Ensayo Edometrico o de Consolidacion de Suelos

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ENSAYO DE EDOMETRICO

I.

INTRODUCCIÓN

El ensayo Edometrico, también llamado de consolidación, es de gran importancia, debido a que la consolidación es un problema natural de los suelos finos, como arcillas y limos, y todas las edificaciones fundadas sobre este tipo de suelo enfrentarán este fenómeno. Por lo anterior es de vital importancia conocer la velocidad de asentamiento total y diferencial de la estructura. La consolidación es el proceso de asentamiento de los suelos antes mencionados, cuando están saturados y sujetos a incrementos de carga debido a la disipación de la presión de poros. Este ensayo esta estandarizado por la norma norteamericana ASTM D-2435.

El no tomar en cuenta este posible movimiento del suelo al proyectar una estructura sobre él puede llevar a consecuencias catastróficas tales como la inclinación, fisuración e incluso el colapso de la misma. En muchos casos es necesario pre-consolidar el suelo antes de proceder a la construcción de una obra importante, como puede ser, por ejemplo, un edificio o una carretera. La pre consolidación se hace el terreno con un peso semejante o mayor que el que deberá soportar una ves construida la obra, para esto se deposita en la zona interesada una cantidad de tierra con el peso equivalente de la obra.

II.

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 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

 Determinar el coeficiente de consolidación del suelo.  Determinar el índice de preconsolidacion.

 Determinar la presión de preconsolidacion  Determinar el índice de expansibilidad del suelo

 Conocer el comportamiento del suelo frente a un asentamiento.

 Obtener el tiempo aproximado que demoraría un suelo saturado en alcanzar su asentamiento máximo y en que magnitud se deformará tal suelo al ser sometido a determinadas cargas.

 Establecer los parámetros del suelo para poder determinar la resistencia portante de éste y así poder desarrollar un análisis y un diseño de nuestras edificaciones conociendo los riesgos a los que estarán sometidos y poder controlarlos.

 Calcular los parámetros de compresión, consolidación y expansión.

 Obtener experiencia en el uso de los equipos en el laboratorio de Mecánica de Suelos.

Los resultados de este ensayo son usados para estimar la magnitud y velocidad de los asentamientos totales y diferenciales de una estructura, terraplén, etc. Información que es de suma importancia en el diseño de estructuras y la evaluación de su performance.

III.

BASE TEORICA

CONSOLIDACION

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Se denomina consolidación de un suelo a un proceso de reducción de volumen de los suelos finos cohesivos (arcillas y limos plásticos), provocado por la actuación de solicitaciones (cargas) sobre su masa y que ocurre en el transcurso de un tiempo generalmente largo. Producen asientos, es decir, hundimientos verticales, en las construcciones que pueden llegar a romper si se producen con gran amplitud.

Al observar los depósitos de material muy suave situados en el fondo de una masa de agua, por ejemplo un lago, se nota que el suelo reduce su volumen conforme pasa el tiempo y aumentan las cargas por sedimentación sucesiva. A un proceso de disminución de volumen, que tenga lugar en un lapso, provocado por un aumento de las cargas sobre el suelo, se le llama proceso de consolidación. Frecuentemente ocurre que durante el proceso de consolidación la posición relativa de las partículas solidas sobre un mismo plano horizontal permanece esencialmente la misma; así, el movimiento de las partículas de suelo puede ocurrir solo en dirección vertical; esta es la consolidación unidireccional o unidimensional. Para calcular la consolidación hay métodos por el cual resolver el índice de compresión (Cc) e índice de expansión (Cs), pero antes de eso daremos las características de la curva de compresibilidad.

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

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profundidad de la muestra) con la presión de preconsolidación que, como se verá más adelante, se obtiene de la curva de consolidación.

