1.-Consolidacion de Los Suelos - UANCV

“Año de la consolidación del mar de Grau.”

UNIVERSIDAD ANDINA “NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ”

FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS. ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL.

TRABAJO ENCARGADO I. ASIGNATURA: LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS II. TEMA: ENSAYO DE CONSOLIDACION DE SUELOS. REFERENCIA NORMATIVA: ASTM D 2435-80 

PRESENTADO POR: 

CONDORI CHOQUEHUANCA, Ivan Ronald.

CÓDIGO: 15102005. DOCENTE DE TEORÍA: DR. Julio, HUAMAN MEZA. DOCENTE DE PRÁCTICA: ING. Ronald, YANQUI QUISPE. FECHA DE ENTREGA: 16/09/2017 SEMESTRE:

VI – A

2017 JULIACA - PUNO - PERÚ

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INDICE. I.

INTRODUCCIÓN. .......................................................................................................... 3

II.

REFERENCIA NORMATIVA. ...................................................................................... 4 2.1

III.

NORMA ASTM D 2435-80  ........................................................................................ 4 OBJETIVOS. .................................................................................................................. 5

3.1

Objetivo General.  ........................................................................................................ 5

3.2

Objetivos Específicos. ................................................................................................ 5

IV.

MARCO TEÓRICO. ...................................................................................................... 6

4.1

Generalidades.  ............................................................................................................ 6

4.2

Fases De La Consolidacion.  ..................................................................................... 6

4.3

Teoría de Consolidación de Suelos de Terzagh.  .................................................. 7

V.

MATERIALES, EQUIPOS Y HERRAMIENTAS. ................................................... 10

VI.

PROCEDIMIENTO EN LABORATORIO. ................................................................ 10

VII.

CÁLCULOS DE LABORATORIO. ........................................................................... 12

VIII. ¿PARA QUE NOS SIRVE EL ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN DE LOS SUELOS.? ................................................................................................................................. 16 IX.

RECOMENDACIONES. ............................................................................................. 16

X.

CONCLUSIONES. ....................................................................................................... 17

XI.

BIBLIOGRAFIA. .......................................................................................................... 17

XII.

ANEXOS. ...................................................................................................................... 18

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I.

INTRODUCCIÓN.

En el mundo de la ingeniería civil las condiciones que determinan la calidad de una obra están sometidas por diferentes factores; uno de los más importantes es el suelo en donde se construye una determinada edificación. La consolidación se aplica a todos los suelos, pero en la práctica sólo tiene interés en el caso de estructuras cimentadas en depósitos de arcillas, pues en suelos que son altamente permeables, el drenaje causado por el incremento en la presión de poros se lleva a cabo inmediatamente y de esta manera el asentamiento inmediato y la consolidación se efectúan simultáneamente. Sin embargo no es el caso para suelos arcillosos, que tienen baja permeabilidad y su asentamiento por consolidación depende del tiempo, tanto así que es posible que el agrietamiento de una estructura pueda ocurrir años más tarde que su construcción, sin que el proyectista pueda preverlo, a no ser que tenga presente en forma correcta el comportamiento de los suelos. Es importante que el estudiante este consciente que las condiciones de un suelo puede cambiar, algunas veces en alto grado, desde antes de la construcción, durante e incluso después de esta. La predicción de tales cambios representa la tarea más difícil para el encargado del proyecto a ejecutar. El presente trabajo se realizó tomando en cuenta una de las normas: (ASTM D 2435-80).  A continuación, detallare conceptos básicos, procedimientos, referencias bibliográficas; para poder compartir la información que brindo ahora.

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II. REFERENCIA NORMATIVA. 2.1

NORMA ASTM D 2435-80 Norma estándar de ensayo para propiedades de consolidación unidimensional de suelos ( ASTM D 2435-80). 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.

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III. OBJETIVOS. 3.1 Objetivo General. 

En el siguiente trabajo nuestro objetivo es analizar y adquirir al máximo la mayor información posible acerca del Ensayo de Consolidación De Suelos.

3.2 Objetivos Específicos. 

Aprender a realizar de manera correcta el procedimiento del ensayo de consolidación de suelos.



Conocer los distintos instrumentos o equipos a utilizar en laboratorio para dicho ensayo.



Conocer a prioridad el comportamiento de los suelos compresibles frente a la acción de cargas.



Conocer cómo se realiza la curva de consolidación.

