ASTM D 2435-90
     AASHTO T 216

  ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN
UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS


          Competencias Técnicas...
ALCANCE


 Este ensayo describe el procedimiento para determinar
el grado de asentamiento que experimenta
    g           ...
EQUIPO
Aparato de carga.- con
una precisión de ± 0.5%
de la carga aplicada
            aplicada.      Piedras porosas.-


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EQUIPO

Anillo cortante cilíndrico.- con altura
2.54 cm y el diámetro de 6.35 cm.




Deformímetro.- con una sensibilidad ...
EQUIPO
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horno                     determinar el contenido de hum...
MUESTRA DE ENSAYO
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  generalmente se utilizan
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  Retire la capa de parafina de las paredes del bloque
  inalterado.
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PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Extraiga la muestra del anillo
cortante y determine la altura
inicial (Ho) y el diámetro (D)
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Inserte la muestra en el anillo de
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PROCEDIMIENTO
 Coloque la caja de consolidación en el dispositivo de
 carga poniendo sobre la muestra el disco móvil de
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para suelos firmes y de 2 ó 3 kPa
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de carga debe ser de 24 horas.
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Para disminuir la expansión durante la descarga,
deberá descargarse la muestra hasta la carga
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Seque la muestra en el
horno hasta una masa
constante         a      una
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(230 9 F), ...
CÁLCULOS
  Calcule el contenido de humedad inicial y final,
  mediante la siguiente ecuación:
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CÁLCULOS
  Contenido de humedad final:




Donde:

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CÁLCULOS

 Calcule la densidad seca inicial de la muestra, como
 se indica:


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  Calcule el volumen de los sólidos como se indica:
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  Calcular la altura de los sólidos, como sigue:


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  Si no se conoce el valor de G, la altura de sólidos (Hs)
  de la probeta, se puede calcular una vez concluido ...
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Calcule la relación de vacíos inicial y final mediante la
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Por lo tanto, la altura final se determina así:



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Donde:

Ho=Altura inic...
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  Calcule el grado de saturación inicial y final, mediante la
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  Calcule la relación de vacíos para cada incremento
  de
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Método del Logaritmo del Tiempo
Se grafica en escala semilogarítmica la curva
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 Procedimiento para determinar el 100, 0 y 50%
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Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo
• Se grafica en escala aritmética la curva deformación
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  Procedimiento para determinar el 0, 90 y 100% de
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  consolidación primaria:

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Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo

   Calcule el coeficiente de consolidación para cada
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 Calcule el coeficiente de consolidación para cada
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Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo

Grafique la curva relación de vacíos (e) versus
presión (P) en escala semilogarítmi...
Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo



• Esta gráfica es conocida como: Curva de
  compresibilidad, que permite determin...
Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo
Carga de Preconsolidación
    Estime el punto máximo de curvatura, en la rama de
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Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo
Índice de compresión
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  La pendiente de la curva virgen del tramo de ...
Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo
Índice de expansión
  La pendiente de la parte recta del tramo de
  descarga determi...
Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo
Coeficiente de compresibilidad

  La pendiente de la curva virgen del tramo de carga...
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   Determine y registre el coeficiente de permeabilidad
   (k), mediante la siguien...
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Donde:
Cv1=Coeficiente de compresibilidad correspondiente a la
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Consolidación Unidimensional de los Suelos

