UNIVERSIDAD ANDINA“NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ”

FILIAL-AREQUIPA

INGENIERIA CIVIL

CURSO:MECANICA DE SUELOS

TEMA:CONSOLIDOMETRO

DOCENTE:ING. DAPHNE LEON

PERTENECIENTE A:JOSE CARLOS CONDE JACOBO

AREQUIPA–PERÚ2015

CONSOLIDOMETRO – ENSAYO DE CONSOLIDACION

1. INTRODUCCIÓN

La consolidación es un proceso que produce en suelos y consiste en la reducción del volumen total del suelo provocado por la colocación de una carga o el drenaje del terreno.

Frecuentemente ocurre que durante el proceso de consolidación la posición relativa de las partículas sólidas sobre un mismo plano horizontal permanece esencialmente la misma; así, el movimiento de las partículas de suelo puede ocurrir solo en dirección vertical.

El asiento producido en suelos compresibles y saturados es debido a las deformaciones volumétricas a lo largo del tiempo ante la disipación por drenaje de las presiones transmitidas al agua intersticial por una carga aplicada y por la reducción de poros en el suelo.

El Consolidómetro también conocido como edómetro es un aparato de laboratorio útil para conocer la compresibilidad de un suelo que va a ser objeto de una consolidación, es un equipo el cual permite determinar el asentamiento, que puede sufrir un suelo cuando es sometido a diversas cargas bajo condiciones de saturación o en estado natural.

Este equipo también es usado para realizar ensayos de colapso de los suelos y expansión libre o controlada por el método edométrico.

La finalidad del ensayo de consolidación es determinar la velocidad y grado de asentamiento que experimentará una muestra de suelo arcilloso saturado al someterla a una serie de incrementos de presión o carga. El fenómeno de consolidación, se origina debido a que si un suelo parcial o totalmente saturado se carga, en un comienzo el agua existente en los poros absorberá parte de dicha carga puesto que esta es incompresible, pero con el transcurso del tiempo, escurrirá y el suelo irá absorbiendo esa carga paulatinamente. Este proceso de transferencia de carga, origina cambios de volumen en la masa de suelo, iguales al volumen de agua drenada.

OBJETIVOS

Construir la curva de consolidación. Conocer a priori el comportamiento de los suelos compresibles frente a

la acción de cargas. Predecir la magnitud de los asentamientos y su evolución en el tiempo. Determinar los parámetros necesarios para calcular los hundimientos

por consolidación y los tiempos en que estos se producen.

ASUNTO DEL TRABAJO:

Este ensayo trata de la determinación del el índice de compresión cc, el índice de expansión Cs y el esfuerzo de pre-consolidación, los cuales definen la compresibilidad de los suelos.

Además se determina el coeficiente de consolidación cv, el cual caracteriza la rata de compresión primaria.

IMPORTANCIA DEL ASUNTO:

Es importante porque a partir de este se pueden establecer la relación entre la presión aplicada de un suelo y su reducción de volumen, y entre esta deformación y el tiempo necesario, para que se verifique se recurre a este laboratorio.

Este laboratorio brinda información útil al ingeniero para que pueda puede definir qué tipos de estructuras pueden ir cimentadas en dicho suelo sin que sufran asentamientos o colapsos.

COMO SE TRATO EL ASUNTO

Para tratar el objetivo de esta práctica “ensayo de consolidación” se ha visto como necesidad equipos en buen estado, equipos, calibrados y sobre todo la seriedad y concentración de los participantes en la toma de datos.

En este laboratorio se trabajó con un sistema conformado por un consolidómetro, un deformímetro, etc.

2. REVICION BIBLIOGRAFICA

2.1. DEFINICION

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.

Su finalidad es determinar la velocidad y grado de asentamiento que experimentará una muestra de suelo arcilloso saturado al someterla a una serie de incrementos de presión o carga.

El fenómeno de consolidación, se origina debido a que si un suelo parcial o totalmente saturado se carga, en un comienzo el agua existente en los poros absorberá parte de dicha carga puesto que esta es incompresible, pero con el transcurso del tiempo, escurrirá y el suelo irá absorbiendo esa carga paulatinamente. Este proceso de transferencia de carga, origina cambios de volumen en la masa de suelo, iguales al volumen de agua drenada.

