CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS

I.N.V. E – 151 – 07

1. OBJETO

1.1 Este método se refiere al procedimiento para determinar la rata y la magnitud de la consolidación de muestras de suelos cuando se confinan lateralmente y se drenan axialmente mientras se someten a incrementos controlados de esfuerzo vertical.

Dos procedimientos como alternativa a la realización del ensayo son presentados: Método A: Este procedimiento es desarrollado con incremento de carga constante durante veinticuatro (24) horas o un múltiplo de este. Método B: En este procedimiento las lecturas de tiempo deformación son requeridas para todos los incrementos de carga. Una vez alcanzado el 100% de la consolidación primaria , se aplican incrementos sucesivos de carga o en incrementos constantes de tiempo como se describe en el método A.

1.2 Los valores en unidades SI deben considerarse como norma. Los valores en

paréntesis son de información, únicamente. 1.3 Esta norma no pretende considerar todos los problemas de seguridad asociados

con su uso. Es de responsabilidad de quien la emplee, el establecimiento de prácticas apropiadas de seguridad y salubridad y la aplicación de limitaciones regulatorias, con anterioridad a su uso.

2. DEFINICIONES

2.1 Consolidación inicial (CI) – 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 vacíos del suelo.

2.2 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 vacíos, acompañada por una transferencia de carga del agua a las partículas sólidas del suelo, debido a la disipación de la presión de poros.

2.3 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.

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3. RESUMEN DEL MÈTODO

El método requiere que una muestra del suelo sea restringida lateralmente y que se cargue axialmente con incrementos constantes de carga, aplicados hasta que todo exceso de la presión de agua en los poros se disipe, para cada incremento. Durante el proceso de compresión se efectuarán medidas de la disminución del espesor de la muestra, datos que se usarán para calcular los parámetros que describen la relación entre el esfuerzo efectivo y la relación de vacíos o deformación, así como la rata a la cual pueda ocurrir ésta.

4. USO Y SIGNIFICADO

La compresibilidad de los suelos determinada mediante esta norma, es una de las propiedades más útiles que pueden obtenerse a partir de ensayos de laboratorio. Los datos que resultan del ensayo de consolidación pueden usarse para hacer un estimativo tanto de la rata, como de la magnitud del asentamiento diferencial y/o total, de una estructura o de un relleno. Estas apreciaciones suelen tener una importancia decisiva para elegir el tipo de fundación y evaluar su conveniencia. Los resultados obtenidos pueden ser grandemente afectados por la perdida de las características originales de la muestra, un extremo cuidado es requerido en la selección y preparación de la muestra para minimizar los daños que se le pueden ocasionar a esta. Se deben tener en cuenta las condiciones de saturación de la muestra ya que influyen en los resultados y deben ser interpretados con una teoría diferente a la convencional de la consolidación de Terzagui en el caso que los especimenes de ensayo no se encuentren totalmente saturados.

5. EQUIPO

5.1 Dispositivos de carga – Un dispositivo adecuado para aplicar cargas verticales a la muestra. El dispositivo deberá ser capaz de mantener las cargas especificadas durante períodos prolongados con una precisión de ± 0.5 % de la carga aplicada y deberá permitir la aplicación de un incremento de carga, dentro de un período de 2 segundos sin que se produzca ningún efecto de significación.

5.2 Consolidómetro – Un dispositivo para mantener la muestra dentro de un anillo

el cual puede estar fijado a la base o puede ser flotante (sostenido por fricción sobre la periferia de la muestra) con piedras porosas sobre cada cara de la muestra. El consolidómetro deberá proporcionar también medios para sumergir la muestra, aplicar la carga vertical, y medir el cambio de espesor de la misma (véase Figura No.1). El anillo del consolidómetro deberá cumplir con los siguientes requisitos:

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5.2.1 El diámetro mínimo de la muestra (anillo), deberá ser de 50 mm (2.00") y al menos 5 mm (1/4") menor que el diámetro interior del tubo de muestreo si las muestras son sacadas por extrusión y desbastadas.

