CONCEPTO DE SUELOS CARACTERISTICAS FISIOGRAFIA Y PROCESOS MORFODINAMICOS
Caracteristicas de Consolidacion de Los Suelos
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8/16/2019 Caracteristicas de Consolidacion de Los Suelos
1/46
CAPITULO 3
Características
de
la consolidacion
de
los
suelos
3.1 Significado
dr:
las características
esfuerzo.deformación
de los
suelos.
l-as
caracterlst
icas esfuerzo-deformación
de
'rn
suelo
o
de una
roca,
determinan
el
ase¡rtamiento
que
una
estructura
dada
puede
experimentar.
En algunos
casos,
también
puede servir
como
una
indicación
de
las dificultades
de
construcción
que
pueden
surgir
durante
la
excavación
dentro
de
las
masas
de
suelo.
l-os
asentamientos
de
las estructuras
con
rtruidas
sobre
mantos
de
arcilla
blanda,
que
algunas
veces
están enterados
profun-
danrente,
debajo
de
materiales
más
resis-
tenles
y
rnenos
compresibles,
pueden
pro,lucirse
lentam.ente
y
alcanzar
grandes
ma¡¡nitudes.
Debido
al
retraso
que
existe
entr€
el
final
de
la construcción
y
la
aparición
de
las
gtietas, en un
tiempo
el
origen
de
estos
asentamientos
se consideró
misr:erioso.
Los
primeros intentos
exitosos
parir
explicar
el
fenómeno
sobre
una
base
cier.tífica
fueron
realizados
por
Terzaghi
en
1919.
l-os
estudios
de
Terzaghi
se
referÍan
a
la
ma¡¡nitud
y
velocidad
del
asentamiento
originado
en
un
manto
de
arcilla
al
que
se
le
impedla
moverse
lateralmente
y
con
pos:.bilidades
de
expulsar
el
agua
hacia
arriba
o hacia
abajo
cuando
las
partículas
tenr.lían
a
juntarsr-'.'En
muchos
casos,
estas
condiciones
aparecen
en Ia
práctica.
Por
esta
razón,
y
purque
la
comprensión de
los
fenómenos es básica
para
la
solución
de
problemas prácticos
más complicados, eI
estudio
del
comportamiento
de
los
diferen-
tes
suelos cuando
se
sujetan
a
esfuerzos, está
precedido
por
un
estudio de
la
consoli-
dación unidimensional
de las
arcillas
sa-
turadas.
3.2. Pruebas d,: consolidación
en
arcillas
remoldeadas
Las relaciones
entre
Ia
presión
vertical,
el
asentamiento
y
el
tiempo,
se
investigan en
el
laboratorio
por rnedio
de
una
prueba
de
cotn'
presión
confinada,
llamada
también
prueba
edométrica
o de
consolidación
edométrica.
Durante
la
prueba,
la muestra está
comple-
tamente
confinada
por
un anillo metálico(fig.
3.1).
Lacargaseaplicaalas
caras superior
e
inferior
del espécimen
a
través
de
dos
pie-
dras
porosas,
quepermiten queelaguaentre
o
salga
de
la arcilla.
La
deformación
se
mide
por
medio
de un
micrómetro
de carátula.
La
presión
p
se
aplica
por
etaPas.
Des-
pués de
cada
incremento
se
mantiene
la
carga
constante
hasta
que
la deformación
prácticamente
cesa.
Esto
requiere
usual-
mente
varias
horas, aún
pára
un
espécimen
que
tenga
un
e§pesor
tan
pequeño
como
de
19
mm,
porque
la
deformación
se
produce
México.
La
1,709 y la
de
de
las
dos
las
porciones
con
La
estructura
B9
-
8/16/2019 Caracteristicas de Consolidacion de Los Suelos
2/46
90
Características
de
la
consolidación
de
los
suelos
Figura 3.1.
Aparato
para
la
prtreba
de
consolidación.
(Consolidómetro).
solamente
con
la
rapidez
que
permite
el
agua
a[
salir de
la
arcilla. Cuando
la ra-
pidez
de
la
deformación
bajo una
presión
dada se
ha
reducido
hasta
ser muy
pe-
queña,
se
aplica
un nuevo incremento
y
el
procedimiento
se
repite.
Los resultados se
presentan gráficamente
con una curva
que
relaciona la
oquedad
final correspondiente
a
cada
incremento
de
presión
con
el
valor
de dicha
presión.
Es
conveniente dibujar
la
presión
a una escala
logarítmica. El diagrama se
conoce enton-
ces como curva
e-log
p
o curva
de com-
presibilidad.
Como
introducción
a
las
caractefsticas
de
las
curvas
e-log
p
para las
arcillas
de
sedimentación natural, se considerarán
primero
los
resultados de
una
prueba
de
consolidación
en
una
muestra
completa-
mente
remoldead.a en
el
laboratorio
con
una
humedad cercana al
límite
líquido.
Cuando
las
relaciones
de
vacíos
son
ele-
vadas, la curva es
cóncava
hacia
abajo
pero,
como
lo
muestra
el
segmento
km (frg.
3.2),
pronto
toma
la forma de una
línea
casi
recta. La
porción
casi
recta de
la
curva
se denomina línea de
coruolidación uirgen
o
rarna uirgen.
Si la
carga
se
interrumpe a
una
presiín
po'correspondiente
al
punto
za,
y
luego se hace
disminuir en
decrementos
sucesivos, la
muestra
se
expande, como
lo
indica
la
curaa
de
descarga
mm'.
Si
se
reanuda
el
proceso
de carga, la
parte
inicial
de la
curaa de
recompresión queda lige-
ramente arriba de la
curva de descarga.
Luego,
la
curva
de recompresión
se dobla
Ps
P;
P;'
Presión,
p
(escala
log)
Figura
3.2.
Ctrrva
típica
r-loe
p
para
arcilla
clcada
ccrca
del
Iímite Iíqtrido.
r
remol-
hacia abajo en
forma
relativamente trrusca,
a
una
presión
cercana a
fro',
pasa
debajo
del
punto
rn
y
se
apioxima
a la
prolongación
de la rama virgen.
Si
a
una
presiónpo"
se
descarga
y
carga nuevámente
la muestra,
se
obtiene otra
curva de rebote
(nn')
y
otra
curva de recompresión; las
pendientes
de
estas
curvas
son
aproximadamente
iguales
a
las
determinadas anteriormente.
Si
la
presión
se aumenta más
allá dey'o" la curva
e-log
P
de
nuevo se
dobla
bruscamente
hacia
abajo aproximándose a la
rama
vir-
gen.
Al
aumentar más la
presión,
la
curva
vir.gen
iiende a convarse
ligeramente
hacia
arriba.
