consolidacion de suelos.....

ndice Introduccin------------------------------------------------3 Consolidacin y clases ----------------------------------------4 Caractersticas y consecuencias---------------------------------5 Deformacin

de

suelos,

diferencia

entre

compactacin

y

consolidacin---6 Anlisis de consolidacin--------------------------------------7 Evaluacin y Anlisis de asentamiento----------------------------8 Ensayo de edmetrico o consolidacin-------------------------9-14 Conclusin------------------------------------------------15 Bibliografa-----------------------------------------------16 Anexo------------------------------------------------17-19

CONSOLIDACION CONSOLIDACI ON

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Introduccin A todos los materiales les ocurre un cambio fsico sea cual sea su naturaleza en este presente informe hablaremos sobre la consolidacin, sus procesos entre otros. Dichos materiales experimentan deformaciones cuando se los sujeta a un cambio en las condiciones de esfuerzo. La caracterstica esfuerzo-deformacin de un suelo depender del tipo del mismo, de la forma que carga, donde se ubica la naturaleza, entre otros. Sufriendo en general deformaciones superiores a las que sufre la estructura que transmite la carga. Adems estas deformaciones no siempre se producen instantneamente ante la aplicacin de la carga. Sino a lo largo del tiempo.

CONSOLIDACION CONSOLIDACI ON

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Cabe

destacar

que

para

la

construccin

de

una

estructura

es

recomendable el estudio de suelo para conocer y poder saber que tan apto esta para ejecutar una obra.

Consolidacin de suelos. Es un proceso de reduccin de volumen de los suelos finos cohesivos (arcillas y limos plsticos), provocado por la actuacin de solicitaciones (cargas) sobre su masa y que ocurre en el transcurso de un tiempo generalmente largo. Producen asentamientos, es decir, hundimientos verticales, en las construcciones que pueden llegar a romper si se producen con gran amplitud. El proceso de

consolidacin de un suelo es un proceso lento, puede

durar meses y hasta aos. Es un proceso asinttico, es decir, que al comienzo es ms veloz, y se va haciendo cada vez ms lento, hasta que el suelo llega a una nueva situacin de equilibro en la que ya no se mueve. El no tomar en cuenta este posible movimiento del suelo al proyectar una estructura sobre l puede llevar a consecuencias catastrficas tales como la

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inclinacin, fisuracin e incluso el colapso de la misma. En muchos casos es necesario pre-consolidar el suelo antes de proceder a la construccin de una obra importante, como puede ser, por ejemplo, un edificio o una carretera. La pre consolidacin se hace el terreno con un peso semejante o mayor que el que deber soportar una vez construida la obra, para esto se deposita en la zona interesada una cantidad de tierra con el peso equivalente de la obra. Clases de consolidacin de suelo Entre las clases de consolidacin tenemos las siguientes: 

Consolidacin inicial: consiste en la reduccin casi instantnea en el volumen de la masa de un suelo bajo una carga aplicada, que precede a la

consolidacin

primaria,

debida

principalmente

a

la

expulsin

y

compresin del aire contenido en los vacos del suelo. 

Consolidacin primaria: consiste en la reduccin del volumen de la masa de un suelo originada por la aplicacin de una carga permanente y la expulsin del agua de los vacos, acompaada por una transferencia de carga del agua a las partculas slidas del suelo. Teniendo un duracin de meses o unos pocos aos



Consolidacin secundaria: consiste en la reduccin del volumen de la masa del suelo, causada por la aplicacin 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 partculas slidas del suelo. Puede durar en periodos largos (dcadas o cientos de aos).

Consecuencias que puede generar la consolidacin de suelos. El proceso de consolidacin tienes dos consecuencias. 1. Reduccin del volumen de poros, por lo tanto la reduccin del volumen total,

produciendo

un

asentamiento.

Se

dice

que

el

proceso

de

consolidacin unidimensional, la posicin relativa de las partculas

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sobre un mismo plano horizontal permanece esencialmente igual, porque el movimiento de la mismas solo puede ser o ocurrir verticalmente. 2. Durante la disipacin del exceso de presin intersticial, la presin efectiva aumenta y se incrementa la resistencia del suelo. Con esto queremos decir que un suelo se consolida ante una carga externa produciendo una disminucin de la relacin de vacios y un incremento del esfuerzo efectivo. Caracterstica de algunos suelos por el proceso de consolidacin 1. Suelos granulares: La permeabilidad es alta por lo tanto se disipa rpidamente las presiones neutras. En consecuencia, el asentamiento se termina al final de la construccin. 2. Suelos finos arcilloso: la permeabilidad es muy baja lentamente

las

presiones

neutras.

