Ensayo consolidación suelos arcilla

MECAANICA DE SUELOS II 1
DOCENTE: ING. S. MUÑOZ
ENSAYO DE CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL
LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS II
ALUMNO: TINTAYA HUISA LUIS A.
AREQUIPA - 2013

1. INTRODUCCION
El ensayo de consolidación, también llamado ensayo de compresión confinada, esde
gran importancia, debido a que la consolidación es un problema natural de los suelos
finos, como arcillas y limos, y todas las edificaciones fundadas sobre este tipo de suelo
enfrentarán este fenómeno. Por lo anterior es de vital importancia conocer la velocidad
de asentamiento total y diferencial de la estructura.
La consolidación es el proceso de asentamiento de los suelos antes mencionados,
cuando están saturados y sujetos a incrementos de carga debido a la disipación de la
presión de poros.
Todo lo anterior se refleja en los resultados obtenidos a partir del ensayo, el cual
entrega la curva de esfuerzo deformación, la presión de pre consolidación y el
coeficiente de consolidación.
El ensayo de consolidación es un ensayo bastante complicado debido a que tiene un
complejo procedimiento, en el cual debemos ver cómo va variando el volumen del suelo
al aplicar la carga, con una duración de 2 semanas aproximadamente, aunque en nuestro
caso se verá una forma simplificada del ensayo, ya que por motivos de tiempo y espacio
en el laboratorio no se podrá hacer completo. Este ensayo esta estandarizado por la
norma norteamericana ASTM D-2435.
2. OBJETIVOS
Al terminar este trabajo en el laboratorio el alumno será capaz de:
 Reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar
el ensayo de consolidación, aprendiendo las características de cada uno, y los
cuidados que se deben tomar para realizar la experiencia.
 Obtener datos a partir de los ensayos y anotarlos en una tabla ordenada diseñada
especialmente para este ensayo.
 Interpretar los datos obtenidos a través de formulaciones, tablas y gráficos, de
manera que permitan sacar conclusiones sobre el ensayo realizado.
 Comprender la experiencia realizada, asimilando la metodología y procedimientos
usados en el ensayo, incluido el tiempo e intervalos de medición.
 Conocer la magnitud y rapidez de los cambios de volumen de una muestra al ser
sometida a un ensayo de consolidación.
 Construir las curvas de consolidación y establecer los puntos importantes a través del
método de Casagrande, para la determinación de las características de
compresibilidad del suelo y rapidez de consolidación.
 Aprender experimentalmente el fenómeno de la consolidación.

3. MARCO TEORICO
COMPRENSIBILIDAD DE ESTRATOS CONFINADOS
No es fácil estudiar el caso general de compresión, pero cuando se considera la
compresión en una sola dirección el análisis es más sencillo. Un estrato de suelo puede
cargarse por la aplicación de una presión sobre su superficie, como puede ser
naturalmente por sedimentación sucesiva en las capas superiores, o artificialmente por
el emplazamiento de terraplenes, estructuras o fundaciones.
Cuando un estrato de gran área en comparación con su espesor se carga uniformemente,
todos los elementos de suelo a cada profundidad se encuentran confinados por los
elementos adyacentes que están bajo el mismo estado de carga. De esta forma, se
mantiene la posición relativa de las partículas sólidas ubicadas sobre un mismo plano
horizontal y el movimiento de las mismas sólo puede ocurrir en dirección vertical. El
hecho de que los desplazamientos horizontales de la arcilla sean o no nulos depende de
varios factores. Si el estrato de arcilla es relativamente delgado y está confinado entre
estratos de arena, grava o materiales más rígidos, o si el estrato de arcilla aun siendo
grueso, contiene gran cantidad de capas delgadas de arena, ocurre que la deformación
lateral de la arcilla se restringe tanto que puede despreciarse en comparación a los
desplazamientos verticales.
Al ocurrir la compresión de un suelo, como se explicó anteriormente, tiene lugar un
escape de agua de los poros. Este escape se produce de acuerdo a la ley de Darcy. Si el
suelo tiene bajo coeficiente de permeabilidad, se requerirá un largo tiempo para que se
desarrolle completamente el fenómeno descrito. El proceso gradual que involucra una
disminución de volumen y un escape del agua, provocado por un aumento de presión
efectiva sobre el suelo y que tiene lugar a lo largo de un cierto lapso, se denomina
consolidación. Cuando se aplica una carga a un suelo se produce un incremento de las
presiones totales en el mismo. Si el suelo se encuentra saturado, inicialmente este
incremento es absorbido por el agua intersticial, y luego va transmitiéndose
gradualmente al esqueleto del suelo a medida que el agua sale de los poros. Se
denomina consolidación primaria al proceso de cambio de volumen dependiente del
tiempo que tiene lugar con la expulsión de agua de los vacíos, disipándose la presión de
poro e incrementándose la presión efectiva del suelo. En cambio, se denomina
consolidación secundaria al proceso de cambio de volumen dependiente del tiempo que
ocurre luego de la consolidación primaria y tiene lugar esencialmente a presión efectiva