Cuando
la
muestra
está en el
estado
representado
por
m'
se
dice
que
esta
preconsolidada
o
so breco¡uolidada,
porque
previamente
ha
sido consolidada bajo
una
presión
po'
mayor
que
la
presión
P
o,
baio
la
cual
está ahora en equilibrio.
El
valor po'
se
conoce como
ca,rga,
o
presión
de
precon-
solidación
El
grado
de
preconsolidación
se
mide por
la
relación
Po'
/?,,
conocid,a
como
relación de
preconsolidación.
Es
evidente
que
el
quiebre
en
la
curva m'n
estír
ittti-
mamente
relácionado
a
la
magnitud de
la
presión
de
preconsolidación.
Se
ha
ideado
pres
Figura
3..3.
Construcc
ción
de
la presión
cle
p
e-log
¡
(según
Casasra
un
procedimient
grande,
l986)
pa
si
solamente
se
dis
te procedimiento
Para
seguir
es
a
ojo
el punto
c
d
curva
e-log
b.
De
Ia
curva
y
asimis
Se
bisecta
Iuego
e
líneas.
El
punto
bisectriz
con
la
pr
de
una
tangente
a
se
representa
por
d
ponde
a Ia presión
Laspresionespo
tivos,
ya
que
las
r
vacíos
se
determi
muestra
ha
quedad
ya
no
tiende
a
ser
Sin
embargo,
para
que
indican
esfuerz
omiten,
a
menos
q
confusión.
3.3.
Características
de
los
depósitos
consolidados.
En
el campo,
la
c
arcilla
puede
investi
de
consolidación
en
manera
que
su
esta
posible.
Deben
recon
diferentes
de
impor
OJ
ui
o
o
(§
(¡)
\§
.o
()
G
OJ
t
-
8/16/2019 Caracteristicas de Consolidacion de Los Suelos
3/46
o
ei
.3
,o
o
\
§
§
G
o
t
,
Presión,
o
,"rrÍuo,on,
Figurá
3.3. Constmcción
eráfica
para la
determina-
ción dc
la
presión de
¡rre
consolidación
po' de
la
curva
e-log
lt
(según
Casagrande,
193ó).
i
un
procedimiento
gráfico
útil
(A.
Casa-
grande,
1936)
para
estimar
el valor de
po'
si solamente
se
dispone
de
la
curva
mtn
.
Es-
te
procedimiento
se
ilustra
en la fig.
3.3.
Para seguir
este
procedimiento,
se
elige
a ojo
el
punto c
de
curvatura
máxima de
la
curva
e-log
0.
De
c,
se
ttaza
una
tangente a
la curva
y
asimismo,
una
línea
horizontal.
Se bisecta luego
el
ángulo entre
estas dos
línea.s.
El
punto
de
intersección
de
esta
bisectriz
con
la
prolongación hacia
arriba
de una
tangente
a
la
parte
recta de
la
curva
se re.presenta
por
d,.
La abscisa
de
d
corres-
pon«le
a la
presió¡
Po'.
I-as
presiones
po'y
y'o
son
esfuerzos efec-
tivos:
ya
que
las relaciones
respectivas
de
vacíos se determinan después de
que
la
muestra
ha
quedado
en
equilibrio
y
el agua
ya
no
tiende a
ser expulsada
o
absorbida.
Sin embargo,
para
simplificar,
las
barras
que
indican esfuerzos
efectivos,
po'
y
F"r
se
omiten,
a menos
que
su omisión
produzca
confr¡-sión
:
3.3.
,Característicap
de
la
consolidación
de
los depósitos
normalmente
,consolidados.
En
el campo, la
compresibilidad
de una
arcilia
puede
investigarse
haciendo
pruebas
de cbnsolidación
en
muestras
extraÍdas
de
manera que
str estado
se altere lo menos
posible.
Deben
reconocerse
dos condiciones
diferentes de importancia práctica, que
Consolidación
de
los depósitos
normalmente
consolidados
91
son:
si el estrato
del
que
se tomó la
muestra
está normalmente
cargado
o
si está
precon-
solidado.
Se
dice
que
un
estrato
está
nor-
rrpglmente-
iénsqüad,ó,
si nrr.á
üun-"i-
páa"
."
§l
p¡qgiones
verticales
m¿yo¡es
quq-
las
existentes
en
la
actualidad.
Por
otra
parte,
UI]_
gslrato
fre
o
sobreconsolidado,
en
alguna
épo_c-a de
su historia
estuvo
sujeto
4_¡»reqi-g-neq
,erti"áles
mayores que
las
que
uhoru
están
en
ictividad.
-
En la
fig.'g.4,
se muestra
una
curva
típica
e-log
p
de
una
muestra inalterada
de
una
arcilla
de
baja
sensibilidad normal-
mente
consolidada. La curva se señala con
K".
Al igual
que
la
porción
m'n
de
la curva
e-log
p
de
la
fig.
3.2, consta
normalmente
de
dos
ramas:
d.e
una porción
inicial
re-
lativamente
plana
y
de
otra
inclinada
casi
recta.
Para efectos
de
comparación,
K,
representa
los
resultados
de
una
prueba
en
el
mismo
material
después
de remoldearlo
con
una
humedad
cercana
al
límite
líquido.
La
porción
inferior de
K",
casi recta,
tiene
una
pendiente
menor
que
la
de
Ku.
Las coordenadas
del
punto
a
(fig.
3.a)
representan
la
relación de
vacíos
y,
la
presión
efectiva
correspondiente
al estado
de
la
arcilla'en
el
campo.
Cuando
se extrae
una muestra empleando
las mejores téc-
nicas,
la
humedad
de Ia
arcilla
no
atunenta
significativamente.
Por
tanto,
la
relación de
vacíos eo
al
principio
de
la
prueba es
prác-
ticamente idéntica
a
la
que
tiene
la
arcilla
en el terreno. Cuando
la
presión
en
la
muestra llega a
Po,
la
curva e-lo§
p
debe
P;
p;'
log)
r-loe
lt
para
arcilla
remol-
relativamente
brusca,
d
Pr',
pasa
debajo
del
a la
prolongación
a
una
presióny'0"
se
la
muestra,
se
rebote
(nn,)
y
otra
las
pendientes
de
iguales
a
Si
la
allá
de
?o"
la
curva
dobla
bruscamente
a
la
rama
vir-
la
presión,
la
curva
ligeramente
hacia
está
en
el
estado
se
dice
que
esta
c
oruolidada,
porque
bajo
una
la presión
p,,
bajo
El valor
y'0,
o
presión
de
precon-
freconsolidación
se
f
P
",
conocida
como
Es
evidente
mtn está
inti-
magnitud
de
la
Se
ha ideado
eo
(¡)
?)'
o
()
(§
(¡)
\
§
.o
o
(§
§)
q
Ku
lr-'
Aprox.
