consolidación unidimensional de los suelos

ASTM D 2435-90AASHTO T 216

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓNENSAYO DE CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS

Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos

ALCANCE

Este ensayo describe el procedimiento para determinarel grado de asentamiento que experimenta unag q pmuestra de suelo al someterla a una serie deincrementos de presión o carga.


EQUIPOAparato de carga.- conuna precisión de ± 0.5%de la carga aplicada Piedras porosas.-de la carga aplicada.

Caja delid ióconsolidación.-


EQUIPOEQUIPO

Anillo cortante cilíndrico.- con altura2.54 cm y el diámetro de 6.35 cm.

D f í t ibilid d dDeformímetro.- con una sensibilidad de0.01 mm (0.00254 in).

Balanza.- Con aproximación a 0.01 g


EQUIPOEQUIPOOtros equipos.‐ Recipientes para

horno determinar el contenido de humedadde acuerdo con la norma ASTM D2216, sierra de alambre, cuchillos,calibrador, cronómetro y aguadestilada.


MUESTRA DE ENSAYOMUESTRA DE ENSAYOPara este ensayogeneralmente se utilizanmuestras inalteradas (ASTMD 3550) obtenidas deD 3550) obtenidas debloques inalterados grandesfabricados y sellados confabricados y sellados conparafina en el campo.

Foto Nº 2: Muestra inalterada cubierta con parafinaEl almacenamiento de muestras selladas deberá serFoto N 2: Muestra inalterada cubierta con parafina.

tal que no pierdan humedad y que no haya evidenciade secamiento parcial ni de contracción de los extremosde la muestra. El tiempo de almacenamiento deberáreducirse al mínimo.


PREPARACIÓN DE LA MUESTRAPREPARACIÓN DE LA MUESTRARetire la capa de parafina de las paredes del bloqueinalteradoinalterado.Inserte el anillo cortante

en el bloque inalterado yen el bloque inalterado yrecorte la muestrautilizando un cuchillo osierra de alambre.

Foto Nº 3: Toma de muestras con el anillo cortante en el bloque inalterado.

Enrase las caras superiorpe inferior de la muestracon un cuchillo y llene losvacíos con el materialrecortado. Foto Nº 4: Enrasado de las superficies planas de la muestra


PREPARACIÓN DE LA MUESTRAPREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Extraiga la muestra del anilloExtraiga la muestra del anillocortante y determine la alturainicial (Ho) y el diámetro (D)de la muestra tomando elpromedio de por lo menos tres

didmedidas.Foto Nº 5: Medición de la muestra

Calcule el volumen inicial (V ) de la muestra enCalcule el volumen inicial (Vo) de la muestra, enfunción del diámetro y de la altura inicial de la muestra.

Pese el anillo de consolidación y registre su masay g(Manillo), con una precisión de 0.01 g.


PREPARACIÓN DE LA MUESTRAPREPARACIÓN DE LA MUESTRAInserte la muestra en el anillo de

lid ió d t i lconsolidación y determine lamasa inicial de la muestra (MTo)pesando el conjunto anillo máspesando el conjunto anillo másmuestra y restando la masa delanillo.Obtenga dos o tresdeterminaciones del contenido

Foto Nº 6: Peso del anillo más muestra.

de humedad inicial, utilizando elmaterial recortado de la muestra,de acuerdo con la norma ASTMde acuerdo con la norma ASTMD 2216. Foto Nº 7: Contenido de humedad inicial.


PROCEDIMIENTOPROCEDIMIENTO

H d l i d l l filt i lHumedezca las piedras porosas y el papel filtro si elsuelo está parcialmente saturado o manténgalassecas si el suelo es expansivosecas si el suelo es expansivo.

Ensamble la caja deEnsamble la caja deconsolidacióncolocando la muestraentre papel filtro y laspiedras porosas.

Foto Nº 8: Ensamblado de la caja de consolidación.



