ensayo de consolidación de suelos

UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI 2011-II

INTRODUCCIONEl 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. 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 2 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. Este ensayo esta estandarizado por la norma norteamericana ASTM D-2435.

1 MECANICA DE SUELOS I


Consolidacin de suelosConsolidacin de suelos: Se define como consolidacin a la deformacin plstica debida a reduccin en la relacin de vacos (generalmente llamada asentamiento) la cual es funcin del tiempo y del exceso de presin de poros. 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 vacos es mucho mayor, y para este proceso depender de varios factores entre los cuales los principales son: Grado de saturacin El 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.

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 vacos 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 vacos, 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.

Ensayo de consolidacin de suelosDefinicin: Este ensayo define el procedimiento a seguir para determinar el grado de asentamiento que experimenta una muestra de suelo al someterla a una serie de incrementos de presin o carga. Se denomina consolidacin de un suelo a un proceso de reduccin de volumen de los suelos finos cohesivos (arcillas y limos plsticos), provocado por la actuacin de solicitaciones (cargas) sobre su masa y que ocurre en el transcurso de un tiempo


UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI 2011-II generalmente largo. Producen asientos, es decir, hundimientos verticales, en las construcciones que pueden llegar a romper si se producen con gran amplitud.

Instrumentos a utilizar.1.-Aparato de carga: Con una precisin del 0.5% de carga.

2.-Caja de consolidacin: Consiste de un recipiente y unas piedras porosas.


UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI 2011-II 3.-Anillo cortante cilndrico: Con una altura de 2.54 cm y el dimetro de 6.35cm.

4.-Deformimetro: Con una sensibilidad de 0.01mm

5.-Balanza: Con aproximacin a 0.01g

6.-Horno:



MUESTRA DE ENSAYOPara este ensayo generalmente se utilizan muestras inalteradas (ASTMD3550) obtenidas de bloques inalterados grandes fabricados y sellados con parafina en el campo. El almacenamiento de muestras selladas 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 almacenamiento deber reducirse al mnimo.

Foto N 2: Muestra inalterada cubierta con parafina.

PREPARACIN DE LA MUESTRA

Retire la capa de parafina de las paredes del bloque inalterado.

Inserte el anillo cortante en el bloque inalterado y recorte la muestra utilizando un cuchillo o sierra de alambre.

Foto N 3: Toma de muestras con el anillo cortante en el bloque inalterado.


UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI 2011-II Enrase las caras superior e inferior de la muestra con un cuchillo y llene los vacos con el material recortado.

Foto N 4: Enrasado de las superficies planas de la muestra 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.

Foto N 5: Medicin de la muestra Calcule el volumen inicial (Vo) de la muestra, en funcin del dimetro y de la altura inicial de la muestra. Pese el anillo de consolidacin y registre su masa (Manillo), con una precisin de 0.01g. Inserte la muestra en el anillo de consolidacin y determine la masa inicial de la muestra (MTo) pesando el conjunto anillo ms muestra y restando la masa del anillo.

N 6: Peso del anillo ms muestra.


UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI 2011-II Obtenga dos o tres determinaciones del contenido de humedad inicial, utilizando el material recortado de la muestra,de acuerdo con la norma ASTMD2216.

Foto N 7: Contenido de humedad inicial.

PROCEDIMIENTO Humedezca las piedras porosas y el papel filtro si el suelo est parcialmente saturado o mantngala secas si el suelo es expansivo. Ensamble la caja de consolidacin colocando la muestra entre papel filtro y las piedras porosas

Foto N 8: Ensamblado de la caja de consolidacin. 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 deformmetro en el aparato de carga con su dispositivo para sujetarse.


UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI 2011-II Foto N 9: Colocacin del deformmetro. Aplique una carga de asentamiento de 5kPa (100lb/ft2) para suelos firmes y de 2 3kPa (alrededor de 50lb/ft2) para suelos blandos, (para producir stas presiones se deben aplicar cargas de 160 y 80g respectivamente).

Foto N 10: Colocacin de carga de asentamiento. Aplicada la carga de asentamiento llene con agua la caja de consolidacin y deje que la muestra se sature.

Foto N 11: Saturacin de la muestra. Coloque cargas sobre el consolidmetro para obtener presiones sobre el suelo de aproximadamente 30.40, 61.80, 123.60, 248.20, 495.40, 991.80 etc. kPa, (para producir estas presiones se deben aplicar cargas de1, 2, 4, 8, 16, 32Kg respectivamente). Antes de aplicar un incremento de presin, registre la altura de la muestra. La duracin de cada incremento de carga debe ser de 24horas. Inmediatamente aplicado cada incremento de carga, ponga en marcha el cronmetro y registre las lecturas de deformacin de la muestra a intervalos de 0.1, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 15 y 30 minutos y 1, 2, 4, 8, y 24horas.


UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI 2011-II Foto N 12: Colocacin de cargas sobre el aparato de consolidacin. Una vez tomada la ltima lectura con el ltimo incremento de carga, descargue el suelo mediante reducciones de carga. Para disminuir la expansin durante la descarga, deber descargarse la muestra hasta la carga establecida de 5kPa (100lb/ft2) para suelos firmes y de 2 3kPa (alrededorde50lb/ft2) para suelos blandos. 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 (MTf) pesando el conjunto anillo ms muestra y restando la masa del anillo, con una precisin de 0.01g. Se que la muestra en el horno hasta una masa constante a una temperatura de 1105C (2309F), pese su masa seca (MSf) y determine el contenido de humedad final, (Wf) de acuerdo con la norma ASTMD2216.

Foto N 13: Secado al horno de la muestra.

CLCULOS Calcule el contenido de humedad inicial y final, mediante la siguiente ecuacin: o Contenido de humedad inicial:

Donde: MHO=Peso del recipiente + muestra hmeda antes del ensayo, g. MS=Peso del recipiente + suelo seco antes del ensayo, g. Mrecipiente=Peso del recipiente, g.


UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI 2011-II Wo=Contenido de humedad inicial,%

o Contenido de humedad final:

Donde: MTf=Peso del anillo + muestra hmeda despus del ensayo, g. MSf=Peso del anillo + suelo seco despus del ensayo, g. Manillo=Peso del anillo, g. o Calcule la densidad seca inicial de la muestra, como se indica:

Donde: d=Densidad seca de la muestra, g/cm3 Kg/m3. Vo=Volumen inicial de la muestra, cm3 m3. o Calcule el volumen de los slidos, como se indica:

Donde: Vs=Volumen de slidos, cm3. G=Gravedad especfica de los slidos. w=Densidad del agua, 1.0 g/cm3 Mg/m3.



o Calcular la altura de los slidos, como sigue:

Donde: Hs = Altura de slidos, cm (in). A=rea de la muestra, cm2 (in2). o Si no se conoce el valor de G, la altura de slidos (Hs) de la probeta, se puede calcular una vez concluido el ensayo, mediante la expresin:

Donde: Ho = Altura inicial de la muestra, cm (in). H= Asentamiento total de la muestra al finalizar el ensayo, cm (in). Calcule la relacin de vacos inicial y final, mediante la siguiente ecuacin: o Relacin de vacos inicial

o Relacin de vacos final

o Por lo tanto, la altura final se determina as:



Donde: Ho = Altura inicial de la muestra, cm (in). Hf = Altura final de la muestra para cada incremento de carga, cm (in). o Calcule el grado de saturacin inicial y final, mediante la siguiente ecuacin: Grado de saturacin inicial

Grado de saturacin final

Donde: So = Grado de saturacin inicial, % S f = Grado de saturacin final, % w=Densidad del agua= 1 g/cm3

o Calcule la relacin de vacos para cada incremento de carga, mediante la siguiente ecuacin:

Donde: e o = Relacin de vacos inicial. Hc = Variacin de asentamiento para cada incremento de carga, cm (in).


UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI 2011-II Hs=Altura de slidos, cm (in).

o Calcular la altura final para cada incremento de carga, mediante la siguiente ecuacin:

Donde: Hc-1=Variacin del asentamiento para un incremento de carga anterior, cm (in) Hfc=Altura final para cada incremento de carga , cm (in)

o Calcular la altura promedio (H) para cada incremento de carga, mediante la siguiente expresin:

Donde: Ho=Altura inicial de la muestra, cm mm. o Calcular la longitud promedio de la trayectoria de drenaje (Hm), para cada incremento de carga,

Donde: H=Altura promedio para cada incremento de carga, cm (in).



CONCLUSIONES

El ensayo de consolidacin o de compresin confinada es muy importante para nosotros como constructores, sobre todo en esta zona, donde abundan los suelos arcillosos. Al construir sobre un suelo estamos aplicando una carga muy grande y resulta muy significativo conocer cul ser el comportamiento futuro de la estructura sobre el terreno, sin embargo hemos aprendido que en Mecnica de Suelos, y ms an en este tema en particular, es muy difcil predecir el comportamiento a futuro, ya que son muchas las variables que estn en juego. Cuando las estructuras no son simples o los materiales no son uniformes se complica bastante, por eso cuando vemos que los suelos no son homogneos, que su comportamiento es elstico en un rango muy pequeo, que pueden cambiar sus propiedades mecnicas con pequeas variaciones en el contenido de humedad, y que su estudio es de por s bastante difcil, no podemos dejar de darnos cuenta de la real importancia que tiene el estudio y el conocimiento en esta materia, ya que es la nica forma que como ingenieros seamos capaces de asimilar no solo el conocimiento, sino tambin de asumir nuestra ignorancia y seguir profundizando en la materia.


ensayo de consolidación de suelos

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