UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERA

CONSOLIDOMETRO O EDOMETROEscuela Acadmica Profesional de Ingeniera Civil

CURSO: MECANICA DE SUELOS II

DOCENTE: Ing. DIONISIO MILLA SIMON

ALUMNO: CARRION AULLA, SandroOSORIO TAIPE, JhonTAPARA CONDORI, Jhon Anthony

NIVEL ACADMICO: VI SECCIN: A TURNO : MAANA

HUANCAYO PERU2016

RESUMEN

Al someter una masa de suelo saturado a un incremento de carga, sta esta soportada inicialmente por el agua contenida en los poros, ya que ella es incompresible en comparacin con la estructura del suelo. La presin que resulta en el agua a causa del incremento de la carga es llamada exceso de presin hidrosttica. 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 acompaada por un cambio de volumen del suelo igual al volumen de agua drenada. Este proceso es conocido como consolidacin.Este es un proceso que tiene un tiempo acotado de ocurrencia, comienza cuando se aplica el incremento de carga, y finaliza cuando la presin de los poros es igual a la hidrosttica, 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 consolidacin primaria, el suelo contina deformndose, aunque en menor magnitud, debido a un reacomodamiento de los granos. A este ltimo proceso se lo denomina consolidacin secundaria.

El asiento total, suponiendo que el ltimo valor medido coincide con el momento en que desaparece toda la sobrepresin intersticial creada al aplicar la carga, es una medida de la deformacin del esqueleto del suelo. Si se realizan varios escalones de carga, se obtendr una curva de compresibilidad. Que relaciona la presin efectiva (en escala logartmica) con la deformacin del esqueleto mineral, expresada por el ndice de poros o relacin de vacios.El propsito fundamental del ensayo de consolidacin es determinar ciertos parmetros que se utilizan para predecir la velocidad y la magnitud del asentamiento de estructuras fundadas sobre arcillas. Adems, el ensayo permite obtener informacin acerca de la historia de presiones a que ha sido sometido el suelo.

I. 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 cmo va variando el volumen del suelo al aplicar la carga, con una duracin de dos 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.

II. OBJETIVOS

2.1.-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.2.2.-Interpretar los datos obtenidos a travs de formulaciones, tablas y grficos, de manera que permitan sacar conclusiones sobre el ensayo realizado.2.3.-Evaluar asentamientos por consolidacin.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 consolidacin.2.6.-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.

III. MARCO TEORICO

La consolidacin es la disipacin del exceso de presin de poro debido al flujo de agua hacia el exterior.Este ensayo se encuentra estandarizado por la ASTM D-2435.La consolidacin es el proceso de asentamiento de arcillas saturadas cuando estn sujetas a incrementos de cargas debido a la disipacin de la presin de poros. Como podemos apreciar los parmetros obtenidos con ese ensayo son muy importantes para la estimacin de la magnitud y velocidad de asentamiento total y diferencial de una estructura o relleno, es por esto que estos parmetros son de gran importancia en cualquier tipo de construccin.Los parmetros ms importantes que se obtienen del suelo al realizar el ensayo son:

El coeficiente de consolidacin CV, que indica el grado de asentamiento del suelo bajo un cierto incremento de carga y vinculada a la velocidad del mismo.

El ndice de compresibilidad CC, que expresa la compresibilidad de una muestra.

La presin de preconsolidacin PC, que indica la mxima presin que ha soportado el suelo en su historia geolgica.

En campo, cuando el esfuerzo sobre un estrato de arcilla saturada se incrementa; por ejemplo, por la construccin de una cimentacin, por la presin del agua de poro en la arcilla se incrementar. Debido a que la permeabilidad de las arcillas es muy pequea, se requerir algn tiempo para que el exceso de presin del agua de poros se disipe y el incremento del esfuerzo se transfiera a la estructura del suelo.

