INFORME Nro 03-2012-LAB. MECANICA DE SUELOS II VI SEMESTRE/UANCV-PUNOSEOR(A): Ing. Mnica Emrita Garca Blanco Docente de Lab. De Mecnica de Suelos II

ASUNTO: ENSAYO DE CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS PRCTICA Nro. 03

FECHA: Puno, junio 2013

1. Ubicacin

Lab. De Suelos (Puno)

2. Normas

Este ensayo esta estandarizado por la norma norteamericana ASTM D-2435.

3. Objetivo

Reconocer el mtodo para medir la consolidacin unidimensional de muestras de suelos cuando estas se confinan lateralmente y son sometidas a diferentes cargas de presin teniendo en cuenta un drenaje axial. Interpretar las grficas donde se encuentran las curvas de consolidacin como las de compresibilidad, determinando los parmetros que nos darn informacin en el diseo de estructuras y la evaluacin de su performance. Los resultados de este ensayo pueden ser usados tambin para estimar la magnitud y velocidad de los asentamientos totales y diferenciales de una estructura o terrapln, informacin de la presin de poros, etc.

4. Introduccin

En el mundo de la ingeniera civil las condiciones que determinan la calidad de una obra estn sometidas por diferentes factores; uno de los ms importantes es el suelo en donde se construye una determinada edificacin.

Cuando se somete esfuerzos a un suelo, sufre cambios de volumen en funcin del tiempo. Durante dicho perodo es desalojada el agua contenida por el suelo, producindose as un aumento de la presin. Si tales presiones son positivas el proceso se denominar consolidacin. Si las presiones son negativas, por lo cual el suelo tiende a aumentar de volumen, el proceso se denominar expansin.

La consolidacin se aplica a todos los suelos, pero en la prctica slo tiene inters en el caso de estructuras cimentadas en depsitos de arcillas, pues en suelos que son altamente permeables, el drenaje causado por el incremento en la presin de poros se lleva a cabo inmediatamente y de esta manera el asentamiento inmediato y la consolidacin se efectan simultneamente. Sin embargo no es el caso para suelos arcillosos, que tienen baja permeabilidad y su asentamiento por consolidacin depende del tiempo, tanto as que es posible que el agrietamiento de una estructura pueda ocurrir aos ms tarde que su construccin, 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 construccin, durante e incluso despus de esta. La prediccin de tales cambios representa la tarea ms difcil para el encargado del proyecto a ejecutar.

Es as que a fin de estudiar este proceso de consolidacin, analizaremos la deformacin de un estrato de arcilla saturada sometida a un incremento de esfuerzos siguiendo la prueba que fue desarrollada por el Dr. Karl Terzaghi para suelos finos.

5. Equipos Y Materiales

6. Marco Terico

ENSAYO DE CONSOLIDACION

El proceso de consolidacin es un proceso de disminucin de volumen, que tiene en un lapso provocado por un aumento de las cargas sobre el suelo. Frecuentemente ocurre que durante el proceso de consolidacin la posicin relativa de las partculas slidas sobre un mismo plano horizontal permanece esencialmente la misma; as, el movimiento de las partculas de suelo puede ocurrir solo en direccin vertical. Al observar los depsitos de material muy suave situados en el fondo de una masa de agua, por ejemplo el de un lago, se nota que el suelo reduce su volumen conforme pasa el tiempo y aumentan las cargas por sedimentacin sucesiva. En este caso citado, la consolidacin seria de este tipo, considerado que los estratos depositados tienen gran extensin horizontal, en comparacin con su espesor. En la consolidacin unidimensional el volumen de la masa de suelo disminuye, pero los desplazamientos horizontales de las partculas slidas son nulos. En este caso, las caractersticas de la consolidacin de los estratos de arcilla pueden investigarse cuantitativamente con aproximacin razonable, realizando la prueba de consolidacin unidimensional sobre especmenes representativos del suelo, extrados en forma tan inalterada como sea posible.