En

y se disipa muy

consecuencia

puede

seguir

deformndose varios aos despus de finalizada la construccin. El proceso de consolidacin se puede aplicar a todos los suelos, pero es ms importante en aquellos donde la permeabilidad es baja y es necesario predecir: 

Asentamiento total de la estructura



El tiempo de velocidad a la cual se produce dicho asentamiento

Deformaciones en el suelo Un suelo puede presentar deformaciones permanentes o no, a causa de las cargas que soporta. Las deformaciones pueden ser: 

Deformacin elstica: El suelo puede recobrar forma y dimensiones originales, cuando cesa la fuerza de deformacin.

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

Deformacin plstica: Se da corrimiento de la masa del suelo pero la relacin de vacos permanece ms o menos constante. Al retirar las cargas el suelo queda deformado, pero su volumen casi se mantiene.



Deformacin compresiva: En este caso, existe Reduccin de volumen en el suelo sometido a carga, y la deformacin se conserva despus de esa accin. Esta deformacin puede ser por consolidacin o por compactacin.

Diferencia entre consolidacin y compactacin Consolidacin: Es la reduccin gradual de volumen del suelo por compresin debido a cargas estticas. Tambin puede darse por prdida de aire o agua, o por un reajuste de la fbrica textural. Compactacin: Es la densificacin del suelo, lograda por medios dinmicos, con el propsito de mejorar sus propiedades ingenieriles. Hablaremos de compactacin cuando veamos los siguientes:  

En terrenos en los que el grado de saturacin es inferior a 1 Y cuando el terreno no est totalmente saturado y actan fuerzas sobre el tales como la succin capilar del agua intersticial.

Por ltimo hablaremos de consolidacin cuando: 

Se vean deformacin producida en suelos totalmente saturados.

Anlisis de la consolidacin El proceso de consolidacin suele ser explicado con el modelo idealizado de un sistema compuesto por un muelle, un cilindro con un agujero y relleno de agua. En este sistema el muelle representa la compresibilidad o la estructura propia del suelo, y el agua es el fluido que se encuentra en los huecos entre los poros.

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La consolidacin primaria se puede asemejar al mecanismo de un mbolo relleno de agua y sin salida. 1. El cilindro est completamente lleno de agua, y el agujero est cerrado (Suelo saturado) 2. Una carga es aplicada sobre el muelle mientras el orificio sigue cerrado. En esta etapa, el agua resiste la carga aplicada. (Desarrollo de presiones excesivas en los poros de agua) 3. Cuando se abre el orificio, el agua comienza a drenar y el muelle se acorta. (Drenaje excesivo de los poros de agua) 4. Despus de cierto tiempo, el drenaje de agua termina. Ahora el muelle resiste por si solo la carga aplicada. (Total disipacin del exceso de presin de agua en los poros. Fin de la consolidacin. Evaluacin de asentamientos La consolidacin impone la necesidad de evaluar la magnitud y la velocidad de los asentamientos. Si las deformaciones totales del terreno varan en la direccin horizontal, se producen asentamientos diferenciales. Entre los casos tendremos: 1. Si el suelo es altamente deformable, las sobrecargas cargas altas producen asentamientos excesivos. 2. Si

el

suelo

es

un

limo

arenoso,

la

permeabilidad

puede

ofrecer

asentamientos rpidos que suelen darse durante la construccin. 3. Si el suelo es limo arcilloso, los asentamientos pueden prolongarse darse un tiempo importante despus de terminada la obra. Anlisis de asentamientos. Pueden considerarse dos casos:

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1. asentamientos por una sobrecarga q en un rea infinita, o asentamiento por sobrecarga q en un rea de tamao finito. Lo anterior se define segn la extensin del rea cargada en comparacin con el espesor de la capa de subsuelo que se considera deformable. Para el caso de un rea cargada de extensin infinita, segn Terzagui, las deformaciones y el flujo de agua se dan en una dimensin que es la direccin vertical, e

interesa

la

considerar

permeabilidad

el

efecto

de

vertical la

del

suelo.

