ensayo de consolidación

5/21/2018 Ensayo de Consolidaci n

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UNIVERSIDAD AUTNOMA "JUAN MISAEL SARACHO".

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGA - LABORATORIO DE SUELOS Y HORMIGN

Aux. Gabriela Gallardo 1

ENSAYO DE CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL DE SUELOSASTM Designacin: D2435-80

1. MATERIALES: Equipo de carga

Consolidmetro

Piedras porosas

Tallador o cortador cilndrico

Balanzas de sensibilidad de 0.01 gr

Horno de Secado

Dial, con una sensibilidad de 0.0025mm (0.0001 pulg)

Esptula

Cuchillos

Recipientes de contenido de humedad

2.

OBJETIVO Determinar la tasa y la magnitud de la consolidacin en muestras de suelos cuando se confinan

lateralmente, se cargan y drenan axialmente

3.

DEFINICIONES

1. Consolidacin inicial.- Reduccin casi instantnea en el volumen de la masa de suelo bajo una cargaaplicada, que precede a la consolidacin primaria, debida principalmente a la expulsin y

compresin el aire contenido en los vacos del suelo.

2. Consolidacin primaria.- Reduccin en el volumen de la masa de un suelo originado por la

aplicacin de una carga permanente y la expulsin del agua de los vacos, acompaada por unatransferencia de carga de la presin de poro a las partculas del suelo.

3. Consolidacin secundaria.- Reduccin en el volumen de la masa de suelo, causada por la aplicacinde una carga permanente y el acomodo de la estructura interna de su masa, luego de que el total de

las presiones hayan sido transferida a las partculas slidas del suelo.

4. DOCUMENTOS APLICABLES

Normas ASTM

Mtodo para el Anlisis Granulomtrico de Suelos, ASTM D422.

Mtodo de Ensayo para determinar el Lmite Lquido de los Suelos, ASTM

Mtodo de Ensayo para determinar el Lmite Plstico e Indice de Plasticidad de los Suelos, ASTM

D424.

Mtodo de Ensayo para determinar la Gravedad Especfica de los Suelos, ASTM D854.

Mtodo para la determinacin en el Laboratorio del Contenido de Humedad del Suelo, ASTM

D2216.


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5.

RESUMEN DEL MTODO

El mtodo requiere que un elemento de suelo sea confinado lateralmente y cargado axialmente

mediante incrementos de carga, hasta que todo el exceso de presin de poro se haya disipado en cada

carga. Durante el proceso de compresin se toman medidas del decremento en la altura de la

muestra, y estos datos son utilizados para calcular los parmetros que determinan la relacin entre el

esfuerzo efectivo, y la relacin de vacos o la deformacin, y para calcular la velocidad a la cual el

asentamiento puede ocurrir.

6. SIGNIFICADO Y USO

La compresibilidad de los suelos, tal como se determina en este ensayo, es una de las propiedadesms tiles que pueden ser obtenidas de los ensayos de laboratorio. Los datos del ensayo deconsolidacin pueden ser utilizados para desarrollar un estimado dela velocidad y la cantidad de losasentamientos totales y diferenciales de una estructurao un terrapln. De esta manera, los valorescalculados son frecuentemente de importancia clave para la seleccin del tipo de cimentacin y

evaluacin de su eficiencia.

7. APARATOS

Equipo de Carga.- Un dispositivo apropiado para aplicar cargas verticales a la muestra. El

dispositivo debe ser capaz de mantener cargas especificadas durante perodos largos de tiempo con

una exactitud de 0.5% de la carga aplicada y debe permitir la aplicacin de un incremento de carga

dado en un perodo de 2 seg. sin impacto significativo.

Consolidmetro.- Un dispositivo para mantener la muestra dentro de un anillo, con piedras porosas

en cada cara de la muestra. El consolidmetro deber tambin disponer de medios para sumergir la

muestra, para aplicar una carga vertical, y para medir el cambio en la altura de la muestra. El anillo

del consolidmetro deber cumplir los siguientes requisitos:

Rigidez.- La rigidez del anillo deber ser tal que bajo condiciones de esfuerzo hidrosttico en la

muestra, el cambio en el dimetro del anillo no exceder de 0.03% del dimetro bajo la ms grande

carga aplicada.