5.2.2 El espesor mínimo de la muestra deberá ser de 13 mm (0.5") pero deberá ser

menor de 10 veces el diámetro de la partícula de mayor tamaño.

5.2.3 La relación mínima del diámetro al espesor de la muestra deberá ser 2.5.

5.2.4 La rigidez del anillo deberá ser tal, bajo las condiciones de la presión hidrostática de la muestra, que el cambio del diámetro del anillo no pasará del 0.3 % del diámetro bajo la mayor carga que se aplique.

5.2.5 El anillo deberá elaborarse de un material que no sea corrosivo en relación con

el suelo ensayado. La superficie interior deberá estar altamente pulida o deberá pulirse con un material de baja fricción. Para suelos no arenosos, se puede usar la grasa silicona o el politetrafluoroetileno.

5.3 Piedras porosas – Las piedras porosas podrán ser de carburo de sílice, o de

óxido de aluminio, o de un metal que no sea atacado ni por el suelo, ni por la humedad del mismo. La constitución de su porosidad deberá ser lo suficientemente fina para evitar la intrusión del suelo dentro de sus poros. Si fuera necesario, podrá usarse papel de filtro para evitarlo. Sin embargo la permeabilidad de éstas y del papel de filtro, cuando se use, deberá ser suficientemente alta (al menos un orden de magnitud) para evitar retardo en el drenaje de la muestra. Las piedras deberán estar limpias y libres de grietas, astillas e irregularidades.

El diámetro de la piedra superior podrá ser entre 0.2 y 0.5 mm (0.01 a 0.02") menor que el diámetro interior del anillo. Cuando se emplee un anillo flotante, la piedra del fondo deberá tener el mismo diámetro que la piedra de la parte superior. Se recomienda el uso de piedras ahusadas con el diámetro mayor en contacto con el suelo.

El espesor de la piedra deberá ser suficiente para evitar su rotura. La piedra superior deberá cargarse a través de una platina resistente a la corrosión que deberá ser suficientemente rígida para evitar el rompimiento de la piedra.

Se recomienda que después de cada uso las piedras porosas sean limpiadas con un cepillo no abrasivo y que sean hervidas para remover las partículas mas finas que pueden reducir su permeabilidad, alternativamente las piedras porosas podrán ser almacenadas en un recipiente con agua desaireada entre ensayos si es requerido.

5.4 Almacenamiento – El almacenamiento de muestras selladas deberá ser tal que

no pierdan humedad durante el mismo y que no haya evidencia de secamiento parcial ni de contracción de los extremos de la muestra. El tiempo de almacenamiento deberá reducirse al mínimo, particularmente cuando se espera que el suelo o la humedad reaccionen con los tubos de muestreo.

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Cuarto húmedo para la preparación de la muestra.- Las muestras deberán prepararse en un cuarto donde el cambio de la humedad no sea mayor de 0.2 %. Debe emplearse preferiblemente una cámara con humedad elevada.

5.5 Temperatura – Los ensayos se deberán efectuar en un ambiente donde las

fluctuaciones de la temperatura no sean mayores que ± 4° C (± 7° F) y donde no haya contacto directo con la luz del sol.

5.6 Cizalla ó cortador cilíndrico – Para tallar la muestra hasta el diámetro interior

del anillo del consolidómetro, con el mínimo de alteración. El cortador deberá tener una superficie altamente pulida y deberá cubrirse con un material de baja fricción.

5.7 Balanza – Con aproximación a 0.1 g o a 0.1% del peso total de la muestra.

5.8 Horno – Que pueda mantener una temperatura uniforme de 110° ±5° C (230° ±

9° F).

5.9 Deformímetro – Para medir el cambio de espesor de la muestra con una sensibilidad de 0.0025 mm (0.0001").

5.10 Equipo misceláneo – Incluye espátulas, navajas y sierras de alambre para la

preparación de la muestra. Además, cronómetro (ojalá con alarma programable).