sobrecarga

En

este

constante

a

caso

se

cualquier

profundidad del terreno deformable. 2. Para el segundo caso, cuando el rea cargada es pequea como suele darse

en

el

caso

de

una

zapata,

es

evidente

la

deformacin

tridimensional del subsuelo. Esta evaluacin se har teniendo en cuenta la variacin del esfuerzo en profundidad y la rigidez o flexibilidad de la cimentacin causante de la sobrecarga. Ensayo edometrico o de consolidacin Su finalidad es determinar la velocidad y grado de asentamiento que experimentar una muestra de suelo arcilloso saturado al someterla a una serie de incrementos de presin o carga. El fenmeno de consolidacin, se origina debido a que si un suelo parcial o totalmente saturado se carga, en un comienzo el agua existente en los poros absorber parte de dicha carga puesto que esta es incompresible, pero con el transcurso del tiempo, escurrir y el suelo ir 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. Metodologa de ensayo. Equipo necesario.

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

Un aparato de carga o edmetro de 250 kg. de capacidad, provisto de un lector de carga y un dial lector de deformacin de 0,01 mm. de precisin.



Un consolidmetro, equipo compuesto por una caja de bronce estanca, un anillo de bronce de 63 mm. de dimetro y 24 mm. de altura con sus bordes cortantes para tallar la muestra, un disco de moldeo para rebajar la muestra en una profundidad de 2 y 4 mm., dos piedras porosas, dos discos de papel filtro y un bloque o pistn de carga.



Un juego de masas para alcanzar las presiones de ensayo.



Horno de secado con circulacin de aire y temperatura regulable capaz de mantenerse en 110º  5º C.



Balanza de capacidad superior a 1000 grs. y precisin de 0,01 gr.



Herramientas y accesorios. Cuchillo, esptula, recipientes plsticos, escobilla, agua destilada y cronmetro.

Procedimiento

Una vez determinado el peso del anillo de bronce (Mr) de una muestra inalterada de suelo, se talla la muestra de ensayo con el anillo, el cual posee sus bordes cortantes que facilitan el proceso. Del suelo sobrante, se toman muestras representativas para determinar: humedad natural, gravedad especfica de los slidos y lmites de consistencia.

Luego de obtenida la muestra de ensayo, de modo que las piedras porosas calcen dentro del anillo, se deber rebajar la altura de la muestra. Utilizando el disco de moldeo por su lado de 2 mm., se empuja la muestra y al otro extremo, con un cuchillo se corta el suelo sobrante y se coloca un disco de papel filtro. A continuacin, se pasa el disco de moldeo al otro extremo, empujando la muestra con el lado de 4 mm, repitiendo el procedimiento. CONSOLIDACION

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Por la cara recin cortada, se empuja la muestra con el disco de moldeo por su lado de 2 mm. y se determina la altura inicial (Ho) de la probeta y el peso del anillo ms el suelo (W1).

Sobre cada cara de la probeta, se coloca una piedra porosa saturada, las que deben ajustar perfectamente dentro del anillo. Luego se centra el conjunto dentro de la caja de bronce, se coloca el pistn o bloque de carga y se levanta el nivel de agua por encima de la piedra porosa superior.

Se ajusta el consolidmetro al aparato de carga y se aplica una carga de inicializacin de 0,05 kgs/cm2 para suelos blandos y de 0,10 kgs/cm2 para suelos firmes. Sin retirar esta carga, se lleva a cero el dial de deformacin.

La compresin de la muestra consiste en aplicar el siguiente incremento de presiones o escalones de carga en kgs/cm2: 0,25 - 0,50 - 1,00 - 2,00 - 4,00 y 8,00. En cada una de ellas se registra la lectura del dial de deformacin, en los siguientes tiempos: 0, 6, 15, 30 segundos; 1, 2, 4, 8, 15, 30 minutos y 1, 2, 4, 8, 16, 24 horas.

Finalmente,

se

descarga

la

muestra

ensayada,

se

retira

el

consolidmetro y del anillo de bronce, se extrae el total de la muestra, se pesa (W2) y se coloca a horno durante 24 horas para determinar el peso seco (W3). Clculos. 1. Calcular el rea (A) de la probeta: A = * (D/2)2 ( cm2 ) donde: D= dimetro interior del anillo de broce (cm.)