Figura N 01: Principios de consolidacin

1. DEFINICIN Se define como consolidacin la deformacin plstica debida a reduccin en la relacin (generalmente llamada asentamiento) la cual es funcin del tiempo y el exceso de presin de poros.Consolidacin inicial Reduccin casi instantnea en el volumen de la masa de un suelo bajo una carga aplicada, que precede a la consolidacin primaria, debida principalmente a la expulsin y compresin del aire contenido en los vacios del suelo.Consolidacin primaria Reduccin en el volumen de la masa de un suelo originada por la aplicacin de una carga permanente y la expulsin del agua de los vacios, acompaada por una transferencia de carga del agua a las partculas slidas del suelo.Consolidacin secundaria Reduccin en el volumen de la masa del suelo, causada por la aplicacin 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 partculas slidas del suelo.

TIPOS DE CONSOLIDMETROS De acuerdo con la Descripcin de aparatos de consolidacin incluida en un Manual de operacin de la Empresa EVANSTON SOILTEST (1979), existen los siguientes tipos de Consolidmetros. CONSOLIDMETROS DE ANILLO FIJO SOILTEST MODELOS C-250 Y C-252 Ideales para examinar todos los tipos de suelos, incluyendo suelos arenosos. Toda consolidacin (movimiento del espcimen) se realiza sobre la superficie superior del espcimen. La piedra porosa inferior, sobre la cual el espcimen descansa, se monta sobre un nicho en la base. Los aditamentos en la base permiten desarrollar ensayos de permeabilidad en conjunto con estudios de consolidacin. Ellos tambin permiten el drenado de agua que ocurre en la parte inferior de la muestra. CONSOLIDMETRO DE ANILLO FLOTANTE SOILTEST MODELOS C-270, C-272 Y C-275 Al usar este consolidmetro, la friccin entre la pared de contencin del anillo y el espcimen es muy pequea. La compresin ocurre hacia la parte media, desde la parte superior hacia la inferior. La piedra porosa inferior descansa sobre la baseplato. Durante el ensayo de consolidacin, las piedras porosas superiores e inferiores se mueven con libertad dentro del anillo. Conforme el espcimen se consolida, el drenado ocurre en ambas caras. Este consolidmetro no es recomendable para usarlo con suelos arenosos o muy suaves.

1. ENSAYO DE CONSOLIDACION

Cuando se somete un suelo a un incremento en presin (o carga), ocurre un reajuste da la estructura del suelo que podra considerarse primeramente como una deformacin plstica correspondientes a una reduccin en la relacin de vacios. Puede producirse tambin una pequea cantidad de deformacin elstica peor considerando la magnitud de las cargas involucradas y el hecho de que el mdulo de elasticidad de los granos de suelo sea del orden de 20mpa de la deformacin elstica 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 deformacin plstica con reduccin en la relacin de vacios tiene lugar en un periodo de tiempo tan corto que es posible considerarlo como instantneo. Esto puede explicarse en suelos secos por el hecho de que el aire tiene poca viscosidad y es muy fcilmente comprimido; se esa forma los slidos 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 tambin pueda salir casi instantneamente.Cuando se aplica una carga a un suelo de grano fino saturado parcial o totalmente el tiempo para lograr la deformacin plstica y la reduccin en la relacin de los vacios es mucho mayor, y para este proceso depender de varios factores entre los cuales los principales son: Grado de saturacin 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 metlico 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.EL en ensayo de consolidacin en el laboratorio se hace sobre una muestra que tiene entre 20 y 40mm de espesor colocada en un anillo de metal confinante de dimetro entre 45 y 113mm (100cm2). Existe dos tipos de anillos el fijo y el flotante, el fijo facilita la medicin del coeficiente de permeabilidad. La relacin dimetro/altura debe ser >2.5 1. TEORA DE TERZAGHI PARA LA CONSOLIDACIN Terzaghi en 1923 public la ecuacin diferencial fundamental para el proceso de consolidacin.En 1924 present su teora de "consolidacin de arcillas" (para la cual tambin usaba el nombre de "teora de esfuerzos hidrodinmicos"), en el Primer Congreso Internacional de Mecnica Aplicada, en Delft, Holanda.En mayo de 1926 construy un aparato de consolidacin 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 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 el 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 introduce 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 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 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 espeso del los estratos semiabiertos se denota por H. Ambos caos se muestran en la figura.

