i Introducción
Si a una muestra de suelo cohesivo saturado, se le aplica un incremento de carga; esto produce una carga que se transmite a la estructura del suelo en un tiempo determinado.
El ensayo de consolidación, consiste en comprimir verticalmente una muestra confinada en un anillo rígido, bajo la acción de un fluido incompresible, como lo es el agua. En este caso, el agua recibe toda la carga de presión, y al cabo de un determinado tiempo, se transfiere esa carga a la muestra de suelo, el resultado de las presiones son los asentamientos.
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.
En el presente informe se detalla el equipo y metodología aplicados al consolidar una muestra de suelo.
ii Objetivos
Objetivo general
Determinar el índice de expansión, el índice de compresión y el respectivo esfuerzo de preconsolidación en una muestra de suelo inalterada.
Objetivos específicos
Representar gráficamente las variables de relación de vacíos contra esfuerzos efectivos.
Considerar las variables relación de vacíos y esfuerzos efectivos como parámetros
relevantes al momento de considerar las deformaciones o asentamientos ocurridos en una masa de suelo.
iii Capítulo 1. Marco teórico
El fenómeno de consolidación, se srcina 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, srcina cambios de volumen en la masa de suelo, iguales al volumen de agua drenada.
Ilustración 1. Esquema de consolidación Fuente. ELE Internacional Ltda., 1993.
1.1 Tipos de consolidación
iv 1.1.1
Consolidación inicial: Reducción instantánea en el volumen de una masa de un suelo bajo
una carga aplicada en una consolidación primaria y que comprime y expulsa el aire contenido en los vacíos del suelo.
1.1.2
Consolidación primaria: Reducción del volumen de una masa de un suelo por la aplicación
de una carga permanente y la expulsión del agua de los vacíos, acompañada por transferencia de carga del agua a las partículas sólidas del suelo.
1.1.3
Consolidación secundaria: Reducción del volumen de la masa del suelo, causada por la
aplicación 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 partículas sólidas del suelo.
Cuando se aplica una carga a un suelo de grano fino saturado parcial o totalmente el tiempo para lograr la deformación plástica y la reducción en la relación de vacíos es mucho mayor, y para este proceso dependerá de varios factores entre los cuales los principales son:
Grado de saturación.
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. 1.2 Consecuencias de la consolidación
Incremento en el esfuerzo efectivo.
Reducción en el volumen de vacíos.
Reducción en el volumen total.
v
Asentamiento en el terreno.
Asentamiento en la estructura
La velocidad de asentamiento es el tiempo en que se desarrolla asentamiento depende de carga externa (q) conductividad hidráulica (k).
1.3
Procesos en la consolidación
Una arcilla puede encontrarse en terreno normalmente consolidada (arcilla NC) o preconsolidada (arcilla PC). Se dice que una arcilla es normalmente consolidada cuando nunca fue sometida en su pasado geológico a cargas mayores que las existentes ahora en terreno. Por otro lado, si la arcilla estuvo en el pasado cargada por estratos de suelo que fueron posteriormente erosionados, o por cargas de hielo en una época glacial, se la denomina preconsolidada (también existe la preconsolidación por secamiento o por descenso de la napa freática con posterior recuperación).
El ensayo permite igualmente conocer si se trata de una arcilla NC o PC tras comparar la tensión efectiva que la muestra tiene en terreno (a partir de la estratigrafía y profundidad de la muestra) con la presión de preconsolidación que, como se verá más adelante, se obtiene de la curva de consolidación.
1.4 Características de la curva de consolidación
No es lineal con el tiempo.
La velocidad de la consolidación es variable conel tiempo.
Consolidación Inicial: Reducción de vacíospor eliminación de aire.
Consolidación Primaria: Reducción de vacíos por eliminación de agua.
vi
Consolidación Secundaria: Reacomodo delas partículas sólidas bajotensión efectiva constante.
La velocidad de consolidación se expresa mediante el Coe ficiente de Consolidación (Cv ).
Cv no es constante durante la consolidación y depende de la sobrecarga aplicada y de la
conductividad hidráulica del suelo.
vii Ilustración 2. Curva de consolidación Fuente. www.slideshare.net/
Capítulo 2. Equipos de laboratorio
Dispositivo de carga.
Consolidómetro.
Piedras porosas. Anillo para tallar la muestra. Indicador de deformación.
Balanza con aproximación de 0,01 gr.
Horno de secado a una temperatura de 110°C ± 5°C.