constante. La consolidación secundaria es un fenómeno de flujo viscoso. El efecto se
atribuye hoy, generalmente, al deslizamiento progresivo diferido en el tiempo, entre las
partículas del material que se reacomodan, tendiendo a estados más compactos, para
adaptarse a la nueva condición de carga.
TEORIA DE LA CONSOLICADION
Terzaghi propuso el modelo mostrado en la figura para ilustrar el proceso de
consolidación, lo cual se conoce como analogía mecánica de Terzaghi. El mismo
consiste en un recipiente cilíndrico lleno de agua, con un resorte dentro y sobre él un
pistón con una válvula. El resorte representa el esqueleto mineral de un suelo y el agua
sería el agua intersticial del suelo. Se supone que el pistón sin fricción es soportado por
el resorte. Al aplicar una carga al pistón con la válvula cerrada, la longitud del resorte
permanece invariable, puesto que el agua se considera incompresible. Si la carga induce
un aumento de la presión total, entonces la totalidad de este aumento debe ser absorbido
por un aumento igual de la presión del agua. Cuando se abre la válvula, el exceso de
presión de agua en la cámara causa el flujo de ésta hacia afuera, la presión disminuye y
el pistón se hunde a medida que se comprime el resorte. En esta forma, la carga se
transfiere en forma gradual al resorte, reduciendo su longitud, hasta que toda la carga es
soportada por el mismo. Por consiguiente, en la etapa final, el aumento de la presión
efectiva es igual al aumento de la presión total, y el exceso de presión de agua se reduce
a cero. La velocidad de compresión depende del grado de apertura de la válvula, esto es
análogo a la permeabilidad del suelo.

Si el estrato que consolida es libre de drenar por sus caras superior e inferior, el mismo
es llamado capa abierta, y su espesor se denota por 2H. Si el agua sólo puede escapar a
través de una superficie, el estrato es llamado semi abierto. El espesor de los estratos
semi abiertos se denota por H. Ambos casos se muestran en la figura.
La notación del espesor de los estratos se expresa de esa manera, dado que se considera
a H como la máxima distancia que debe recorrer una partícula de agua, dentro del
estrato, para drenar. El proceso de consolidación puede describirse por las posiciones
sucesivas de las curvas isócronas (ver figura de la página siguiente), que definen las
proporciones relativas de la presión de consolidación inicial que ya se han convertido en
presión efectiva en relación a las que siguen siendo presión neutra, en cada instante.
Suponiendo que las leyes de la hidráulica gobiernen la disminución de la presión del
agua de los poros, y que la disminución en volumen del suelo sea proporcional al
aumento en presión efectiva y sea igual a la cantidad de agua expulsada, Terzaghi
elaboró una teoría cuyo propósito es conocer la presión efectiva y la relación de vacíos
en cualquier punto de un estrato y en cualquier intervalo de tiempo para una capa de
suelo de un cierto espesor que se encuentra en proceso de consolidación. Se conoce
como teoría de la consolidación.
Las hipótesis que se consideraron para el desarrollo de la teoría son las siguientes:
 El suelo está totalmente saturado y es homogéneo.
 Tanto el agua como las partículas del suelo son incompresibles.
 Se puede aplicar la ley de Darcy para el flujo del agua.
 La variación de volumen es unidimensional en la dirección del esfuerzo aplicado.
 El coeficiente de permeabilidad en esta dirección permanece constante.
 La variación de volumen corresponde al cambio en la relación de vacíos y
permanece constante.

