Ensayo de consolidación de suelos. Edómetro
La consolidación de un suelo suele estudiarse mediante el conocido ensayo edométrico, éste nos permite determinar los asientos y tiempos de consolidación de terraplenes, losas, zapatas, etc en suelos blandos saturados como limos y arcillas.
No mide la deformación lateral de las muestras de suelo pero en la práctica resulta muy útil su uso para el estudio de la compresibilidad de los suelos.
Es un ensayo lento y costoso pero la información que proporciona bien vale lo que cuesta y el tiempo de espera ya que de él se puede obtener una información muy valiosa para la caracterización de suelos blandos imposible de obtener con otros ensayos geotécnicos como el SPT o CBR por ejemplo.
No entraremos en el detalle de las características y procedimiento del ensayo edométrico ya que existe suficiente bibliografía al respecto, pero si os mostramos algunas pinceladas sobre el ensayo.
El ensayo de consolidación en edómetro consiste básicamente en un anillo rígido de acero cuyas tapas están formadas por piedras porosas que permiten la salida del agua y en cuyo interior del anillo se coloca la muestra de suelo.
Sobre la placa superior porosa se coloca una placa rígida y, sumergido todo el conjunto emulando las condiciones de saturación, se aplican unas cargas crecientes en escalones sucesivos para posteriormente decrecer las cargas en uno o varios ciclos.
En suelos con una baja permeabilidad, el incremento de carga instantáneo hace que se trasmita directamente al agua intersticial sin variar las tensiones efectivas. Posteriormente, se va produciendo el drenaje de la muestra a través de las pastillas porosas y por tanto reduciéndose la presión de los poros lo que hace que el suelo se comprima y, por tanto, consolide.
Los escalones de carga se mantienen el tiempo suficiente para garantizar que el proceso de consolidación se ha completado, normalmente suelen ser 24 horas.
El ensayo de consolidación unidimensional simula, por tanto, la compresión de un terreno blando entre dos estratos permeables.
A partir de la prueba de consolidación en edómetro pueden calcularse, mediante el método edométrico, los asientos de consolidación de una forma bastante aproximada y rápida.
Es un método muy práctico y puede utilizarse en terrenos estratificados.
No obstante, conviene indicar que suele proporcionar asientos inferiores a los reales.
Método edométrico
El método edométrico consta de los siguientes pasos:
1) Toma en campo de muestras inalteradas representativas de cada nivel geotécnico.
2) Realización de ensayos edométricos para cada una de las muestras representativas.
3) Obtención de la presión de preconsolidación pp, índice de compresión cc y el índice de poros inicial e0 mediante el método de Casagrande (Para ver como obtener los valores pp y cc ver el gráfico siguiente).
4) Determinación de las tensiones verticales efectivas iniciales en cada punto de interés σ1o y los incrementos de tensión vertical debidos a la nueva aplicación de la carga.
5) Cálculo del asiento de cada nivel geotécnico mediante la siguiente expresión:
si=(hi/(1+eoi))·cci·log10((σ1o+Δσ1)/σ1o)
Donde:
si = el asiento en cada nivel geotécnico.
hi = Espesor del nivel geotécnico.
eoi = Índice de poros inicial.
cci = Indice de compresión inicial.
σ1o = Tensión vertical efectiva inicial.
Δσ1 = Incremento de la tensión vertical efectiva inicial.
6) Suma de los asientos de cada capa para la obtención del asiento total.
s=Σsi
Donde:
s = El asiento total.
si = el asiento en cada nivel geotécnico.
A continuación se presenta en un gráfico los pasos anteriores con especial énfasis al procedimiento para el cálculo de la presión de preconsolidacion, cc y cv mediante las curvas de consolidación que proporciona la prueba edométrica.
Esquema del método edométrico para el cálculo de asientos.
Igualmente, si se obtiene el coeficiente de consolidación cv, puede determinarse el tiempo necesario para que se produzcan dichos asientos según la siguiente expresión:
t = T·hd2/cv
Donde:
T: Factor de tiempo adimensional, calculado por la teoría en función del grado de consolidación U.
Normalmente, se considera el 90% de la consolidación lo que se corresponde con un valor de T igual a 0,848.
No obstante, se presenta seguidamente una tabla con otros grados de consolidación:
U (%) | T | U (%) | T |
0 | 0 | 50 | 0,196 |
5 | 0,0017 | 55 | 0,238 |
10 | 0,0077 | 60 | 0,286 |
15 | 0,0177 | 65 | 0,342 |
20 | 0,0314 | 70 | 0,403 |
25 | 0,0491 | 75 | 0,477 |
30 | 0,0707 | 80 | 0,567 |
35 | 0,0962 | 85 | 0,684 |
40 | 0,126 | 90 | 0,848 |
45 | 0,159 | 95 | 1,129 |
Hd: Espesor de terreno que drena hacia las superficies permeables existentes (cara superior o inferior del estrato arcilloso o ambas).
Cv: Coeficiente de consolidación deducido de la curva asientos-tiempo del ensayo edométrico para el escalón de carga correspondiente.
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Imagen de portada tomada de https://www.youtube.com/watch?v=omu6sk9Rj4c
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