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GUIA DE LABORATORIO N 6 I. CONSOLIDACIN Generalidades Cuando se somete un suelo cohesivo saturado a un incremento de carga, ocurre un traspaso de esta carga en el tiempo del agua a la estructura de suelo Inicialmente, de acuerdo a la teora, ese incremento de carga exterior lo toma integralmente el agua debido a que, por una parte, es incompresible, y por otra, el suelo del que estamos hablando presenta una baja permeabilidad. Este incremento de carga tomado por el agua produce excesos en la presin neutra o de poros por sobre las presiones hidr5ostaticas que existen en el agua. Al cabo de un tiempo t, parte de este exceso de presiones neutras es disipado, trasfiriendo esa parte de la carga a la estructura del suelo, es decir, existe un incremento de tensiones efectivas. El resultado de este incremento gradual de tensiones verticales efectivas produce asentamientos. Cuando el suelo es permeable, como es el caso de un suelo granular, o cuando la carga se aplica a un suelo fino seco, el proceso de deformacin con reduccin en el ndice de vacos tiene lugar en un periodo tan corto que es posible considerar el proceso como instantneo. En estos casos existe una deformacin vertical pero no se habla de consolidacin. Definiciones De acuerdo a los resultados de ensayos de consolidacin, es posible deducir que el asentamiento final de un estrato de suelo de arcilla saturada esta dada por:

+

+=

Log

e 1C H S '

'

o vo

vo

donde S: asentamiento del estrato de suelos H: espesor del estrato de suelo eo: ndice de vacos inicial vo: tensin vertical efectiva inicial : incremento de tensin efectiva, la cual producir la consolidacin C: constante que para un suelo normalmente consolidado se denomina Cc, ndice de

compresibilidad, y para un suelo preconsolidado se denomina Cr, coeficiente de recompresin. Ambos coeficientes se obtienen a travs del ensayo de consolidacin.

Otro coeficiente posible de obtener con este ensayo es el coeficiente de consolidacin, cv, parmetro necesario para evaluar el grado de consolidacin, o bien, el asentamiento en un tiempo t.

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Equipo

consolidmetro deformmetro equipo de cargas cronometro de bolsillo o de pared equipo necesario o disponible para moldeo de la muestra

Procedimiento 1 Moldee cuidadosamente una muestra dentro de un anillo de consolidacin (use la

muestra dada por el instructor). De la raspadura obtenida en el proceso de moldeo tomar una muestra representativa y utilcela para determinar el contenido de humedad. Determinar la gravedad especifica G.

2 Pesar la muestra y determinar la altura Hi y el dimetro de la muestra. 3 Coloque cuidadosamente la muestra de suelo en el consolidmetro con piedras porosas

saturadas en contacto con las caras superior e inferior. Asegrese de que las piedras porosas entren en el anillo de forma que el ensayo pueda realizarse satisfactoriamente.

4 Coloque el consolidmetro en el aparato de carga y ajuste el deformmetro de cartula;

recordar que debe permitirse una posible compresin de la muestra de 4 a 12 mm. 5 Aplique una carga de inicializacin de 5 kPa para suelos blandos y de 10 kPa para

suelos firmes; verifique nuevamente que las piedras porosas no se apoyen sobre el anillo; coloque el deformmetro de cartula en 0 (dejar esta carga de inicializacin sobre el suelo).

6 En el momento conveniente, aplique el primer incremento de carga (carga adicional

suficiente para desarrollar el primer incremento de carga) y simultneamente tome lecturas de deformacin a tiempos de 0.25, 0.50, 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60, 120 min., a continuacin por ejemplo, 4, 8, 16, horas, etc. y hasta que haya muy poco cambio en la curva (lectura de deformacin contra log t).

7 Despus de 24 horas o como se haya establecido, o cuando el H entre dos lecturas sea

suficientemente pequeo, cambiar la carga al siguiente valor y nuevamente tomar lecturas a intervalos de tiempo controlados como en el paso anterior (si se utiliza el experimento de laboratorio rpido en el tercero y cuarto incremento de carga, tomar suficiente tiempo en lecturas para establecer una pendiente adecuada para la consolidacin secundaria que puede ser utilizada en los otros incrementos.

8 Contine cambiando cargas tomando lecturas de deformacin versus tiempo a travs

de todo el rango de cargas del consolidmetro (o hasta que arbitrariamente se determine).

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9 Coloque la muestra (incluyendo todas las partculas que se hayan exprimido fuera del anillo) en el horno al final del experimento para encontrara el peso de los slidos WS y obtenga el calculo del volumen final de agua Vwf. Comparar WS con el valor calculado en el paso 1 (si se hizo la determinacin del contenido de humedad).

Clculos Mtodo de determinacin del Coeficiente de Consolidacin, cv. Mtodo de la raz cuadrada o de Taylor En el grfico Deformacin Raz del tiempo: 1. Trazar la mejor recta que pasa por los primeros puntos del grfico. 2. La interseccin entre la recta definida en 1 con el eje de las absisas, define una distancia

a. 3. Se dibuja en el eje de las absisas la distancia 1.15a, el cual representa el punto A. 4. Se une el punto 0 y A. 5. La interseccin de esta recta con la curva define el valor t90 en el eje de las absisas. 6. Calcular Cv como:

90

2V

V tH 90%) UT

C== (

donde Tv(U = 90%) = 0.848 H = la altura inicial de la muestra.