Coloque la caja de consolidación en el dispositivo deColoque la caja de consolidación en el dispositivo decarga poniendo sobre la muestra el disco móvil deacero para uniformizar la carga.

Coloque eldeformímetro en elaparato de carga con sudispositivo paradispositivo parasujetarse.

Foto Nº 9: Colocación del deformímetro.



Aplique una carga deAplique una carga deasentamiento de 5 kPa (100 lb/ft2)para suelos firmes y de 2 ó 3 kPa(alrededor de 50 lb/ft2) para suelos(alrededor de 50 lb/ft2) para suelosblandos, (para producir estaspresiones se deben aplicar cargasp p gde 160 y 80 g respectivamente). Foto Nº 10: Colocación de carga de

asentamiento.

Aplicada la carga de asentamientollene con agua la caja deconsolidación y deje que laconsolidación y deje que lamuestra se sature.

Foto Nº 11: Saturación de la muestra.



Coloque cargas sobre el consolidómetro paraq g pobtener presiones sobre el suelo deaproximadamente 30.40, 61.80, 123.60, 248.20,495 40 991 80 t kP ( d i t495.40, 991.80 etc. kPa, (para producir estaspresiones se deben aplicar cargas de 1, 2, 4, 8, 16,32 Kg respectivamente) Antes de aplicar un32 Kg respectivamente). Antes de aplicar unincremento de presion, registre la altura de lamuestra.


PROCEDIMIENTOPROCEDIMIENTOLa duración de cada incremento

de carga debe ser de 24 horas.Inmediatamente aplicado cadaincremento de carga ponga enincremento de carga, ponga enmarcha el cronómetro y registre laslecturas de deformación de lamuestra a intervalos de 0.1, 0.25,0.5, 1, 2, 4, 8, 15 y 30 minutos y 1,

Foto Nº 12: Colocación de cargas sobre el aparato de consolidación.

2, 4, 8, y 24 horas.Una vez tomada la última lectura con el último

incremento de carga, descargue el suelo mediantereducciones de carga.


PROCEDIMIENTOPROCEDIMIENTOPara disminuir la expansión durante la descarga,deberá descargarse la muestra hasta la cargaestablecida de 5 kPa (100 lb/ft2) para suelos firmes yde 2 ó 3 kPa (alrededor de 50 lb/ft2) para suelosde 2 ó 3 kPa (alrededor de 50 lb/ft2) para suelosblandos. Una vez que se ha concluido el ensayo,quite la carga final y desarme rápidamente la caja deq g y p jconsolidación.

Pese la masa de la muestra extraída de la caja deconsolidación (MTf) pesando el conjunto anillo más

t t d l d l illmuestra y restando la masa del anillo, con unaprecisión de 0.01 g.



Seque la muestra en elhorno hasta una masaconstante a unaconstante a unatemperatura de 110 5 C(230 9 F), pese su masa(230 9 F), pese su masaseca (MSf) y determine elcontenido de humedad Foto Nº 13: Secado al horno de la

muestrafinal, (Wf) de acuerdo con lanorma ASTM D 2216.

muestra.


CÁLCULOSCÁLCULOSCalcule el contenido de humedad inicial y final,mediante la siguiente ecuación:mediante la siguiente ecuación:

Contenido de humedad inicial:

Donde:

MHO=Peso del recipiente + muestra húmeda antes delensayo gensayo, g.

MS=Peso del recipiente + suelo seco antes del ensayo,g.

M P d l i iM recipiente=Peso del recipiente, g.Wo=Contenido de humedad inicial, %


CÁLCULOSCÁLCULOS

Contenido de humedad final:

Donde:Donde:

MTf=Peso del anillo + muestra húmeda después delMTf Peso del anillo + muestra húmeda después delensayo, g.

MSf=Peso del anillo + suelo seco después del ensayo, g.Sf p y , gM anillo=Peso del anillo, g.