5.11 Recipientes – Para el contenido de humedad, los cuales deberán estar de

acuerdo con la norma INV E – 141.

5.12 Un trapo húmedo, una membrana de caucho, o papel parafinado para proteger la muestra de pérdida de humedad debido a la evaporación.

6. TOMA DE MUESTRAS

Se deberán obtener y emplear muestras relativamente inalteradas para el ensayo de consolidación a causa de que la utilidad de los resultados del mismo disminuye grandemente con la alteración de la muestra. La norma INV E – 105, cubren procedimientos y equipo que se deben usar para obtener muestras satisfactorias para los ensayos.

7. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

7.1 La muestra se prepara en un ambiente conforme a la Sección 5.4. La muestra se moldeará de acuerdo con el interior del diámetro del consolidómetro, forzándola directamente dentro del mismo. Se cortará cuando haya que emparejarla con la superficie plana del anillo. En suelos blandos a medianos, deberá usarse una sierra de alambre para cortar la parte superior e inferior de la muestra con el fin de disminuir las zonas con agrietamientos. Una regla con un borde cortante podrá usarse para el corte final después de que el exceso de

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Figura 1 . Detalles del montaje de un ensayo de consolidación típico

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suelo haya sido removido con una sierra de alambre. Para suelos duros, una regla con borde cortante podrá usarse simplemente para perfilar el fondo y la parte superior. Si se desea, el espesor de la muestra podrá hacerse menor que la altura del anillo mediante extrusión y corte, pero deberá cumplirse con el espesor mínimo de la muestra a que se refiere la Sección 5.2. Un anillo para muestreo con el borde cortante debidamente acondicionado proporciona el ajuste más adecuado, en muchos suelos.

Se deberán tomar precauciones para disminuir la alteración del suelo o los cambios en la humedad y masa unitaria durante el transporte y preparación de la muestra, y se deberá evitar para la misma cualquier vibración, distorsión y compresión.

7.2 Suelos orgánicos o fibrosos, como la turba y demás suelos que se pueden dañar

fácilmente al ser recortados, se deberán transferir directamente del tubo muestreador al anillo, con la condición de que éste tenga el mismo diámetro de aquél.

7.3 En seguida, se determinará la masa de la muestra dentro del anillo de

consolidación (mm0).

7.4 Se determina la altura inicial de la muestra (H 0) con una precisión de 0.025 mm (0.001”) tomando el promedio de al menos cuatro espaciadas mediciones entre la parte superior e inferior de la muestra hechos con un calibrador o cualquier otro dispositivo util para esto.

8. CALIBRACIÓN

8.1 La medición de las deformaciones verticales debe ser corregida por la flexibilidad del aparato cuando excede del 5% de la deformación medida en la calibración y en todos los ensayos donde se utilice papel de filtro.

8.2 Para su calibración se arma el consolidómetro con un disco de cobre o de acero

duro, aproximadamente de la misma altura que la muestra de ensayo y de 1 mm (0.04") menor que el diámetro del anillo en el sitio de la muestra.

8.3 Se humedecen las piedras porosas y si se usan filtros de papel (ver Sección

5.3), se deberán humedecer igualmente y dejar tiempo suficiente para permitir que la humedad salga de ellos durante el proceso de calibración.

8.4 Se carga y descarga el consolidómetro como si se tratara del ensayo y se mide

la deformación para cada carga aplicada.

8.5 Se dibujan o tabulan las correcciones que se puedan aplicar a las deformaciones de la muestra de ensayo para cada carga aplicada. Nótese que el disco de metal se puede deformar también. Sin embargo, la corrección debida a esta deformación será despreciable para todos los suelos, excepto para los extremadamente duros. Si fuere necesario, se podrá calcular la compresión del disco de metal y aplicar a las correcciones.

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9. DETERMINACIONES PREVIAS AL ENSAYO

9.1 Se deberán determinar previamente al ensayo de consolidación, las determinaciones del contenido natural de humedad, masa, volumen, densidad específic a , límite líquido y límite plástico, y granulometría del suelo.