  1. 1. ASTM D 2435-90 AASHTO T 216 ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  2. 2. ALCANCE Este ensayo describe el procedimiento para determinar el grado de asentamiento que experimenta g q p una muestra de suelo al someterla a una serie de incrementos de presión o carga. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  3. 3. EQUIPO Aparato de carga.- con una precisión de ± 0.5% de la carga aplicada aplicada. Piedras porosas.- Caja de lid ió consolidación.- Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  4. 4. EQUIPO Anillo cortante cilíndrico.- con altura 2.54 cm y el diámetro de 6.35 cm. Deformímetro.- con una sensibilidad d D f í t ibilid d de 0.01 mm (0.00254 in). Balanza.- Con aproximación a 0.01 g Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  5. 5. EQUIPO Otros equipos.‐ Recipientes para horno determinar el contenido de humedad de acuerdo con la norma ASTM D 2216, sierra de alambre, cuchillos, calibrador, cronómetro y agua destilada. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  6. 6. MUESTRA DE ENSAYO Para este ensayo generalmente se utilizan muestras inalteradas (ASTM D 3550) obtenidas de bloques inalterados grandes fabricados y sellados con parafina en el campo. El almacenamiento de muestras2: selladas cubierta con parafina Nº Muestra inalterada deberá ser Foto N parafina. tal que no pierdan humedad y que no haya evidencia de secamiento parcial ni de contracción de los extremos de la muestra. El tiempo de almacenamiento deberá reducirse al mínimo. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  7. 7. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Retire la capa de parafina de las paredes del bloque inalterado. inalterado Inserte el anillo cortante en el bloque inalterado y recorte la muestra utilizando un cuchillo o Foto Nº 3: Toma de muestras con el anillo cortante sierra de alambre. en el bloque inalterado. Enrase las caras superior p e inferior de la muestra con un cuchillo y llene los vacíos con el material recortado. Foto Nº 4: Enrasado de las superficies planas de la muestra Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  8. 8. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Extraiga la muestra del anillo cortante y determine la altura inicial (Ho) y el diámetro (D) de la muestra tomando el promedio de por lo menos tres medidas. did Foto Nº 5: Medición de la muestra Calcule el volumen inicial (Vo) de la muestra en muestra, función del diámetro y de la altura inicial de la muestra. Pese el anillo de consolidación y registre su masa g (Manillo), con una precisión de 0.01 g. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  9. 9. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Inserte la muestra en el anillo de consolidación y d t lid ió determine l i la masa inicial de la muestra (MTo) pesando el conjunto anillo más muestra y restando la masa del anillo. Obtenga dos o tres Foto Nº 6: Peso del anillo más muestra. determinaciones del contenido de humedad inicial, utilizando el material recortado de la muestra, de acuerdo con la norma ASTM D 2216. Foto Nº 7: Contenido de humedad inicial. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  10. 10. PROCEDIMIENTO Humedezca l piedras porosas y el papel filt si el H d las i d l l filtro i l suelo está parcialmente saturado o manténgalas secas si el suelo es expansivo expansivo. Ensamble la caja de consolidación colocando la muestra entre papel filtro y las piedras porosas. Foto Nº 8: Ensamblado de la caja de consolidación. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  11. 11. PROCEDIMIENTO Coloque la caja de consolidación en el dispositivo de carga poniendo sobre la muestra el disco móvil de acero para uniformizar la carga. Coloque el deformímetro en el aparato de carga con su dispositivo para sujetarse. Foto Nº 9: Colocación del deformímetro. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  12. 12. PROCEDIMIENTO Aplique una carga de asentamiento de 5 kPa (100 lb/ft2) para suelos firmes y de 2 ó 3 kPa (alrededor de 50 lb/ft2) para suelos blandos, (para producir estas p presiones se deben aplicar cargas p g de 160 y 80 g respectivamente). Foto Nº 10: Colocación de carga de asentamiento. Aplicada la carga de asentamiento llene con agua la caja de consolidación y deje que la muestra se sature. Foto Nº 11: Saturación de la muestra. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  13. 