Consolidacion 1

Universidad Nacional de Colombia Sede Bogot Permeabilidad en un Suelo Marzo 20 - 2015

1

1. INTRODUCCIN

Los procesos de carga y descarga a los cuales se ve

sometido un suelo durante la construccin de obras civiles

generan respuestas del mismo, las cuales son a corto o

largo plazo de acuerdo a la propiedad del suelo que estn afectando; por ejemplo la cimentacin de un edificio

genera los dos tipos de respuesta ya que al cambiar la

disposicin original de las partculas de suelo se generan

asentamientos inmediatos, la otra respuesta se debe a que a

lo largo del tiempo la carga colocada generar cambios en

la presin intersticial del suelo, cambio de presin que a su

vez producen cambios volumtricos, denominados

asentamientos por consolidacin.

Estos asentamientos son un problema que cualquier

ingeniero debe evitar y controlar debido a que las obras

civiles estn concebidas para amplios periodos de vida til durante los cuales la estructura debe garantizar su

funcionalidad. Sin embargo para poder estudiar y controlar

estos cambios es necesario identificar la causa de los

mismos para lo cual el conocimiento de los procesos de

consolidacin es un requisito.

La finalidad de este trabajo es hacer viable el conocimiento

de dichos procesos: qu son, cmo se hallan

experimentalmente los parmetros que los explican, cmo

se interpretan dichos parmetros, y cmo estos determinan

los posibles asentamientos que sufrir una estructura.

1 Estudiante de Ingeniera Civil de la Universidad Nacional de Colombia

2 Estudiante de Ingeniera Agrcola de la Universidad Nacional de

Colombia



5 Estudiante de Ingeniera Agrcola de la Universidad Nacional de

Colombia

La forma en cmo las caractersticas de compresibilidad se

calculan se basan en una teora propuesta por el ingeniero

Karl Terzaghi, en la que el suelo saturado, presenta un

flujo unidimensional que cumple la Ley de Darcy.

2. OBJETIVOS

Objetivos generales

Determinar el grado y la magnitud de la consolidacin en muestras con restricciones laterales, drenado axial y

cargas verticales.

Objetivos especficos

Encontrar la variacin de la relacin de vacos con respecto a una carga aplicada.

Determinar los coeficientes de consolidacin y de expansin para el suelo en estudio.

3. MARCO TERICO

Si se somete una muestra a un ensayo de consolidacin

cuando se aplica una carga a la que la muestra nunca

estuvo sometida anteriormente, la curva toma una

pendiente correspondiente a la rama virgen de la curva que

se llama Cc (ndice de compresin).

En los suelos normalmente consolidados la pendiente de la

curva de compresibilidad Ccse puede obtener haciendo un ensayo sobre una muestra amasada con la humedad del

lmite lquido, o calculando el Cc con la ecuacin de

Skemptom para muestras amasadas Cc = 0,007 * (WL-7).

O para muestras inalteradas Cc = 0,009 * (WL-10)

CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL DEL SUELO

Fabio Anbal Bernal Lpez1, Mauricio Guevara Acosta2, lvaro Javier Melo Vega 3, Ana Milena

Ospina Castellanos 4 Alix Faisuly Rueda 5

Universidad Nacional de Colombia Sede Bogot Dirigido a: Ing. Carol Andrea Murillo Feo

Resumen: El ensayo de consolidacin unidimensional consiste en una prueba de ensayo en laboratorio de una muestra de

arcilla sometida a presin vertical, confinada entre dos piedras porosas que permiten doble drenado, un anillo que evita

deformacin axial y un medio que asegura que est saturada la muestra. En el ensayo se toman lecturas de deformacin a

diferentes niveles de carga y descarga a tiempos especficos, para determinar el coeficiente de consolidacin de un suelo,

a travs de distintos mtodos propuestos por distintos autores a lo largo de la historia.


2

Esas son otras ecuaciones que permiten determinar el valor

Cc de forma terica:

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

I. Equipo

Dispositivos de carga: sirve para aplicar cargas verticales a la muestra, donde la carga se conserve

durante periodos prolongados de tiempo y se pueda

incrementar, dentro de un periodo de dos segundos

sin que se produzca ningn efecto de significacin.

Consolidmetro: mantiene la muestra en un anillo el cual va a restringir las deformaciones horizontales,

este puede estar fijo a la base o puede ser flotante,

lleva consigo dos piedras porosas en los extremos del

anillo; adems, este dispositivo debe tener un medio para que la muestra este sumergida, aplicacin de

solo cargas verticales y medir las deformaciones de la

muestra con respecto a las cargas aplicadas.

