Consolidación

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GUÍA DE PRACTICAS DE LABORATORIO
ELABORADO POR:
DOCENTE RESPONSABLE
APROBADO POR:
COORDINADOR ÁREA DE CONOCIMIENTO
FIRMA: FIRMA:
FECHA: FECHA:
CARRERA: INGENIERIA CIVIL
ASIGNATURA: INGENIERIA DE SUELOS
PROFESOR: ING. HUGO BONIFAZ

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HISTÓRICO DE MODIFICACIONES
EDICIÓN FECHA
HOJAS
AFECTADAS
CAUSA
1 JUNIO 2014 TODAS CREACIÓN DEL REGISTRO

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PRACTICA No: 1
TEMA: CONSOLIDACIÓN DE SUELOS
NORMA: ASTM D 2435/D 2435M-11
OBJETIVO: Determinar los parámetros necesarios para calcular los hundimientos por
consolidación y los tiempos en que estos se producen.
- MARCO TEÓRICO:
- Un incremento del esfuerzo provocado por la construcción de cimentaciones u otras cargas
comprime los estratos del suelo. La compresión es causada por a) deformación de las
partículas del suelo, b) reacomodo de las partículas del suelo, y c) expulsión de agua o aire
de los espacios vacíos. En general, el asentamiento del suelo causado por cargas se divide
en tres amplias categorías:
1. Asentamiento inmediato, provocado por la deformación elástica del suelo seco y de suelos
húmedos y saturados sin ningún cambio en el contenido de agua. Los cálculos de los
asentamientos inmediatos se basan, generalmente, en ecuaciones derivadas de la teoría
de la elasticidad.
2. Asentamiento por consolidación primaria, es el resultado de un cambio de volumen en
suelos saturados cohesivos debido a la expulsión del agua que ocupa los espacios vacíos.
3.Asentamiento por consolidación secundaria, se observa en suelos saturados cohesivos y es
resultado del ajuste plástico de la estructura del suelo. Éste sigue al asentamiento por
consolidación primaria bajo un esfuerzo efectivo constante.
El procedimiento de prueba de la consolidación unidimensional fue primero sugerido por
Terzaghi (1925), la cual se efectúa en un consolidómetro (llamado a veces odómetro).
La figura es un diagrama esquemático de un consolidó metro. El espécimen de suelo se coloca
dentro de un anillo metálico con dos piedras porosas, una en la parte superior del espécimen y
otra en el fondo. Los especímenes son usualmente de 63.5 mm de diámetro y 25.4 mm de
espesor. La carga sobre el espécimen se aplica por medio de un brazo de palanca y la
compresión se mide por medio de un micrómetro calibrado. El espécimen se mantiene bajo
agua durante la prueba. Cada carga se mantiene usualmente durante 24 horas. Después se
duplica la presión sobre el espécimen y se continúa la medición de la compresión. Al final se
determina el peso seco del espécimen de la prueba.
La forma general de la gráfica de deformación del espécimen versus tiempo para un
incremento dado de carga se muestra en la figura 6.3. En la gráfica se observan tres etapas
distintas, que se describen como sigue:
Etapa l: Compresión inicial, causada principalmente por la precarga.
Etapa Il: Consolidación primaria, durante la cual el exceso de presión de poro

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- PARTE EXPERIMENTAL:
- MATERIALES, EQUIPOS E INSUMOS .
Materiales y equipos cantidad insumos cantidad
Consolidómetro
(Edómetro)
Anillo
Piedras porosas
Grasa o aceite
Micrómetro
Cronómetro
Cápsulas de Humedad
Balanza
Termómetro
Equipo tallador de
muestras
1
1
2
1
1
1
4
1
1
1
- PROCEDIMIENTO
 El aparato utilizado para realizar este ensayo se denomina Edómetro y aplica el
principio introducido por Terzaghi de la compresión de una muestra, generalmente
indeformada, de altura pequeña con relación al diámetro, confinada lateralmente por
un anillo rígido y colocada entre discos porosos.
 Si las condiciones reales correspondieren a una situación de estrato semi-abierto se
emplea entonces un solo disco poroso.
 A pesar de lo pequeño de las muestras, el rozamiento que se desenvuelve entre el
suelo y la pared del anillo durante el ensayo constituye una causa de error aunque no
importante.
 Se ha notado que la fuerza de rozamiento lateral alcanza valores de orden del 10 a 20
% de la presión vertical aplicada.
 El anillo rígido procura reproducir en el laboratorio lo que ocurre en la naturaleza,
donde la deformación lateral de la masa de suelo solicitado por la carga, es impedida
por la restante parte del macizo terroso que la envuelve. La carga es aplicada sobre la
piedra porosa superior por medio de un disco metálico rígido y la compresión es
medida con el auxilio de un micrómetro con sensibilidad de 0.01 mm.
 La prueba de consolidación se realiza usando especímenes de 5.0 cm. de diámetro y 2,0
cm. de espesor. Las muestras no disturbadas o remoldeadas. La muestra no disturbada
es tallada y colocada en el anillo y luego colocada en el Consolidómetro. Es necesario
conocer la deflexión del aparato, bajo una de las cargas a utilizarse. Para ello se
ensambla el aparto igual que para un ensayo regular pero sin suelo y se colocan las
dichas cargas, midiendo las deflexiones (llamadas “deflexiones del aparato”). No se
debe olvidad incluir el papel filtro, el cual impide impregnación de material en las
piedras porosas.

