicarse en suelos secos por el hecho de que el aire tiene poca viscosidad y es muy
fácilmente comprimido; se esa forma los sólidos no presentan ninguna resistencia al
flujo hacia fuera del fluido de los poros, a medida que lo vacios del suelo se reducen.
En el caso de un suelo de grano saturado o parcialmente saturado, el coeficiente de
permeabilidad “” es suficientemente grande para que el agua de los poros también
pueda salir casi instantáneamente.
Cuando se aplica una carga a un suelo de grano fino saturado parcial o totalmente el
tiempo para lograr la deformación plástica y la reducción en la relación de los vacios
es mucho mayor, y para este proceso dependerá de varios factores entre los cuales
los principales son:
Grado de saturación
Coeficiente de permeabilidad del suelo.
Las propiedades del flujo de los poros.
La longitud de la trayectoria que debe recorrer el fluido expulsado de la
muestra para encontrar equilibrio.
El ensayo del laboratorio es unidimensional por el hecho de que con un anillo metálico
para confinar la muestra, no se permite flujo o movimiento de agua en un sentido
lateral. Todo el flujo de agua sucede en un sentido vertical. En el terreno ocurre algo
de movimiento lateral de agua y algo de movimiento lateral del suelo.
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EL en ensayo de consolidación en el laboratorio se hace sobre una muestra que tiene
entre 20 y 40mm de espesor colocada en un anillo de metal confinante de diámetro
entre 45 y 113mm (100cm2). Existe dos tipos de anillos el fijo y el flotante, el fijo
facilita la medición del coeficiente de permeabilidad. La relación diámetro/altura debe
ser >2.5
3. TEORÍA DE TERZAGHI PARA LA CONSOLIDACIÓN
Terzaghi en 1923 publicó la ecuación diferencial fundamental para el proceso de
consolidación.
En 1924 presentó su teoría de "consolidación de arcillas" (para la cual también usaba
el nombre de "teoría de esfuerzos hidrodinámicos"), en el Primer Congreso
Internacional de Mecánica Aplicada, en Delft, Holanda.
En mayo de 1926 construyó un aparato de consolidación en miniatura, equipo para
realizar ensayos de suelos, el cual fue utilizado en el M.I.T.
Terzaghi propuso el modelo mostrado en la figura para ilustrar el proceso de
consolidación, lo cual se conoce como analogía mecánica de Terzaghi. El mismo
consiste en un recipiente cilíndrico lleno de agua, con un resorte dentro y sobre el
pistón con una válvula. El resorte representa el esqueleto mineral de un suelo y el
agua sería el agua intersticial del suelo. Se supone que el pistón sin fricción es
soportado por el resorte. Al aplicar una carga al pistón con la válvula cerrada, la
longitud del resorte permanece invariable, puesto que el agua se considera
incompresible. Si la carga introduce un aumento de la presión total, entonces la
totalidad de este aumento debe ser absorbido por un aumento igual de la presión del
agua. Cuando se abre la válvula, el exceso de presión de agua en la cámara causa el
flujo de ésta hacia afuera, la presión disminuye y el pistón se hunde a medida que se
comprime el resorte, En esta forma, la carga se transfiere en forma graduada al
resorte, reduciendo su longitud, hasta que toda la carga es soportada el mismo. Por
consiguiente, en la etapa final, el aumento de la presión efectiva es igual al aumento
de la presión total, y el exceso de presión de agua se reduce a cero. La velocidad de
compresión depende del grado de apertura de la válvula, esto es análogo 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 sólo puede
escapar a través de una superficie, el estrato es llamado semiabierto. El espeso del los
estratos semiabiertos se denota por H. Ambos caos se muestran en la figura.
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Figura Nº 02: Analogía Mecánica de Terzaghi
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4. TEORÍA DE TERZAGHI PARA LA CONSOLIDACIÓN VERTICAL
4.1. Deducción de la ecuación de comportamiento:
Considérese un depósito de suelo homogéneo, saturado de longitud lateral infinita
y cometido a una carga uniforme que aplicada en toda el área superficial. El suelo
reposa sobre una base impermeable y drena libremente por cara superior. La
disipación del exceso de presión de poros en cualquier punto solo se producirá
mediante el flujo del agua intersticial en sentido vertical ascendente hacia la superficie.
Figura Nº 02: Variación de la presión de poros en función del tiempo
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vz=.Es la velocidad vertical del flujo que entra en el elemento.
vz+ ∆z= Es la velocidad vertical el flujo que sale del elemento
Si se aplica el Teorema de Taylor, se tiene.