4

Grfico Deformacin en funcin del Tiempo

tiem po

L =

L o -

[m

m]

sv ' = 0.1 Kg/cm1

a

1.15 a

5t90

2

3

4

Muestra

P

Lo

A

0'

Cv se calcula para todos los estados de carga, lo cual permite graficar Cv en funcin de v, el Cv a utilizar ser aquel asociado al estado de carga que se tenga en terreno, es decir, vo. Mtodo del logaritmo o de Casagrande En el grfico Deformacin log (tiempo): 1. En la parte inicial parablica de la curva marcar t1. Si la parte inicial no es parablica,

utilizar D0 asociado a t = 0 y seguir en el paso 4. 2. Marcar t2 = 4 t1. t1 y t2, evaluados en la curva definen la distancia . 3. Dibujar la distancia 2, y encontrar D0 en el eje de las ordenadas. 4. Dibujar la proyeccin horizontal del final de la curva de deformacin e intersectarla con

el eje de las ordenadas, punto que define D100. 5. Encontrar D50, como la distancia promedio entre D0 y D100 en el eje de las ordenadas. 6. Proyectar D50 en la curva de deformacin y encontrar t50 en el eje de las absisas. 7. Calcular Cv como:

50

2V

V tH 50%) UT

C== (

5

donde Tv(U = 50%) = 0.197 H = la altura inicial de la muestra.

Grfico Deformacin - Log(tiempo)

1 10 100 1000

Tiem po

L =

L o -

[m

m]

sv ' = 0.1 kg/cm

Muestra

P

Lo

t50 t100

2

t2t1

D50

D100

D0

1

2

3

4

5 6

Cv se calcula para todos los estados de carga, lo cual permite graficar Cv en funcin de v, el Cv a utilizar ser aquel asociado al estado de carga que se tenga en terreno, es decir, vo. Mtodo de Casagrande para la determinacin de la tensin de preconsolidacin,

pc. En el grfico e Log v: 1. Ubicar punto de mxima curvatura. 2. Trazar una recta tangente en el punto 1. 3. Trazar una recta horizontal en el punto 1. 4. Trazar una bisectriz entre la recta tangente 2 y la recta horizontal 3. 5. Prolongar recta de la curva de carga Normalmente Consolidada. 6. Interseccin entre las rectas 4 y 5 determinan el valor de pc.

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Ensayo de Consolidacin

0.1 1 10 100

Tensin Vertical Efectiva, v ' [kg/cm]

Indi

ce d

e va

cos

, e [

]

5

1

2

3

4

6

pc'

Mtodo de determinacin del Coeficiente de Compresin, CC y del Coeficiente de

Recompresin, CR. Primero debemos comparar la tensin vertical efectiva de terreno, vo con la tensin de preconsolidacin, pc, para saber si el terreno se encuentra en un estado Normalmente Consolidado (NC) o Preconsolidado (PC). Si vo pc Caso Normalmente Consolidado

(Tericamente son iguales) En el grfico e Log v: 1. Ubicar pc.

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2. Ubicar el punto (vo, eo), tensin vertical efectiva de terreno e ndice de vacos de terreno.

3. Ubicar el punto 0.4eo en la prolongacin de la recta de carga Normalmente Consolidado.

4. Unir con una recta los puntos 2 y 3, el valor absoluto de la pendiente de esta curva es el Coeficiente de Compresin, CC.

Ensayo de Consolidacin

0.1 1 10 100

Tensin Vertical Efectiva, v ' [kg/cm]

Indi

ce d

e va

cos

, e [

]

2( vo' , eo)

1

3

4

0.4 eo

'v2v1

21c log - ' log

e - e C

=

pc'

Si vo < pc Caso Preconsolidado En el grfico e Log v: 1. Ubicar pc. 2. Ubicar el punto (vo, eo), tensin vertical efectiva de terreno e ndice de vacos de

terreno.

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3. Trasladar la recta de la curva de descarga paralelamente hasta intersectar el punto 2. 4. Interseccin entre el la recta vertical que pasa por pc y la curva de descarga

desplazada determinan el punto 4. 5. Ubicar el punto 0.4eo en la prolongacin de la recta de carga Normalmente

Consolidado. 6. Unir con una recta los puntos 4 y 5, el valor absoluto de la pendiente de esta curva es el

Coeficiente de Compresin, CC. 7. El valor absoluto de la pendiente de la curva de descarga es el coeficiente CR.

Ensayo de Consolidacin

0.1 1 10 100

Tensin Vertical Efectiva, v ' [kg/cm]

Indi

ce d

e va

cos

, e [

]

pc'

0.4 eo

2( vo' , eo) 1

3

4

5

67

'v2v1

21c log - ' log

e - e C

=

'v4v3

43R log - ' log

e - e C

=

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Para obtener el ndice de vacos en funcin de la deformacin medida utilizar la siguiente expresin:

1)( 0 = HWAGe

SS

S

en que: GS: densidad de los slidos (gr/cm3) A: rea de la probeta (cm2) WSS: peso del suelo seco (gr) H0: espesor inicial del estrato de suelo (cm) : deformacin de la probeta medida en el dial (cm) El informe debe incluir, la presentacin en grficos de la curva tiempo utilizada en los clculos para determinar cv as como la curva de consolidacin del ensayo y los mtodos y clculos realizados para determinar: pc Cc Cr cv, para todos los estados de carga y ambos mtodos sealados en la gua