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 Se realiza el ensayo aplicando cargas verticales que van siendo gradualmente
aumentadas, generalmente según una progresión aritmética de razón igual a 2.
 Cada estado de carga debe permanecer el tiempo suficiente para permitir la
deformación total de la muestra, registrándose durante el mismo y a intervalos
apropiados (15”, 30”, 1’, 2’, 4’, 8’, 16’, 32’ ) y luego a intervalos arbitrarios las
indicaciones del micrómetro.
- CÁLCULOS
Ejemplo del Ensayo de Consolidación
Determinar la presión de preconsolidación, el índice de compresión y el coeficiente de
consolidación de un suelo arcilloso con las siguientes características:
Peso específico del suelo: 1,68 g/cm3
Peso específico de las partículas: 2,81 g/cm3
Humedad de la muestra: 53,2 %
Altura inicial de la muestra: 3,808 cm.
La lectura inicial del micrómetro antes de la aplicación de la carga inicial fue ajustada en
8.08 mm. y para los diferentes estados de carga se obtuvieron los valores de deformación
que se indica a continuación en el cuadro Nº1:
Los resultados del cuadro anterior se desarrollan en el cuadro Nº2 en el siguiente proceso.
En la primera columna se colocan los valores de los diferentes estados de carga en
kg./cm.².

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En la segunda columna colocamos los valores de las deformaciones acumuladas para cada
estado de carga.
En la tercera columna se coloca los valores de las alturas finales de la muestra, después
de estar sometidos a los incrementos de presión.
Y en la cuarta columna procedemos a realizar las operaciones siguientes para obtener los
diferentes índices de vacíos para cada estado de carga en base al siguiente procedimiento.
Hs = altura reducida de la muestra
Con estos datos obtenidos procedemos a realizar los cálculos de índices de vacíos para las
distintas presiones aplicadas al suelo:
Cálculo de compresión de la muestra:
Cálculo de la altura de la muestra:
3h
S cm/g10.1
532.01
68.1
h1






49.1
55.11
808.3
e1
h
h1
h
h
e
55.1
10.1
81.2
1e
1
i
S
S
i
1
S
g
i









55.11
49.1
808.3
e1 
53.11
49.1
774.3
e2 
51.11
49.1
739.3
e3 
478.11
49.1
6925.3
4 e
4235.11
49.1
611.3
e5 
21.11
49.1
294.3
e6 
034.11
49.1
031.3
e7 
mmh
mmh
mmh
77.731.008.86
............
...........
69.039.708.82
34.074.708.81



cmh
cmh
cmh
031.3777.0808.36
........
........
739.3069.0808.32
774.3034.0808.31




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CUADRO Nº2
Valores con los cuales trazamos la curva e – log(σ) que se indica a continuación:
a) Determinación de la Presión De Preconsolidación.
b) En el punto de mayor curvatura se traza una recta tangente al mismo (T).
c) Del mismo punto trazamos una recta horizontal (H).
d) Trazo la bisectriz de estas dos rectas (B).
e) Luego prolongo la parte recta de la curva e -log(σ) hasta intersecar la bisectriz,
punto desde el cual bajo una perpendicular al eje de las abscisas la cual nos
muestra el valor de δp= 0.88kg/cm2

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σp= 0.88 kg./cm2
PRESIÓN (kg./cm2)
ÍNDICEDEVACIOS
0,1
1,60
1,50
1,40
1,30
1,20
1,10
1,00
2 3 4 5 6 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8 9 10,07
H
T
B
σp= 0.88 kg./cm2
Índice de Compresión Cc:
Se obtiene determinando la pendiente de la recta de Compresión Virgen.
Coeficiente de Consolidación Cv (Método de Casagrande):
Para estimar este parámetro se puede utilizar el procedimiento grafico de Casagrande;
para lo cual se construye una grafica semilogaritmica, con los datos de la deformación y
tiempos de estado de carga que se asemeja a las presiones que van ase aplicadas al suelo
en su estado natural, por la estructura a ser construida en el sitio. Se toman en cuenta las
siguientes consideraciones:
Curva a la cual tengo que realizar un ajuste grafico para que se asemeje a la curva teórica
de porcentaje de Consolidación-factor tiempo
Para determinar el 100% de la consolidación, trazo una recta tangente, en el punto de
inflexión de la curva.