O.4
eo
\il
\\
_____\
¡
uPo
Presióii.
p
(escala
log)
Figura
3.4.
Curvas
tipica, e-log
p
para
muestras
inalte-
radas
(K,)y
remoldeadat(K,)
de
arcilla
normalmente
consolidada de
baia
sensibilidad.
ba
-
8/16/2019 Caracteristicas de Consolidacion de Los Suelos
4/46
92
Características
de
la consolidación
de los suelos
pasar por
el
punto
a,
a menos
que
las con-
diciones
de
la
prueba
difiéran en
alguna
manera
de las
del
campo.
En
realidad,
ff,
pasa
siempre
fabajo
del
punto
a,
porque
aun las
mejores muestras
resultan
un
poco
alterad.as.
Lo
que
importa
al
ingeniero
es la
curva
e-log
b
de
la
arcilla
en
el
campo,
no
en
el
laboratorio.
Por
lo
tanto,
necesita disponer
de
algún
proced.imiento
para
extrapolar
los
resultados
de
las
pruebas
de
laboratorio a
las
condiciones
representa¡;ivas en
el campo.
Un
procedimiento parai
lograrlo
puede
elaborarse
tomando como
base
la
com-
paración
de las
curvas
Ku
y
Kr.
Se ha
ob-
servado
(Schmertmann,
f955) en muchas
arcillas,
que
las
prolongaciones
de las
por-
ciones
inferiores rectas
de
las
curvas Ku
y
K, se cortan en un
punto
;f
correspon-
diente
a
una
relación de
vacíos aproxi-
madamente
igual a
O.4eo.
Las
prolon-
gaciones
de las curvas
e-log
0
de
las mues-
tras con
grados
de alteración intermedios
también
pasan por
el
pur,to.,¡[
o muy
cerca
del
mismo. Por
tanto, es
razonable suponer
que
Ia relación
de
campo
e-log
p
es
aproximadamente
una lÍnea recta
K
que
se
extiende
deaaf.
Si
se
sabe
que
un depósito de
arcilla está
normalmente consolidado,
el valor
de
po
puede
calcularse
conociendo
la
humedad,
el
peso
volumétrico
de
los
sólidos,
y
el
grado
de saturación de los estratos sobreyacentes,
siempre que
se
conozca
la
posición
del nivel
del agua freática. La relación
de
vacíos
inicial
de
la arcilla también
puede
calcular-
se
fácilmente.
Por lo
tanto,
pueden
deter-
minarse las
coordenadas del
punto
a. Los
procedimientos para
calcular
?o
y
eo
se
es-
tudiaron
en los
arts.
I
.6
y
2.4.
El
punto
.f
r"
puede
determinar
eje-
cutando
una
prueba
de
consolidación
en
una muestra
inalterada o incluso
en
una
muestra
parcialmente
altérada.
Los
puntos
a
y
f
pueden
unirse
con
una
línea recta
para determinar la
relación de
campo
K en
la
que
puede basarse
el
cálculo
del
asen-
tamiento.
{--la-pendiente
4"
I( g¡t--
el diagra{na
semilog_arítmico
se
te
llama
lndice
de
com'
plésión
C,-,_
definido
por
la
ecuación:
n
-
0o-ct
-
oo-ot
er
I
I
t"
:
r"s.A
-
logrp,
:
log*(pr,pl
'''
/
l
El
valor
nurnérico
de
C"
puede
det.ermi-
narse fácilmente del
diagrama.
Si
c¡
co-
rresponde
a
cualquier
presión
arbitraria
1r
y
ez
a
la presiín
pz
:
10p1,
entonces
C":
ot
-
ez-
Se
ha
descubierto (Skempton,
1944)
qrre
C
"
está
íntimamente relacionado
al
límite
líquido
de
las
arcillas
sedimentarias
nor-
malmente consolidades.
La relación
.entre
las
dos cantidades
es
aproximadamente:
in
tL,¿:0.009(zo.,r-10);
3.2
I
--_
_
r
en
la
qrue
u
L
se
expresa
como
porcenta-
taje.
La ec.
3.2 es
de
gran
impomancia
práctica porque
permite
calcular
eliasen-
tamiento
aproximado de una estructura
constrüda
sobre
un
depósito
de
irrcilla
sed,imentaria
poco
sensible normalrnente
consolid.ad.a,
,i
,olu.rr"nte
se
.orro..lel
Ií-
mite líquido, aun
cuan«lo
no se
hayan
efec-
tuado
pruebas
de consoLidación.
3,4. Cálculo del asentamiento
En la frg.
8.5a, se
muestra
una
sección
transversal
de un manto de
arcilla
de
es-
pesor
.F1,
quedando
la
mitad.
de
su e,spesor
situado
a
la
profundidad
D,
abajo
de la
superficie
original del
terreno.
La
presión
efectiva
original
en
el
punto
I es
igual
a
Fo,
y
el
aumento
de
presión
es
Ap.
La relación
de vacíos
inicial
de
la arcilla,
es
/¡.
La fig.
3.5b,
muestra
un
elemento
pris-
mático
que
contiene
al
punto
A.
Puede
suponerse
que
el
elemento consiste
de
materia
sólida,
que
tiene una
altura
igual
a
la
unidad
y
un volumen
de
vacÍos con una
altura adicional equivalente z
es.
La altura
rotal
del elemento es,
por
lo
tanto,
L
*
es.
Si la relación de vacíos disminuye
una
cantidad
A¿
debido
a
la
consolidaci,in, la
deformación
unitaria del elemento
es
Ae
/
(l
-t
eo).
Suponiendo
qtre
esta defornración
unitaria
es
constante en todo el
espegor
del
estrato de
arcilla,
la dis'minución
de
espesor
del
manto, o el asentamiento
S
arriha
del
punto
A,lo da
la
ecuaci.ón:
Figura
l.S
elemento
d
Esta
ecuación
e
para
calcular
el
as
se
conozcan
Ia
rela
cambio.
Si la
arcil
solidada,
de
acuerd
L,e:es-e
:
c"l"
Sustituyendo
esta
c
encuentra
la
sigu
asentamiento
de
I
arriba
del
punto
A
dación
de
un
ma
solidado
de
espesor
)
'
:
:t-rrr
/
t
+'o
.t-__-
E.5. Características
los
depósitos
p
El
diagrama
e
t'rpica preconsolida
3.6.
Se supone
que
con
la
alteración
m
una
etapa
avanzada
tra ha
sido
descarga
El punto
a
rep
vacíos
incial
de la
m
tiva
que
actuaba
en
del
temeno.