En suelo granulares, la reducción del volumen de vacíos se produce casi instantáneamente cuando se aplica la carga, sin embargo en suelos arcillosos tomará mayor tiempo, dependiendo de factores como el grado de saturación, el coeficiente de permeabilidad, la longitud de la trayectoria que tenga que

recorrer el fluído expulsado, las condiciones de drenaje y la magnitud de la sobrecarga.

Los casos más importantes de consolidación son: Torre de Pisa Ciudad de México Bogotá Uruguay: Terraplén de acceso al Puente del Río Santa Lucía,

Ampliación de Pista de Aeropuerto de Carrasco, etc.

2.2. HIPOTESIS DE LA TEORÍA DE LA CONSOLIDACIÓN

Se supone al suelo homogéneo, cohesivo y saturado. La compresión del suelo in situ es unidimensional La variación de volumen tiene su origen en la relajación del exceso de presión de poros El flujo es unidimensional El Coeficiente de Consolidación Cv y Permeabilidad K , permanecen constantes a lo largo del proceso.

2.3. PROCESO DE CONSOLIDACION

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.

2.4 CONSECUENCIAS DE LA CONSOLIDACION

Incremento en el esfuerzo efectivo Reducción en el volumen de vacíos Reducción en el volumen total Asentamientos en el terreno Asentamientos en la estructura

2.5 PERMEABILIDAD Y CONSOLIDACION

SUELOS ARENOSOS: K alta, el asentamiento ocurre rápidamente, generalmente al final de la construcción. Para hallar la consolidación existen Métodos o teorías de elasticidad.

SUELOS ARCILLOSOS: K baja, el asentamiento ocurre lentamente, estructura sique asentándose durante años después de la construcción. Para hallar la consolidación se toma en cuenta la teoría de Terzaghi, que considera el asentamiento total y velocidad de asentamientos.

2.6 VELOCIDAD DE ASENTAMIENTO

EL tiempo en que se desarrolla asentamiento depende de: Carga externa (q) Conductividad hidráulica (k)

En arenas se presenta los siguientes tipos de asentamiento: Seco: asentamiento instantáneo, es decir controlable en tiempo de obra. No saturado: k alto: asentamiento instantáneo, es decir controlable en

tiempo de obra. Saturado: k alto: asentamiento instantáneo, es decir controlable en

tiempo de obra.

En arcillas se presenta los siguientes tipos de asentamiento: Seco: asentamiento instantáneo, es decir controlable en tiempo de obra. No saturado: k bajo: asentamiento diferido en tiempo (Consolidación), es

decir debe preverse en etapa de proyecto para evitar falla de obra. Saturado: k bajo: asentamiento diferido en tiempo (Consolidación), es

decir debe preverse en etapa de proyecto para evitar falla de obra.2.7 APLICACIÓN DE CARGAS EN LOS SUELOS

Dónde: δ total = δ elástico + δ compresibilidad + δ secundarios

δ elastico( elásticos, distorsión)δd = refleja el desplazamiento lateral del suelo debajo de la zapata. Por lo general son pequeños y se pueden controlar en obra.

δ comprensibilidad ( consolidación primaria) δc = asentamiento a largo plazo , refleja el cambio de volumen en el suelo como resultado de cambios en el esfuerzo efectivo del suelo. Son altos y pueden causar fisuramiento en construcciones si no se controlan. Se da en suelos finos saturados.

δ compresión secundaria ( consolidación secundaria) δs = asentamiento a largo plazo , refleja la reducción de volumen en el suelo ante un esfuerzo efectivo constante y es el resultado de la descomposición de la materia orgánica , y procesos de reacomodación interna de las partículas por cambios físicos y químicos del suelo.

2.8 ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

2.8.1 TEORIA (Terzaghi):

Cuando un suelo parcial o totalmente saturado se carga, en un comienzo el agua existente en los poros absorberá parte de dicha carga puesto que esta es incompresible, pero con el transcurso del tiempo, escurrirá y el suelo irá absorbiendo esa carga paulatinamente. Este proceso de transferencia de carga, origina cambios de volumen en la masa de suelo , iguales al volumen de agua drenada.

Grado de Consolidación medio en función del Factor de Tiempo:

2.8.2 LABORATORIO (ensayo de consolidación):

Norma ASTM D2435

Este método comprende un procedimiento para determinar la velocidad y la magnitud de la consolidación del suelo cuando éste está confinado lateralmente y además está cargado y drenado axialmente.