El anillo deber ser hecho de un material que no sea corrodo por el suelo ensayado. La superficie

interior deber estar altamente pulida o deber estar cubierta con un material de baja friccin. Se

recomienda la grasa de silicona o el politetrafluoro-etileno para suelos no arenosos.

Piedras Porosas.- Las piedras porosas debern ser de carburo de silicona, xido de aluminio, o metal

que no sea atacado por el suelo o la humedad del suelo. El grano de las piedras deber ser lo

suficientemente fino para prevenir la intrusin del suelo en los poros de la piedra. Si es necesario,

puede utilizarse un papel de filtro para prevenir la intrusin del suelo en las piedras. Sin embargo, la

permeabilidad de las piedras y el papel filtro, si es usado, deben ser lo suficientemente alta paraprevenir el retardo del drenaje de la muestra. Las piedras debern ser limpias y libres de rajaduras,

astillas y des-uniformidades. El espesor de la piedra deber ser lo suficiente para prevenir su rotura.

8.

DETERMINACIONES PREVIAS AL ENSAYO.

Debern determinarse previamente al ensayo de consolidacin el lmite lquido, el lmite plstico,

granulometra y densidad de los slidos que son tiles para identificar el suelo y correlacionarlo.


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9. MUESTRA DE ENSAYO Para este ensayo generalmente se utilizan muestras inalteradas obtenidas de bloques inalterados en

campo y transportadas al laboratorio en bolsas plsticas para que no pierdan su humedad.

El almacenamiento de muestras deber ser tal que no pierdan humedad y que no haya evidencia de

secamiento parcial ni de contraccin de los extremos de la muestra. El tiempo de almacenamientodeber reducirse al mnimo.

Se inserta el anillo cortante en el bloque inalterado y se recorta la muestra utilizando un cuchillo, o

extraerla directamente del estrato de estudio con ayuda del anillo, un bloque de madera y un combo

de goma.

Enrase las caras superior e inferior de la muestra con una esptula y llene los vacos con el material

recortado.

Bloque inalterado

Toma de muestras con el anillo cortante en el bloque inalterado

Enrasado de las superficies planas de la muestra


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Medicin de la muestra

10.PROCEDIMIENTO

Extraiga la muestra del anillo cortante y determine la altura inicial Ho y el dimetro D de la muestra

tomando el promedio de por lo menos tres medidas.

Calcule el volumen inicial Vode la muestra, en funcin del dimetro de la altura inicial de la muestra Pese el anillo de consolidacin y registre su masa con una precisin de 0.01 gr.

Inserte la muestra en el anillo de consolidacin y determine la masa inicial de la muestra pesando el

conjunto anillo ms muestra y restando la masa del anillo.

Obtenga tres determinaciones del contenido de humedad inicial, utilizando el material recortado de

la muestra.

Humedezca las piedras porosas y el papel filtro si el suelo est parcialmente saturado o mantngalas

secas si el suelo es expansivo.

Ensamble la caja de consolidacin colocando la muestra entre el papel filtro y las piedras porosas.

Coloque la caja de consolidacin en el dispositivo de carga poniendo sobre la muestra el disco mvil

de acero para uniformizar la carga.

Coloque el dial en el aparato de carga con su dispositivo para sujetarse. Aplique una carga de asentamiento de 0.025 kg/cm2 (0.75kg) para suelos firmes y de 2 a 3 kPa (0.25

kg) para suelos blandos.

Aplicada la carga de asentamiento llene con agua la caja de consolidacin y deje que la muestra se

sature.

