Ensayo De Consolidacion

GUIA DE LABORATORIO Nº 5

ENSAYO DE CONSOLIDACION

CURSO GEOTECNIA CI 44 A

Generalidades

Se conoce en geotecnia el término consolidación como el traspaso lento de carga del agua a la estructura de suelo en el tiempo. Esto ocurre cuando un suelo cohesivo, es decir de baja permeabilidad, es sometido, bajo condiciones saturadas a un incremento de carga. Inicialmente, de acuerdo a la teoría, ese incremento de carga exterior lo toma integralmente el agua en el ensayo de laboratorio debido a que ésta es incompresible y el suelo se encuentra confinado. Al no existir deformación lateral, el ensayo de consolidación es un ensayo de compresión 1-D.

En el agua se inducen excesos de presión neutra por sobre las hidrostática. Al cabo de un tiempo t, parte de este exceso de presión neutra es disipado, transfiriéndose esa parte de la carga a la estructura de suelo que se manifiesta como un incremento de las tensiones efectivas. Los asentamientos de una carga aplicada sobre un estrato de arcilla saturada están asociados a estos incrementos de tensiones efectivas.

Cuando el suelo es permeable, como es el caso de un suelo granular, o cuando la carga se aplica a un suelo fino seco (o con reducido grado de saturación), el proceso de deformación con reducción en el índice de vacíos tiene lugar en un período tan corto que no corresponde el término consolidación ya que el proceso es prácticamente instantáneo.

Fases de la Consolidación

El proceso de consolidación se estudia en dos niveles:

(a) Consolidación Primaria

Permite estimar los asentamientos que se van a producir una vez que la carga es totalmente transferida a la estructura de suelo. Esta etapa es representada por la curva de consolidación. En algunos suelos existe una consolidación secundaria que es necesario tomar en cuenta y corresponde a las deformaciones acumuladas después de que se completa la consolidación primaria y ocurre sin incrementos de la tensión efectiva.

(b) Proceso Transiente

Este proceso corresponde a la transferencia gradual de los excesos de presión neutra a la estructura de suelo en el tiempo, lo que nos permite calcular, a partir del ensayo de laboratorio, la variación de los asentamientos en el tiempo, así como las presiones neutras y tensiones efectivas en cada punto de la masa de suelo, igualmente en el tiempo.

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). Este ensayo permite igualmente determinar si el suelo analizado es una arcilla NC o una arcilla 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.

Equipos

• consolidómetro (también llamado edómetro)

• deformímetro

• equipo de cargas

• cronómetro

• elementos necesarios para el moldeo de la muestra

Procedimiento

1 Sobre una muestra inalterada, moldee cuidadosamente una cilindro dentro de un anillo de consolidación (consolidómetro); de la raspadura resultante del proceso de moldeo, tome una muestra representativa y utilícela para determinar el contenido de humedad; en esta etapa se debe también obtener sobre la misma muestra inalterada el valor del índice de vacíos eo, para lo cual se debe determinar el peso unitario del material inalterado; con el valor de Gs y w, ya medidos, se obtiene el índice de vacíos eo.

2 coloque cuidadosamente la muestra de suelo en el anillo con piedras porosas saturadas en contacto con las caras superior e inferior; asegúrese de que las piedras porosas entren en el anillo y no haya posibilidad de contacto entre las piedras porosas y el anillo durante el proceso de carga,

3 coloque el consolidómetro en el aparato de carga y ajuste el deformímetro; recuerde que para las lecturas debe considerarse una posible compresión de la muestra de 4 a 12 mm.

4 aplique una carga de inicialización de 0.05 kg/cm2 para suelos blandos y de 0.10 para suelos firmes; verifique nuevamente que las piedras porosas no se apoyen sobre el anillo; coloque el deformímetro en 0,

5 aplique el primer incremento de carga (carga adicional suficiente para desarrollar el primer incremento de carga) y simultáneamente tome lecturas de deformación a tiempos de 0.25, 0.50, 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60, 120 min., y a continuación por ejemplo, 4, 8, 16, horas, etc. hasta que las variaciones de lecturas de deformación resulten muy pequeñas,

6 después de 24 horas o como se haya establecido, o cuando el ΔH entre dos lecturas sea suficientemente pequeño, incrementar la carga y nuevamente tomar lecturas a intervalos de tiempo controlados como en el paso anterior; si se utiliza el proceso de ensayo “rápido”, se deben tomar suficientes tiempos en las lecturas en el tercero y cuarto incremento de carga, para establecer la pendiente que permitirá calcular la consolidación secundaria,

7 continúe incrementando cargas y tomando lecturas de deformación versus tiempo hasta llegar a la carga que el instructor les indique,

8 al final del experimento, coloque la muestra en el horno, incluyendo todas las partículas que se hayan caído fuera del anillo, para obtener el peso de los sólidos WS y obtenga por diferencias el volumen final de agua Vwf; compare WS con el valor calculado a partir del contenido de humedad inicial en el paso 1 (si se hizo la determinación del contenido de humedad).

Consolidación Primaria

De acuerdo a los resultados del ensayo, se obtiene la curva de consolidación, (ver figura 1). Esta curva representa el fin de la transferencia de cargas desde los excesos de presión neutra a la estructura de suelo, o en otras palabras, el fin del proceso de consolidación primaria. A partir de esta curva – siempre que ella sea representativa del estrato de suelo, por lo que suele ser el resultado de varios ensayos de consolidación sobre diferentes

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