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IV. MARCO TEÓRICO. 4.1 Generalidades. La prueba de Consolidación Estándar consiste en comprimir verticalmente una muestra de suelo en estudio, confinándola en un anillo, rígido. El suelo está sujeto a un esfuerzo en sus dos superficies planas; toda deformación ocurre en el eje vertical, las deformaciones elástica y cortante son insignificantes debido a que toda la superficie de la muestra se carga y no permite deformación lateral. Los esfuerzos se aplican siguiendo una secuencia de cargas normalizadas o establecidas previamente, las cuales estarán de acuerdo al nivel de cargas que el suelo en estudio soportará en el futuro. En todos los casos y para cada incremento de carga la muestra sufre

una

primera

deformación

correspondiente

al

retraso

hidrodinámico que se llama consolidación primaria y también sufre una deformación adicional debido a un fenómeno secundario.

4.2 Fases De La Consolidacion. 

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.



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.



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.

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4.3 Teoría de Consolidación de Suelos de Terzagh. Terzaghi (1923) describió la relación esfuerzo-deformación que experimentan los suelos finos cuando, estando saturada, son sometidos a un incremento de carga que cambia las condiciones de esfuerzos dentro de los mismos. Con lo cual Terzaghi definió el comportamiento de dichos suelos, como una relación entre el esfuerzo efectivo y la relación de vacíos e. Un cambio en el estado de esfuerzos en un suelo compresible produce un cambio en el volumen de los vacíos del mismo, y si dichos vacíos se encuentran llenos de agua se origina a su vez un cambio en el contenido de agua del suelo. Teniendo esto en mente, Terzaghi definió el fenómeno de consolidación como cualquier proceso en el cual se involucra un decremento en el contenido de agua de un suelo saturado, sin que se presente un reemplazo del agua por aire.

Hipótesis asumidas en la Teoría de Consolidación de Terzaghi El objeto del estudio teórico realizado por Terzaghi para el fenómeno de consolidación unidimensional, consiste en determinar una ecuación en la cual los valores de la presión y la relación de vacíos puedan ser calculados en cualquier punto del espécimen, en cualquier tiempo en la consolidación y para cualquier espesor. En el análisis realizado se llevaron a cabo simplificaciones y se asumieron las siguientes características del suelo en el proceso de consolidación (Terzaghi 1943) • El suelo es homogéneo. • El suelo está totalmente saturado. • El agua y las partículas sólidas son incompresibles. • Se cumple la Ley de Darcy para el flujo de agua. • El coeficiente de permeabilidad k es constante LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS II.

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•  El suelo se encuentra lateralmente confinado y los esfuerzos

normales tanto efectivos como totales son iguales para todos los puntos de cualquier sección horizontal a través del estrato, y para cualquier etapa del proceso de consolidación. • Se cumple el principio de esfuerzos efectivos. • Las condiciones de frontera son constantes en su potencial, lo que

se traduce en un espesor constante. • Compresión y flujo unidimensional.

Limitaciones de la Teoría de Consolidación de Terzaghi Las insuficiencias de la teoría de consolidación de Terzaghi se encuentran ligadas a las hipótesis simplificatorias en que se basa dicha teoría. Al utilizar estas hipótesis se asumen características del comportamiento del suelo que no se cumplen en su totalidad, esto genera discrepancias en los resultados de la teoría con respecto tanto a la realidad en campo como en pruebas de laboratorio. Algunas de las discrepancias más importantes se exponen a continuación:

La

disipación de la presión de poro generada por la carga superficial, al inicio del proceso, es en general significativamente más rápida que la calculada por medio de la teoría de Terzaghi. La velocidad con que ocurren los asentamientos superficiales no coincide con la calculada mediante la teoría de Terzaghi. 9 En las curvas asentamiento-tiempo se presenta una deformación visco plástica diferida del esqueleto sólido, este proceso conocido como consolidación secundaria no es explicable con la teoría de Terzaghi, en la cual la deformación sólo es función de las propiedades hidráulicas del suelo, su compresibilidad elástica y la magnitud de la carga aplicada. 9 Las deformaciones no son estrictamente proporcionales al esfuerzo total aplicado, al término de un incremento de carga. La teoría de consolidación de Terzaghi fue un gran adelanto en la mecánica de suelos, y aunque su trabajo presenta algunas inexactitudes, limitaciones y simplificaciones, su teoría sirvió como base para que otros investigadores, quizás con LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS II.

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herramientas y adelantos tecnológicos superiores, desarrollaran teorías que se acercaran más a la realidad del comportamiento del suelo con el fin de mejorar el cálculo teórico de asentamientos y las características del permeabilidad del suelo. Analogía mecánica de 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.