Figura N 02: Analoga Mecnica de Terzaghi

Figura N 02: Variacin de la presin de poros en funcin del tiempo

1. TEORA DE TERZAGHI PARA LA CONSOLIDACIN VERTICAL0. Deduccin de la ecuacin de comportamiento: Considrese un depsito de suelo homogneo, saturado de longitud lateral infinita y cometido a una carga uniforme que aplicada en toda el rea superficial. El suelo reposa sobre una base impermeable y drena libremente por cara superior. La disipacin del exceso de presin de poros en cualquier punto solo se producir mediante el flujo del agua intersticial en sentido vertical ascendente hacia la superficie.

Figura N 03: Consolidacin vertical de una capa de suelo

Es la velocidad vertical del flujo que entra en el elemento. Es la velocidad vertical el flujo que sale del elementoSi se aplica el Teorema de Taylor, se tiene. (1)Puesto que es muy pequeo, puede suponerse que los trminos de segundo orden y de orden superior son insignificantes, por lo tanto. (2)A partir del principio de continuidad del volumen se tiene que:

Entonces: (3)Donde A es el rea plana del elemento y V es el volumen. Por tanto:

(4)

PRACTICA DE CONSOLIDACION:OBJETIVO DEL ENSAYO:Este ensayo se utiliza para determinar las caractersticas de consolidacin de los suelos. Para ello, una probeta cilndrica confinada lateralmente, se somete a diferentes presiones verticales, se permite el drenaje por sus caras superior e inferior, y se miden los asentamientos correspondientes.Este ensayo es aplicable a suelos homogneos, en los que el tamao mximo de la partcula no sea superior a la quinta parte de la altura de la probeta.Los datos obtenidos en con la prueba de consolidacin son usados para estimar la magnitud y el tipo asentamiento de una estructura o terraplenes.La deduccin del tipo de asentamiento que se trata es muy importante en el diseo de estructuras y en la evaluacin de de la magnitud del mismo.MATERIAL Y EQUIPO: Aparato de carga: Un aparto apropiado para aplicar una carga vertical o esfuerzos al espcimen. Consolidmetro: Con los componentes mostrados en la figura, en donde el anillo tendr las dimensiones mnimas, que sern, una altura mnima de 12 mm y un dimetro mnimo de 45 mm.

Dos discos porosos (Piedra porosa). Micrmetro con una capacidad de lectura de 0.001 mm (Extensmetro). Equipo para labrar la muestra (Cuchillo y torno). Cronometro Capsulas de porcelana. Horno capaz de mantener una temperatura de 105 5 C. Balanza con aproximacin a 0.1 gr. Termmetro FiltrosPREPARACION DEL ESPECIMEN:1. Reducir al mximo durante la preparacin de la muestra alguna alteracin en la estructura del suelo.2. Preparar la muestra en un medio donde la muestra hmeda cambie en lo ms mnimo su contenido de humedad (Cuarto hmedo).3. Preparacin de la probeta por tallado de una muestra inalterada: Se emplea el anillo con un borde cortante. Se prepara en la muestra una zona con la superficie horizontal de tamao apreciablemente mayor que el dimetro interior del anillo, con la precaucin de mantener la orientacin que tenia la muestra en el terreno.Se sita el anillo sobre la mencionada zona con el borde cortante en contacto con la muestra.Utilizando como gua la pared interior del anillo, se talla un cilindro cuyo dimetro es aproximadamente el dimetro interior del anillo y de altura superior a este.Se va introduciendo el anillo en la muestra, hasta que esta sobresalga por la parte opuesta del borde cortante, cortndola en seguida por debajo.

Imagen 1: Se puede ver la muestra obtenida de una muestra inalterada.4. Determine el peso inicial del anillo ms el material hmedo, en gr.

Imagen 2: Se puede observar la forma de pesar la muestra hmeda antes de la prueba.5. Determine el peso inicial del agua del material (MTO), en gr.6. Determine la altura inicial del espcimen (H0), en cm.7. Calcule el volumen inicial del espcimen, con aproximacin de 0.25 cm3.8. Determinar el peso especfico relativo del material (Ss), este parmetro es dimensional.9. Los limites de consistencia, tales como lmite lquido, lmite plstico e ndice de plasticidad.10. Determinar la granulometra del materialPROCEDIMIENTO:1. Preparacin de los discos porosos: La preparacin de los discos y otros aparatos, depender de la muestra de suelo a la que se le aplicara la prueba. Las diferentes partes del consolidmetro debern prepararse de tal forma que no ocasionen cambios en la humedad de la muestra de suelo. Los discos secos se usaran para muestras muy expansivas, los discos hmedos para muestras parcialmente secas y los discos saturados, para muestras saturadas o materiales con una permeabilidad muy baja.