13. PROCEDIMIENTO Coloque cargas sobre el consolidómetro para q g p obtener presiones sobre el suelo de aproximadamente 30.40, 61.80, 123.60, 248.20, 495.40, 991.80 495 40 991 80 etc. kP ( t kPa, (para producir estas d i t presiones se deben aplicar cargas de 1, 2, 4, 8, 16, 32 Kg respectivamente) Antes de aplicar un respectivamente). incremento de presion, registre la altura de la muestra. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  14. 14. PROCEDIMIENTO La duración de cada incremento de carga debe ser de 24 horas. Inmediatamente aplicado cada incremento de carga ponga en carga, marcha el cronómetro y registre las lecturas de deformación de la muestra a intervalos de 0.1, 0.25, Foto Nº 12: Colocación de cargas 0.5, 1, 2, 4, 8, 15 y 30 minutos y 1, sobre el aparato de consolidación. 2, 4, 8, y 24 horas. Una vez tomada la última lectura con el último incremento de carga, descargue el suelo mediante reducciones de carga. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  15. 15. PROCEDIMIENTO Para disminuir la expansión durante la descarga, deberá descargarse la muestra hasta la carga establecida de 5 kPa (100 lb/ft2) para suelos firmes y de 2 ó 3 kPa (alrededor de 50 lb/ft2) para suelos blandos. Una vez que se ha concluido el ensayo, q quite la carga final y desarme rápidamente la caja de g p j consolidación. Pese la masa de la muestra extraída de la caja de consolidación (MTf) pesando el conjunto anillo más muestra y restando l masa d l anillo, con una t t d la del ill precisión de 0.01 g. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  16. 16. PROCEDIMIENTO Seque la muestra en el horno hasta una masa constante a una temperatura de 110 5 C (230 9 F), pese su masa seca (MSf) y determine el contenido de humedad Foto Nº 13: Secado al horno de la muestra. muestra final, (Wf) de acuerdo con la norma ASTM D 2216. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  17. 17. CÁLCULOS Calcule el contenido de humedad inicial y final, mediante la siguiente ecuación: Contenido de humedad inicial: Donde: MHO=Peso del recipiente + muestra húmeda antes del ensayo, g. ensayo g MS=Peso del recipiente + suelo seco antes del ensayo, g. M recipiente=Peso d l recipiente, g. P del i i Wo=Contenido de humedad inicial, % Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  18. 18. CÁLCULOS Contenido de humedad final: Donde: MTf=Peso del anillo + muestra húmeda después del Peso ensayo, g. MSf=Peso del anillo + suelo seco después del ensayo, g. p y ,g M anillo=Peso del anillo, g. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  19. 19. CÁLCULOS Calcule la densidad seca inicial de la muestra, como se indica: M ρ d = Sf V o Donde: Ρd=Densidad seca de la muestra, g/cm3 ó Kg/m3. Vo=Volumen inicial de la muestra, cm3 ó m3. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  20. 20. CÁLCULOS Calcule el volumen de los sólidos como se indica: sólidos, M Vs = Sf G * ρw Donde: Vs=Volumen de sólidos, cm3. G=Gravedad específica de los sólidos. G G d d ífi d l ólid Ρw=Densidad del agua, 1.0 g/cm3 ó Mg/m3. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  21. 21. CÁLCULOS Calcular la altura de los sólidos, como sigue: V s H s = A Donde: Hs=Altura de sólidos, cm (in). A=Área de la muestra, cm2 (in2). Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  22. 22. CÁLCULOS Si no se conoce el valor de G, la altura de sólidos (Hs) de la probeta, se puede calcular una vez concluido el ensayo, ensayo mediante la expresión: H = (H −∆H) − (M Tf − MSf ) s o A Donde: Ho=Altura inicial de la muestra, cm (in). ∆H=Asentamiento total de la muestra al finalizar el ensayo, cm (in). Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  23. 23. CÁLCULOS Calcule la relación de vacíos inicial y final mediante la final, siguiente ecuación: Relación de vacíos inicial H − H eo = o s H s Relación de vacíos final H −H ef = f s H s Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  24. 24. CÁLCULOS Por lo tanto, la altura final se determina así: Hf = Ho – ∆H Donde: Ho=Altura inicial de la muestra, cm (in). Hf=Altura final de la muestra para cada incremento de carga, cm (in). Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  25. 25. CÁLCULOS Calcule el grado de saturación inicial y final, mediante la siguiente ecuación: Grado de saturación inicial So = M To − M Sf * 100 A * ρ w * (H o − H s ) Grado de saturación final Sf = M Tf − M Sf *100 A * ρw * (H f − H s ) Donde: D d So=Grado de saturación inicial, % Sf=Grado d saturación fi l % G d de t ió final, Ρw=Densidad del agua= 1 g/cm3 Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  26. 