Anillo: segn la norma en la que se basa este ensayo de laboratorio, este anillo debe tener un dimetro

mnimo de 50 mm y al menos 5 mm menor que el

dimetro del tubo del consolidometro; el espesor

mnimo de este debe ser de 13 mm que a su vez es

menor que el dimetro de tamao mayor.

Piedras porosas: se utiliza para garantizar un buen filtrado del agua presente en la muestra sin perder

partculas finas de esta. El dimetro de estas piedras

porosas deben ser menor que el dimetro del anillo,

si se utiliza un anillo flotante la piedra del fondo

deber tener un dimetro igual a este. Estas deben

estar prehumedecas antes del respectivo montaje.

Almacenamiento: la muestra debe ser colocada en el anillo para que enseguida se haga el respectivo

montaje, dado que el prolongado periodo de tiempo puede afectar las condiciones reales de la muestra

como la disminucin de las condiciones de humedad.

Cizalla o cortador cilndrico: se utiliza para tallar la muestra justo con el dimetro interior del anillo,

donde la muestra sufra una mnima alteracin.

Balanza: utilizada para el pesado de las muestras, la cual debe tener una aproximacin de 0.1 g.

Horno: debe mantener una tempera constante para el secado de las muestras (110C).

1.2. Muestra:

La muestra no debe ser alterada en lo posible, como lo especifica la norma INV E-105.

Como se menciono anteriormente, la muestra debe almacenarse muy bien, adems de mantener las

propiedades originales, esta muestra debe entrar

forzada en el anillo del consolidometro y se deber

dejar arras de las superficies superior e inferior del

anillo, para as retirar el exceso de material.

Mientras se instala la muestra en el anillo deber evitarse vibraciones, compresiones o distorsiones de

esta.

II. Metodologa

Como se ha mencionado, las piedras porosas deben estar humedecidas antes del ensayo, para evitar

cambios en la humedad de la muestra.

Luego se procede a montar la muestra el consolidometro para luego ser instalado en el dispositivo de carga, donde primero que todo se debe

imponer a la muestra una precarga, luego se ajusta el

deformimetro para que indique una posicin inicial

igual a cero.

Se colocan diferentes cargas sobre el consolidmetro para obtener presiones al suelo como se muestra en la

parte de los clculos. Posteriormente a esta carga en

aumento se procedi a una respectiva descarga (la cual

es de una duracin menor que la etapa de carga) para

observar los diferentes fenmenos ante la

descompresin o rebote de la muestra.

Se debern tomar los respectivos datos durante la carga y descarga de la muestra, donde se tiene en cuenta la

deformacin vertical de la muestra y el tiempo para

cada deformacin como lo menciona la INV E-151-07.

Se debe graficar los datos de deformacin contra la raz del tiempo y as determinar que se ha llegado al d90

para constatar que dicha parte del ensayo ya est

terminndose.

La muestra en el consolidometro debe representar las condiciones a la que est sometida en el suelo y debe

tenerse en cuenta el incremento de volumen cuando la

muestra sea saturada en el ensayo segn las


3

condiciones del suelo (si es posible que esta se dilate

con a adicin de agua).

