TEMA III SABERES PREVIOS: CONSOLIDACION

Objetivo  El objetivo fundamental del ensayo de consolidación es determinar ciertos parámetros que se utilizan para predecir la velocidad y la magnitud del asentamiento de estructuras fundadas sobre materiales como ( arcillas y limos). PRINCIPAL  Realizar en el laboratorio el ensayo de consolidación unidimensional a partir del cual se obtendrán las curvas de consolidación y edométricas de dos muestras de arcilla distintas. A partir de las curvas de consolidación se deducirán los distintos coeficientes de consolidación para cada escalón de carga.  Con los datos recogidos, se realizarán simulaciones para un caso real de consolidación, obteniendo soluciones de forma gráfica para el grado de consolidación promedio, asientos locales, asientos en superficie y evolución del exceso de presión intersticial. SECUNDARIO

introducción de la unidad II Al someter una masa de suelo saturado a un incremento de carga, ésta es soportada inicialmente por el agua contenida en los poros, ya que ella es incompresible en comparación con la estructura del suelo. La presión que resulta en el agua a causa del incremento de la carga es llamada exceso de presión hidrostática. A medida que el agua drena de los poros del suelo, el incremento de carga es transmitido a la estructura del suelo. La transferencia de carga es acompañada por un cambio en el volumen del suelo igual al volumen de agua drenada. Este proceso es conocido como consolidación. Este es un proceso que tiene un tiempo acotado de ocurrencia, comienza cuando se aplica el incremento de carga, y finaliza cuando la presión de los poros es igual a la hidrostática, o lo que es lo mismo, cuando se ha producido la totalidad de la transferencia de carga del agua a la estructura de suelo. Terminado este proceso llamado consolidación primaria, el suelo continúa deformándose, aunque en menor magnitud, debido a un reacomodamiento de los granos. A este último proceso se lo denomina consolidación secundaria.

TEORIA VERTICAL DE CONSOLIDACION (TERZAGHI) TERZAGHI PROPUSO UN MEDELO MECANICO, este consiste en un cilindro de sección A con un pistón sin fricción el cual posee una pequeña perforación. Dicho pistón se encuentra unido unido a un resorte y el cilindro en su interior este lleno de un material incompresible. La consolidación es un problema de flujo de agua no establecido, de un medio poroso, esto se refiere a que si se analiza el flujo de agua en la totalidad del estrato, esta solo sale de el, ya que no ingresa ningún caudal. Esta situación no debe confundirse con la de un elemento de altura diferencial dentro del estrato, en el cual si hay un flujo establecido de agua. Se establecen las siguientes hipótesis: El suelo homogéneo. El suelo esta saturado y permanecerá así durante el proceso de consolidación. El agua y las partículas de suelo son incompresibles. El drenaje de agua solo es vertical.

DEDUCCION DE LA ECUACION DE COMPORTAMIENTO Considérese un deposito de suelo homogéneo, saturado, de longitud lateral infinita y sometido a una carga uniforme aplicada en toda el área superficial. El suelo reposa sobre una base impermeable. La disipación del exceso de presión intersticial en cualquier punto solo de producirá mediante el flujo del agua en sentido vertical ascendente ya que el gradiente hidráulico únicamente se presenta en dirección vertical.

Consideraciones Fundamentales sobre consolidación Cuando un estrato de suelo saturado esta sometido a un incremento de esfuerzos, la presión de poro del agua aumenta repentinamente. En suelos arenosos que son altamente permeables, el drenaje causado por el incremento en la presión de poro del agua se lleva a cabo inmediatamente. El drenaje del agua de los poros va acompañado por una reducción en el volumen de la masa de suelo, generándose un asentamiento. Debido al rápido drenaje del agua de los poros en los suelos arenosos, el asentamiento inmediato y la consolidación se efectúan simultáneamente. Para suelos arcillosos, que tienen baja permeabilidad. El asentamiento por consolidación depende del tiempo

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Consolidometro  Instrumento utilizado en el laboratorio para evaluar las características de compresibilidad, consolidación y de potencial de expansión del suelo.  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.

El coeficiente de consolidación (cv), que indica el grado de asentamiento del suelo bajo un cierto incremento de carga y vinculado a la velocidad del mismo. El índice de comprensibilidad (Cc), que expresa la compresibilidad de una muestra Este equipo también es usado para realizar ensayos de colapso de los suelos y expansión libre o controlada por el método edométrico El propósito fundamental del ensayo de consolidación es determinar ciertos parámetros que se utilizan para predecir la velocidad y la magnitud del asentamiento de estructuras fundadas sobre arcillas. Los parámetros que se obtienen del suelo al realizar el ensayo son:

Prueba de consolidación de laboratorio unidimensional El procedimiento de prueba de consolidación unidimensional fue sugerido por primera vez por Terzaghi (1925). Esta prueba se lleva a cabo en un consolidómetro (a veces referido como un edómetro). La fi gura 9.3 es el diagrama esquemático de un consolidómetro. La muestra de suelo se coloca dentro de un anillo de metal con dos piedras porosas, una en la parte superior de la probeta y otra en la parte inferior. Los especímenes tienen generalmente 63.5 mm de diámetro y 25.4 mm de espesor. La carga de la probeta es aplicada a través de un brazo de palanca y la compresión se mide mediante un micrómetro calibrado. Durante la prueba, la muestra se mantiene bajo el agua. Cada carga generalmente se mantiene durante 24 horas. Después de eso la carga por lo general se duplica, duplicando así la presión sobre la muestra, y se continúa con la medición de la compresión. Al fi nal de la prueba, se determina el peso en seco de la muestra de ensayo.

Consolidómetro

Gráfica de deformación en función del tiempo

Gráfico para determinar la presión de preconsolidació n

Índice de compresión Arcillas inalteradas: Arcillas remodeladas:

Índice de abultamiento Compresión y abultamiento de suelos naturales

Curva de compresibilidad representación aritmética e, e 2 p e av= coeficiente de compresibilidad

CURVA DE COMPRESIBILIDAD Tramo de Precompresión elástica Tramo Virgen Elastoplástico Tramo de Descarga Representación semilogarítmica suelo p e, e 2

ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION PRIMARIA

ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION SECUNDARIA

VELOCIDAD DE CONSOLIDACION  LA PERMEABILIDAD DEL SUELO, QUE RIGE LA VELOCIDAD DE FILTRACION DEL AGUA.  EL ESPESOR DEL ESTRATO, INFLUYE EN EL GRADIENTE HIDRAULICO Y EN EL VOLUMEN DE AGUA QUE DEBE FILTRARSE COMO EN LA DISTANCIA QUE DEBE ATRAVESAR.  EL NUMERO DE FRONTRERAS PERMEABLES DEL ESTRATO, POR LAS CUALES PUEDA EL AGUA SALIR, LO CUAL INFLUYE EN LA DISTANCIA QUE EL AGUA DEBE ATRAVESAR Y EN EL GRADIENTE HIDRAULICO.  LA RELACION DE VACIOS Y LA VELOCIDAD CON QUE ESTA CAMBIO CON LA PRESION, LO CUAL INFLUYE EN EL VOLUMEN DE AGUA Y EN LA MANERA COMO LA PRESION NEUTRA DISMINUYE CON LA PERDIDA DE AGUA.

VELOCIDAD DE CONSOLIDACION