Microsoft Word - CONSOL~1.DOC

4.1. ENSAYO EDOMETRICO O DE CONSOLIDACION.Su f i nali d a d es deter m in ar la vel o cidad y gr ado de asen t a m i en t o que expe rim e ntar una m u estra de s u el o a r cill os o s a tura do a l s o m e terla a una s e r i e d e in cre m e n tos de pr es in o c a rg a. El f e n m e no de consoli d aci n, se or i g i n a d e b i do a qu e si un su el o p a rcial o

to ta lmen te s a tur a do s e carg a , e n un co mie n zo e l agu a ex is ten t e en los poros abs o rbe r pa rt e de dicha ca rga pue s t o que esta e s i n c o m p re si ble , pe ro con el tr anscur so d e l tiem p o , escurr i r y el su el o ir ab sorb iendo esa carg a pa ul ati n a m ente. E s te proc es o de t r a n s f e r e n cia de ca rga, ori g i n a ca m b ios de vo l u m e n en l a m a sa de su el o, i g u a l e s al vo l u m e n de agua dren ad a (f i gur a

4.1 . ).

Fi gur a 4 . 1. Esquem a d e conso l id aci n en terr eno( EL E In te rnaci onal Lt da ., 1993). En suel o gr anu l ares, l a r e ducci n del vol u m en de vac os se produ ce casi insta n t ne am ente c u ando s e a p lic a la c a rga, si n em bargo e n s u el os a r cill os os to m a r m a yor tiem po, dep e ndiendo d e fact or es com o el g r ado d e sat u r a ci n , el co ef ici e n t e d e per m eab ili d a d, l a l ong it ud de la t r ayector ia que tenga qu e

r eco rrer el f l u do expu l s ado, las cond icion e s de dr enaj e y la m a g n i t u d d e l a sobreca rga. 4.1 . 1. Metodolo g a de ensayo.- E q ui po ne ces ari o .

-Un apar at o d e carga o ed m etro d e 250 kg. d e cap a ci d a d, prov ist o de un lect or d e carga y un d i al lector d e d e for m acin d e 0,01 mm . d e pr ecisi n (f i gur a 4 . 2.) .

Fi gur a 4 . 2. Ti pos de edm etro ( B ow les J., 1982). -U n c o ns ol i d m et r o , eq ui p o c o m pue st o p o r u n a c a j a de b r o n ce e s t a n c a , u n a n i l l o de b r o n c e de 6 3 m m . de di m et r o y 2 4 m m . de al t u ra c o n s u s bord e s cor t an t e s par a tallar la m u est r a, un d i sco d e m o ld eo p a r a

r e baj a r la m u est r a en un a profund i d ad d e 2 y 4 mm ., do s p i edras poro s as, do s d i scos d e p a pel filtro y un b l oqu e o pist n de carga. - Un ju ego d e m a sas p a ra alcanzar l a s presi o n e s de ensay o .

- Horno de sec a d o con ci rc ulaci n de aire y t e m p erat ura re gula ble cap a z de m a n t ener se en 110 5 C .

- Balan z a de cap aci d ad super i or a 1000 grs. y preci sin d e 0 , 01 gr .

-H e rr a m ie nta s y a c ces or ios. Cu ch illo, es p tu la, re c i p i en te s p l s tico s , escob ill a, agu a d e st ilada y cron m e tro. -Pr o c e d i m i e nt o . U n a v ez det e rm i n a d o e l pe s o d e l ani l l o de b r o n ce ( M r ) de una m u est r a i n alt e ra da de s u el o, s e talla la m u est r a de e n s a ye c on el an ill o, el cual po see su s bord e s cort antes qu e facilitan el pro c eso. Del s u e l o sobr an te , se to ma n mu e s tra s r e pr es en tativ as p a ra d e ter m i n ar : hu m e d a d n a t u ral, gr aved ad esp ec f i ca d e l o s s li do s y l m ites de consist e n c ia. L u e g o de o b t e ni da l a m u es t r a d e e n say e , de m o d o q u e l a s pi e d ra s poro s as calcen dentro d e l an ill o, se d e ber reb a jar la altura d e la m u estra. U tilizando el d i sco d e m o l d eo por su lado d e 2 mm ., se em puj a

la m u est r a y al ot ro e x t r em o, con un c u chill o s e cort a el s u el o s obra n te y se co l o ca un d i sco de p a pel f ilt ro . A con t i nuaci n, se p a sa el d i sco d e m o lde o al otro e x t r em o, em puja ndo la m u est r a con el la do de 4 mm ,