CÁLCULOSCÁLCULOS

Calcule la densidad seca inicial de la muestra, comose indica:

SfM=ρ

od V

=ρ

Donde:Ρd=Densidad seca de la muestra, g/cm3 ó Kg/m3.dVo=Volumen inicial de la muestra, cm3 ó m3.


CÁLCULOSCÁLCULOS

Calcule el volumen de los sólidos como se indica:Calcule el volumen de los sólidos, como se indica:

Sfs G

MV

ρ*=

Donde:

wG ρ

Vs=Volumen de sólidos, cm3.G G d d ífi d l ólidG=Gravedad específica de los sólidos.Ρw=Densidad del agua, 1.0 g/cm3 ó Mg/m3.


CÁLCULOSCÁLCULOS

Calcular la altura de los sólidos, como sigue:

AV

H ss =

A

Donde:Hs=Altura de sólidos, cm (in).A=Área de la muestra, cm2 (in2).


CÁLCULOSCÁLCULOS

Si no se conoce el valor de G, la altura de sólidos (Hs)de la probeta, se puede calcular una vez concluido elensayo mediante la expresión:ensayo, mediante la expresión:

( ) ( )MM SfTf −( ) ( )A

MMHHH SfTf

os −∆−=

Donde:Ho=Altura inicial de la muestra, cm (in).∆H=Asentamiento total de la muestra al finalizar el ensayo,

cm (in). Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos

CÁLCULOSCÁLCULOS

Calcule la relación de vacíos inicial y final mediante laCalcule la relación de vacíos inicial y final, mediante lasiguiente ecuación:

Relación de vacíos inicialRelación de vacíos inicial

s

soo H

HHe

−=

Relación de vacíos final

s

sff H

HHe

−=


CÁLCULOSCÁLCULOS

Por lo tanto, la altura final se determina así:

Hf = Ho – ∆H

Donde:

Ho=Altura inicial de la muestra, cm (in).Hf=Altura final de la muestra para cada incremento de

carga, cm (in).


CÁLCULOSCÁLCULOSCalcule el grado de saturación inicial y final, mediante lasiguiente ecuación:siguiente ecuación:

Grado de saturación inicial MM −Grado de saturación inicial

Grado de saturación final

100*)(** sow

SfToo HHA

MMS

−=

ρ

MM −Grado de saturación final

D d

100*)(** sfw

SfTff HHA

MMS

−−

=ρ

Donde:So=Grado de saturación inicial, %S G d d t ió fi l %Sf=Grado de saturación final, %Ρw=Densidad del agua= 1 g/cm3


CÁLCULOSCÁLCULOSCalcule la relación de vacíos para cada incrementod di t l i i t ióde carga, mediante la siguiente ecuación:

H∆

s

co H

Hee

∆−=

Donde:eo=Relación de vacíos inicial.eo e ac ó de ac os c a∆Hc=Variación de asentamiento para cada incremento

de carga, cm (in).de carga, cm (in).Hs=Altura de sólidos, cm (in).


CÁLCULOSCÁLCULOSCalcular la altura final para cada incremento de carga,

di t l i i t iómediante la siguiente ecuación:

Donde:∆Hc-1=Variación del asentamiento para un incremento de

t i (i )carga anterior, cm (in)Hfc=Altura final para cada incremento de carga , cm (in)


CÁLCULOSCÁLCULOS

Calcular la altura promedio (H) para cada incrementode carga, mediante la siguiente expresión:

fco HHH

+=

D d

2H =

Donde:Ho=Altura inicial de la muestra, cm ó mm.


CÁLCULOSCÁLCULOS

Calcular la longitud promedio de la trayectoria dedrenaje (Hm), para cada incremento de carga,mediante la siguiente expresión:mediante la siguiente expresión:

2HHm =

Donde:H Alt di d i t dH=Altura promedio para cada incremento de carga, cm

(in).


