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ASTM D 2435-90
     AASHTO T 216

  ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN
UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS


          Competencias Técnicas de Laboratorista
                 en Mecánica de Suelos
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
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
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
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
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
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
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.


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                           en Mecánica de Suelos
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.




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                          en Mecánica de Suelos
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.




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                           en Mecánica de Suelos
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.




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                         en Mecánica de Suelos
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
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.



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                        en Mecánica de Suelos
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
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.

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                          en Mecánica de Suelos
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.



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                           en Mecánica de Suelos
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, %

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                           en Mecánica de Suelos
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.

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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.


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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.
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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).


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                            en Mecánica de Suelos
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
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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


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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).
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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

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                            en Mecánica de Suelos
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).

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                        en Mecánica de Suelos
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)

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                           en Mecánica de Suelos
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
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
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
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
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.

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                            en Mecánica de Suelos
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.




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                        en Mecánica de Suelos
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
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
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
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
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.

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                          en Mecánica de Suelos
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
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
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
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.

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                             en Mecánica de Suelos
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
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
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:




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                               en Mecánica de Suelos
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
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Consolidación Unidimensional de los Suelos

  • 1. ASTM D 2435-90 AASHTO T 216 ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos
  • 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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