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V. MATERIALES, EQUIPOS Y HERRAMIENTAS. a) Molde de consolidometro, el cual está compuesto por: 

Base con canales para permitir el 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.



Tornillos de fijación.



Tubos laterales que se comunican a través de los canales de la base con la piedra porosa inferior.

b) Juego de dos piedras porosas. c) Papel de litro para ser utilizado entre la muestra de suelo y la piedra porosa. d) Cabezal de carga. e) Mecanismo de transmisión de carga. f) Extensómetro, deformimetro con presión 0.001 mm. g) Balanza de laboratorio sensibilidad 0.01 gr. h) Horno de secado. i) Elementos menores (cuchillo o espátula cortante, probeta, etc.)

VI.

i.

PROCEDIMIENTO EN LABORATORIO.

Se coloca en el interior de la base del molde del consolidometro la piedra porosa inferior y sobre esta un papel de filtro.

ii.

Luego se introduce el anillo que contiene la muestra de suelo a ensayar, colocándose sobre la muestra papel filtro y la piedra porosa superior.

iii.

Posteriormente se fija con los tornillos correspondientes el anillo de sujeción de la piedra porosa superior, el que permite mantener agua sobre la muestra, para evitar perdida de humedad por evaporación. Para prevenir que las piedras porosas tomen humedad de la muestra, deben estar libres de aire entrampado antes de montar la unidad. Es importante

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centrar correctamente las piedras porosas para prevenir el atascamiento contra el anillo durante la prueba. iv.

Después de armado, el consolidometro se asienta sobre la plataforma del mecanismo de transmisión de cargas, ubicando el cabezal de carga sobre la piedra porosa superior, y se llenan de agua los tubos laterales que comunican con la piedra porosa inferior, comenzando la saturación de la muestra.

v.

Cuando esta preparado para iniciar el ensayo, el extensiometro para medir las deformaciones verticales debe ser puesto en cero.

vi.

Se aplica una carga en el sistea de talmanera de obtener una presión de 0.10 o 0.25 kg/cm2 (10 o 25 KPa) en la muestra de suelo y se comienza a tomar lecturas de tiempo y deformaciones verticales, para conocer la deformación correspondiente a distintos tiempos. Es útil utilizar la siguiente secuencia: 6 seg, 15 seg, 30seg, 1min, 2min, 4min, 8min, 15min, 30min, 1hs, 2hs, 4hs, 8hs, 16hs, 24hs, , etc.

vii.

Luego de obtenidala lectura final de un escalon, se prosigue el ensayo aplicando cargas en una progresión geométrica con una relacion incremental P/P=1, registrándose lecturas de tiempo y de deformaciones verticales como en el punto anterior.

viii.

Se sigue aplicando incrementos de carga hasta que en la gráfica de comprensibilidad se esté en el tramo recto o virgen. Luego se podrá descargar en dos o tres decrementos de carga hasta la presión inicial.

ix.

Posteriormente se recarga hasta llegar a una presión superior a la lograda en la etapa de carga, de manera de ingresar a la prolongación del tramo virgen correspondiente al primer ciclo de carga.

x.

Luego de reiterada toda la carga, se deja que la muestra expanda hasta que no se registre expansión en el extensiometro por un periodo de 8 min. Para cada incremento de carga.

xi.

Al terminar la prueba, se quita el extensómetro y se desarma el consolidometro. Se seca el agua del anillos de la consolidación y d la superficie de la muestra, para registrar el peso del conjunto. Luego del secado en horno se conoce el peso seco de la muestra (Wd), con lo que se puede calcular peso específico seco final.

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VII. CÁLCULOS DE LABORATORIO. Calcule el contenido de humedad inicial y final, mediante la siguiente ecuación:

Contenido de humedad inicial:

Donde: MHO=Peso del recipiente + muestra húmeda antes del ensayo, g. MS=Peso del recipiente + suelo seco antes del ensayo, g. Mrecipiente=Peso del recipiente, g. Wo=Contenido de humedad inicial,%

Contenido de humedad final:

Donde: MTf=Peso del anillo + muestra húmeda después del ensayo, g. MSf=Peso del anillo + suelo seco después del ensayo, g. Manillo=Peso del anillo, g.

Calcule la densidad seca inicial de la muestra, como se indica:

Donde: Ρd=Densidad seca de la muestra, g/cm3 ó Kg/m3.

Vo=Volumen inicial de la muestra, cm3 ó m3. LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS II.