5. DATOS Y CLCULOS

Tabla 1 Calculo humedad suelo

Calculo de humedad

Recipiente No. 12,1

Peso (mh+rec) (g) 24,2

Peso (ms+rec) (g) 17,81

Peso Rec (g) 10,38

Humedad (%) 86%

Tabla 2 Dimensiones molde y pesos

Anillo No. Nueva

Peso Anillo (g) 67,77

Dimetro (mm) 63,5566667

Altura (mm) 19,7033333

Peso BI + P.P (g) 400,78

Relacin de brazo 1: 10

Peso anillo + muestra (g) 159,33

Tabla 3 relaciones gravimtricas

W total (g) 91,56

V total (cm^3) 62,51

total (g/cm^3) 1,46

Gs 2,7

Hs 0,56

e inicial 3,5162

Tabla 4 Pesos de muestras

Despus de carga y descarga

Anillo + muestra (g) 560,05

Muestra (g) + piedra porosa 370,01

Piedra Porosa (g) 111,95

Despus de 72 horas en el horno

Peso muestra+ recipiente (g) 129

Peso recipiente (g) 81

Peso muestra (g) 48

Inte

rno

Exte

rno

Inte

rno

Exte

rno

Inte

rno

Exte

rno

Inte

rno

Exte

rno

Inte

rno

Exte

rno

Inte

rno

Exte

rno

Inte

rno

Exte

rno

00:0

00,

817

00:0

40,

917

,12

0,3

110

,91,

511

5,5

11,2

5,5

11,1

912

,9

00:1

50,

917

,12

0,7

1,9

14,2

418

,45,

613

,35,

815

,19

17,5

00:3

40,

917

,12

1,5

318

,34

1,5

5,8

15,4

619

,89

19,7

01:0

00,

917

,12

2,4

319

,74,

13,

55,

917

,26,

46,

210

4,6

01:3

40,

917

,12,

053,

33

0,5

4,1

5,1

619

,86,

711

,510

9,7

02:1

50,

917

,12,

054,

253

0,5

4,2

6,7

61,

96,

917

,610

18,2

03:0

40,

917

,12,

14,

93

0,5

4,3

8,2

6,1

4,3

7,2

4,1

115,

3

04:0

00,

917

,12,

25,

83

0,55

4,5

9,5

6,2

6,5

7,5

10,1

1111

,6

06:1

50,

917

,12,

37,

43,

26,

24,

612

,26,

510

,78

1,8

124,

3

09:0

00,

917

,12,

48,

753,

37,

94,

714

,26,

614

,78,

712

,912

14,5

12:1

50,

917

,12,

59,

953,

59,

35

17,5

6,9

18,8

9,1

3,5

134,

9

16:0

00,

917

,12,

510

,95

3,5

10,5

519

,37,

12,

79,

612

1313

,3

25:0

0:00

0,9

17,1

2,6

12,8

3,6

12,6

52,

67,

48,

710

,26,

414

6,8

36:0

0:00

0,9

17,1

2,8

14,2

3,8

14,7

5,1

57,

712

,710

,816

,514

15,5

49:0

0:00

0,9

17,1

2,8

15,1

3,9

16,5

5,2

6,8

7,8

15,6

113,

315

1

64:0

0:00

0,9

17,1

2,9

15,7

3,9

17,2

5,3

8,1

7,9

17,9

11,3

7,6

154,

6

32 K

g50

0 g

1 K

g2

Kg

4 K

g8

Kg

16 K

gTi

em

po

mm

:ss

CA

RG

A

Tabla 5 Lectura de deformimetros durante la carga


4

Tabla 6 Lecturas deformimtros durante la descarga

Tiempo mm:ss

16 Kg 8 Kg

Interno Externo Interno Externo

00:04 15 1,5 14 17,3

64:00:00 14 18,7 14 8,9

Tiempo mm:ss

4 Kg 2 Kg


00:04 14 7,8 13 15,5

64:00:00 13 15,5 13 4,3

Tiempo mm:ss

1 Kg 500 g


00:04 13 3,4 12 12,5

64:00:00 12 12,9 12 3,3

Tiempo mm:ss

0 g

Interno Externo

00:04 12 2,8

64:00:00 11 7,2

Tabla 7 Deformaciones calculadas para el cargue

Tiempo mm:ss

DEFORMACION (10^-4 pulg)

500 g 1

Kg 2

Kg 4 Kg 8 Kg 16 Kg 32 Kg

00:00 177

00:04 197 400 210 311 1111 1111 1812

00:15 197 400 394 818 1133 1175 1817

00:34 197 401 618 801 1175 1219 1819

01:00 197 402 619 823 1197 1286 2004

01:34 197 413 600 825 1219 1351 2009

02:15 197 414 600 846 1201 1397 2018

03:04 197 424 600 868 1224 1444 2205

04:00 197 445 600 909 1246 1510 2211

06:15 197 467 646 932 1310 1601 2404

09:00 197 488 667 954 1334 1752 2414

12:15 197 509 709 1017 1398 1823 2604

16:00 197 510 710 1019 1422 1932 2613

25:00:00 197 532 732 1002 1488 2046 2806

36:00:00 197 574 774 1025 1552 2176 2815

49:00:00 197 575 796 1046 1575 2203 3001

64:00:00 197 595 797 1068 1597 2267 3004

Tabla 8 Deformaciones calculadas para el descargue

Tiempo mm:ss

Deformacion(10^-4pulg)

16 Kg 8 Kg 4 Kg 2 Kg 1 Kg 500 g

00:04 3001 2817 2807 2615 2603 2412

64:00:00 2818 2808 2615 2604 2412 2403

Desarrollo de las grficas de Taylor y Casa Grande para el

clculo de Cv.

Ilustracin 1 Grafica de Casa grande Carga de 500 g

Ilustracin 2 Grafica de Taylor Carga de 500 g


5

6. ANLISIS DE RESULTADOS

Ilustracin 3 Grafica de Casa Grande carga 1 kg

Ilustracin 4 Grafica de Taylor carga 1 kg


Ilustracin 8 Grafica de Taylor carga 4 kg Ilustracin 5 Grafica de Casa Grande carga 2 kg



6








7

7. ANALISIS DE RESULTADOS

Ya realizadas las graficadas las curvas de Taylor de

Deformacin () y calculados por el mtodo grfico la consolidacin al 90 % y el tiempo de consolidacin al 90 %. Por medio de la ecuacin 1. se procede a calcular el

Cv par a la muestra ensayada.