9.2 Se debe usar el material cortado adyacente a la muestra (ver Sección 7) para

determinar el contenido natural de humedad y densidad específica de acuerdo con las normas INV E – 122 e INV E – 128, respectivamente. Se determina la masa inicial de la muestra húmeda substrayendo la masa del anillo de la masa combinada del anillo y de la muestra, así como el volumen inicial de la muestra a partir del diámetro y del espesor de la misma. El contenido de la humedad de los recortes de suelo es aproximado pero permite determinar la relación de vacíos antes de completar el ensayo. La determinación exacta de la masa seca de la muestra y de la humedad se deberá efectuar al final del ensayo, cuando se seque la muestra entera. Este procedimiento deberá ser usado, a menos que se necesite una porción de la muestra para los ensayos índices (ver Sección 10.9). En cuanto a la densidad específica , se podrá estimar cuando no se necesite una relación de vacíos más exacta.

9.3 El límite líquido, determinado según la norma INV E – 125, el límite plástico

según la norma INV E – 126, y la granulometría, para los suelos con ma terial granular aprecia ble, de acuerdo con la norma INV E – 123 son útiles para identificar el suelo y para correlacionarlo. Se recomienda que los límites líquido y plástico sean determinados sobre recortes o sobre porciones representativas de la muestra del ensayo si el suelo exhibe una heterogeneidad significativa.

10. PROCEDIMIENTO

10.1 El objetivo de la preparación de las piedras y de los restantes elementos antes de que se pongan en contacto con la muestra es el de evitar cambios en el contenido de humedad de ésta. En esta forma, suelos altamente expansivos, muy secos, se deberán colocar sobre piedras secas, pero muchos suelos parcialmente saturados se podrán colocar sobre piedras que hayan sido simplemente humedecidas.

Si la muestra está saturada y si no se cree que tenga una elevada afinidad con el agua, se deberán hervir las piedras porosas después de limpiarlas con un cepillo no abrasivo y mantenerse saturadas hasta cuando se pongan en contacto con la muestra, tal como lo recomienda la Sección 5.3 de esta norma. Se arma el anillo, la muestra y las piedras porosas. Con el conjunto del consolidómetro ensamblado, se envuelve la muestra, el anillo, el papel de filtro (cuando se use) y las piedras porosas con un plástico suelto o con una membrana de caucho para evitar el cambio en el volumen de la muestra por evaporación. Se podrá omitir esta etapa cuando la muestra se inunde después de aplicado el primer incremento de carga como se prevé en la Sección 10.8.

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10.2 Se coloca el consolidómetro en el dispositivo de carga y se aplica una carga de asentamiento de 5 kPa (0.05 kg/cm²) o de 100 lb/pie². Dentro de los cinco minutos siguientes a la aplicación de ésta, se ajusta el deformímetro para la lectura inicial o para la lectura de cero. Para los suelos muy blandos es deseable por lo menos una presión de (0.025 kg/cm² o 2 o 3 kPa, alrededor de 50 lb/pie²).

10.3 Se colocan cargas sobre el consolidómetro para obtener presiones sobre el

suelo de aproximadamente 12.5, 25, 50, 100, 200, 400 kPa, etc., o de 0.125, 0.25, 0.5, 1.0, 2.0, 4.0 kg/cm² etc), o 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000, etc. lbf/pie², con cada carga mantenida constante como se describe en la Sección 10.4 (se pueden requerir incrementos más pequeños sobre muestras muy blandas o cuando se desee determinar con mayor precisión la carga de preconsolidación). Como recomendación la carga inicial podrá estar entre 10 a 50 kPa (0.1 a 0.5 kg/cm2) dependiendo de la consistencia inicial de la muestra del suelo y lo que se desee investigar. El proceso del cargue de la muestra se deberá continuar dentro de la zona de la compresión virgen de manera que se pueda apreciar la forma de la curva en la parte correspondiente a ésta. Típicamente, una carga final igual o cuatro veces mayor que la de preconsolidación de la muestra puede ser requerida con este fin. En particular , en el caso de arcillas preconsolidadas, puede ser deseable un ciclo de carga -descarga para evaluar mejor los parámetros de recompresión, aunque dicho procedimiento es opcional.