Cuando
el
consolidómetro
probable,
que
bajo
aplicadas
inicialmen
se.
Se
acostumbra
aumentando
rápidam
primera
parte
de
l
T
D
+
L,C
S:H
l*eo
I
_)
3.3
4.5-¿rt
\"i
I..\
'';,rr''o
i'fb
-
8/16/2019 Caracteristicas de Consolidacion de Los Suelos
5/46
rl.il?
oo-€t
c,t
I
logro
Qt/po)
'''
/
i
C,
puede
determi-
-
Si
fi
co-
arbitraria pt
10y'1,
entonces
C":
1944)
que
al
lÍmite
sedimentarias
nor-
La
relación
entre
3.2
I
como
porcenta-
gran
importancia
calcular
el
asen-
de
una estructura
de
arcilla
normalmente
se
conoce
el lí-
no
se
hayan
efec-
una
sección'
de
arcilla
de
es-
de su
espesor
D,
abajo
de
la
La
presión
I
es igual
a
f
o,
es
A,ó. La
relación
€s
ás.
un
elemento
pris-
punto
A"
Puede
consiste
de
una
altura
igual
a
de
vacíos
con
una
a
e¡. La
altura
lo
tanto,
I
*
es.
üsminuye
una
consolidación,
la
elemenro
es
Ae
/(l
esta
deformación
todo
el espesor
del
de
espesor
S
arriba
deJ
Esta ecuación es
general
y
puede
usarse
para
calcular el asentamiento, siempre
que
se
conozcan
la relación de vacÍos inicial
y
su
cambir¡. Si
la
arcilla
está
normalmente
con-
solidacta, de acuerdo con la ec. 3.1,
'lt
Ac
:
oo
-
€t
:
C.logro'-
po
_-./
-
Ía r^-
Po*
LP
:
l,
c
fOglo
Po
Sustittryendo
esta
cantidad
en
la ec.
3.3, se
encuerrtra
la
siguiente
expresión
para
el
asentamiento
de
la
superficie
del terreno
arriba del
punto
A,
debido
a
la
consoli-
daciór:.
de un
manto normalmente
con-
solidarlo de
espesor
-FL'
¡*
AP
1
\s.+
i
t
I
I
,:
:t-lrrogro
t
l*eo
.
/*..---
mente
es
casi
plana;
es
probable que
pase
ligeramente
abajo
del
punto
a,
mientras
que
la curva
de campo
debe
pasar
por
é1.
El
punto
a'
corresponde a
la
relación
de
vacíos e
y
a
la
presión
Po'
de la
arcilla
en el
carrpo,
cuando
el
estrato
estaba bajo
su
carga
máxima.
Por algún
proceso,
como la
erosión,
la
presión
se redujo,
y
la relación
de
vacíos
aumentó
ligeramente
por
exPan-
sión
hasta
llegar al
presente
estado,
re-
presentado
por
a.
(En
la
frgura se
desprecia
la
pequeña
expansión
que
se
ha
mencio-
nado.) La
curva
de campo
debe
pasar
cerca
de
a',
porque
antes
de
la
erosión,
la relación
de campo tendúa
que
haber sido
represen-
tada
por
a'J.
No se
puede
construir
esta
curya con
precisión,
porque
la
presión
po'
correspondiente
al
punto
a'
ya no
se co-
noce;
la
presión
actual
de la
sobrecarga
es
solamente
lto.
Sin
embargo,
se adüerte
que
la
cun¡a
Kn
para
presiones
mayores
que
Aprox.
O.4
eo
Po
Po'
Presión,
c
b*ala
log)
,
Figura
3.6.
Curva
e-log
p\K*)para
una
muestra
inalte-
,uáu
de
una
arcilla
preconsolidada
y
reconstrucción
de
la
relación
de
camPo
(/f).
Consolidación
de
los depd sitos preconsolidados
93
Figura 3 .5 .
a
)
Sección a través de un manto de
arcilla
compresible.
á)
(
lompresión
de un
elemento
del
manto.
4
l"o
+
(b)
a)
po
3.5.
Características
de
consolidación
de
lc.rs depósitos
preconsolidados
.
El
üagrama
e-log
p
para
una
arcilla
tlpica
preconsolidada
se
muestra
en la
fig.
3.6.
Se
supone
que
la
muestra se
ha tornado
con
la alteración
mlnima; además,
que
en
una
etapa avanzada
de
la
prueba,
la
mues-
tra
ha
sido descargada y
vuelto
a
cargar.
El
punto
a
representa
la relación
de
vaclos
incial
de la
muestra
y
la
presión
efec-
tiva
que
actuaba
en
ella
antes
de
extraerla
del
te.meno.
Cuando
se coloca
la
muest'ra en
el consolidómetro
anegada
en agua,
es
probable, que
bajo
las
pequeñas
presiones
aplicadas
inicialmente,
tienda
a
expander-
se. Se
acostumbra
evitar
esta
expansión
ar¡mentando
rápidamente
la
carga.
AsÍ,
la
primera
parte
de
la
curva e-log
f
usual-
eo
q,
á
.g
(,
§
q¡
b
§
§
§
¡,
t
3.3
K
-
8/16/2019 Caracteristicas de Consolidacion de Los Suelos
6/46
94
Características
de la
consolidación
de los
suelos
Po
consiste
con frecuencia
de dos
segmen-
tos muy diferentes
parecidos
a
los
segmen-
tos de
la
curva m'n
en la
fig.
3.2. Por
analogía
con el''comportamiento
del ma-
terial
remoldeado
sujeto
a descarga
y
re-
compresión,
se
puede
concluir
que
el
primer
segmento
de
Ku
(fig.
3.6), a
.una
presión
mayor
que
Po,
es una
curva
de
recompresión,
mientras
que
el
segundo
tiene
la
pendiente
de
la
curva
virgen.
El
quiebre
entre
los
dos segmentos'debería,
por
lo
tanto, corresponder
a
Ia
presión
de
preconsolidación
Po'
y podúa
estimarse
por
el
procedimiento
de
A.
Casagrande.
Ade-
más,
la
pendiente
del tramo de
recom-
presión
de la curva
debe
ser similar
a
la
del tramo
de recompresión
n'g
(fig.3.6).
Estas
consideraciones
sugieren
el
si-
guiente procedimiento
para
obtener
de
manera aproximada,
la
curva e-log
-f
que
corresponde
a las condiciones
de campo
para un
material
prec«lnsolidado. La
prueba
de consolidación
debe efectuarse en
la mejor muestra
que pueda
obtenerse.
Después de
aumentar
la
presión
suficien-
temente como
para
defini.r
la
rama
virgen
de la curva e-log
f,
debe
efectuarse
un ciclo
de descarga
y
recompresión.