A travs de la siguiente ecuacin y los valores presentes en la tabla 9, se obtienen Cv para el material ensayado

en cada caso de carga.

(Ecu. 1)

Tabla 9 Clculo de Cv

Carga(kg) D90(mm) t90(min) H(mm) Cv

2 0,0118 1,4 19,69 2,35

4 0,0192 2,5 19,68 1,31

8 0,0274 1,2 19,69 2,74

16 0,0268 1,5 19,67 2,19

32 0,0386 1,6 19,67 2,05

Tabla 10 Calculos curva comprensibilidad

N ETAPADeformacion

(mm)

CARGA

EN EL

BRAZO P

(kg)

ESFUERZO

NORMAL

(kg/cm^2)

ALTURA

MUESTRA

Hm(cm)

DEFOR

MACIO

N

VERTICA

L (%)

RELACION

DE

VACIOS e

ESFUERZO

NORMAL

(KPa)

0 INICIO 0 0,5 0,170 1,970 0 3,516 16,700

1 CARGA 0,004953 1 0,328 1,965 0,25138 3,507 32,161

2 CARGA 0,0149098 2 0,643 1,967 0,18068 3,510 63,082

3 CARGA 0,0192278 4 1,273 1,959 0,56742 3,496 124,924

4 CARGA 0,0123444 8 2,534 1,942 1,44392 3,465 248,609

5 CARGA 0,0293624 16 5,056 1,878 4,66672 3,352 495,979

6 CARGA 0,0302768 32 10,099 1,455 26,1565 2,596 990,719

7 DESCARGA 0,0046482 16 5,056 1,095 44,4361 1,954 495,979

8 DESCARGA 0,0002286 8 2,534 1,120 43,1597 1,999 248,609

9 DESCARGA 0,0048768 4 1,273 1,142 42,0639 2,037 124,924

10 DESCARGA 0,0002794 2 0,643 1,176 40,3236 2,098 63,082

11 DESCARGA 0,0048514 1 0,328 1,205 38,8411 2,150 32,161

12 DESCARGA 0,0002286 0,5 0,170 1,240 37,0648 2,213 16,700

RESULTADOS PARA CURVA DE COMPRESIBILIDAD

Ya que el ensayo es drenado, las fuerzas intersticiales, tienden a ser nulas, de esta manera la presin de poros

tiende a cero causando que el esfuerzo efectivo sea igual

al esfuerzo total aplicado sobre la muestra.

A travs del mtodo grfico se calculan los coeficientes Cc y Cr, trazando las lneas tangentes al tramo

sobreconsolidado y al tramo normalmente consolidado

obteniendo:

Tabla 11 Calculo coeficiente de compresibilidad

Coeficiente de compresibilidad

e -2,11

log (kg/cm2) 7,8

Cc -0,270477

log p (kg/cm2) 4

Ilustracin 16 mtodo grafico para el clculo de Cc

Ilustracin 15 curva comprensibilidad


8

8. CONCLUSIONES

Para la prctica de consolidacin es importante que la

muestra est completamente saturada porque de lo

contrario estaramos hablando de un proceso de

compactacin.

A travs del ensayo se determin la velocidad de

asentamiento del suelo ensayado a travs del clculo

del coeficiente de consolidacin, valor importante a

la hora de la determinacin del comportamiento que

presentara un suelo frente al desarrollo de una obra

civil en l.

Al disipar la presin intersticial, el esfuerzo efectivo

aplicado a la masa de suelo aumenta, lo

incrementando la resistencia, de esta manera se

infiere que la relacin de vacos y la resistencia al

corte presentan una relacin inversamente

proporcional al estar sometido a un procesos

consolidacin.

A partir de la prctica se observ que la consolidacin

es un proceso de asentamiento del suelo, que se

relaciona directamente con la disipacin de los poros

del mismo disminuyendo la relacin de vacos como

se refleja en la curva de compresibilidad.

9. BIBLIOGRAFA

INVIAS, 2007. Relaciones de humedad masa unitaria seca en los suelos (ensayo modificado de

compactacin) I.N.V.E -142.

BERRY, P. 1993. Mecnica de suelos. Editorial McGRAW-HILL. Mxico DF. Mxico. Primera

edicin. Pg. 378-383

WILLIAM LAMBE, ROBERT WHITMAN. 1996 Mecnica de Suelos. Mxico, D.F. Editorial Limusa.

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