10.4 Se anota el espesor de la muestra o el cambio de ésta antes de aplicar cada

incremento de carga y con intervalos de aproximadamente 0.1, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 15 y 30 minutos, 1, 2, 4, 8, etc. horas, contados a partir del momento cuando se aplicó la carga. Estas lecturas de tiempo-asentamiento sólo son requeridas para muestras saturadas. Las lecturas se deberán continuar por lo menos por 24 horas (Método A) o un múltiplo de este, o hasta que se haga patente la pendiente de la compresión lineal secundaria característica del asentamiento, contra el logaritmo del tiempo (ver Sección 11.1), a menos que se use el método de la Sección 11.6, en cuyo caso, la carga siguiente se pueda aplicar tan pronto como se complete el 100 % de la consolidación primaria (Método B). Para suelos con una baja consolidación primaria, las cargas se deberán mantener por lo menos durante 24 horas. En casos extremos o cuando se quieran evaluar las características de consolidación secundaria, se deberán aplicar durante un período más largo.

Se aplica luego el incremento siguiente de carga. Cuando no se requieran datos de tiempo contra asentamiento se deberá mantener la carga sobre la muestra esencialmente durante el mismo tiempo que cuando se hacen lecturas del tiempo contra cada deformación. Se deberá disponer de suficientes lecturas cerca del final del período del incremento de carga para permitir cualquier extrapolación de la curva de Tiempo vs. Asentamiento.

10.5 Cuando se vayan a dibujar las deformaciones contra la raíz cuadrada del

tiempo, los intervalos se pueden ajustar a aquellos que correspondan a raíces cuadradas, como por ejemplo 0.09, 0.25, 0.49, 1 minuto, 4 minutos, 9 minutos, etc.

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10.6 Rebote. Cuando se deseen conocer las características del rebote o de la descarga, se deberá descargar el suelo mediante reducciones de la carga en orden inverso. Sin embargo, si se desea, cada carga sucesiva puede ser tan sólo un cuarto de la carga que la precede. Se registran los intervalos de tiempo como se sugirió en la Sección 10.4. Nótese, sin embargo, que para muchos suelos el rebote se completará en menor tiempo del que había sido requerido para un incremento de carga durante la consolidación primaria, pero se deberán hacer suficientes lecturas para verificar que el rebote esté esencialmente completo.

10.7 Como alternativa, se podrá emplear un programa de carga, descarga y recarga,

que reproduzca los cambios de esfuerzos que se presentarán durante la construcción, o que obtenga una mejor definición de alguna parte de la curva de carga -asentamiento, o que ayuden a la interpretación del comportamiento del suelo en el terreno. Esto se deberá indicar claramente en los resultados del ensayo.

10.8 Si el ensayo se efectúa sobre una muestra inalterada saturada bajo las

condiciones del terreno o que haya sido obtenida por debajo del nivel freático, se deberá inundar antes de aplicar el primer incremento de carga. A medida que ocurra la inundación y el humedecimiento de la muestra, se deberá aumentar la carga cuando fuere necesario, para evitar que se expanda, a menos que ésta tienda a hincharse bajo la carga vertical estimada en el sitio. Si la muestra se comprime después de inundada, se anota simplemente la magnitud de la compresión. También se pueden inundar las muestras a presiones que simulen una situación futura bajo las condiciones del terreno. En tales casos, la presión de inundación y cualquier efecto resultante, como la expansión o el aumento de la compresión, se deberán anotar en los resultados del ensayo.