r e p iti endo el pro c edim ien t o. Por la c a r a reci n c o rta d a, se em puja l a m u est r a con el dis c o de m o l d e o por su lado d e 2 mm . y se determ in a l a alt u ra i n ici a l (H o ) d e l a prob et a y e l p e so d e l an il lo m s e l su el o (W 1 ). Sob r e cada car a d e la p r obeta, se co l o ca un a p i edr a porosa sat u r a d a , las qu e deb e n ajustar perf ectam e n t e den t ro d e l an i llo co m o se v i o en la f i gur a 4.2. Lu ego se cen t r a el conjun t o d e n t ro d e la caj a de bron ce, se co l o ca el p i st n o b l oque de carg a y se l e v a n t a el n i vel de agu a po r en ci m a de l a pi e d ra p o r os a s u pe ri o r .

Se a j usta el c o ns oli d m etro a l aparat o de ca rga y se a p lic a una c a r ga de in ici a lizacin de 0,05 kg s/cm 2 p a r a su el os b l ando s y de 0,10 kgs/cm 2 pa ra s u el os fi rm es. Si n reti ra r e s ta c a rga, se l l eva a c e r o el di al de de form aci n. La co m p resi n de la m u estra con s iste e n apli ca r el siguie n te inc r em ento de p r esi o n e s o e s c a l o ne s de ca r g a e n k g s / cm 2 : 0 , 25 - 0,50 - 1,00 - 2 , 00 -

4,00 y 8 , 00. En cada un a de ellas se r e g i st r a la lect ur a d e l d i al d e

d e for m aci n, en l o s sigu i e n t es tiem p os : 0 , 6, 15 , 30 segundo s; 1, 2 , 4 ,

8, 15, 30 m i n u t o s y 1, 2, 4 , 8, 16 , 24 hor as. Fi nalm ent e , se de sc arga la m u est r a e n sa yada, se retira el c o ns oli d m etro y d e l an il lo d e b r on ce, se extrae el to t a l d e la m u est r a, se p e sa (W 2 ) y se co l o ca a horno dur an t e 24 hor as par a d e ter m inar el p e so seco (W 3 ). - Clcu l o s y gr f icos. - Calcu l ar el r ea (A) d e la prob eta: A = * (D / 2 ) 2 ( cm 2 )

dond e: D = d i m etro in ter i or del an i l l o de bro c e ( c m . )

- Calcu l ar el vo l u m e n ( V ) : V = A * H o ( cm 3 )

dond e: H o = a l tu ra in i c ia l d e la p r o b e t a ( c m. )

-C a l c ul a r e l co nt e n i d o de h u m e da d i n i c i a l ( w i ) de l a probet a, el que se com p a r a c o n a q uel obte ni do a tra v s de una m u est r a re prese n t a ti va , m e diante l a si guie nt e e xpresi n: w i = ( ( W 1 - Mr ) - W 3 ) / W 3 * 100 ( % )

dond e: M r = pe s o del a n i l l o de b r o n c e ( g r s . )

W 1 = p e so d e l an ill o m s l a prob eta (gr s .) W 3 = p e so d e la prob eta seca (gr s .) - C a l c ul a r e l co nt e n i d o de h u m e da d fi na l ( w f ) d e la prob et a (supon iendo S = 100%), m e d i an te la si gu i e n t e expresin :

w f = ( W 2 - W 3 ) / W 3 * 100 ( % )

dond e: W 2 = pe s o de l a p r o b et a l u e g o de en say a da ( g rs . )

-Calcu l ar l a alt u ra de s li do s (H s) d e la prob eta: Hs= W 3 / ( G s * w * A ) ( cm )

dond e: G s = val o r de la gra v e d ad e s pe cfica de l o s sli dos w = de n s i d a d del a g ua ( v al o r 1) Si no se cono ce el valor d e G s , la alt u ra de s li dos (H s) de la prob eta, s e pu ed e ca lcu l ar una v e z con c lu do e l en sa yo, me d i an te la e xpre s in :

Hs = ( H o - H ) - ( W 2 - W 3 ) / A ( cm )

dond e: H = as en ta mi e n to to ta l d e l a p r o b e t a (c m. )

-C a l c u l ar la a l tu r a in i c ia l d e v a c o s (Hv o ) de la prob et a, m e d i ante la expresi n : Hv o = Ho - Hs ( cm )