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 muestras inalteradas del mismo estrato se puede calcular el asentamiento final de un estrato de arcilla saturada normalmente consolidada sometida a un incremento de carga Δq . El asentamiento está dado por:

vo vo o

Log

e

C

H

S

'

'

'

1

Donde:

S: asentamiento del estrato de suelo (arcilla o suelo fino saturado) H: espesor del estrato de suelo

eo: índice de vacíos inicial

σ’vo: tensión vertical efectiva inicial (antes de la aplicación de sobrecarga)

':: incremento de tensión efectiva (o sobrecarga), la cual producirá la consolidación C = Cc índice de compresibilidad que es la inclinación de la recta virgen de la curva de

consolidación en escala semi-logarítmica

Consolidación secundaria

La consolidación secundaria tiene lugar después de la consolidación primaria a consecuencia de procesos más complejos que el simple flujo de agua como pueden ser la reptación, la viscosidad, la materia orgánica, la fluencia o el agua unida mediante enlace químico algunas arcillas. En arenas el asiento secundario es imperceptible pero puede llegar a ser muy importante para otros materiales como la turba.

El Consolidometro

Este equipo permite determinar el asentamiento, que puede sufrir un suelo cuando es sometido a diversas cargas bajo condiciones de saturación o en estado natural. Está constituido por una celda de consolidación, que consta de un anillo en el cual se encuentra confinado lateralmente un espécimen, de suelo el cual lleva en su parte superior e inferior una piedra porosa que permite la fluidez del agua que se encuentra en los poros de la muestra al aplicarle carga. En la parte superior del anillo se encuentra un vástago de carga en el que se aplican las presiones de asentamiento a las que se desea someter la muestra. Las deformaciones que experimenta el

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espécimen son medidas a través de un micrómetro de deformación.

Actualmente existen variantes un poco más especializados entre ellos se encuentra el siguiente:

La prueba consolidada, hace disminuir el volumen de la muestra por acortamiento de la altura, pero sin cambio en la sección transversal. Una vez que el suelo alcanza su máxima deformación bajo un incremento de carga aplicado, su relación de vacíos llega a un valor menor, evidentemente, que el inicial y que puede determinarse a partir de los datos iniciales de la muestra y las lecturas del extensometro.

EQUIPO A UTILIZARSE

- Consolidometro mecánico.

- Deformimetro de alta presión (0.0001”) de presión - Celda donde se colocara la muestra

- Muestra de suelo saturado.

IV.

PROCEDIMIENTO

DEL LABORATORIO:

Una vez obtenida la muestra de suelo, se le coloca parafina y se le transporta en una caja, cuidadosamente.

 Colocar muestra en el anillo de tallaje, cortar y nivelar al ras del anillo.

 Coloque la caja de consolidación en el dispositivo de carga poniendo sobre la muestra el disco móvil de acero para uniformizar la carga.

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 Coloque el deformímetro en el aparato de carga con su dispositivo para sujetarse.

 Aplique una carga de asentamiento de 5KPa para suelos firmes y de 2 ó 3 KPa para suelos blandos (para producir estas presiones se deben aplicar cargas de 160 y 80 g respectivamente).

 Aplicada la carga de asentamiento llene con agua la caja de consolidación y deje que la muestra se sature.

 Coloque cargas sobre el consolidómetro para obtener presiones sobre el suelo de aproximadamente 30.40, 61.80, 123.60, 248.20, 495.40, 991.80 KPa. (Para producir estas presiones se deben aplicar cargas de 1, 2, 4, 8, 16, 32 kg respectivamente). Antes de aplicar un incremento de presión, registre la altura de la muestra.

 La duración de cada incremento de carga debe ser de 24 horas. Inmediatamente aplicado cada incremento de carga, ponga en marcha el cronómetro y registre las lecturas de deformación de la muestra a intervalos de 0.1, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16, 30, 60, 120, 480, 960 y 1440 minutos. Una vez tomada la última lectura con el último incremento de carga, descargue el suelo mediante reducciones de carga.

 Para disminuir la expansión durante la descarga, deberá descargarse la muestra hasta la carga establecida de 5kPa para suelos firmes y 2 ó 3 KPa para suelos blandos. Una vez que se ha concluido el ensayo, quite la carga final y desarme rápidamente la caja de consolidación.

 Seque la muestra en el horno hasta una masa constante a una temperatura de 110°±5°C. Pese su masa seca y determine el contenido de humedad final.

V.

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Referencias

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