La
presión
de
preconsolidación
puede
obtenerse
por
el
procedimiento
de A. Casagrande.
Luego se
haúa un
bosquejo de.la curva
de
campo de
la
cual
pueden
estimarse los asentamientos,
empezando en el
punto
¿¿,
y
continuando en
una dirección
paralela
a
la
curva
de
recom-
presión
ntg
hasta
un
punto
situado
apro-
ximadamente a
la mitad
de
la
abscisa
de
pr'.
Luego
se dirige
la curva
hacia el
punto
f,
de manera
que
siga la forma
de
ff,. Este
procedimiento
depende del
criterio
de
quien
trabaja,
pero
conduce
a
resultados
razonables.
El
asentamiento correspondien-
te
a
la
presión
comprendida
entre
la
de
sobrecarga actual
y
la
de
preconsolidación
puede
calcularse
por
medio de
la
ec. 3.3,
pero
el valor de
Ae
debe determinarse
de
la
curva
de campo
K
previamente
dibujada
(fig.
3.6).
Si no
se
identifica
que
la
arcilla
ha
sido
preconsolidada
y
se
basa el
cálculo de un
asentamiento en
af,
el
asentamiento
cal-
culad,o será muy
grande.
El
cambio
A¿,
en
la relación de
vaclos calculado
para
un
aumento
de
presión
Ap
es
probable
que
sea de
4
a l0
veces
mayor que
el
carnbio
real
Ler,
siempre
que
Ap
no
sea mayor
de
aproximadamente la mitad
de
po'
Fo.
Al
aproximarse
Ap
a
Po'
-
Fo,
el
error
se
hace
menor.
En los
problemas
prácticos,
el
aspecto
más
importante
es
poder
reconocer
si una
arcilla ha
sido
o
no
preconsolidada.
Casi
seguramente
1o será
si
la
humedad
natural
se
aproxima
más al límite
plástico
que
al
Iímite
líquido.
Además,
ejecutando
una
prueba
de
consolidacién en una muestra
tomada
cuidadosamente,
con
frecuencia
se
obtienen
los
datos
necesarios
para
decidir
al
respecto.
En
la
fig.
3.4,
se
puede
advertir
que
la
prolongación
hacia
arriba
de
la
par-
te recta
de
Ku
corta
la
línea
0
:
eo en
el
punto
á,
que
está situado a
la
izquierda del
punto
¿.
Esto
se cumple
siempre en
una
ar-
cilla normalmente
coruolidada de sBnsi-
bilidad
normal.
Por
otra parte,
en
la
fig.
3.6,
que
se
refiere
a una arcilla
precon-
solidada
de
sensibilidad
normal,
b está
situado
al lado
derecho
de a.
Desaf«rrtu-
nadamente,
la
influencia
de
la alteración
tiende,
desalojando á a la
izquierda,
a
des-
truir las evidencias de la
preconsolidación.
Por
lo tanto, si ha7-probabilidades
de
que
un
depósito
de arcilla
pueda
ser
precon-
solidado
y
se van
a obtener
muestras
para
las pruebas
de
consolid.ación, deberán de
usarse las
mejores
técnicas
posibles
de
muestreo. En
el
art. 4.8
se
estudiará otro
procedimiento
más
para investigar
el
estado
de
preconsolidación
de una
arcilla blanda
sedimentaria.
Las
arcillas
preconsolid.adas
abundan.
Muchos
depósitos estuvieron
en alguna
época
sujetos al
peso
de
capas
de suelo
sobreyacentes
que
subsecuentemente
füeron
eliminadas
por
la
erosión. En algunos casos
el hielo
glacial
cubrió
y
consolidó
las
capas
de
suelo
inferiores;
cuando
el
hielo
se
fun-
dió, los
depósitos
quedaron
sobreconso-
lidados con
respecto a la
presión que
siguió
actuando.
La
superficie
de
muchos
de-
pósitos,
especialmente
en
las
llanura-s
de
inundación, estuvo expuesta durante
su
deposición, sufriendo
evaporación
y
de-
secación
(art.
2.5).
Los
esfuerzos
dé,,con-
tracción
d,eben haber sido
grandes
.o*'
parados
con
las
p
brecarga
actuales
depósitos
contenga
cillas
preconsolidad
Iargo
tiempo
de
lo
ducido
por
bombeo
construcción,
pued
solidación
y
precarg
pecto
a
las
condicio
pués
del
restablec
freáticos.
para
dete
el
grado
de
precons
las
consideraciones
pueden
dar
valiosos
d
3.6.
Características
las
arcillas
sensibles
Los
resultados
de
solidación en
una
mu
extraída
de
una
arci
{,
mayor
que
g)
se
(fis.
9.7).
La
rama
pla
e-log
1b
se
convierte
en
brusca
en
un
tramo
representar
un
colapso
cilla,
de
manera
que
Ia
presión
conduce
a
u
en
la
relación
de
,u.
l-1.t"
por
un
punto
d
diente
disminuye.
Si
s
Aprox.
O.4
€6
Figura
3.7.
Cur,,,¿rs
,c_lou
ft
tí¡rica
racJas
(,K,)
y
remolcleaclrr
tf,)
bilidad.
o
b'
o
o
G
S
o
\
:§
()
r§
(¡,
q
-
8/16/2019 Caracteristicas de Consolidacion de Los Suelos
7/46
Lp
es probable
que
que
el
cambio
Ar0
no
sea
mayor
de
mitad
de
po'
?0.
Po'
-
Po,
el
error
se
el
aspecto
reconocer
si
una
preconsolidada.
Casi
la
humedad
narural
plástico
que
al
ejecutando
una
en
una
muestra
con
frecuencia
se
para
decidir
al
se
puede
advertir
arriba
de
la
par-
línea
€
:
eo
en
el
a la
izquierda
del
siempre
en
una
ar-
de
sensi-
parte,
en
la
fig.
una
arcilla
precon-
normal,
b
esrá
de
a.
Desafortu-
de la
alteración
la
izquierda,
a
des-
preconsolidación.
de
que
pueda ser
precon-
fnuestras
para
deberán
de
posibles
de
se
estudiará
otro
investigar
el
estado
una
arcilla
blanda
abundan.
en
alguna
capas
de
suelo
fueron
En
algunos
casos
las
capas
el
hielo
se fun-
sobreconso-
presión
que
siguió
de
much«¡s
de-
las
llanuras
de
durante
su
y
de-
esfuerzos
dé
con-
grandes
com-
parados con
las
presiones
efectivas de
so'
brecarga
actuales
y es
probable
que esos
depósitps
contengan
c'apas o
lentes de
ar-
cillas
freconsolidadas.