Método del Logaritmo del TiempoSe grafica en escala semilogarítmica la curvadeformación (ordenadas) vs log tiempo (abscisas ).( ) g p ( )

Fig. 5.1 Curva deformación versus Log tiempo

Fuente: Norma ASTM D 2435 – 90


Método del Logaritmo del TiempoMétodo del Logaritmo del TiempoProcedimiento para determinar el 100, 0 y 50%teórico de consolidación primaria:

• Trace una línea recta (C) a través de los puntos queTrace una línea recta (C) a través de los puntos querepresentan las lecturas finales y que exhiben unatendencia recta y una inclinación suave.

• Trace una segunda recta tangente a la parte máspronunciada de la curva (D) La intersección entre laspronunciada de la curva (D). La intersección entre lasdos rectas representa la deformación d100, y tiempot100, correspondiente al 100% de la consolidaciónprimaria. La consolidación que sobrepase el 100% sedefine como consolidación secundaria.


Método del Logaritmo del TiempoMétodo del Logaritmo del TiempoProcedimiento para determinar el 100, 0 y 50%teórico de consolidación primaria:teórico de consolidación primaria:

• Determine la deformación que representa el 0% de laconsolidación primaria escogiendo un punto de laconsolidación primaria, escogiendo un punto de lacurva próximo al eje de deformaciones (t1), observe eltiempo que le corresponde, localice sobre la curva el

t b i t l d l tpunto cuya abscisa sea cuatro veces la del puntooriginalmente elegido (t2); la diferencia de ordenadasentre ambos puntos se duplica y éste valor se lleva a

ti d l d t i d bpartir del segundo punto mencionado, sobre unaparalela al eje de ordenadas obteniéndose de estemodo un tercer punto sobre el cual se hará pasar una

l l l j d l ti l d fi lparalela al eje de los tiempos que es la que define el0% teórico de consolidación.


Método del Logaritmo del TiempoMétodo del Logaritmo del TiempoProcedimiento para determinar el 100, 0 y 50%p , yteórico de consolidación primaria:

Al t di d l t t l 0 100%Al punto medio del segmento entre el 0 y 100%teóricos de consolidación corresponderá el 50%. Eltiempo correspondiente a este porcentaje t50, quedad t i d l b i d l t d i t iódeterminado por la abscisa del punto de intersecciónde la curva y una paralela al eje de los tiempos,trazada por el punto medio del segmento. Ladeterminación de t50 debe hacerse para cada una delas curvas obtenidas en el proceso de consolidación.


Método de la Raíz Cuadrada del TiempoMétodo de la Raíz Cuadrada del Tiempo• Se grafica en escala aritmética la curva deformación

(ordenadas) vs raíz cuadrada del tiempo (abscisas ).Fig. 5.2 Curva deformación versus raíz cuadrada del tiempo



Método de la Raíz Cuadrada del TiempoMétodo de la Raíz Cuadrada del Tiempo

Procedimiento para determinar el 0, 90 y 100% dep , yconsolidación primaria:

Trace una segunda línea recta (C) tomando dos o• Trace una segunda línea recta (C) tomando dos omás puntos de la línea correspondiente del 0% deconsolidación y multiplique las abscisas

di t l t t 1 15 Lcorrespondientes por la constante 1.15. Laintersección de ésta con la curva define por suabscisa el tiempo que corresponde al t90.

• La deformación al 100% de la consolidación primariaes 1/9 mayor que la diferencia entre lases 1/9 mayor que la diferencia entre lasdeformaciones a 0 y 90% de consolidación.



Procedimiento para determinar el 0, 90 y 100% deconsolidación primaria:

T lí t (A) t é d l t• Trace una línea recta (A) a través de los puntos querepresentan las lecturas iniciales que muestra unatendencia de línea recta. Extrapole la línea hasta t = 0tendencia de línea recta. Extrapole la línea hasta t 0y obtenga la ordenada de deformación querepresenta el 0% de la consolidación primaria.



