Universidad de Cartagena

Facultad de Ingeniería

Programa Ingeniería Civil

ENSAYO DE CONSOLIDACION

Altamiranda S.1 Cañate D.1 Godoy R. 1 Guzmán M.1 Barrios M.2

1 Estudiantes de Ingeniería Civil 2 Docente

Cartagena de Indias D. T y C.

2014

RESUMEN: La presente práctica consiste en la consolidación del suelo utilizando una

muestra inalterada. Para ello, se moldea y se coloca dentro del anillo de consolidación y del

aparato ya armado. Luego, se calibra el deformimetro o se pone en cero. Seguidamente, se

empieza a aplicar la carga de 10 a 2KPa, sus incrementos de cargas y se toma las lecturas

de deformación y tiempo a partir de 8 seg, 15 seg, 30 seg, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min, 15

min, 30 min, 1 hora, 2 horas, 4 horas, 16horas, 24 horas. Una vez terminado el proceso de

carga se pone la muestra en el horno para encontrar peso seco y calcular su peso

específico.

PALABRAS CLAVES: Consolidacion, Deformimetro, Cargas, Deformacion.

ABSTRACT: This practice is soil consolidation using an unaltered sample. For this, it is

molded and placed within the ring and the already assembled consolidation apparatus . Then

the strain gage is calibrated or reset. Then you start to apply the load from 10 to 2 kPa , their

increases load and strain readings and take time from 8 sec, 15 sec, 30 sec, 1 min, 2 min , 4

min , 8 min , 15 min, 30 min , 1 hour, 2 hours, 4 hours , 16 hours , 24 hours. Once the

download is complete the sample is placed in the oven to find dry weight and calculate its

weight

KEYWORDS: Consolidation, Strain gage, Loads, Deformation

1. INTRODUCCIÓN

Todos los materiales al ser sujetados a

cambios en las condiciones de esfuerzos,

experimentan deformaciones, que pueden

o no ser dependientes del tiempo. Las

relaciones entre los esfuerzos, las

deformaciones y el tiempo, varían según el

material a analizar. Las relaciones más

sencillas se producen en los materiales

elásticos lineales, donde el esfuerzo y la

deformación son proporcionales e

independientes del tiempo.

2

Las características de esfuerzo,

deformación y tiempo de un suelo

dependerán no solo de tipo de suelo y su

estado de consistencia, sino también de la

forma en que es cargado, esta

particularidad da paso a la consolidación,

el cual es un proceso que se produce en

los suelos y consiste en la reducción del

volumen total del suelo provocado por la

colocación de una carga o el drenaje del

terreno.

Es importante estudiar estas

características del suelo debido a que en

general estos sufren deformaciones

superiores en las estructuras civiles las

cuales le transmiten la carga y no siempre

se producen instantáneamente ante la

aplicación de la misma carga.

El fin de la práctica es determinar el

decremento de volumen y la velocidad con

que este se produce, en una muestra de

suelo, confinado lateralmente y sujeto a

una carga axial, para finalmente llegar a la

curva de compresibilidad y con esta poder

obtener parámetros de cuanto se nos

puede asentar el terreno teniendo cierta

carga para dar solución a un ejercicio

previamente dado.

2. MARCO TEORICO

2.1. Consolidación.

La consolidación es un proceso que se

produce en los suelos y consiste en la

reducción del volumen total del suelo

provocado por la colocación de una carga

o el drenaje del terreno.

2.2. Proceso de consolidación.

Cuando el suelo se somete a una

sobrecarga, los esfuerzos totales se

incrementan en esa misma cuantía.

En suelos saturados, esto conduce al

incremento de la presión de poros; pero

dado que el agua no resiste esfuerzos

cortantes, sin que se modifique el nuevo

esfuerzo total, el exceso de presión

intersticial se disipa a una velocidad

controlada por la permeabilidad k del

suelo, con lo que el esfuerzo efectivo se va

incrementando a medida que el agua fluye.

Figura 1. Proceso de consolidación de suelos.

Fuente: [1]

2.3. Consecuencias de la

consolidación.

Incremento en el esfuerzo efectivo

Reducción en el volumen de vacíos

Reducción en el volumen total

Asentamientos en el terreno

Asentamientos en la estructura

2.4. Permeabilidad y consolidación

• Suelos arenosos

K alta: el asentamiento ocurre

rápidamente, generalmente al final de la

construcción.

3

• Suelos arcillosos

K baja: el asentamiento ocurre lentamente,

estructura sique asentándose durante

años, después de la construcción. [1]

2.5. Consolidación Primaria

Este método asume que la consolidación

ocurre en una sola dimensión. Los datos

de laboratorio utilizados han permitido

construir una interpolación entre la

deformación o el índice de vacíos y la

tensión efectiva en una escala logarítmica.