1
2
21
1
21
21
log
ee
log
eee
Cc
 
71.0
355.1log
09.0
55.1
1.2
log
21.13.1
log
ee
Cc
1
2
21




















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Luego prolongo la parte recta de la curva hasta cortar la tangente del punto de inflexión.
De este punto trazamos una horizontal que corte al eje de las ordenadas en un punto el
cual representa el 100% de la consolidación.
Luego determinamos el 0%, para lo cual consideramos una relación de 1 a 4 en la parte
superior de curva experimental, determinando su diferencia de altura.
Colocamos esa diferencia de altura sobre la curva en el primer punto y sobre ese punto
trazamos una horizontal que corte el eje de las ordenadas en el 0%.
Una vez ajustada la curva experimental a la teórica, divido la diferencia de altura
comprendido entre el 100% y el 0% en dos y determino el 50% de la consolidación, punto
desde el cual trazo una recta hasta interceptar a la curva experimental y haciendo pívot en
este punto trazo una vertical que intercepta el eje de los tiempos en t50 = 12 min., valor
que nos servirá para determinar el Coeficiente de Consolidación Cv.
Luego en la curva teórica uz % = ∫(T), determino el factor tiempo para que se produzca el
50% de la consolidación T50= 0.196.
Para determinar H50 o sea la altura de la muestra cuando se produce el 50% de la
consolidación, en la gráfica observamos que el 50% de la consolidación corresponde a una
lectura micrométrica de 4.8 mm, como la marca inicial del micrómetro era de 8.08mm.
Tenemos:
8.08–4.8 = 3.28 mm.
Como la altura inicial de la muestra era de 3.808 mm.; y por ser estrato abierto:
2H50 = hi – 0.328
H50 = (3.808 – 0.328)/2 = 1.74 cm.
Luego con los valores obtenidos, se aplica la formula indicada anteriormente y se obtiene
Cv:
 
50
2
5050
t
H*T
Cv 
  segcmx
x
x
Cv /102.8
6012
74.1196.0 24
2



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0,1 1 10 100 1000 10000
Tiempo de consolidacion transcurrido ( minutos)
Deformacion(lect.Micrometro)(mm)
U=100%
U=50%
U=0%
t50 %=12min.
PARA 2,1 kg./ cm2
Coeficiente de Consolidación (Método de Taylor)
 Para aplicar este método se representan en el eje de las ordenadas las lecturas del
medidor del Edómetro, y en de las abscisas, la raíz cuadrada del tiempo.
 Prolongando hacia atrás la parte recta de la curva de laboratorio obtenemos la
deformación correspondiente al cero corregido Lo.
 En la curva teórica, para un grado de consolidación del 90%, la abscisa es igual a
1.15 veces la abscisa de la prolongación de la recta anteriormente mencionada,
para el mismo valor de la ordenada. Entonces se traza por el cero corregido una
recta cuya abscisa sea igual a 1.15 veces la abscisa de la parte recta de la curva de
laboratorio.
 Mediante una recta, unimos el punto obtenido al trazar la recta cuya abscisa es 1.15
veces la abscisa de la parte recta de la curva de laboratorio, con el punto cuya
abscisa corresponde a Lo.

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 El punto donde en donde la recta mencionada anteriormente corta a la curva
corresponde al 90 % de la consolidación primaria. De este punto sacamos t90, que
corresponde al cuadrado del valor hallado en la gráfica, es decir, t90=(5)2=25 min.
Seguidamente hallamos Cv con la siguiente fórmula:
 Luego en la curva teórica uz % = ∫(T), determino el factor tiempo para que se
produzca el 90% de la consolidación T90= 0.848.
 Para determinar H90 o sea la altura de la muestra cuando se produce el 90% de la
consolidación, en la gráfica observamos que el 90% de la consolidación
corresponde a una lectura micrométrica de 1.25 mm, como la marca inicial del
micrómetro era de 8.08mm. Tenemos:
 8.08–1.25 = 6.83 mm.
 Como la altura inicial de la muestra era de 3.808 mm.; y por ser estrato abierto:

 2H90 = hi – 0.683
 H90 = (3.808 – 0.683)/2 = 1.20 cm.
 Luego con los valores obtenidos, se aplica la formula indicada anteriormente y se
obtiene Cv:
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
2,8
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Raíz de t
Lecturadelmicrómetro(mm.)
d
1.5d
√t90=5
1,25
Lo
L90
90
2
90
t
H*T
Cv 
  seg/cm10x12.8
60x25
20.1x848.0
Cv 24
2



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- RESULTADOS
Con los datos anotados en las hojas de cálculo, se procede a determinar el coeficiente de
consolidación CV e índice compresión de la muestra de suelo