El
descenso
durante
largo tiempo
de
los niveles freáticos
pro-
ducido
por
bombeo
o
por
las actividades
de
construcción,
puede
haber
inducido
con-
solidación
y
precargado
la
arcilla,
con
res-
pecto
a
las
condiciones
que
existieron
des-
pués
del
restablecimiento
de los
niveles
freáticos.
Para
determinar
la
posibilidad
o
el
grado
de
preconsolidación
en un
lugar,
las consideraciones
históricas
y
geológicas
pueden
dar
valiosos
datos.
3.6. Características
de
consolidación
de
las
arcillas
sensibles
Los resultados
de una
prueba
de
con-
solidación
en
una
muestra
cuidadosamente
extraÍda de una arcilla
de
alta
sensibilidad
(S,
mayor
que
8)
se
parece
a
la
curva
Ku
(fig.
3.7).
La rama
plana
inicial
de la curva
e-log
p
se convierte
en forma
relativamente
brusca
en
un
tramo
inclinado
que
parece
representar un
colapso
estructural
de
la
ar-
cilla,
cle
manera
que
un
ligero
aumento
de
la
presión
conduce
a
una
gran
disminución
en
la
relación
de
vacíos.
La
curva
pasa
luego
por
un
punto
de
inflexión
y
su
pen-
diente.'
disminuye.
Si se usa
la
relación
es-
Consolidación
de
las
arcillas
sensibles
95
tadística
de
la
ec. 3.2,
para
determinar
la
compresibilidad
de
ese material,
eI
asen-
tamiento calculado es
demasiado
pequeño.
Como
el error
que
se
comete está
del
lado
de
la inseguridad, los cálculos de los
asen-
tamientos
deben basarse en
pruebas
hechas
en
muestras
inalteradas.
Si
se
traza una tangente a
la
parte
más
inclinada
d.e
la curva
en su
punto
de in-
flexión c, corta
la línea
ás
en
b.
La
presión
correspondiente a á
es aproximadamente
igual
a
aquélla
en
que
se
produce
el colap-
so.
En
la
mayor
parte
de las
arcillas muy
sensibles b
queda
cuando
menos ligeramen-
te a
la derecha del
punto
¿,
que
representa
la
presión
de sobrecarga
efectiva
p6.
El
in-
cremento
de
presión
b
-a
puede
re-
presentar
el
grado
en
que
ha sido
precar-
gado
el
suelo,
o
puede
representar
una
resistencia
de
adherencia
que
tiene
origen
en
procesos
fisicoquímicos
subsecuentes a
la
deposición. En
cualquier caso,
el incremen-
to
representa
la
presión
máxima
que
puede
añadirse
al
suelo sin
excitar los
grandes,
y
a
menudo, espectaculares
asentamientos
asociados a
la
rama
inclinada de la
curva.
En las
zonas
en
que
el subsuelo
está for'
mado
por
arcillas
blandas
altamente
sen-
sibles, como
la ciudad de
México o
partes
de
Escandinavia,'la experiencia ha indicado
la necesidad de
limitar la
presión
añadida
por
un
edificio
nuevo a solamente una
frac'
ción
de la
resistencia
de adherencia.
Y,as alteraciones
producidas
durante
el
muestreo
y
el manejo
de
las
muestras,
pueden
enmascarar
completamente
las
caracteústicas
importantes del suelo;
las
curvas e-log
p
para
arcillas completamente
remoldeadas de
elevada
sensibilidad no
son
en
ningún
aspecto diferentes de las arcillas
de
sensibilidad
normal.
Aún las
arcillas
completamente
remoldeadas
no son
tan
compresibles
como
el
suelo
inalterado
a
presiones
algo superiores
a Ia
presión de
colapso.
Por lo tanto,
a
diferencia
de las es-
timaciones
de
los
asentamientos
en
arcillas
de
sensibilidad
normal,
las
que
se
hacen en
arcillas
muy sensibles
quedan,
si
se
basan
en
resultados de
pruebas
so.bre
especímenes
remoldeados,
del
lado'de
la
inseguridad.
Por
lo
tanto,
son absolutamente
indispen-
sables
las buenas
muestras
inalteradas.
eo
Aprox. O.4
€o
po
Presión,
p
lescala
log)
r.
Figura
3.7. Ctrrv¿rs
r-lou
lt
tí¡ticas
para muestras
inalte-
.adas
(.K")
y rcmoldeadas
(r(,)
de
arcilla
de
alta
sensi-
bilidad.
(¡)
q'
o
o
§
al
'§
§
.o
o
a
t
t
-
8/16/2019 Caracteristicas de Consolidacion de Los Suelos
8/46
96
Características
de
la consolidación de
los
suelos
3.7. Características de
consolidación
de
los suelos
residuales
Los
comenErrios
anterióres se refieren al
comportamiento
de muestras de depósitos
de
arcilla
sedimentaria.
Los
suelos
resi-
duales
cohesivos,
aunque
son
producto
de
procesos geológicos
muy diferentes,
con
frecuencia
se
caracterizan
por
tener
curvas
e-log
p
semejantes
a
las
de las
arcillas
trans-
portadas
de
moderada a alta sensibilidad.
Puede
parecer
que
han sido
preconsolidados
pero
la
presión
de
preconsqlidación
apar€n-
te
es consecuencia de
los
nexos
de
cohesión
heredados entre las
partÍculas,
en
vez
de ser
presiones
efectivas
producidas por
rlna
sobrecarga
anterior
o
por
desecación.
Algrrnas veces se encuentran zonas de
materiales
blandos
y
rnuy compresibles,
con
contenidos
de
agua cercanos
al
lírnite lí-
quido, en las
partes
bajas
de
masas
de
suelo
residual,
sobre
todo
si
la
roca
poco
me-
teorizada
que
los
subyace
es
lo
sufrcien-
temente
poco permeable
como
para
que
el
agua subterránea
tenga
que
fluir
por
arriba
de
ellas.
Dentro
de esta zo:na,la
destrucción
de los nexos interparticulares
por
alteración
química puede
avarxz.ar
al
grado
en
que
dichos
nexos
queden
exactamente
equi-
librados
por
eI
peso
de los
materiales so-
breyacentes.
En
consecuencia,
el suelo
puede
tener las
características
de com-
presibiüdad
de una
arcill¡
normalrnente
consolidada, algunas
veces
de
alta
sensi-
bilidad.
E.8. Características
de
consolidación
de
los
suelos
susceptibles
de
cola¡xo
Los
suelos
parcialmente
saturados
pueden
poseer
cementantes
que
les
propor-
cionen cohesión
y
considerable
rigidez.
Si
éstos
son
solubles, como
los
precipitados
químicos
que
se acumulal¡
en los
climas
semiáridos,
pueden
destruirse
por
una
in-
mersión
prolongada.