Calcule el coeficiente de consolidación para cadaincremento de carga, como sigue:

Para curva deformación versus log tiempo

1970 2H50

197.0 2

txHmCv =


Método de la Raíz Cuadrada del TiempoMétodo de la Raíz Cuadrada del TiempoCalcule el coeficiente de consolidación para cadaincremento de carga, como sigue:g , g

Para curva deformación versus raíz cuadrada deltiempotiempo

Donde:Cv= Coeficiente de consolidación cm2/s

197.0 2xHmC

Cv= Coeficiente de consolidación, cm /s.Hm2=Longitud promedio de latrayectoria de drenaje para cada

50tCv =

y jincremento de carga.t50, 90=Tiempo correspondiente al

d d lid ió 50% ógrado de consolidación para 50% ó90%, s ó min.



Grafique la curva relación de vacíos (e) versusGrafique la curva relación de vacíos (e) versuspresión (P) en escala semilogarítmica.

Fig 5 3 Curva relación de vacios versus presiónFig. 5.3 Curva relación de vacios versus presión




• Esta gráfica es conocida como: Curva decompresibilidad, que permite determinar la carga depreconsolidación Pc en kg/cm2 los índices depreconsolidación Pc, en kg/cm2, los índices decompresión, expansión y compresnsibilidad, de lasiguiente manera:s gu e e a e a


Método de la Raíz Cuadrada del TiempoMétodo de la Raíz Cuadrada del TiempoCarga de Preconsolidación

Estime el punto máximo de curvatura, en la rama decarga (B).En el punto (B) dibuje una línea tangente (C), y unalínea paralela al eje de las presiones (D), y trace labi t i d t d t (E)bisectriz de estas dos rectas (E).Extienda una tangente que pase por la parte lineal dela c r a de carga (c r a irgen) (F) hasta lala curva de carga (curva virgen) (F), hasta laintersección con la bisectriz (E) en el punto (G).L ió d l t (G) b l j d lLa proyección del punto (G) sobre el eje de lasabscisas define la carga de preconsolidación, Pc.



Índice de compresiónpLa pendiente de la curva virgen del tramo de cargadetermina el índice de compresión Cc, mediante lasiguiente expresión:

1log2log21

PPee

PeCc

−−

=∆∆

=1log2log PPP∆

Donde:∆e=Variación de la relación de vacíos.∆P=Variación de los logaritmos de la presión.


Método de la Raíz Cuadrada del TiempoMétodo de la Raíz Cuadrada del TiempoÍndice de expansión

La pendiente de la parte recta del tramo dedescarga determina el índice de expansión Ce,mediante la siguientes expresión:mediante la siguientes expresión:

3log2log23

PPeeCe

−−

=

Donde:3 2 V i ió d l l ió d íe3– e2=Variación de la relación de vacíos.

P2-P3=Variación de los logaritmos de la presión.



Coeficiente de compresibilidadCoeficiente de compresibilidad

La pendiente de la curva virgen del tramo de cargaLa pendiente de la curva virgen del tramo de cargadetermina el índice de compresibilidad av, mediante lasiguiente expresión:g p

1212

PPee

Peav −

−−=

∆∆

−=



Determine y registre el coeficiente de permeabilidadDetermine y registre el coeficiente de permeabilidad(k), mediante la siguiente ecuación:

m

wvvm

eaC

k+

=1

** ρ

Por lo tanto Cvm y em, se determinan así:

m


Método de la Raíz Cuadrada del TiempoMétodo de la Raíz Cuadrada del TiempoDonde:Cv1=Coeficiente de compresibilidad correspondiente a la

presión del punto e1.

Cv2=Coeficiente de compresibilidad correspondiente a lapresión del punto e2.presión del punto e2.

Cvm=Media aritmética entre el coeficiente Cv1 y Cv2.

Em=Media aritmética entre e1 y e2.

K=Coeficiente de permeabilidad en cm2/ s.


consolidación unidimensional de los suelos

Education