26. CÁLCULOS Calcule la relación de vacíos para cada incremento de d carga, mediante l siguiente ecuación: di t la i i t ió ∆H c e = eo − Hs Donde: eo=Relación de vacíos inicial. e ac ó ac os c a ∆Hc=Variación de asentamiento para cada incremento de carga, cm (in). Hs=Altura de sólidos, cm (in). Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  27. 27. CÁLCULOS Calcular la altura final para cada incremento de carga, mediante l siguiente ecuación: di t la i i t ió Donde: ∆Hc-1=Variación del asentamiento para un incremento de carga anterior, cm (in) t i (i ) Hfc=Altura final para cada incremento de carga , cm (in) Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  28. 28. CÁLCULOS Calcular la altura promedio (H) para cada incremento de carga, mediante la siguiente expresión: H o + H fc H= 2 Donde: D d Ho=Altura inicial de la muestra, cm ó mm. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  29. 29. CÁLCULOS Calcular la longitud promedio de la trayectoria de drenaje (Hm), para cada incremento de carga, mediante la siguiente expresión: H Hm = 2 Donde: H=Altura promedio para cada i H Alt di d incremento d carga, cm t de (in). Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  30. 30. Método del Logaritmo del Tiempo Se grafica en escala semilogarítmica la curva deformación (ordenadas) vs log tiempo (abscisas ). ( ) g p ( ) Fig. 5.1 Curva deformación versus Log tiempo Fuente: Norma ASTM D 2435 – 90 Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  31. 31. Método del Logaritmo del Tiempo Procedimiento para determinar el 100, 0 y 50% teórico de consolidación primaria: • Trace una línea recta (C) a través de los puntos que representan las lecturas finales y que exhiben una tendencia recta y una inclinación suave. • Trace una segunda recta tangente a la parte más pronunciada de la curva (D) La intersección entre las (D). dos rectas representa la deformación d100, y tiempo t100, correspondiente al 100% de la consolidación primaria. La consolidación que sobrepase el 100% se define como consolidación secundaria. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  32. 32. Método del Logaritmo del Tiempo Procedimiento para determinar el 100, 0 y 50% teórico de consolidación primaria: • Determine la deformación que representa el 0% de la consolidación primaria escogiendo un punto de la primaria, curva próximo al eje de deformaciones (t1), observe el tiempo que le corresponde, localice sobre la curva el punto cuya abscisa sea cuatro veces l d l punto t b i t la del t originalmente elegido (t2); la diferencia de ordenadas entre ambos puntos se duplica y éste valor se lleva a partir d l segundo punto mencionado, sobre una ti del d t i d b paralela al eje de ordenadas obteniéndose de este modo un tercer punto sobre el cual se hará pasar una paralela al eje d l ti l l l j de los tiempos que es l que d fi la define ell 0% teórico de consolidación. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  33. 33. Método del Logaritmo del Tiempo Procedimiento para determinar el 100, 0 y 50% p , teórico de consolidación primaria: Al punto medio d l segmento entre el 0 y 100% t di del t t l teóricos de consolidación corresponderá el 50%. El tiempo correspondiente a este porcentaje t50, queda determinado por l abscisa d l punto d i t d t i d la b i del t de intersección ió de la curva y una paralela al eje de los tiempos, trazada por el punto medio del segmento. La determinación de t50 debe hacerse para cada una de las curvas obtenidas en el proceso de consolidación. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  34. 34. Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo • Se grafica en escala aritmética la curva deformación (ordenadas) vs raíz cuadrada del tiempo (abscisas ). Fig. 5.2 Curva deformación versus raíz cuadrada del tiempo Fuente: Norma ASTM D 2435 – 90 Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  35. 35. Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo Procedimiento para determinar el 0, 90 y 100% de p , consolidación primaria: • Trace una segunda línea recta (C) tomando dos o más puntos de la línea correspondiente del 0% de consolidación y multiplique las abscisas correspondientes por l di t la constante 1 15 L t t 1.15. La intersección de ésta con la curva define por su abscisa el tiempo que corresponde al t90. • La deformación al 100% de la consolidación primaria es 1/9 mayor que la diferencia entre las deformaciones a 0 y 90% de consolidación. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  36. 36. Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo Procedimiento para determinar el 0, 90 y 100% de consolidación primaria: • T Trace una lí línea recta (A) a t é d l puntos que t través de los t representan las lecturas iniciales que muestra una tendencia de línea recta. Extrapole la línea hasta t = 0 y obtenga la ordenada de deformación que representa el 0% de la consolidación primaria. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  37. 37. Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo Calcule el coeficiente de consolidación para cada incremento de carga, como sigue: Para curva deformación versus log tiempo 0.197 xHm 2 H Cv = t 50 Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  38. 38. Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo Calcule el coeficiente de consolidación para cada incremento de carga, como sigue: g , g Para curva deformación versus raíz cuadrada del tiempo Donde: Cv= Coeficiente de consolidación cm2/s consolidación, /s. Hm2=Longitud promedio de la 0.197 xHm2 trayectoria de drenaje para cada y j Cv = t 50 incremento de carga. t50, 90=Tiempo correspondiente al grado d consolidación para 50% ó d de lid ió 90%, s ó min. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  39. 39. Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo Grafique la curva relación de vacíos (e) versus presión (P) en escala semilogarítmica. Fig 5.3 Curva relación de vacios versus presión Fig. 5 3 Fuente: Norma ASTM D 2435 – 90 Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  40. 40. Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo • Esta gráfica es conocida como: Curva de compresibilidad, que permite determinar la carga de preconsolidación Pc en kg/cm2, los índices de Pc, compresión, expansión y compresnsibilidad, de la s gu e e a e a siguiente manera: Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  41. 41. Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo Carga de Preconsolidación Estime el punto máximo de curvatura, en la rama de carga (B). En el punto (B) dibuje una línea tangente (C), y una línea paralela al eje de las presiones (D), y trace la bisectriz d estas d rectas (E) bi t i de t dos t (E). Extienda una tangente que pase por la parte lineal de la c r a de carga (c r a virgen) (F) hasta la curva (curva irgen) (F), intersección con la bisectriz (E) en el punto (G). La L proyección d l punto (G) sobre el eje d l ió del t b l j de las abscisas define la carga de preconsolidación, Pc. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  42. 42. Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo Índice de compresión p La pendiente de la curva virgen del tramo de carga determina el índice de compresión Cc, mediante la siguiente expresión: ∆e e1 − e2 Cc = = ∆P log P 2 − log P1 Donde: ∆e=Variación de la relación de vacíos. ∆P=Variación de los logaritmos de la presión. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  43. 43. Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo Índice de expansión La pendiente de la parte recta del tramo de descarga determina el índice de expansión Ce, mediante la siguientes expresión: e3 − e2 Ce = log P 2 − log P3 Donde: e3– e2=Variación d l relación d vacíos. 3 2 V i ió de la l ió de í P2-P3=Variación de los logaritmos de la presión. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  44. 44. Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo Coeficiente de compresibilidad La pendiente de la curva virgen del tramo de carga determina el índice de compresibilidad av, mediante la siguiente expresión: g p ∆e e2 − e1 av = − =− ∆P P 2 − P1 Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  45. 45. Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo Determine y registre el coeficiente de permeabilidad (k), mediante la siguiente ecuación: C * a v * ρ k = vm w 1 + e m Por lo tanto Cvm y em, se determinan así: Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  46. 46. Método de la Raíz Cuadrada del Tiempo Donde: Cv1=Coeficiente de compresibilidad correspondiente a la presión del punto e1. Cv2=Coeficiente de compresibilidad correspondiente a la presión del punto e2. Cvm=Media aritmética entre el coeficiente Cv1 y Cv2. Em=Media aritmética entre e1 y e2. K=Coeficiente de permeabilidad en cm2/ s. Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
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