Imagen 3: Muestra los discos porosos, anillo y dems partes del consolidmetro.2. Al poner el consolidmetro en el aparto de carga y aplicar una presin de consolidacin de 0.05 kg/cm2. Inmediatamente despus de aplicar este pre esfuerzo, debemos ajustar el micrmetro y anotar la lectura inicial do. si observa que la precarga aplicada produce una consolidacin significativa, se reducir la presin entre 0.02 y 0.03 kg/cm2.

Imagen 4 e Imagen 5: Muestran la forma de colocar la muestra en el consolidmetro. Imagen 6 e Imagen 7: Muestran el espcimen colocado en el consolidmetro y en el aparato de carga respectivamente.

Imagen 8: Muestra la forma de agregar agua al espcimen previamente colocada en el aparato de carga.3. Aplique el primer incremento de carga, anotando las lecturas del micrmetro y del cronometro, como se indica en el formato.

4. Dibuje la curva de consolidacin, graficando en las abscisas tiempo(Logartmico) y en las ordenadas la deformacin lineal (Normal).5. Una vez que en la curva de consolidacin se define claramente el tramo recto de consolidacin secundaria, se considera que se ha completado la consolidacin primaria , y se procede entonces a aplicar el segundo incremento de carga y se procede de nuevo del paso 3 al 5.6. Una vez aplicados todos los incrementos de carga necesarios, se procede a quitar las cargas en decrementos, de la misma manera que fueron aplicados.7. Se hacen lecturas en diferentes tiempos para cada carga actuante en el ciclo de descarga, dibujando las correspondientes curvas expansin anloga a las anteriores de consolidacin. Es conveniente invertir la escala de las lecturas del micrmetro al dibujar las curvas.8. Despus de retirar toda la carga permtase que la muestra se expanda descargada durante 48 horas. O hasta que no se registre expansin en el micrmetro en un periodo de 24 horas.9. Al terminar la prueba desrmese el consolidmetro. Squese el agua del anillo y de la superficie de la muestra, colquese dos placas de vidrio, previamente taradas, cubriendo la muestra y el anillo, y pese todo el conjunto (anotando el dato como: tara + suelo hmedo).10. Seque la muestra en el horno y obtenga su peso seco (tara + suelo seco).11. Con todos los valores obtenidos durante la prueba, se determinan los parmetros de consolidacin.12. Dibujar la grafica relacin de vacios contra esfuerzo aplicado, la cual le servir para determinar la carga de preconsolidacin del suelo.PROCEDIMIENTO DEL CLCULO:1. Clculo del contenido de agua inicial y final de la muestra.

Donde:Md = Masa seca del espcimen, en gr.MTo = Masa hmeda del espcimen antes de la prueba, gr.MTf = Masa hmeda del espcimen despus de la prueba, gr.

2. Obtener la masa seca de la muestra.

Donde:MTf = Masa hmeda del espcimen despus de la prueba, en gr. wfp = Contenido de agua del espcimen despus de la prueba.3. Clculo del peso especfico seco del espcimen.

Donde:d = Peso especifico seco, en gr.Vo = Volumen inicial del espcimen, gr.

Donde:A= Es la seccin del anillo porta probeta, en cm2.4. Clculo del volumen de slidos.

Donde:Ss = Gravedad especifica de los slidos. w = Peso especifico del agua, 1.0 gr/cm35. Clculo de la altura de slidos inicial: Como la seccin del anillo es constante drate toda la prueba, es conveniente para los subsecuentes clculos obtener la altura equivalente de slidos.

Donde:A = rea del espcimen (rea del anillo), en cm2.6. Clculo de la relacin de vacios antes y despus de la prueba.

Donde:Ho = Altura inicial del espcimen, en cm. Hf = Altura final del espcimen, en cm.7. Clculo del grado de saturacin, en %, antes de y despus de la prueba.