……(1)
Puesto que ∆𝑧 es muy pequeño, puede suponerse que los términos de segundo orden
y de orden superior son insignificantes, por lo tanto.
…… (2)
Figura Nº 03: Consolidación vertical de una capa de suelo
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A partir del principio de continuidad del volumen se tiene que:
Entonces:
…… (3)
Donde A es el área plana del elemento y V es el volumen. Por tanto:
…… (4)
V. MATERIALES
1 Muestra
2 Pie de rey
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3 Anillos metálicos
4 Consolidometro
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5 Micrómetro
6 Pesas
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7 Balanza
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VI. PROCEDIMIENTO
La prueba de Consolidación Estándar consiste en comprimir verticalmente una
muestra de suelo en estudio, confinándola en un anillo rígido. El suelo está sujeto a un
esfuerzo en sus dos superficies planas; toda deformación ocurre en el eje vertical, las
deformaciones elástica y cortante son insignificantes debido a que toda la superficie de
la muestra se carga y no permite deformación lateral.
Los esfuerzos se aplican siguiendo una secuencia de cargas normalizadas o
establecidas previamente, las cuales estarán de acuerdo al nivel de cargas que el
suelo en estudio soportará en el futuro. En todos los casos y para cada incremento de
carga la muestra sufre una primera deformación correspondiente al retraso
hidrodinámico que se llama consolidación primaria y también sufre una deformación
adicional debido a un fenómeno secundario.
Teóricamente es factible el fenómeno de consolidación cuando la muestra está
saturada, sin embargo, la práctica se admite que también se genera un proceso similar
en masas de suelo que no están 100% saturadas y por lo tanto, para estos casos se
aplica también la teoría de la consolidación, teniendo presente que se trata sólo de
una interpretación aproximada y que las conclusiones finales deben darse en base a
las propiedades físico-químicas y límites de consistencia, acompañadas de una buena
descripción de campo.
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Los pasos real i zados en e l laboratorio fueron los siguientes:
1) Tal lamos la muestra usando e l ani l lo y un cuchi l lo
M
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2) Pesamos e l ani l lo
3) Pesamos luego e l ani l lo más suelo húmedo
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4) Posteriormente colocamos la nuestra en el consolidometro antes de
cual primero empezamos a colocar los componentes de mismo
echando primero vaselina alrededor de estos para puedan ingresar.
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5) Luego de colocada la muestra ejercemos un carga generada por las pesas
ubicadas en la parte inferior del consolidometro .
Tomamos lectura del micrómetro cada 6,15,30 segundos luego cada
1,2,4,8,15,30,60 y 120 minutos
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VII. CONCLUSIONES
1. Se conocieron equipos y materiales para realizar en ensayo de consolidación.
2. Se obtuvieron los asentamientos y se calcularon los datos
3. Se realizaron los gráficos de acuerdo a los valores calculados
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Consolidación (Resumen de datos Y Cálculos)
SONDEO: C-1
PROFUNDIDAD: 1.10m EDOMETRO: 165
Hs= 14.07m
H1=23.20mm
e1=0.649
Pres ión (P) (kg/cm2)
Lectura del Manómetro (mm)
Deformación (mm)
Corrección por Compres ión (mm)
Deformación
Corregida (δ/mm) δ/Hs
Relación de Vacíos
e=e1-δ/Hs
3.039
0.25 3.264 0.226 0.019 0.207 0.0147 0.6343
0.50 3.415 0.376 0.032 0.344 0.0244 0.6246
1.00 3.595 0.556 0.052 0.504 0.0358 0.6132
2.00 3.776 0.737 0.077 0.660 0.0469 0.6021
4.00 3.963 0.924 0.103 0.821 0.0584 0.5906
1.00 3.873 0.834 0.104 0.730 0.0519 0.5971
0.50 3.830 0.791 0.093 0.698 0.0496 0.5994
0.25 3.806 0.767 0.084 0.683 0.0485 0.6005
0.00 3.735 0.696 0.061 0.635 0.0451 0.6039
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0.25, 0.6343
0.50, 0.6246
1.00, 0.6132
2.00, 0.6021
4.00, 0.5906
1.00, 0.5971
0.50, 0.59940.25, 0.6005
0.5850
0.5900
0.5950
0.6000
0.6050
0.6100
0.6150
0.6200
0.6250
0.6300
0.6350
0.6400
0.10 1.00 10.00
R E
L A
C I
O N
D
E
V A
C I
O S
C A R G A A P L I C A D A
GRAFICA DE COMPRESIBILIDAD
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