-Calcu l ar el gr ado d e sat u raci n i n ici a l (S o ) de l a prob et a: S o = ( ( W 1 - Mr ) - W 3 ) / ( Hv o * A ) * 100 ( % )

- C a l c u l ar la r e la c i n d e v a c o s in i c ia l ( e o ) d e la prob et a: e o = Hv o / Hs -Calcu l ar la altur a pro m ed io (H) para cad a in crem en to de carg a , m e d i ante la expresin : H = ( H i + Hf ) / 2 ( cm )

dond e: H i = a l tu ra in i c ia l d e la mu es t r a ( c m. )

Hf = altura f i n a l d e la m u estra (cm . )

-C a l c ul a r l a al t u r a de va c os (H v ) pa ra c a d a i n c r em ent o de ca r g a , m e d i ante la expresin : Hv = H f - H s ( cm )

-Calc ula r l a rel aci n de vac os (e ) pa ra ca da i n crem ent o de c a r ga , m e diante l a e xpresi n: e = Hv / Hs -Calcu l ar l a defo r m acin un it ar ia ( ) pa ra ca da i n c r em ent o de ca rga , m e diante l a e xpresi n: = H / Ho dond e: H = l e ct u r a fi nal del di al de d e f o rm aci n (cm . )

-Calcu l ar l a long it ud pro m ed i o d e l a t r ayect or ia del dren aj e (H 2 ) pa ra ca da i n cre m ento de ca rga , m e dia n t e la si guie nte expresi n: H 2 = ( H / 2 ) 2 ( cm 2 )

-Ob tener l o s p a r m e tro s d e con s oli d aci n por uno de l o s do s m todos esta bl eci dos .

-Mt odo de la raz cu adr a da del ti empo o d e Tayl or . Consist e en gr af icar la curva lecturas d e d i al contra r a z cu adr a da del tiem p o p a r a ca da i n c r e m ento de ca rga . Por s u pa rt e rect a s e traza una ta nge n te , pro l ong ndo la h a st a cor t ar la o r den a d a , ob t e niendo as el or i g en corr eg ido (D s ). Por est e punt o s e tra za una lne a re cta c o n una i n cli n a c in del 15% ma yo r a la tange n t e , ha sta cor t ar la curva , cu ya in ters e c c i n pro y ectada en la ord e nad a corr espond er al 90% de con s oli d aci n (D 9 0 ) y en la absci s a al tiem p o d e 90% de consoli d aci n ( T 9 0 ). El 100% d e con s o l i d aci n (D 1 0 0 ) se ob tiene med i an te l a sigu i e nte expresi n :

D 1 0 0 = D s - ( 10 / 9 ) * ( D s - D 9 0 )

- M t o d o d e l l o ga ri t m o del t i em po . C o ns i s t e e n g r a f i c a r l a c u r v a

l ect u r as d e di al c o n t ra l o ga ri t m o del t i e m po pa ra ca da i n c r e m ent o de ca r g a . Po r s u s pa rt e s re ct a s (e n el m e di o y f i nal de l a cu r v a ) , s e

tr azan t a ng en t e s cu y a i n t e rsecci n pro y ect a da en la o r denada corr espond er al 100% de con s oli d aci n (D 1 0 0 ) y en la absci s a al tiem p o d e 100% de con s oli d aci n ( T 1 0 0 ). El or i g en corr eg i do (D s ) se obtie ne sel ecci ona ndo e n l a c e r c a n a de 0.1 , un t i em p o T 1 y uno T 2 = 4*T 1 . D e sde T 1 a T 2 se m i d e la o r de n a da y e s t e val o r se fi ja ve rt i cal m e nt e s o br e T 1 .La op er acin se repite para otro s t r es pun t o s, l o s que d e ben estar en una re cta aproxim a da. L a i n te rs ecci n c o n la ordena da det e rm ina el val o r de D s . El 50% d e conso l i d aci n (D 5 0 ) se ob tiene m e d i an t e : D 5 0 = ( D s + D 1 0 0 ) / 2-Calcu l ar el co ef i c ien t e d e consoli d aci n ( C v ) , por el m to do d e la r a z cu a d ra da del t i em po o d e Ta y l o r :

C v = ( 0 , 848 * H 2 ) / T 9 0 ( cm 2 /seg )-Ca lcu l ar e l co ef ic ie n t e d e con s olid a c i n ( C v ), por el m todo d e l log a ritm o d e l ti em p o :