El método requiere que un elemento de suelo sea confinado lateralmente y cargado axialmente mediante incrementos, bajo la aplicación de un esfuerzo constante, hasta que todo el exceso de presiones de poro se haya disipado en cada incremento. Durante el proceso de compresión se toman medidas del decremento en la altura de la muestra, y estos datos son utilizados para calcular los parámetros que determinan la relación entre el esfuerzo efectivo, y la relación de vacíos o la deformación, y para calcular la velocidad a la cual la compresión puede ocurrir.

La compresibilidad de los suelos, tal como se determina en este ensayo, es una de las propiedades más útiles que pueden ser obtenidas de los ensayos de laboratorio. Los datos del ensayo de consolidación pueden ser utilizados para desarrollar un estimado de la velocidad y la cantidad de los asentamientos totales y diferenciales de una estructura o un terraplén. De esta manera, los valores calculados son frecuentemente de importancia clave, en primer lugar en la selección del tipo de cimentación y en segundo lugar en la evaluación de su competencia.

2.9 RESULTADOS DEL ENSAYO

Las Fases de consolidación son: Consolidación instantánea: reducción de vacíos por eliminación de aire. Primaria: reducción de volumen por la expulsión del agua. Fenómeno en

el que se transfiere la carga soportada por el agua al esqueleto mineral, esta es la consolidación propiamente dicha.

Secundaria: cuando la consolidación se da por reajuste del esqueleto mineral y luego de que la carga está casi toda soportada por este y no por el agua.

2.9.1 COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD (av):

Pendiente de recta tangente a Curva de Compresibilidad. Generalmente se calcula por carga.

2.9.2 COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD VOLUMETRICO O MODULO EDOMETRICO (mv):

Su pendiente variable indica una compresibilidad que cambia con el esfuerzo.

2.9.3 INDICE DE COMPRESIÓN:

Dónde: ei = relación de vacíos para un estado.Pi = presión transmitida al suelo para un estado.

2.9.4 COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN (CV):

Expresa velocidad de consolidación. Cv no es constante durante consolidación y depende de sobrecarga y

conductividad hidráulica del suelo.

Dónde:T = es el factor tiempo, cuyo valor es 0,197 para un tiempo de consolidación del 50 %, y 0,848 para un t=90%.

H = longitud para el máximo camino de drenaje durante un incremento de carga dado. Si la muestra es doblemente drenada, el valor de H será la mitad de la altura de la misma.

t = tiempo para el correspondiente factor de tiempo, obtenido de la curva de consolidación.

2.9.5 ASENTAMIENTOS SECUNDARIOS

El final de la consolidación primaria ocurre después de la disipación del exceso de presión de poros.

2.9.6 CARGA DE PRECONSOLIDACION (Pc):

Presión de pre consolidación: Es la presión que representa la máxima que el suelo ha soportado en su historia geológica, antes de la ejecución de una prueba.

Causas de la Sobre-consolidación o pre –consolidación:

1. Procesos de erosión2. Zonas que han sufrido avance y retroceso de glaciaciones3. Procesos de desecación y humedecimiento4. Fluctuación de nivel freático5. Antiguos terraplenes – cambios en morfología del suelo

Historia de esfuerzos de las arcillas: Comportamiento - ε depende de historia de tensiones

- Arcilla Normalmente Consolidada: Aquélla que nunca estuvo sometida a esfuerzos mayores a las actualmente existentes

- Arcilla Sobreconsolidada: Aquélla que alguna vez estuvo sometida a esfuerzos mayores a las actualmente existentes

- Presion de Sobreconsolidación ( ’p ): Máximo esfuerzo a- que ha estado sometido el suelo en su historia

a) Se traza una tangente por el punto de mayor curvatura de la curva.b) Por ese punto de tangencia se traza una línea horizontal.c) Se traza la bisectriz del ángulo formado por la tangente y la línea

horizontal.d) Se prolonga la recta virgen hasta interceptar la bisectriz.e) En el punto de intercepción del tramo recto y la bisectriz se traza una

vertical que permite leer en el eje de las abscisas el valor de la carga de pre consolidación.

3. MATERIALES Y METODOS

3.1 MATERIALES:

a) Aparato de carga: Con precisión de ±0.5 % de la carga aplicada.

b) Equipo de consolidación: Un dispositivo para mantener la muestra dentro de un anillo el cual puede estar fijado a la base o puede ser flotante con piedras porosas sobre cada cara de la muestra. El consolidómetro deberá proporcionar también medios para sumergir la muestra, aplicar la carga vertical, y medir el cambio de espesor de la muestra.