La pendiente de la interpolación es el

índice de compresión. La ecuación para el

asiento de consolidación de un suelo

normalmente consolidado puede ser

determinada entonces como:

… (1)

Donde:

δc es el asiento debido a la consolidación,

Cc es el índice de compresión, e0 es el

índice de vacíos inicial, H es la altura de

suelo consolidable, σzf es la tensión

vertical final, σz0 es la tensión vertical

inicial.

Cc puede ser reemplazada por Cr (índice

de recompresión) para usar en suelo

sobreconsolidados donde la tensión final

efectiva es menor que la tensión de

preconsolidación, o lo que es lo mismo,

para suelos que hubieran sido

consolidados con más intensidad en el

pasado. Cuando la tensión final efectiva

sea mayor que la tensión de

preconsolidación, las dos ecuaciones

deben ser usadas en combinación de un

modelo conjunto como sigue:

…(2)

Donde σzc es la tensión de

preconsolidación del suelo.

2.6. Consolidación Secundaria.

La consolidación secundaria tiene lugar

después de la consolidación primaria a

consecuencia de procesos más complejos

que el simple flujo de agua como pueden

ser la reptación, la viscosidad, la materia

orgánica, la fluencia o el agua unida

mediante enlace químico algunas arcillas.

En arenas el asiento secundario es

imperceptible pero puede llegar a ser muy

importante para otros materiales como

la turba.

La consolidación secundaria se puede

aproximar mediante la siguiente fórmula:

…(3)

Donde H0 es la altura de consolidación

media, e0 es el índice inicial de vacíos,

Ca es el índice secundario de compresión.

3. MATERIALES Y METODOS

3.1. Materiales

Para la práctica del laboratorio fue

necesario utilizar los instrumentos del

banco de consolidación entre los que

están: un molde y un deformímetro.

Además, fue necesario un cronometro o

4

temporizador, y una cartera para tomar los

datos correspondientes y las muestras

inalteradas del suelo a utilizar.

3.2. Procedimiento

1. Se moldea la muestra inalterada

con el molde del banco de

consolidación

2. Se colocan los filtros y se procede

a armar el recipiente de tal manera

que se pueda colocar en la base del

banco de consolidación mencionado

anteriormente.

3. Con el recipiente armado, se coloca

en la plataforma e inicia el proceso

de transmisión de carga del banco.

4. Posteriormente, la cámara

compuesta en el recipiente se llena

de agua para saturar la muestra

inalterada y se aplica una carga de

dependiendo a la profundidad del

suelo, por lo general una carga de

10 a 2 kPa. Luego se toman los

datos a partir de la lectura de los

tiempos a partir de 8 seg, 15 seg,

30 seg, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min,

15 min, 30 min, 1 hora, 2 horas, 4

horas, 16horas, 24 horas y

deformaciones verticales de marea

simultánea, dichas mediciones se

realizan hasta que la velocidad de

deformación se aproxime a cero.

Por lo general, las arcillas logran la

totalidad de la consolidación al

cumplir las 24 horas.

5. Luego se cambia la muestra

aplicando una carga diferente, de tal

manera que el incremento de la

carga sea aproximadamente igual a

la carga inmediatamente anterior.

6. Finalmente se retira la muestra para

ser secada y de esta manera

identificar su peso seco y el peso

específico seco final de la muestra.

4. ANALISIS Y RESULTADOS

RESULTADOS

En el ensayo de consolidación a la

muestra de suelo PC 05 - MT 3 del

laboratorio se obtuvieron los siguientes

resultados:

Peso anillo+ Muestra=264.89 g

Diámetro del anillo = 6.35 cm

Humedad (w) = 25.4%

Altura = 2.54 cm

Peso Seco de la muestra (Ws) =

116,6 g

Gravedad Especifica de los sólidos

(Gs) = 2,81

Limite Liquido =

5

aplicado

Kg/cm2

0.2 0.4 0.8 1.6 3.2

P (Kg) 6.3 12.7 25.3 50.7 101.3

Tiempo

(min)

Lectura del Dial (10-4

pulg)

0.25 1821 1689 1540 1340 1045

1.00 1811 1682 1529 1320 1020

2.25 1807 1677 1523 1310 1009

4.00 1803 1673 1519 1305 1000

6.25 1801 1671 1516 1298 994

9.00 1799 1669 1512 1295 987

12.25 1798 1667 1509 1292 982

16.00 1796 1666 1500 1289 979

20.25 1795 1665 1498 1287 975

25.00 1794 1664 1494 1285 972

30.00 1793 1663 1493 1283 970

60.00 1789 1660 1489 1277 960

90.00 1786 1658 1487 1274 955

120.00 1784 1656 1486 1271 953

240.00 1781 1653 1485 1262 945

480.00 1778 1648 1473 1258 939

1440.00 1774 1643 1458 1253 931

Tabla 1. Resultados obtenidos en ensayo de

consolidación. Tiempo vs Lectura del Dial.