Aplique cargas en el consolidmetro para obtener presiones en el suelo de aproximadamente 0.025,

0.05, 0.1, 0.2, 0.4 kg/cm2 o de 5, 10, 20, 40, 80, etc. KPa (para producir estas presiones se deben

aplicar cargas de 0.75, 1.5, 3, 6, 12, 24 kg 1, 2, 4, 8, 16, 32 depende de la seccin de la muestra;

puede requerirse incrementos ms pequeos sobre muestras muy blandas o cuando se debe

determinar con mayor precisin la carga de pre consolidacin). Antes de aplicar un incremento de

presin, registre la altura de la muestra.

La carga debe continuar en la regin de la compresin virgen, de modo que la pendiente y la forma

de la curva de compresin virgen puedan ser establecidos. Tpicamente se requiere para esto una

presin final que es igual o mayor que cuatro veces la presin de preconsolidacin de la muestra. En

el caso particular de arcillas sobreconsolidadas, puede ser deseable usar un ciclo de descarga-recarga

para una mejor evaluacin de los parmetros de recompresin, pero tal procedimiento es opcional.

La duracin de cada incremento de carga debe ser de 24 horas (En casos extremos, o cuando debe ser

evaluada la compresin secundaria, stas deben ser aplicadas por ms tiempo). Inmediatamente

aplicado cada incremento de carga, ponga en marcha el cronmetro y registre las lecturas de


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deformacin de la muestra en intervalos de 0.1, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 15 y 30 minutos y 1, 2, 4, 8 y 24

horas.

Realice lecturas del dial despus de aplicada la carga por 24 horas.

Rebote.- Cuando se requiere determinar caractersticas de rebote o descarga, descargue el suelo por

decrementos de presin en orden inverso. Sin embargo, si se desea, cada carga sucesiva puede ser

solamente un cuarto de la carga precedente. Puede emplearse un programa alternativo de carga,descarga o recarga, que reproduzca los cambios de esfuerzo en la construccin, obtenga una mejor

definicin de alguna parte de la curva de esfuerzo-deformacin, o ayude en la interpretacin del

comportamiento del suelo en el campo. Esto debe ser claramente indicado en los resultados del

ensayo.

Una vez que se ha concluido el ensayo, quite la carga final y desarme rpidamente la caja de

consolidacin.

Pese la masa de la muestra extrada de la caja de consolidacin pesando el conjunto anillo ms

muestra y restando la masa del anillo, con una precisin de 0.01g.

Seque la muestra en el horno hasta una masa constante a una temperatura de 110C, pese su masa

seca y determine el contenido de humedad.

11.

CLCULO

De aquellos incrementos de carga donde se obtienen lecturas de deformacin-tiempo, grafique las lecturas de

deformacin vs. el logaritmo del tiempo (en minutos) para cada incremento de carga.

Mtodo del logaritmo del tiempo:

Para una carga incrementada dada de la prueba de laboratorio, la grfica de deformacin versus log del

tiempo del espcimen se muestra en la figura. Las siguientes construcciones son necesarias para determinar

Cv:

1. Extienda las porciones de lnea recta de las consolidaciones primaria y secundaria hasta que se intersequenen A. La ordenada de A es representada por dlOO., es decir, la deformacin al final del 100% de

consolidacin primaria.

2. La porcin curva inicial de la grfica de deformacin versus log t es aproximada a una parbola sobre laescala natural. Seleccione tiempos tI y t2 sobre la porcin curva tal que t2 = 4t1. Haga la diferencia de la

deformacin del espcimen durante el tiempo (t2 - tI) igual ax.

Dibuje una lnea horizontalDE tal que la distancia verticalBD es igual ax.

3.La deformacin correspondiente a la lneaDE es do (es decir, la deformacin para 0% de consolidacin).4.La ordenada del puntoF sobre la curva de consolidacin representa la deformacin a 50% de consolidacinprimaria y su abscisa representa el tiempo correspondiente (t5o).

5. Para un grado de consolidacin promedio del 50%, Tv = 0.197


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Hdr = trayectoria de drenaje promedio ms larga durante la consolidacin.