C v = ( 0 , 197 * H 2 ) / T 5 0 ( cm 2 /seg )-Calcu l ar l a razn pr im ar ia de co m p r e si n (r) , por el m todo de la r a z cu adrada del ti em p o o de Tayl o r :

r = ( 10 / 9 ) * ( D s - D 9 0 ) / ( D o - D f )

dond e: D o = lect ura de l dial de c o m p resi n al tiem po ce ro (cm )

D f = l ect u r a de l di al de c o m p resi n al fi nal d e l e n say o ( c m )-Calcu l ar l a r azn pr im ar ia de co m p resin (r ), por el m todo d e l log a ritm o d e l ti em p o :

r = ( D s - D 1 0 0 ) / ( D o - D f )- G r a f i c a r l a cu r v a re l aci n d e va c os (e ) c o nt ra l o ga ri t m o de p r e s i n .

La pe ndi e nte de s u pa rt e re cta det e rm ina el n dic e de com p re si n (C c ) : C c = e / ( l o g ( P 2 / P 1 ) )

dond e: e = di fe re n c i a de va c os pa ra d o s l o ga ri t m o de p r e s i n (P 1 y P 2 ) d e la recta. - Gr af icar la curva defor m acin un itar i a ( ) v/ s l o ga ri t m o de p r e s i n .

La pend ien t e d e su par t e r ecta d e ter m in a la relacin d e co m p r e si n (C c ) : C c = / ( log ( P 2 / P 1 ) )

dond e: = di fe re n c i a de de f o rm aci n u n i t a ri a pa r a d o s l o ga ri t m o de pr esi n (P 1 y P 2 ) d e la r e cta. -Gr af icar la curv a pr es in ( P ) con t ra r e la c i n d e v a c os ( e ). La pe n d i e nt e de s u pa rt e re ct a de t e rm i n a el c o e f i c i e nt e d e co m p resi bilid ad (a v ): a v = e / p

dond e: e = d i f e r e n c i a de va c os pa r a d o s l o g a ri t m o de p r esi n ( P 1 y P 2 ) d e la recta. p = P 2 - P 1Este c o e f i c ie nte s e pue d e cal cul a r ta mb in, en fun c i n del nd i ce de co m p r e si n, m e d i an t e la si gu i e n t e expr esi n :

a v = ( 0,435 * C c ) / Pdond e: P = presi n pro m ed i o en la obtenci n de C c-D e la curv a lect ur a d e dial v / s log. del tiem p o, la p e nd i e n t e de la r a ma s ecund ar ia d e ter m in a e l co ef ic ien t e d e co mpr e s i b ilid a d secundar i a ( C ). C = h / ( l og ( T 2 / T 1 ) )dond e: h = di fe re n c i a de a l t u r a pa ra d o s l o ga ri t m o de t i em po (T 1 y T 2 ) de la r a m a secundar i a. - Ca lcu l ar el co ef ic ien t e d e comp r e s i b i lid ad vo lu m tr ic a ( m v ): m v = a v / ( 1 + e o )-Calcu l ar el co ef icien t e d e p e r m eab i lid a d (K) en funcin d e lo s r e su ltados ob ten i dos p a r a cad a i n cr em ento d e carga: K = ( C v * a v * w ) / ( 1 + e o ) ( cm /seg )

- Ob serv acion es. -La pr ep araci n d e l a probeta d e ber ser r e alizada d e n t ro de un a sal a o cm ara hm eda. -La probet a al m o men t o d e en say o , d e b e r qu edar or ien t ad a en la m i s m a di recci n que oc upa ba e n el e s trato ori g i n al. -Este ensayo es un i d im en si on al, por el hecho de qu e un an il lo m e tlico rod e a la prob et a y no p e r m ite el f l ujo o m o v i m i en to del agua en un sen t i do lateral co mo suced e en terreno. -C o n el o b j et o de l i m pi ar c o m p l e t a m e nt e l o s p o r os de l a s pi e d ra s poro s as, estas se l a var n y escob ill ar n , pa ra lu ego s a tur a r l as con agua desti l ada. -D e pend iendo de la cap a ci d a d de carg a d e l ed m etro, es posi b l e ob tener esfu er zos i g u a l e s o sup e r i or es a 16 kgs/cm 2 .