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2. Calcular el volumen (V): V = A * Ho ( cm3 ) donde: Ho = altura inicial de la probeta (cm.) 3. Calcular el contenido de humedad inicial (wi) de la probeta, el que se compara con aquel obtenido a travs de una muestra representativa, mediante la siguiente expresin: wi = ( ( W1 Mr ) - W3 ) / W3 * 100 ( % ) donde: Mr = peso del anillo de bronce (grs.) W1 = peso del anillo ms la probeta (grs.) W3 = peso de la probeta seca (grs.) 4. Calcular el contenido de humedad final (wf) de la probeta (suponiendo S = 100%), mediante la siguiente expresin: wf = ( W2 - W3 ) / W3 * 100 ( % ) donde: W2 = peso de la probeta luego de ensayada (grs.) 5. Calcular la altura de slidos (Hs) de la probeta: Hs = W3 / ( Gs * w * A ) ( cm ) Donde: Gs = valor de la gravedad especfica de los slidos  w w = densidad del agua si no se conoce el valor de Gs, la altura de slidos (Hs) de la probeta, se puede

calcular

una

vez

concluido

el

ensayo,

mediante

la

expresin: Hs = ( Ho -  H ) - ( W2 - W3 ) / A ( cm ) donde:  H = asentamiento total de la probeta (cm.) 6. Calcular la altura inicial de vacos (Ho) de la probeta, mediante la expresin: Ho = Ho - Hs ( cm ) 7. Calcular el grado de saturacin inicial (So) de la probeta: So = ( ( W1 - Mr ) - W3 ) / ( Ho * A ) * 100 ( % ) 8.

Calcular la relacin de vacos inicial (e) de la probeta: e = Ho / Hs

9. Calcular la altura promedio (Hd ) para cada incremento de carga, mediante la expresin: Hd = ( Ha + Hf ) / 2 ( cm ) donde: Ha = altura inicial de la muestra (cm.) Hf = altura final de la muestra (cm.)

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10. Calcular la altura de vacos (Hgd ) para cada incremento de carga, mediante la expresin: Hgd = Hf - Hs ( cm ) 11. Calcular la relacin de vacos (ed ) para cada incremento de carga, mediante la expresin: ed = Hgd / Hs 12. Calcular la deformacin unitaria ( ) para cada incremento de carga, mediante la expresin:  =  Hd

/ Ho donde: Hd

=

lectura final del dial de deformacin (cm.) 13. Calcular la longitud promedio de la trayectoria del drenaje (H2) para cada incremento de carga, mediante la siguiente expresin: H2 = ( Hd / 2 )2 ( cm2 ) 14. Calcular el coeficiente de consolidacin (Cv), por el mtodo de la raz cuadrada del tiempo o de Taylor: Cv = ( 0,848 * H2 ) / T90 ( cm2/seg 15. Calcular el coeficiente de consolidacin (Cv), por el mtodo del logaritmo del tiempo: Cv = ( 0,197 * H2 ) / T50 ( cm2/seg ) 16. Calcular la razn primaria de compresin (r), por el mtodo de la raz cuadrada del tiempo o de Taylor: r = ( 10 / 9 ) * ( Ds - D90 ) / ( Do - Df ) donde: Do = lectura del dial de compresin al tiempo cero (cm) Df = lectura del dial de compresin al final del ensayo(cm) 17. Calcular la razn primaria de compresin (r), por el mtodo del logaritmo del tiempo: r = ( Ds - D100 ) / ( Do - Df ) 18. Graficar la curva relacin de vacos (ed ) contra logaritmo de presin. La pendiente de su parte recta determina el ndice de compresin (Cc): Cc =  e / ( log ( P2 / P1 ) )donde: e = diferencia de vacos para dos logaritmo de presin (P1 y P2) de la recta. 19. Graficar la curva deformacin unitaria ( ) v/s logaritmo de presin. La pendiente de su parte recta determina la relacin de compresin (Ccd ): Ccd =  / ( log ( P2 / P1 ) ) donde:  CONSOLIDACION

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= diferencia de deformacin unitaria para dos logaritmo de presin (P1 y P2) de la recta. 20. Graficar la curva presin (P) contra relacin de vacos (ed ). La pendiente de su parte recta determina el coeficiente de compresibilidad (av): av =  e /  p donde: e = diferencia de vacos para dos logaritmo de presin (P1 y P2) de la recta. p = P2 - P1 funcin

del

Este coeficiente se puede calcular tambin, en ndice

de

compresin,

mediante

expresin: av = ( 0,435 * Cc ) / P donde: promedio en la obtencin de Cc

la

siguiente

P = presin

De la curva lectura de dial v/s

log. del tiempo, la pendiente de la rama secundaria determina el coeficiente de compresibilidad secundaria (C ).C =  h / ( log ( T2 / T1 ) ) donde: h = diferencia de altura para dos logaritmo de tiempo (T1 y T2) de la rama secundaria. 21. Calcular el coeficiente de compresibilidad volumtrica (mv): mv = av / ( 1 + e ) 22. Calcular el coeficiente de permeabilidad (K) en funcin de los resultados obtenidos para cada incremento de carga: K = ( Cv * av * w ) / ( 1 + e ) ( cm/seg ) Observaciones. 

