Ensayo de consolidación de suelos: Asientos con el método edométrico

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 p_p, índice de compresión c_c y el índice de poros inicial e₀ mediante el método de Casagrande (Para ver como obtener los valores p_p y c_c ver el gráfico siguiente).

4) Determinación de las tensiones verticales efectivas iniciales en cada punto de interés σ_1o 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:

s_i=(h_i/(1+e_oi))·c_ci·log₁₀((σ_1o+Δσ₁)/σ_1o)

Donde:

s_i = el asiento en cada nivel geotécnico.

h_i = Espesor del nivel geotécnico.

e_oi = Índice de poros inicial.

c_ci = Indice de compresión inicial.

σ_1o = 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=Σs_i

Donde:

s = El asiento total.

s_i = 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, c_c y c_v 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 c_v, puede determinarse el tiempo necesario para que se produzcan dichos asientos según la siguiente expresión:

t = T·h_d²/c_v

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

 

H_d: Espesor de terreno que drena hacia las superficies permeables existentes (cara superior o inferior del estrato arcilloso o ambas).

C_v: 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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