-G e ner a lm en te el v a l o r del coef ici e n t e de conso l i d aci n ( C v ) es m a yor por el m todo d e Taylor. -S i se de s e a cono cer e l coef icie n t e d e re co mp re s i n ( C r ), co n c lu d a la de sc arga, se vuel v e a ca rga r la probet a e n 2, 4 y 8 kgs/c m 2 , g r a f i c a n d o l o s r e s u l t a d o s a c o nt i n ua ci n de l a c u r v a de de sca r ga . L a

pe n d i e nt e de e s t a n u e v a c u r v a det e rm i n a el val o r de C r . C r = e / ( log ( P 2 / P 1 ) )

-Si se d e se a c o n o ce r el co e f i c i e nt e de e x pa n s i n o hi nc h a m i ent o (C s ), concl u i d a la co m p resi n d e la prob e t a, s e d e s c arg a es ta a 4 , 2 y 1 kg /cm 2 e n al m e nos 12 horas de a p l i caci n para c a d a una . L o s

r e su ltados ob t e n i dos se gr af i c an a continu a ci n d e la cu rv a relaci n d e vac os con t ra l o g a r itm o de presi n. La p e ndien t e d e esta nu eva curva dete rm ina el valor de C s . C s = e / ( l o g ( P 2 / P 1 ) )

-En c a so d e quer e r r e a liz ar e l en sa yo p a ra ar en as, g r av illa s o pa ra m u estras rem o lde a d a s , s e pue d e em plea r un e d m etro e s peci al de gra n d i m etro propu est o por R o we y Bard en (1966) co m o se pued e ver en l a

f i gur a 4 . 3. Fi gur a 4 . 3. Ed m etr o R o w e . Fu en t e : Espin a ce R . , 1984. Est e a p a r at o t i e n e gr a n de s ve nt a j a s co n re s p e c t o a l o s ed m et r o s conven c i o n a l e s, pu es no pr esen t a i n conv en i e n t es co m o el con t ro l de dr enaj e, me d i c i n d e pr e s ion e s ins t ersticial e s, ex i s tencia de fricci n lateral , et c. La c a rga ve rti cal s e a p lica por m e di o de presi n de a g ua que act a s obre un a me mb r a n a f l ex ib le d e go ma . L a s mu estr as ens a ya da s tien en un d i m etro d e 10 (25,4 cm .) y un a alt u r a ap rox i m a d a de en t r e 8 y 9 cm . dep e nd iendo d e l ti po de dren poro s o y p l aca u tili zad a .

UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAISO ESCUELA DE INGENIERIA EN CONSTRUCCION LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS

ENSAYO EDOMETRICO ( CONSOLIDACION )Proyecto : Ubicacin : Descripcin del suelo : Fecha de muestreo : Fecha de ensayo :

Caractersticas de la muestraDimetro interior del molde ( cm ) : Area de la muestra ( cm2 ) :

Altura inicial de la muestra ( cm ) : Volumen inicial de la muestra ( cm3 ) :

Gravedad especfica de los slidos : Altura de slidos ( cm ) :

Altura inicial de vacos ( cm ) : Saturacin inicial ( % ) : Relacin de vacos inicial :

Humedades

Peso del molde

Peso del molde + suelo hmedo inicial

Peso del suelo seco

Humedad inicial ( % )

Peso del molde + suelo hmedo final

Humedad final ( % ) ( Suponiendo S = 100 % )

Carga aplicada : kgsPresin : kgs / cm2

Fecha y horaTiempo ( minutos ) tiempoLectura del dial ( mm )

0

0,1

0,25

0,5

1

2

4

8

15

30

60

120

240

480

960

1440

Mtodo del logaritmo del tiempo

Logaritmo del tiempo ( minutos )Mtodo de Taylor ( raz cuadrada del tiempo )Lectura dial(mm)Raz cuadrada del tiempo ( minutos )

Parmetros de consolidacin

PresinKg/cm2Lectura dialinicial finalAlturade vacosRelacinde vacosDeformUnita riaAlturapromedi oLongitud

promedioTiemposT50 T90Coef.consolidac. Taylor Log ( t

)

0

0,25

0,50

1,00

2,00

4,00

8,00

Grfico relacin de vacos ( e ) contra logaritmo de presinrelacin de vacos ( e )

Cc =Cs =Cr =log presin

Grfico deformacin unitaria ( ) contra logaritmo de presinDeformacin unitaria ( )Cc =log presinGrfico relacin de vacos ( e ) contra presinrelacin de vacos ( e )av =mv =presin ( Kg / cm2 )Observaciones :

Lectura dial ( mm )