Metodología y Parámetros Clave del Ensayo de Consolidación Unidimensional y Coeficiente de Balasto
Ensayo de Consolidación Unidimensional (Ensayo Edométrico)
El Ensayo Unidimensional es el proceso de reducción de volumen (por disminución de la relación de vacíos) del suelo, diferido en el tiempo, provocado por el incremento de tensiones efectivas verticales.
El ensayo se genera sobre una muestra relativamente inalterada, confinada lateralmente en un molde, cargada y drenada axialmente, con los siguientes propósitos:
- Determinar el tiempo en el cual se produce la consolidación.
- Calcular la magnitud del asentamiento debido a la deformación del suelo.
Procedimiento Experimental del Ensayo Edométrico
- Preparación de la muestra: Se moldea la muestra, luego se pesa (peso húmedo inicial) y se mide su altura y diámetro iniciales.
- Montaje: Se coloca la muestra en el consolidómetro, utilizando piedras porosas sobre cada cara para permitir el drenaje axial.
- Saturación y Carga: Luego se coloca el conjunto en un recipiente con agua para garantizar la saturación durante todo el ensayo. Finalmente, se coloca en el aparato de carga.
- Primer Incremento de Carga: Se aplica el primer incremento de carga a través de un brazo de palanca. Se toman lecturas de las deformaciones $\Delta h$ (mediante un flexímetro o deformímetro) para ciertos intervalos de tiempo hasta las 24 horas, o hasta que la deformación entre dos lecturas consecutivas sea suficientemente pequeña.
- Incrementos Sucesivos: Se duplica la carga aplicada y se vuelven a anotar las lecturas de deformación para los mismos intervalos de tiempo que en el paso 4. Este proceso se repite hasta alcanzar la carga máxima deseada.
- Descarga y Secado: Se descarga la muestra, se extrae, se pesa (peso húmedo final, $P_w$) y se coloca en horno durante 24 horas para obtener el peso seco ($P_s$).
- Obtención de Curvas de Consolidación: Con los datos obtenidos se realizan las curvas de consolidación, que relacionan la deformación con el tiempo:
- Deformación - $\log(t)$
- Deformación - $\sqrt{t}$
- Determinación de la Relación de Vacíos: Con la deformación final, la altura inicial y el peso seco de la muestra, se determina la relación de vacíos ($e$) correspondiente a cada escalón de carga.
- Curva de Compresibilidad: Se realiza la curva de compresibilidad, que relaciona la relación de vacíos con la presión efectiva: $e - \log(\sigma')$.
- Presión efectiva $\sigma' = \text{Carga} / \text{Área de la muestra}$.
- $e = \text{Relación de vacíos}$.
- Determinación de Parámetros: Se determinan los siguientes parámetros geotécnicos:
Parámetros Derivados del Ensayo
- Coeficiente de consolidación ($C_v$)
- Parámetros de asentamientos (Índice de Compresión $C_c$; Índice de Recompresión $C_r$)
Coeficiente de Balasto ($k$)
En un estudio geotécnico, es fundamental conocer la deformación de los suelos en función del estado de carga al que se encuentran sometidos. Estas deformaciones pueden ser elásticas, plásticas o una combinación de ambas.
El Coeficiente de Balasto ($k$) es un parámetro que asocia la tensión transmitida al terreno por una placa rígida con la deformación o la penetración de la misma en el suelo.
Se define mediante la relación entre la tensión aplicada por la placa y la penetración resultante de la misma.