Se puede aplicar contrapresión para la saturación si así se desea y cuando el consolidómetro está capacitado para ello. La contrapresión se deberá estimar como sigue:

En unidades del sistema internacional (SI):

( )

²/²10000³/1000,

²)/(mcm

mkgmfreáticoniveldeldebajopormuestraladerofundidadPcmkgp

×=

En unidades del sistema inglés:

( )²/²144

³/4.62,²)/(

piepulpielbpiesfreáticoniveldeldebajopormuestraladerofundidadP

pullbp×

=

Se aplica la contrapresión mediante incremento cada 30 minutos de manera que la aplicación total se cumpla en 6 horas. La contrapresión se deberá mantener mientras tiene lugar la saturación de la muestra (aproximadamente 3 días).

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10.9 Para disminuir la expansión durante la descarga, se deberá rebotar la muestra hasta un esfuerzo muy pequeño y desmontar rápidamente después de quitada la carga final. Se remueve el anillo con la muestra del consolidómetro y se quita el agua libre del anillo y de la muestra, se saca la muestra del anillo, y se determina su masa , se seca al horno, y se vuelve a medir su masa para obtener la masa de los sólidos y el contenido final de agua. Cuando la muestra original sea muy heterogénea, los ensayos índice se podrán efectuar sobre una porción de la muestra de ensayo y el remanente se podrá usar para la determinación del contenido final de humedad.

Para suelos con cantidades apreciables de materia orgánica o de yeso, el secado al horno deberá efectuarse según lo pertinente expresado en la norma INV E – 122.

11. CÁLCULOS

11.1 A partir de los incrementos de carga para los cuales se obtienen las lecturas del tiempo, se dibujan las curvas: deformación contra el logaritmo del tiempo (en minutos) y contra la raíz cuadrada del tiempo, (en minutos), por cada incremento de carga a medida que progrese el ensayo, y para los decrementos del rebote. (Ver Figuras 2 y 3).

11.2 Se determina el asentamiento que representa el 100 % de la consolidación

primaria para cada incremento de carga. Se dibuja primero una línea recta a través de los puntos que representan las lecturas finales y que exhiben una tendencia recta y una inclinación suave. Se dibuja una segunda recta tangente a la parte más pronunciada de la curva de logaritmo de tiempo vs. asentamiento. La intersección representa el asentamiento primario. Se corrige la deformación para el 100 % de acuerdo con los resultados de la calibración (ver Sección 8). La consolidación que ocurra después del 100 % de la consolidación primaria se define como consolidación secundaria.

11.3 Se determina la deformación que representa el 0 % de la consolidación

primaria. Para ello se seleccionan dos tiempos (tB y tA ) que tengan una relación de 1 a 4 (tA = 4 tB), de tal manera que la deformación correspondiente al mayor de los dos tiempos será mayor que 1/4 pero menor que ½ del cambio total de la deformación para el incremento de carga. La deformación correspondiente al 0 % de la consolidación primaria se obtiene al restar la diferencia de las deformaciones para los dos tiempos tA y tB seleccionados, del valor de deformación de tB (ver Figura 2).

11.4 El asentamiento correspondiente al 50 % de la consolidación primaria para

cada incremento de carga, es igual al promedio de los asentamientos no corregidos que corresponden al 0 y 100 %. El tiempo requerido para el 50 % de la consolidación bajo cualquier incremento de carga, se puede hallar gráficamente a partir de la curva de asentamiento-logaritmo del tiempo para dicho incremento, observando el tiempo que corresponda al 50 % de la consolidación primaria de la curva (Figura 2).

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Figura 2 . Gráfico del Log10t

Figura 3. Gráfico t

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11.5 Para cada incremento de carga en el cual se obtuvieron lecturas de tiempo-

asentamiento, se calc ula el coeficiente de consolidación, Cv, así:

50

²05.0t

HCv =

donde: H = a ltura de la muestra en metros (pies) para una muestra con drenaje

doble al 50 % de consolidación, T50 = tiempo para el 50 % de consolidación en años, y Cv = coeficiente de Consolidación en m²/año (pies²/-año).

Si H está en mm y t en segundos o minutos, Cv quedará expresado en mm²/s o mm²/min, respectivamente, y será preferible hacer la conversión a unidades más convenientes.