Si
los
cementantes
son
minerales arcillosos
o
sustancias
amorfas
parecid.as
a
las
".áilI"r,
pued.en
adsorber
agua
y
debilitarse cuando se sumergen;
el
verdadero
loes
pertenece
a esta categoría,
como
también
algunas arenas sreltas
li-
Prueba
co
¡n
el
m'aterial
Prueba con el
material
previe
saturado.
I
Adición
-
e agua
alrededor
de
las
puede
causar
ser
plicaciones
técnica
en
las
cimentacio
20.2.
3.9.
Característic
las arenas.
Las
curvas
e-lo
finada
lateralmen
las
de
las
arcillas
vas
e-p
correspo
cóncavas
hacia
ar
ga
y
de
recompre
fiS.
3.9á
indica
q
una
arena
dada
d
su
compacidad
re
son
mucho
más
co
pactas;
además,
a
grandes
Ia relación
suelta
no
puede
lle
arena
cuando
est
grandes
presiones
perse.
Por
otra
par
de
Ia
misma
arena
fácilmente
a
la
de
valiéndose
solamente
/.4
(¡)
qi
.3
/.'
(§.
*
0.8
§
'o
§
o.o
QJ
t
0.4
t_2
0.2
o
0.5 t.o 2.o
5.o
lo 20
50
Presrcn,
P
toilm2
I
Figura
3.8.
Disminución de
la
relación
de
vacíos
por
adición
(e
agua
en una
muestra
de loes,
bajo
presión
vertical
l,l
con el
contenido de asua
natural, en
el
t:onso-
lidómetró.
Los
rcsultados pueden compararse
c¡5n
los
de
la muestra saturada
antes de la
prueba
(segúniHoltz
y
Gibbs.
19-51).
i
geramente
arcillosas.
Los terraplenes
Eom-
pactados
con
htrmedad inferior
a la
óptima
es
probable
que
queden
con
una cohesión
aparente debida a capilaridad
que
les da
una
rigidez
que
puede
destruirse
fácilrr,.ente
por
inundación.
Las
curvas e-log
b
de estos materiales
probados
sin
permitir
que
el agua tenga
ac-
ceso
a
las muestras
a través
de
las
piedras
porosas,
no
presentan
aspectos
extraor-
ünarios,
pero
si
-ss-
deja
penetrar el agua en,
cualquier etapa
de
la prueba,
puede
ocirrrir
una espectacular dismim,rción de
la relación
de
vacíos
bajo
presión vertical
externá cons-
tante, como se
ilustra en la fig.
3.8.:I-_g
s¡relos
que p{esentan
este cornportamiento
se denominan
colapsables.
La
magnitu«l del
asentamiento de un depósito de
guelo
colapsable
puede
estimarse sujetandc,
las
muestras,
con su
humedad de
campo,
,a
los
esfuerzos
verticales
previstos
en
el
terreno
y
observando
el
cambio
en
la
relación de
vacíos,
manteniendo
al
suelo
en
condición
sumergida bajo esfuerzo vertical
constaute.
Los
suelos
colapsables
son
muy
abun-
dantes en
muchas
partes
del
mundo
dónde
las
sequías
son
largas
y
el
agua freática,está
a gran profundidad. En esas
localidades,
incluso el
riego de
los
prados
situ¿rdos
a,l
o
(,
a
\
a)
\
o
(t
QJ
t
0.7
|
0.0/
presi
Figura
3.9.
Cu
cialn"rente
sue
-
8/16/2019 Caracteristicas de Consolidacion de Los Suelos
9/46
lO
20
50
de
vacíos
por
de
loes,
bajo presión
natural,
en
el
conso-
compararse
con
los
prueba
(según
Holtz
teraplenes
com-
a
la
óptima
una
cohesión
que
les
da
fácilmente
estos materiales
agua
tenga
ac-
de
Ias piedras
extraor-
agua
en-
puede
ocurrir
de la
relación
externá
cons-
a
fig.
3.8.
Los
magnitud
del
de
suelo
sujetando
las
de campo,
a
los
en
el
terreno
y
la
relación
de
en
conüción
con§tante.
muy
abun-
mundo
donde
freática
está
locálidades,
{
situados
alrededor
de las casas
recién
construidas
puede
car¡sar serios
asentamientos. Las im-
plicaciones
técnicas de
los suelos
colapsables
en
las cimentaciones
se
estudian en
el
art.
20.2.
3.9. Características de consolidación de
las arenas.
Las
clrrvas
e-log
p
para
una arena
con-
ñnada
lateralmente
(fig.
3.9a)
se
parecen
a
las de
la§
arcillas
preconsolidadas. Las
cur-
vas
c-p
'correspondientes
(fiS.
3.9á)
son
cóncavas'hacia
arriba;
las
cunas
de
descar-
ga y
de
recompresión son
muy
planas.
La
fig.
3.9á
indica
que
la compresibilidad
de
una
arena dada
depende
en
gran parte
de
su compacidad
relativa.
Las arenas sueltas
son
mucho
más
compresibles
que
las
com-
pactas;
además, aun con
las
presiones
más
grandes
la
relación
de
vacíos
de
una
arena
suelta
no
puede
llegar
al
valor de
la misma
arena cuando
está
muy
compacta.
Bajo
grandes presior^es
los
g¡anos pueden
rom-
perse.
Por
otra
parte,
la
relación
de
vacfos
de
la
misma
arena suelta
puede
disminuirse
fácilmente
a
la
de rura
arena
cbmpacta,
valiéndoss
solamente
de
vibración.
Determinación
de
la compresibilidad
en
la
práctica
97
Las arenas bien
graduadas
son menos
compresibles
que
las
uniformes
o
las
de
ganulometúa
discontinua,
a
la
misma for-
ma
de
granos
e
iguales compacidades
re-
lativas.
Las
arenas
de.partÍculas redon'
deadas
son usualmente
menos
compresibles
que
las
de partÍculas
angulares comparables
en
todos
sus
demás
aripectos.
La
adición de
pequeños porcentajes de partÍculas
de
f
-
8/16/2019 Caracteristicas de Consolidacion de Los Suelos
10/46
98
Características de la consolidación de
los
suelos
mostrada
en 'la fig.
3.4.
O,
sin ejecutar
pruebas
de consolidación,
puede
valuarse el
índice
de
compresión
tomando
como
base
el
límite llquido.y
la relación
estadística,
de
la ec.
3.2.
Si
la
arcilla
es
muy
sensible,
es
probable
qué
l,
compresibilidad real
exceda mucho
la
determinada
por
cualquiera de los
procedimientos anteriores,
a
menos que
se
hagan
pruebas
de
consolidación
con mues-
tras inalteradas
muy buenas.