La preparacin de la probeta deber ser realizada dentro de una sala o cmara hmeda.



La probeta al momento de ensayo, deber quedar orientada en la misma direccin que ocupaba en el estrato original.



Este ensayo es unidimensional, por el hecho de que un anillo metlico rodea la probeta y no permite el flujo o movimiento del agua en un sentido lateral como sucede en terreno.



Con el objeto de limpiar completamente los poros de las piedras porosas, estas se lavarn y escobillarn, para luego saturarlas con agua destilada.

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

Dependiendo de la capacidad de carga del edmetro, es posible obtener esfuerzos iguales o superiores a 16 kgs/cm2.



Generalmente el valor del coeficiente de consolidacin (Cv) es mayor por el mtodo de Taylor.



Si se desea conocer el coeficiente de recompresin (Cr), concluida la descarga, se vuelve a cargar la probeta en 2, 4 y 8 kgs/cm2, graficando los resultados a continuacin de la curva de descarga. La pendiente de esta nueva curva determina el valor de Cr. Cr =  e / ( log ( P2 / P1 ) )



Si se desea conocer el coeficiente de expansin o hinchamiento (Cs), concluida la compresin de la probeta, se descarga esta a 4, 2 y 1 kg/cm2 en al menos 12 horas de aplicacin para cada una. Los resultados obtenidos se grafican a continuacin de la curva relacin de vacos contra logaritmo de presin. La pendiente de esta nueva curva determina el valor de Cs. Cs =  e / ( log ( P2 / P1 ) )



En caso de querer realizar el ensayo para arenas, gravillas o para muestras remodeladas, se puede emplear un edmetro especial de gran dimetro propuesto por Rowe y Barden (1966)

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Conclusin Consolidacin se denomina as a un suelo que lleva a cabo un proceso de reduccin de volumen de los suelos finos cohesivos (arcillas y limos plsticos), provocado por la actuacin de solicitaciones (cargas) sobre su masa y que ocurre en el transcurso de un tiempo generalmente largo.

produciendo un asentamiento, llamando asentamiento

al hundimiento que tiene la estructura a lo largo del tiempo y en el caso de

consolidacin

encontraremos

dos

tipos:

mtodo

consolidacin

primaria, que es la reduccin en el volumen de la masa de un suelo originada por la aplicacin de una carga permanente y la expulsin del agua de los vacos, acompaada por una transferencia de carga del agua

a

las

partculas

slidas

del

suelo.

Y

se

da

en

periodos

correspondiente de meses a pocos aos. Mientras que el mtodo secundario consolidacin

tiene lugar despus de la consolidacin

primaria a consecuencia de procesos ms complejos que el simple flujo de agua como pueden ser la reptacin, la viscosidad, la materia orgnica, la fluencia o el agua unida mediante enlace qumico algunas arcillas y se lleva a cabo en tiempo largo ya sean dcadas o cientos de aos. Cuando hablamos de consolidacin tenemos que estar claro de ellos de su significado ya que por error nos confundimos con la compactacin que no es ms que el proceso de densificacin del suelo,

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lograda por medios dinmicos, con el propsito de mejorar sus propiedades ingenieriles. Algunas diferencias entre consolidacin y compactacin son que la consolidacin se da en suelos totalmente saturados, mientras que la compactacin se presentan en terrenos que el grado de saturacin es inferior a 1 es decir, cuando el terreno no est totalmente saturado.

Bibliografia http://www.slideshare.net/UCGcertificacionvial/consolidacinunidimensional-de-los-suelos-1823900 http://www.ingenieracivil.com/2008/07/ensayo-de-consolidacionfundamento.html http://www.galeon.com/geomecanica/cap9.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Consolidaci%C3%B3n_de_suelos http://icc.ucv.cl/geotecnia/11_nuestro_laboratorio/laboratorio/consolidaci on/consolidacion.htm

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Anexo

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EDOMETRO ROWE

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TIPOS DE EDOMETRO

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