Cronometro. Elementos para el tallado (Espátula, cuchillo, etc.).
viii
Capítulo 3. Procedimiento
1. Se pesó el anillo de consolidación en la balanza con aproximación de 0.01gr y con el calibrador se determinó las dimensiones (Diámetro interno y altura).
2. Se insertó la totalidad del anillo en el bloque de muestra inalterada, presionando cuidadosamente para evitar que le muestra se desmoronara.
3. Se retiró el anillo del bloque y se enraso la muestra, de tal forma que no quedaran vacíos en las superficies.
4. Se extrajo con precaución la muestra del anillo y se determinó con el calibrador su diámetro y altura inicial.
5. Se llevó a la balanza con aproximación de 0.01 gr la muestra húmeda y se registró su peso inicial.
ix 6. Se colocó en el interior del consolidómetro, sobre la piedra porosa, el anillo de consolidación con muestra, y se ubicó sobre éste el anillo superior (color plateado), seguidamente se colocó en la parte superior de la muestra la otra piedra porosa, y encima de la piedra el pistón sobre el cual se va a aplicar la carga. El pistón y las piedras porosas deben estar alineados con el anillo de consolidación.
7. Se colocó el consolidómetro en el dispositivo de carga, se verifico que el brazo de palanca se encuentre nivelado y se agregó agua en el consolidómetro hasta llenarlo al nivel superior de la piedra porosa por encima del anillo de consolidación.
8. Se ajustó sobre el pistón el marco de carga y el indicador de deformación en cero, los cuales deben estar en contacto para dar inicio al ensayo.
9. En el momento conveniente, se aplicó el primer incremento decarga y simultáneamente tomar lectura de deformación.
Esta lectura de deformación se tomó inicialmente a los 6 segundos, 12
segundos, 30 segundos; posteriormente estos lapsos de tiempo van cambiando a periodos de 1 minuto, de 4 minutos, 8 minutos, 15 minutos, 30 minutos, 1 hora y 2 horas durante las horas de la mañana. La de las horas de la tarde se tomó 8 horas después de comenzado el ensayo.
10. Después de 24 horas, se cambió la carga al siguiente valor. Las cargas empleadas co rresponden a 0,5 kg, 1 kg, 2 kg, 4 kg y 8 kg respectivamente para la semana correspondiente a la de carga.
11. Se continuó cambiando cargas tomando lecturas de deformación contra tiempo (min) transcurrido a través de todo el rango de cargas del consolidómetro.
x 12. Para la semana de descarga, de igual forma se disminuyó la carga respectivamente hasta llegar a 0 kg (este paso no se realizó en el laboratorio).
Capítulo 4. Datos obtenidos
Características del suelo
Humedad Natural (%W) Limite liquido Limite Plástico Índice de plasticidad
28 42 27 15
Peso unitario (gr/cm3)
1,7
Gravedad especifica
2,65
Peso suelo seco (ws)
52,83 unidades en mm
Dimensiones de la muestra
5,02 2,01 19,79 39,78 67,62
Diámetro (cm) Altura (cm) Área (cm2) Volumen /cm3) Peso de la muestra inicial (gr)
0,005
Carga (KN) 0,005 0,01 0,02 0,04
FUERZA (N)
0,01
eo (%) 0,9953 0,9953 0,9953 0,9953
20,1 0,001979 39777,9 1979
0,02
Esfuerzo (Kpa) 2,53 5,05 10,11 20,21
0,04
e (%) 0,932 0,857 0,746 0,410
xi
xii
DEFORMACION Carga2.53KPa
Carga5.05KPa
Carga10.11KPa
Carga20.21KPa
0
O R 50 T E M I 100 M R O150 F E D200 A R U250 T C 0.1
1
10 LOG. TIEMPO (MIN)
100
Esfuerzo de preconsolidaciaon = 10, 5 Kpa
1000
xiii Conclusiones
Se alcanzaron los objetivos propuestos al inicio de esta práctica, determinamos un correspondiente valor de esfuerzo de pre-consolidación al que podría estar sometido nuestra muestra de suelo, determinado en la gráfica Relación de vacíos vs Log Esfuerzo, al finalizar el proceso de consolidación.
La información recolectada es útil al definir qué tipos de estructuras pueden ir cimentadas en dicho suelo sin que sufran asentamientos o colapsos.
Aunque no se obtuvieron los datos de descarga, los de carga nos permitieron conseguir la mayoría de índices y coeficientes de manera gráfica o analítica.
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