GENERALIDADES

Cuando se somete un suelo cohesivo saturado a un incremento de carga, ocurre un traspaso de esta carga desde el agua a la estructura de suelo en el tiempo. Inicialmente, de acuerdo a la teora, ese incremento de carga exterior lo toma integralmente el agua debido a que, por una parte, es incompresible, y por otra, el suelo del que estamos hablando presenta una baja permeabilidad. Este incremento de carga tomado por el agua produce excesos en la presin neutra por sobre las presiones hidrostticas. Al cabo de un tiempo t, parte de este exceso de presin neutra es disipado, transfirindose esa parte de la carga a la estructura de suelo, resultando en un incremento de tensiones efectivas. El resultado de este incremento gradual de tensiones verticales efectivas produce asentamientos en terreno. 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 bajo grado de saturacin), el proceso de deformacin con reduccin en el ndice de vacos tiene lugar en un perodo tan corto que es posible considerar el proceso como instantneo. En estos casos existe una deformacin vertical prcticamente inmediata, pero no se reconoce como consolidacin.

PROCESOS EN LA CONSOLIDACIN

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 geolgico 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 poca glacial, se la denomina preconsolidada (tambin existe la preconsolidacin por secamiento o por descenso de la napa fretica con posterior recuperacin).

El ensayo permite igualmente conocer si se trata de una arcilla NC o PC tras comparar la tensin efectiva que la muestra tiene en terreno (a partir de la estratigrafa y profundidad de la muestra) con la presin de preconsolidacin que, como se ver ms adelante, se obtiene de la curva de consolidacin.

7. Procedimiento

Al preparar la muestra, esta puede saturarse estando completamente exenta de carga o bien con una carga prefijada, segn el problema que se tenga, siguiendo en ambos casos el mismo procedimiento

a) Luego de haber moldeado la muestra dentro de un anillo de consolidacin, tomar una muestra representativa y utilizarla para determinar su contenido de humedad, la gravedad especfica (Gs), peso del suelo hmedo, la altura del muestra al inicio de la prueba (Hi) y su dimetro. La altura mnima de la muestra deber ser de 13 mm. (0.5 pulg.), pero no deber ser menor que 10 veces el dimetro mximo de la partcula.

b) Luego se monta el consolidmetro y para ello empezamos por colocar la piedra porosa (capa drenante) en el anillo y aseguramos los pernos y asimismo aseguramos el soporte.

c) Despus se engrasa el anillo y se coloca un papel filtro, colocando encima la muestra de suelo, nuevamente cubrimos con un papel filtro y una piedra porosa en la cara superior. La ventaja del anillo fijo consiste en que reduce la prdida por friccin a lo largo de las paredes de la muestra entre el suelo y el anillo y la velocidad del ensayo es casi cuatro veces mayor.Como se prepara el anillo para el ensayo.Colocacin del papel filtroApreciamos la colocacin de la muestra dentro del anilloAhora colocamos la proteccin para evitar que el agua filtre por lugares no deseados.

d) Despus se coloc el consolidmetro en el dispositivo de carga y se hizo un breve contacto entre el pistn de la celda y la barra de carga, se apunta el da, la hora y la lectura del deformmetro. Dentro de los cinco minutos siguientes a la aplicacin de sta, ajstese el deformmetro para la lectura inicial o para la lectura de cero.

e) Despus el reservorio de la celda de consolidacin debera ahora ser llenado con agua. Si se emplea otros tipos de prtico debera nivelarse con pesos de bronce (igual al peso del agua a ser aadida) en la plataforma de carga; luego cuando se aade el agua a la celda, se remueven dichos pesos sin afectar el equilibrio de la viga.

f) Con la adicin de agua, la muestra empieza a expandirse. Se deben aplicar cargas adicionales para prevenir la expansin de la muestra. Note que debe mantenerse constante el espesor de la muestra de suelo, por lo tanto el deformmetro debe indicar una compresin igual a la deflexin del equipo. Cuando la muestra llega al equilibrio a volumen constante, la presin aplicada se conoce como presin de expansin (Hinchamiento).