11.6 Se puede emplear un procedimiento alterno que requiere un gráfico de

deformación contra t para determinar los puntos del 0 y 100 % de consolidación, así como el coeficiente de consolidación para cada incremento. La parte inicial de la curva se aproxima mediante una línea recta. Se extrapola la línea hasta t = 0. La correspondiente ordenada de deformación representa el 0 % de la consolidación primaria. Se dibuja una segunda línea recta a través de este punto de manera que la abscisa de esta línea sea 1.15 veces la abscisa de la aproximación en línea recta de la parte inicial de la curva. La intersección de esta nueva línea con la curva de deformación-raíz cuadrada del tiempo corresponde al 90 % de consolidación primaria. La deformación al 100 % de la consolidación primaria es 1/9 mayor que la diferencia entre las deformaciones a 0 y 90 % de consolidación. Análogamente, la deformación al 50 % de consolidación primaria es 5/9 de la diferencia en las deformaciones entre el 0 y el 90 % de consolidación. (Ver Figura 3).

Las deformaciones correspondientes al 50 % y 100 % de consolidación deberán calcularse así:

( )oo DDDD −+= 9050 95

( )oo DDDD −+= 90100 910

D o, D50, D100 serán las deformaciones correspondientes al 0 %, 50 % y 100 % de consolidación.

El coeficiente de consolidación se puede hallar entonces a partir del tiempo del 90 % de consolidación así.

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90

²21.0t

HCv =

donde: H = espesor de la muestra en m (pies) para una muestra con drenaje doble, t90 = tiempo para el 90 % de consolidación en años, y Cv = coeficiente de consolidación, en m²/año (pies²/año).

Si H está en milímetros y t en segundos o minutos, las unidades de Cv serán mm²/seg o mm²/min respectivamente y será conveniente la conversión a unidades más adecuadas. Si se desea, se puede emplear también el método de la raíz cuadrada del tiempo para obtener un valor de t9 0.

Para cada incremento de carga se deberán calcular, además los siguientes valores:

)()(100 análisisengacarDanteriorgacarDCI O−=

)()( 100100 análisisengacarDanteriorgacarDCT −=

100% ×=CTCI

CI

donde : CI = consolidación inicial, y CT = consolidación total.

11.7 Se calcula la relación inicial de vacíos, la humedad, la masa unitaria y el grado

de saturación, con base en la masa seca de la muestra total. El volumen de la muestra se calcula a partir del diámetro y de la altura del anillo. El volumen del suelo se calcula dividiendo la masa seca de la muestra por la densidad específic a del suelo multiplicado ésta por la masa unitaria del agua. Se supone que el volumen de vacíos es la diferencia entre el volumen de la muestra y el volumen de los sólidos.

11.8 Se calcula la relación de vacíos correspondie nte al 100 % de la consolidación

primaria (empleando las lecturas de asentamientos corregidas para cada carga). A manera de alternativa, se calcula el porcentaje de compresión al 100 % de la consolidación primaria para cada carga a partir de la altura inic ial de la muestra. Como segunda alternativa, se calc ula la relación de vacíos (o valores del porcentaje de compresión) empleando los valores de deformación obtenidos después de un intervalo de tiempo escogido, el cual incluirá alguna parte de consolidación secundaria; dicho intervalo deberá ser el mismo para

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cada incremento de carga. Sin embargo, si el valor de "equilibrio" escogido es diferente al punto del 100 % de la consolidación primaria, se deberá incluir una anotación al respecto con los resultados del ensayo. Es de observar que la segunda alternativa, atrás citada, se traducirá en valores algo más bajos de la carga de preconsolidación que las obtenidas cuando se emplean puntos del 100 % de la consolidación primaria.

12. INFORME

El informe deberá inclu ir lo siguiente:

12.1 Identificación y descripción de la muestra, con indicación de si el suelo es inalterado, remoldeado, compactado o preparado de manera diferente.

12.2 Humedades inicial y final.

12.3 Masa unitaria seca y masa unitaria húmeda, inicial y final.

12.4 Grado inicial de saturación.

12.5 Densidad específic a del suelo o límites de Atterberg y datos de granulometría

si se obtuvieron.