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Calcule el volumen de los sólidos, como se indica:

Donde: Vs=Volumen de sólidos, cm3. G=Gravedad específica de los sólidos. Ρw=Densidad del agua, 1.0 g/cm3 ó Mg/m3.

Calcular la altura de los sólidos, como sigue:

Donde: Hs = Altura de sólidos, cm (in).  A=Área de la muestra, cm2 (in2).

Si no se conoce el valor de G, la altura de sólidos (Hs) de la probeta, se puede calcular una vez concluido el ensayo, mediante la expresión:

 =   − ∆ −

  −   

Donde: Ho = Altura inicial de la muestra, cm (in).  ΔH= Asentamiento total de la muestra al finalizar el ensayo, cm (in).

Calcule la relación de vacíos inicial y final, mediante la siguiente ecuación: o

Relación de vacíos inicial

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o

Relación de vacíos final

o

Por lo tanto, la altura final se determina así:

Donde: Ho = Altura inicial de la muestra, cm (in). Hf = Altura final de la muestra para cada incremento de carga, cm (in).

Calcule el grado de saturación inicial y final, mediante la siguiente ecuación: 

Grado de saturación inicial



Grado de saturación final

Donde: So = Grado de saturación inicial, % S f = Grado de saturación final, % Ρ w=Densidad del agua= 1 g/cm3

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Calcule la relación de vacíos para cada incremento de carga, mediante la siguiente ecuación:

Donde: e o = Relación de vacíos inicial.  Δ Hc = Variación de asentamiento para cada incremento de carga, cm (in).

Hs=Altura de sólidos, cm (in).

Calcular la altura final para cada incremento de carga, mediante la siguiente ecuación:

Donde:  ΔHc-1=Variación del asentamiento para un incremento de carga anterior, cm (in)

Hfc=Altura final para cada incremento de carga, cm (in)

Calcular la altura promedio (H) para cada incremento de carga, mediante la siguiente expresión:

Donde: Ho=Altura inicial de la muestra, cm ó mm.

Calcular la longitud promedio de la trayectoria de drenaje (Hm), para cada incremento de carga,

Donde: H=Altura promedio para cada incremento de carga, cm (in). LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS II.

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VIII.

¿PARA QUE NOS SIRVE EL ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN DE LOS SUELOS.?

La consolidación no es un proceso de inmediato, a diferencia de los materiales gruesos que consolidan "rápido" las arcillas "tardan" más en consolidar, hay construcciones que después de 5 años comienzan a presentar problemas de agrietamiento debidos a asentamientos a largo plazo.

Para qué sirve? Sirve para obtener los asentamientos que tendrá tu suelo al ser cargado por la estructura, las normas de construcción indican asentamientos máximos permisibles, al hacer la prueba tienes "un dato" que te orientará al diseño.

IX. RECOMENDACIONES. 

Se recomienda realizar el ensayo con cuidado y responsabilidad.



Es recomendable, conocer todo lo que implique la consolidación de los suelos, ya que este tema es suma importancia para nuestra carrera profesional.



Se recomienda trabajar en grupo, con una buena organización, ya que esto hará que los resultados del ensayo sean más satisfactorios.



Es recomendable que al momento de realizar el ensayo en laboratorio, se anote cuidadosamente los datos que se obtendrán en laboratorio, ya que de eso dependerán los cálculos a realizar.

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X. CONCLUSIONES. 

El siguiente trabajo fue de gran ayuda, ya que se encontró la información que se requería conocer.



El uso adecuado y correcto de los materiales, son de mucha utilidad, ya que nos ayudará a realizar el ensayo de consolidación de los suelos con más eficiencia.



El volumen de vacíos depende de la carga aplicada, ya que al aplicarle carga al suelo, las partículas de agua arrastraran a las de aire buscando salida del mismo.

XI. 

BIBLIOGRAFIA.

http://mecanicadesuelosaragon.blogspot.pe/2011/11/consolidacionunidimensional-en-suelos.html



https://documents.tips/documents/informe-consolidacion.html



http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratori o/ensayo_edometrico.pdf 



http://www.slideshare.net/guest7fb308/consolidacin-unidimensional-delos-suelos



Consolidación de suelos. Silvia Angelone



RAJA. M. Das. Fundamentos de Ingeniería Geotécnica. México. 2001

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XII.

ANEXOS.

1.- ENSAYO DE CONSOLIDACION.

2.-ENSAYO DE CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL.

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3.- DIFERENCIA ENTRE CONSOLIDACION Y COMPACTACION.

4.- CURVA DE CONSOLIDACIÓN.

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