g) Despus de alcanzar la presin de expansin, se aumenta la presin de consolidacin en incrementos, aplicando cargas en una progresin geomtrica con una relacin incremental p / p =1 con una secuencia 0.25, 0.50, 1, 2, 4, 8 Kg./cm etc., de modo que la presin se dobla con cada carga adicional. Otras relaciones incremntales de carga pueden utilizarse, pero parece que si dicha relacin no es suficientemente grande y el suelo tiende a desarrollar una resistencia interna a la carga y la deformacin total de la muestra ser menor que la obtenida con una relacin incremental de p /p = 1. En el momento conveniente, aplicar el primer incremento de carga y simultneamente tomar lectura de deformacin a tiempos transcurridos 1, 2, 4, 6, 10, 15, 30, 60, 120 minutos etc., contados a partir del momento cuando se aplic la carga. Estas lecturas de tiempo-asentamiento slo son requeridas para muestras saturadas. Las lecturas debern continuarse por lo menos hasta que se haga patente la pendiente de la compresin lineal secundaria caracterstica del asentamiento, contra el logaritmo del tiempo. Para suelos con una baja consolidacin primaria, las cargas debern mantenerse por lo menos durante 24 horas. En casos extremos o cuando quieran evaluarse las caractersticas de consolidacin secundaria, debern aplicarse durante un perodo ms largo.

h) Despus de 24 horas o como se haya establecido, cambiar la carga al siguiente valor y nuevamente tomar lecturas a intervalos de tiempo controlados como en el paso anterior.

i) Continuar cambiando cargas tomando lecturas de deformacin contra tiempo discurrido a travs de todo el rango de cargas del consolidmetro (o hasta que arbitrariamente se determine). Al colocar las cargas en la mnsula deber siempre evitarse el impacto.

j) Qutense las cargas en decrementos; generalmente se quitan las tres cuartas partes de la presin total en el primer decremento y despus, en cada uno de los restantes, se retira la mitad de la carga que reste.

k) Despus de retirar toda la carga, permtase que la muestra se expanda descargada durante 48 horas o, preferiblemente, hasta que no se registre expansin en el micrmetro en un perodo de 24 horas.

l) Al Terminar la prueba, qutese el micrmetro y desrmese el consolidmetro. Cuidadosamente squese el agua del anillo de consolidacin y de la superficie de la muestra, colquense dos placas de vidrio, previamente taradas, cubriendo la muestra y el anillo y psese el conjunto (antese el dato como: tara ms suelo hmedo).

m) Squese la muestra y obtngase su peso seco.

8. Clculos

9. Conclusiones

La compresibilidad de los suelos, tal como se determina en este ensayo, es una de las propiedades ms tiles que pueden ser obtenidas de los ensayos de laboratorio. Los datos del ensayo de consolidacin pueden ser utilizados para desarrollar un estimado de la velocidad y la cantidad de los asentamientos totales y diferenciales de una estructura o un terrapln. De esta, manera, los valores calculados son frecuentemente de importancia clave, en primer lugar en la seleccin del tipo de cimentacin y en segundo lugar en la evaluacin de su competencia. Cuando las arcillas tienen un contenido de agua bastante bajo, las cargas transmitidas sobre ellas no producen muchos asentamientos, sin embargo cuando se humedecen producen segn el tipo a que pertenezcan asentamientos de consideracin. Es importante observar tambin el desarrollo de estos con respecto al tiempo.

10. Recomendaciones

Ya que el ensayo de laboratorio es unidimensional por el hecho que se usa un anillo metlico para confinar la muestra, no se permite flujo o movimiento de agua en un sentido lateral, todo flujo de agua y el movimiento del suelo sucede en la direccin vertical. En el terreno ocurre algo de movimiento lateral de agua, as como movimiento lateral de suelo. Ninguno de estos efectos es probablemente tan importante cuando se considera el asentamiento global, debido a la consolidacin basada en la extrapolacin de resultados de laboratorio a la situacin de terreno; pero de todas maneras habra que tener en cuenta este fenmeno para conocer con mayor precisin el posible comportamiento real del suelo estudiado.

11. Ilustraciones

NOMBRE Y FIRMA DEL ESTUDIANTE

------------------------------------------------- MAMANI LIMACHI, Luis Alberto COD: 29202451Lab. Mecnica De Suelos LLPgina 11