12.6 Dimensiones de la muestra.

12.7 Condiciones del ensayo (humedad natural o con saturación, presión de saturación).

12.8 Procedimiento usado para la preparación en relación con el corte: establecer si

la muestra fue desbastada, obtenida directamente por extrusión dentro del anillo, o ensayada directamente en un anillo proveniente de un tubo de muestreador.

12.9 Gráficos del logaritmo y la raíz cuadr ada del tiempo contra los asentamientos,

como se indica en los gráficos para cada uno de los incrementos de carga en las cuales se hicieron lecturas de tiempo-asentamiento. Para suelos orgánicos o altamente micáceos, u otros suelos con apreciable consolidación secundaria, es recomendable que el gráfico del logaritmo del tiempo, se extienda de manera que quede incluida la zona de la consolidación secundaria.

12.10 Se dibuja la curva de relación de vacíos contra el logaritmo de la carga (Figura

4) y se indica e n ésta la carga de preconsolidación obtenida mediante el procedimiento gráfico y también el índice de compresión Cc. o pendiente de la parte recta.

12.11 Se puede dibujar opcionalmente un gráfico de deformación unitaria contra el

log1 0 . de la carga. Este gráfico es idéntico en cuanto a forma a la curva e vs. Log10 p, pero la pendiente de la parte recta de la misma se denomina relación de compresión C'c. (Ver Figura 5).

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12.12 Cuando se desean conocer las características de expansión, se deberán dibujar las mismas curvas que para la consolidación.

12.13 En caso de que las lecturas de la rata de consolidación hayan sido tomadas

para varios incrementos de carga, se deberá dibujar un gráfico del coeficiente de consolidación contra el log. de la carga. Se deberá anotar el método usado para el cálculo de Cv. Si inicialmente se obtienen lecturas para algunos incrementos de carga, se tabulan simplemente los valores de Cv contra la carga promedia para el incremento.

12.14 Se deberán anotar todas las desviaciones a partir del procedimiento delineado,

incluyendo secuencias especiales de cargas. Por ejemplo, puede ser deseable inundar y cargar la muestra de acuerdo con la trayectoria de humedecimiento y carga esperada en el terreno. Relaciones más pequeñas que los incrementos normales de carga pueden ser deseables también para suelos altamente sensibles o cuyo comportamiento dependa en gran parte de la rata de deformación.

13. PRECISIÓN Y TOLERANCIAS

13.1 La Sección 5 de este método especifica la sensibilidad de las mediciones de carga y deformación. La precisión correspondiente de los esfuerzos aplicados y de la deformación resultante en la muestra se pueden calcular a partir de las dimensiones de ésta. La precisión con la cual los resultados de ensayo se puedan aplicar al terreno varía de un caso a otro y depende de:

• Calidad de las muestras empleadas.

• Del número de muestras ensayadas.

• De la distribución vertical y horizontal de las muestras ensayadas.

• De la heterogeneidad del perfil de suelos en el sitio.

13.2 Es necesario un método estadístico que incluya tanto el programa de muestreo

como los resultados del ensayo para establecer de manera significativa la precisión con la cual se pueden aplicar los resultados en el campo. A falta de un análisis de esta naturaleza, se puede estimar la aplicabilidad de los resultados en el terreno de una manera cualitativa, teniendo en cuenta la variación en los resultados de los ensayos y las variaciones en los sondeos. Se puede notar, en general, que la precisión de las predicciones de asentamientos con base en ensayos de consolidación aumenta (sobre la base de un porcentaje) con la compresibilidad del suelo.

14. NORMAS DE REFERENCIA

AASHTO T 216 0 – 03 ASTM D 2435 – 90

Instituto Nacional de Vías

E 151 - 16

Figura 4 . e vs. Log10 σ y obtención de la curva de preconsolidación

Instituto Nacional de Vías

E 151 - 17

Figura 5 . Deformación unitaria ε vs. Log10 σ