Fuente: Autor

ANALISIS DE RESULTADOS

A partir de los datos recolectados se

realizaron algunos calculó como la

Diferencia Dial de la siguiente manera y

para todos los casos:

DD1 = L1-L2 = 0,450596 - 0,417322 =

0,0333 cm

La altura de solidos 2H0:

Altura de la muestra:

2H2 = 2,54 - 0,0333 = 2,5067 cm

Altura de vacíos:

Av1 = 2H – 2Ho = 2,54 – 1,31 =

1,23 cm

Relación de vacíos:

Todos los resultados obtenidos fueron

tabulados (ver Tabla 2).

Los tiempos en los que ocurrió el 90% de

la consolidación en cada una de las cargas

aplicadas, se halló por medio del método

de Taylor como se puede ver en la

siguiente gráfica, para el esfuerzo aplicado

de 0.2 Kg/cm2:

Gráfica 1. Método de Taylor para un esfuerzo aplicado

de 0.2 Kg/cm2. vs Deformación.

Fuente: Autor.

Con la abscisa x=7,2 (perteneciente a la

recta roja que se une con la curva), y

1,15*X= 8,28. Se obtuvo como resultado a

partir de la intersección de la recta (color

verde) en gráfica un valor de t901/2, para

este esfuerzo, igual a 3, por tanto t90 = 9

min = 540 seg.

6

De manera similar se determinaron los

valores de t90 para los siguientes

esfuerzos aplicados. Ver Tabla 2 en

anexos.

A partir de estos valores se calcularon los

coeficientes de consolidación Cv de esta

manera y para todos los casos (ver Tabla 2

en anexos):

Y a partir de los resultados se calculó un

promedio de todos los valores.

Luego, se calculó el tiempo en el cual

ocurrirá el 90% de la consolidación en el

estrato mostrado en la Ilustración 1, con un

espesor de H = 4,0 m y utilizando el

coeficiente de consolidación promedio Cv =

0.0019009:

Ilustración 1. Estratificación analizada a la cual se

calculará el asentamiento.

Fuente: Autor

Para calcular asentamiento se procedió de

la siguiente manera:

Se calculó el Indice de compresión

=0,009*(LL-10)= 0,009*(60-10) = 0,45

Se calculó el esfuerzo efectivo en el punto

A (Ilustración 1) como sigue:

3 +2,1 3 (4 ) 1,0 3 7 =

Luego se calculó el incremento del

esfuerzo producido por la carga puntual de

12 ton:

Luego el asentamiento para H= 4,0 m y

= 0,9389 es:

5. CONCLUSIONES

A partir del procedimiento, con los datos

obtenidos y mostrados anteriormente,

análisis e interpretación y utilizando los

conceptos en la norma colombiana

7

respecto al asentamiento en suelos, se

puede concluir a partir de la gráfica 1, se

halló el valor del T 90 en el ensayo de

laboratorio, lo cual permitió hallar los

coeficientes de consolidación, para cada

incremento de carga, mientras que para

hallar el asentamiento en el estrato

indicado, se utilizó el coeficiente de

consolidación promedio en el análisis de

los datos Cv= 0.0019009.

Teniendo en cuenta la relación de vacíos

inicial que desprende un volumen de vacío

comparable con el volumen de la masa, el

asentamiento total es de 2.631 mm., la

cual es aceptable para el tiempo detallado

anteriormente.

6. BIBLIOGRAFÍA

[1]Consolidación de suelos. Tomado de

“http://albatros.uis.edu.co/eisi/ArchivosProf

esores/U9186/CONSOLIDACION%20DE%

20SUELOS%20.pdf”

[2]

T.W. Lambe y R.V. Whitman - Mecánica

de suelos. Mexico, 1997 ISBN 968-18-

1894-6

8

7. ANEXOS

Esfuerzo

Aplicado

(kg/cm2)

Carga

(kg)

lect. Final

Dial (cm)

Diferencia

de Dial

(cm)

2H (cm)

Altura de

vacíos

(cm)

Relación de

vacíos (e)

Tiempo de

Consolidación (seg)

Coeficiente de

Consolidación

(Cv)(cm2/seg)

T90

0.2 6.3 0.450596

2.5400 1.2300 0.9389 540.0 0.0025329

0.0333

0.4 12.7 0.417322

2.5067 1.1967 0.9135 504.6 0.0026400

0.0470

0.8 25.3 0.370332

2.4597 1.1497 0.8777 960.0 0.0013361

0.0521

1.6 50.7 0.318262

2.4077 1.0977 0.8379 735.0 0.0016720

0.0818

3.2 101.3 0.236474

2.3259 1.0159 0.7755 866.4 0.0013237

Promedio 0.0019009

Tabla 2. Resultado de los cálculos para determinar el Coeficiente de consolidación

9