El Consolidómetro, el cual está compuesto por:

Base con canales para permitir en drenaje del agua. Anillo que contiene la muestra de arcilla saturada. Anillo de sujeción, que vincula la base con el que contiene la muestra

mediante tornillos. Tubos laterales que se comunican a través de los canales de la base

con la piedra porosa inferior.

c) Deformímetro: Con sensibilidad de 0.01 mm.d) Extensómetro: Con precisión 0.001 mme) Juego de 2 piedras porosasf) Papel filtro para ser utilizado entre la muestra de suelo y la piedra porosa.g) Cabezal de cargah) Mecanismo de transmisión de cargai) Cronometro.j) Balanza de laboratorio de sensibilidad de 0.01 gr.

3.2 METODOLOGÍA PARA EL ENSAYO DE CONSOLIDACION:

El aparato utilizado para realizar este ensayo se denomina Edómetro y aplica el principio introducido por Terzaghi de la compresión de una muestra, generalmente indeformada, de altura pequeña con relación al diámetro, confinada lateralmente por un anillo rígido y colocada entre discos porosos. Si las condiciones reales correspondieren a una situación de estrato semi-abierto se emplea entonces un solo disco poroso.

A pesar de lo pequeño de las muestras, el rozamiento que se desenvuelve entre el suelo y la pared del anillo durante el ensayo constituye una causa de error aunque no importante. Se ha notado que la fuerza de rozamiento lateral alcanza valores de orden del 10 a 20 % de la presión vertical aplicada.

3.2.1 PREPARACION DE LA MUESTRA

a) Moldeamos una muestra con la ayuda de un anillo, lo que permitirá obtener uniformidad en las dimensiones.

b) Con la muestra resultante, colocamos una cantidad suficiente en los recipientes para poder obtener el contenido de humedad.

c) Se realiza el confinamiento de la muestra, para ello se coloca el suelo en el anillo, colocamos papel filtro, las piedras porosas, y cerramos completamente el anillo.

3.2.2 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

a) Colocamos el anillo en el consolidometro además del deformimetro, y ajustamos correctamente. Se debe tomar en cuenta para la lectura del deformimetro, que cada vuelta que de las manecillas correspondientes a la circunferencia mas grande, corresponde a un valor de 200, mientras que la circunferencia más pequeña se registran los decimales.

b) Enceramos el deformimetro, y aplicamos el primer incremento de carga, de 1 kg, y realizamos lecturas para los tiempos de 0.1, 0.25, 0.50, 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60, 120, 240, 480, 600 y 1140 minutos.

c) Después de 24 horas, se incrementa la carga a 2kg, se realiza la lectura para los tiempos indicados anteriormente. Este mismo proceso lo realizamos para las cargas de 4, 8, 16 y 32 kg.

d) Una vez terminada la aplicación de las cargar, se efectúa el proceso de descarga y recarga. El primero consiste en ir removiendo las cargas aplicadas, una por una, en intervalos de tiempo de 10 minutos. Una vez terminada la descarga, realizamos la recarga, es decir colocamos nuevamente una a una las cargas en intervalos de tiempo de 10 minutos cada una.

e) Al finalizar el ensayo, se desmonta el equipo, se pesa la muestra más el anillo, y se coloca la muestra en el horno. Con esto se podrá determinar el peso de los sólidos y peso del agua.

El anillo rígido procura reproducir en el laboratorio lo que ocurre en la naturaleza, donde la deformación lateral de la masa de suelo solicitado por la carga, es impedida por la restante parte del macizo terroso que la envuelve. La carga es aplicada sobre la piedra porosa superior por medio de un disco metálico rígido y la compresión es medida con el auxilio de un micrómetro con sensibilidad de 0.01 mm.

4. CALCULOS Y RESULTADOS

5. ANALISIS DE RESULTADOS

De los resultados obtenidos podemos inferir, que después de un proceso de carga y descarga sobre una misma muestra de suelo, durante un determinado intervalo de tiempo para que se efectué un establecido proceso de consolidación, esta muestra presenta ciertas propiedades de estabilidad que se modifican continuamente con el proceso de carga, es decir el suelo en cuestión comienza a deformase y sus partículas internas inician un proceso de reacomodamiento como respuesta al esfuerzo al que se encuentran sometidas por el efecto de las cargas aplicadas sobre este suelo, además, el agua atrapada entre estas partículas trata de salir para compensar la presión al cual se encuentran y las partículas comienzan a soportar un esfuerzo de rose entre ellas, llamado esfuerzo efectivo, como resultado de la expulsión de agua.