8. Para obtener la relacin de vacios correspondiente a cada incremento de carga, se opera de la siguiente forma:Se determina la altura de la probeta al final de cada incremento de carga, mediante:Donde:H = Es la reduccin de la probeta, es decir, la deformacin medida desde el inicio del ensayo hasta el final del incremento de carga, en cm.Se determina la relacin de vacios correspondiente al final de cada incremento de carga, mediante:

EJEMPLO DE CLCULO:

CONSOLIDMETRO N: 2HOJA N: 1

MICRMETRO N: 5APROX.: 0.001 mmENSAYE: 780

PROF.: 2.5 m.

Incremento: 0.25 kg/cm Carga Total: 0.25 kg/cmIncremento: 0.50 kg/cm Carga Total: 0.75 kg/cm

FECHAHORATIEMPORAZTIEMPODEFOR.LINEALOBSERV.FECHAHORATIEMPO SEG.RAZTIEMPODEFOR.LINEALOBSERV.

HRS.MIN.SEG.SEG.

31/03/200911:050016.00Todas lasdeformaciones estn dadasen milmetros.31/03/200912:150017.75Todas lasdeformaciones estn dadasen milmetros.

11:0544215.9012:154215.55

11:0515153.8715.9012:15153.8715.53

11:0530305.4815.8812:15305.4815.52

11:0610607.7515.7812:16607.7515.515

11:072012010.9515.7712:1712010.9515.51

11:094024015.4915.7712:1924015.4915.50

11:138048021.9115.7712:2348021.9115.50

11:2015090030.0015.7612:3090030.0015.49

11:35300180042.4315.7512:45180042.4315.48

12:0510036006015.7513:1536006015.47

200720084.8514:15720084.8515.46

40014400120.0016:1514400120.0015.46

80028800169.7128800169.71

1/4/20099:107530015.45

DEFORMACIN TOTAL :0.25DEFORMACIN TOTAL :0.30

Incremento: 1.0 kg/cm Carga Total: 1.75 kg/cmIncremento: 2.0 kg/cm Carga Total: 3.75 kg/cm

FECHAHORATIEMPORAZTIEMPODEFOR.LINEALOBSERV.FECHAHORATIEMPO SEG.RAZTIEMPODEFOR.LINEALOBSERV.

HRS.MIN.SEG.SEG.

1/4/20099:100015.45Todas lasdeformaciones estn dadasen milmetros.3/4/20098:400015.07Todas lasdeformaciones estn dadasen milmetros.

9:1044215.268:404214.84

9:1015153.8715.248:40153.8714.81

9:1030305.4815.238:40305.4814.795

9:1110607.7515.2258:41607.7514.78

9:122012010.9515.2158:4212010.9514.76

9:144024015.4915.208:4424015.4914.74

9:188048021.9115.198:4848021.9114.72

9:2515090030.0015.188:5590030.0014.70

9:40300180042.4315.1659:10180042.4314.665

10:1010036006015.1459:4036006014.66

11:10200720084.8515.12510:40720084.8514.615

40014400120.0012:4014400120.0014.575

80028800169.7116:4028800169.7114.54

3/4/20098:4017100015.074/4/20098:468676014.51

DEFORMACIN TOTAL :0.38DEFORMACIN TOTAL :0.56

GRFICAS DE CONSOLIDACIN

CONCLUSIONES:

1. Se conocieron equipos y materiales para realizar en ensayo de consolidacin.1. Se obtuvieron los asentamientos y se calcularon los datos 1. Se realizaron los grficos de acuerdo a los valores calculados

BIBLIOGRAFIA:

Jurez Badillo, E. y Rico Rodrguez, A.Mecnica de Suelos. 3ra. Ed., Limusa, 2001.

Jimnez Salas, J. A. y coautores.Geotecnia y Cimientos. 2da. Ed., Rueda, 1992.

http://www.fic.umich.mx/fic/documentos/Manual%20de%20Mecanica%20de%20Suelos%20II%20(8o%20Semestre).pdf

http://biblioteca.uns.edu.pe/saladocentes/archivoz/curzoz/el_consolidometro___ni%E6o_palacios_yelka_civil_ii.pdf