Para especmenes drenados por arriba y abajo, Hdr es igual a la mitad de la altura promedio del espcimen

durante la consolidacin. Para especmenes drenados nicamente por un lado, Hdr es igual a la altura

promedio del espcimen durante la consolidacin.

Mtodo de la raz cuadrada del tiempo:

En este mtodo se dibuja una grfica de deformacin versus la raz cuadrada del tiempo para cada carga

incrementada. Otras construcciones grficas requeridas son:

1. Dibuje una lneaAB a travs de la porcin prematura de la curva.2. Dibuje una lneaAC tal que OC = 1.15 DE. La abscIsa del punto D, que es la interseccin deAC y la curva


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de consolidacin, da la raz cuadrada del tiempc para una consolidacin del 90% (t90^0.5).

3. Para 90% de consolidacin, T90 = 0.848 por lo que:

Si H est en milmetros y t en segundos o minutos, las unidades de cv sern mm2/seg o mm2/min,

respectivamente, siendo deseable la conversin a unidades ms convenientes. Si se desea, el mtodo del

logaritmo del tiempo tambin puede ser usado para obtener un valor de t90.

Grficas de presin relacin de vacos:

Despus de que las grficas tiempo-deformacin para varias cargas se obtienen en el laboratorio, es necesario

estudiar el cambio de la relacin de vacos en el espcimen con la presin. A continuacin se da un

procedimiento paso a paso:

1. Calcule la altura de los slidosHs en el espcimen de suelo:

Donde Ws = peso seco del espcimen

A = rea del espcimen

Gs = Densidad de los slidos del suelo

'Y w = peso especfico del agua

2. Calcule la altura inicial de vacosHv:Hv = HHs

DondeH = altura inicial del espcimen

3. Calcule la relacin de vacos inicial eodel espcimen:

4. Calcule la altura de vacios para cada incremento de carga y su correspondiente relacin de vacose.

A continuacin un modelo para realizar los clculos:

Presin(KN/m2) Final(H) (mm) Hs=Ws/(A*Gs*w)

Hv=H-Hs(mm) e=Hv/Hs

0 24,5 17,794196 6,705803998 0,376853441

3 24,0809 17,59024874 6,490651264 0,368991443

6 24,4 18,18475536 6,215244638 0,341783242


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12.INFORME

El informe deber incluir la siguiente informacin:

Identificacin y descripcin de la muestra de ensayo, incluyendo si es que el suelo es inalterado,

remoldeado, compactado, o preparado de otra manera.

Contenido de humedad inicial y final.

Masa seca y peso unitario hmedo inicial y final.

Porcentaje de saturacin inicial.

Peso especfico de slidos o datos de granulometra y Lmites de Atterberg, si se obtienen.

Dimensiones de la muestra.

Condicin del ensayo (humedad natural o inundada, presin en la inundacin).

Procedimiento de preparacin utilizado en el tallado; indique si es que la muestra fue tallada,

extrada directamente al anillo, o ensayada directamente en un anillo de un muestreador con anillo.

Grafique el logaritmo del tiempo o la raz cuadrada del tiempo vs. La deformacin, para aquellos

incrementos de carga donde las lecturas de deformacin-tiempo fueron tomadas. Para suelosorgnicos o altamente micceos, u otros suelos con compresin secundaria apreciable, es altamente

deseable que se incluyan los grficos de logaritmo del tiempo que se extienden en la regin de

compresin secundaria.

Grafique la proporcin de vacos vs. el logaritmo de la curva de presin.

En los casos donde las lecturas de velocidad de consolidacin con el tiempo han sido tomadas para

varios incrementos de carga, grafique el coeficiente de consolidacin vs. el logaritmo de la presin

promedio.

El mtodo utilizado para el clculo de cv debe ser anotado. Si las lecturas deformacin-tiempo

fueron obtenidas para slo dos incrementos de carga, simplemente tabule los valores de cv vs. La

presin promedio para el incremento.

Incrementos de carga ms pequeos que los estndar pueden ser deseables para suelos que sonaltamente sensibles o cuya respuesta es altamente dependiente de la velocidad de deformacin.

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