Con los datos obtenidos, logramos obtener el esfuerzo efectivo producto de las cargas aplicadas sobre el suelo y su correspondiente valor de la relación de vacios, para posteriormente graficar la relación de vacios al final de cada proceso de carga o de descarga contra el logaritmo de los correspondientes esfuerzos efectivos y obtuvimos una curva parabólica que inicia desde el valor inicial de e, luego comienza a bajar, haciéndose notorio que en un punto determinado donde la relación de vacios y el esfuerzo efectivo tienen magnitudes de 0.772 y 90.3 respectivamente, la curva inicia un retroceso como resultado del correspondiente proceso de descarga, luego esta curva, inicia nuevamente el proceso de disminución y a partir del punto donde e y el esfuerzo efectivo vale 0.607 y 809.7 respetivamente comienza a bajar de forma lineal y por ende se presenta una línea perfecta en este tramo cuya pendiente, el índice de compresión, es igual a 0.283 y el índice de expansión del 0.0465.

En esta gráfica, proyectamos o alargamos la línea virgen o de comprensión hacia arriba para interceptarla con una línea paralela a la curva de re-compresión para obtener un correspondiente valor del esfuerzo de pre-consolidación, es decir, el máximo esfuerzo al que se puede someter este suelo, y de este modo podemos clasificar un determinado tipo de arcilla, como arcilla normalmente consolidada si Esta presenta un esfuerzo in situ igual al esfuerzo de pre-consolidación que para nuestro caso 94 Kn/m2. Por otro lado podemos considerar la arcilla como sobre consolidada si su esfuerzo in situ es menor a este esfuerzo de pre-consolidación.

Como una fuente de distorsión de la confiabilidad de los datos o incertidumbres, podríamos postular la incurrencia en las lecturas erróneas en el Deformímetro para lo cual nosotros recomendamos para futuras practicas hacer lecturas con diferentes grados de apreciación, es decir que dichas lecturas la realicen más de una persona a fin de garantizar la obtención de resultados mucho más próximos a los reales y una disminución de un posible grado de incertidumbre.

6. CONCLUSIONES

Los resultados que aquí se obtienen permiten conformar un patrón de comparación entre la vida práctica del ingeniero civil y la teoría pragmática en los respectivos laboratorios.

Este practica de consolidación permite cuantificar de algún modo la máxima capacidad que podría soportar el suelo sin causar inestabilidad en su estructura y de esta forma no se atente en el futuro con la tranquilidad en el entorno, social, cultural y/o ambiental.

También podemos plantear que las deformaciones en las masas de suelos son proporcionales a las variables relación de vacíos y esfuerzos efectivo, este esfuerzo efectivo arroja una idea de la capacidad de soportar esfuerzos entre las partículas por causa de los asentamientos ocurridos en la masa de suelo por el hecho de haber sobrepasado su capacidad de resistir un determinado esfuerzo.

7. RECOMEDACIONES

Para mejorar el grado de confiabilidad de los resultados obtenidos en el laboratorio se recomienda:

Realizar lecturas confiables en el deformimetro de caratula. Tratar de que la muestra en cuestión sea inalterada, es decir, que

mantenga de algún modo sus propiedades intrínsecas de su configuración.

Garantizar la permeabilidad en la muestra de suelo de tal manera que se permita la filtración o expulsión del agua en el proceso de consolidación. Realizar los respectivos cálculos al final de cada proceso de carga y

descarga para garantizar obtener las deformaciones últimas.

8. BIBLIOGRAFIA

- http://www.arqhys.com/construccion/suelos-consolidacion.html

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

- http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/ensayo_edometrico.pdf

- http://noticias.espe.edu.ec/hfbonifaz/files/2012/09/ENSAYO-DE-CONSOLIDACI%C3%93N.pdf

- http://es.slideshare.net/Carolina_Cruz/ensayo-de-consolidacion- http://civilgeeks.com/2011/04/18/ensayo-astm-d-2435-80-en-espanol/

ANEXO FOTOGRAFICO