MATERIALES USANDO EN LABORATORIO
• Aparato de carga: con una precisión de 0.5% de la carga aplicada.
• Cajas de consolidación.
• Piedras porosas.
• Anillo cortante cilíndrico con altura de 2.54 cm y el diámetro de 6.35 cm.
• Deformimetro con una sensibilidad de 0.01 mm.
• Balanza.
• Horno.
METODOS QUE USAMOS EN EL LABOTORIO PARA EL ENSAYO DE
CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL
 OBTENCION Y PREPARACION DE LA MUESTRA.
Se extrae muestra del suelo lo mas inalterada posible de un tamaño suficiente para
poder trasportarla al laboratorio sin que ésta se desintegre y no se produzcan grietas
internas que puedan alterar los resultados del ensayo.
Se deben manejar las muestras cuidadosamente para prevenir cualquier alteración,
cambios en la sección transversal y evitándose cualquier cambio en el contenido de
agua del suelo.

 PREPARACION DE LA PROBETA.
Se talla la muestra de tal manera que se obtenga un volumen igual al del anillo del
consolidómetro, este tallado se realiza de forma muy cuidadosa, en lo posible
tratando que el material no se agriete en el tallado, realizado con un cuchillo.
El tamaño de la probeta se mide con el mismo anillo, de esta manera se llega a una
probeta bien tallada cumpliendo con la condiciones anteriormente mencionadas.
Antes del proceso de moldeo o tallado, se extraen porciones del suelo de la muestra
para determinar el contenido de humedad exacto.
Una vez colocado el espécimen dentro del anillo, se determina el peso húmedo de
la muestra más el equipo.
 PROCEDIMIENTO.
Se arma el edómetro colocando la piedra porosa del fondo, por encima el conjunto
del anillo y la pastilla, se ajusta el mismo y sobre la pastilla se pone otra piedra
porosa.
Se ajusta el contrapeso del sistema de transmisión de cargas de manera que el brazo
del mismo estuviese en equilibrio.
Se coloca el edómetro debajo del yugo de carga interponiendo entre ambos una
esfera de acero y la zapata de igual superficie que la piedra porosa, para distribuir
la carga. El conjunto se centra para que la presión sea axial.
Se ubica el deformímetro adosándolo al yugo de manera que tuviera contacto con
el anillo, permitiendo medir la variación en la altura de la pastilla.
Se traba el brazo con el yugo en contacto con la bola de acero sobre la zapata y se
colocan las pesas necesarias para transmitir a la muestra la presión correspondiente
al primer escalón de carga programado de 0,25 kg/cm², considerando que cada
kilogramo de las pesas trasmite 0,25 kg/cm² a la pastilla. El trabado del brazo
impide el impacto de las cargas sobre la muestra.

Ubicadas las pesas, se procedió a destrabar el brazo considerando ese momento
como el inicio del escalón de carga y a partir del cual se tomaron las lecturas del
flexímetro.
Las lecturas son tomadas y anotadas en intervalos de tiempo adecuados. Se utiliza
como guía la siguiente secuencia. Se registran las lecturas del deformímetro en los
tiempos dados en minutos: 0 – 0,1 – 0,25 – 0,5 – 1,0 – 2,25 – 4,0 – 6,25 – 9,0 –
12,25 – 16,0 – 20,25 – 25 – 40 – 60 – 90 – 120 – 180 – 480 – 1440.
Se dibuja la curva de consolidación en escala semilogarítmica.
Este procedimiento se repite en cada ciclo, aumentando la carga sucesivamente, sin
embargo, por razones de tiempo, en este ensayo sólo se midió la consolidación para
la primera carga.
Después de finalizado el ensayo, se desarma el equipo y se pesa la muestra para el
cálculo del contenido de humedad.

 FOTOS “ TEORIA EXPLICATEIVA SOBRE EL ENSAYO”
“MATERIALES”

CONCLUSIONES
El ensayo de consolidación o de compresión confinada es muy importante para
nosotros como constructores, sobre todo en esta zona, donde abundan los suelos
arcillosos y que pasan gran parte de los años saturados, porque son precisamente
éstas las condiciones básicas, además de la aplicación de una carga constante, para
que se produzca el fenómeno de la consolidación. Al construir sobre un suelo
estamos aplicando una carga muy grande y resulta muy significativo conocer cuál
será el comportamiento futuro de la estructura sobre el terreno, sin embargo hemos
aprendido que en Mecánica de Suelos, y más aún en este tema en particular, es
muy difícil predecir el comportamiento a futuro, ya que son muchas las variables
que están en juego.

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