Si
la
arcilla
está
preconsolidada,
Ia
com-
presibilidad
a
presiones
menores
que
Ia
presión
de
preconsolidación
?o
va
a ser
probablemente
mucho mencr
que
la de las
arcillas
normalmente
consolidadas cuyas
der¡rás
características
sean
semejantes.
Aun
con las
mejores
*L.st..r
inalteradas,
es
probable
que
los
asentamientos estimados
con
base en
pruebas
de
consolidación
sean
muy
grandes.
Cuando se hace
una
prueba
de
con-
solidación
con
una
muestra
de
arcilla
en el
laboratorio,
por
razones
prácticas
se
la
sujeta
a
cambios en
los
esfuerzos
aplicados
mucho
más
rápidamente
que
en el
depósito
real
durante,
por
ejernplo, la
excavación
y
construcción de un edificio. Además, en
las
pruebas
de laboratorio, el
tiempo
durante
el
cual
la arcilla sostiene
un sólo
incremento
de
carga es cuando
mucho
de
unos cuantos
dÍas, mientras
que
la üda
de una estructura
localizada
encima
del
depósito
de arcilla
puede
ser de varios
años.
Debido
a
estas
y
otras
diferencias, los
asentamientos previs-
tos
y
reales
pueden
diferir apreciablemente,
pero
la
experiencia ha
demostrado
que
las
previsiones
sobre
el
asentamiento
final, es-
pecialmerlq
sobre
depósitos
blandos,
son
pasos
esenci'ales
del
proyecto
y,
cuando se
hacen
con buén
criterio,
puede
confiarse
en
ellas.
Sin
embargo,
el
asentamiento
final
d.e
un depósito
de
arcilla
sujeto
a un
cambio
de
carga, no
ocurre
inmediatamente; con
frecuencia
se
'desarrolla
gradualmente,
durante muchos
meses
o
años. Por
lo
tanto,
en
la
práctica
es
necesario
hacer
una
es-
timación
de
la
rapidez
con
la que
se
produce
el
asenramiento.
El
retraso
del
asentamiento
con respecto
al
aumento
de
carga
es
principalmente
una
consecuencia
de
la resistencia
a
la
remoción
del
aguir
de
los
poros
de
la
arcilla.
3.1l.
Arcillas expansivas
y
lutitas
l
laminares duras
En el
art.
3.2
se
dijo que,
si se
interrum-
pe
la
carga en una
prueba de
consolidación
en
una arcilla y
se
inicia
un
proceso
de
des-
carga,
la muestra se expande
como
lo in-
dica
el
tramo
mm'
de
la
curva de
la
fig.
3.2. Por
supuesto,
para
expanderse
la
ar-
cilla
requiere
la
presencia
de agua
bastante
como
para
permitir
el
aumento
de
la re-
lación
de
vacíos.
En
algunas
arcillas
y
lutitas
laminares,
el aurnento de volumen
debido
a
la
reducción
d.el
esfuerzo,
es
tan
grande, que
rompe carreteras
y
estructu,:as.
Adernás,
si
la humedad «le
esos
materiales
se
mantiene normalmente
baja debido,
por
ejemplo,
a la
arid.ez del
lugar,
la reducción
en
la
rapidez
de
la
evaporación, causida
posiblemente por
la
presencia
de
la
losa
de
un edificio,
puede
cofiducir a la acurnu-
lación de
humedad
y
a u:na intensa expan-
sión.
Si
la
construcción
implde
esta expan-
sión,
pueden
desarrollarse
fuerzas
extre-
madamente
grandes.
Se
dice
que
los
su,:los
que
se comportan
de
esta manera son
e,x-
pansiaos.
Los suelos expansivos
producen
serias dificultades
de cimentación en
muchas
partes
del mundo. En el capítulo
20
se discuten las
características de
estos
materiales.
8.12.
Rapidez
de
consoli«lación
Teoría
de la
consolidación.
Las arcillas
son
tan
impermeables
que
el agua
está
'casi
prisionera
en los poros.
Cuando se aplica
ün
incremento
de
carga, el
agua
intersticial
no
puede
escapar
inmediatamente.
Como
las
partículas
de arcilla
tienden a
juntirrse
entre sí, se
desarrolla
presión
en el
agua.
de
los
poros,
de la misma
manera
que
se
produce
en el
aceite
qlre
llena
un
gato
hidráulico,
cuando
se le
r:oloca
un
pesc
en
el
pistón.
Esta presión
tiende a
expulsa'r el
líquido.
Al
principio
el líquido
sale
rcon
rapidez,
pero
al continuar
el
proceso,
la
presión
disminuye
y
la
velocidad
de
salida
del
agua
también
lo
hace.
Al
obligarse
a salir
el
/
agua
de
la
muestr
pueden
aproxima
tanto,
la
superfici
asentamiento.
EI
rápido
al
princip
muy'lento.
Elprogreso
d.e
-glqery-a¡qe
qrid_ieq_
presión
del
agua
{e
p_?,rtes.
de
.la
.mues
(fiS.
B.l)
estuvier
tubos
de
salida
p.
advertiría,
que
en
'
aplicación
de
un
inc
el
agua.
subiría
en
c
tura
h
-
a?
/ l.
superficie
libre
de
muestra.
La
línea
ho
el
Iugar
geométrico
los
tubos
al
tiemp
isócrona
inicial.
La
cualquier
poro
de
la
te,
es
igual
a
Ap
e
hidrostática
del
agua
elevación
del
poro.
p
dsl-lsge*A,p
se
cono
,re{ón
en
ercceso
d
conoce
también
com
consoleldación,
porque
consolidación.
La
presión
en
el
.no
puede
permanece
fronteras
superior
"
i
::?'
,:
0.
y
z:2H,
por
sron.
en
el
agua
de
Ias
p
Io.
A
causa
de
Ia
diferán
un
gradiente
hidráulico
piedra
porosa;
el
gradie
fluya
de
Ia
muesria
hac
.rr.l:
la
presión
dismin
arcilla
cerca
de
Ias
pi"ó
l-up_r"
t
1,
la
altura
d.i
ug
de
la¡nitad
(,
:
flde"la
oer
dlsminuido
ligeram
Ias
alturar
.o.."rpó.ra;".r
canos
a
la
fronteras
pu
mucho.
La
isócr
t
i
enrpo
ñ;,s":?;J':
.10a.
o
El punto
At
enesta
is
aI
exceso
de
presión
en
e
[.
-
8/16/2019 Caracteristicas de Consolidacion de Los Suelos
11/46
.\
del
agua de
y
lutitas
que,
si se interrum-
de corsolidación
un
proceso
de des-
como
lo
in-
la
curva
de
la fig.
expanderse
la
ar-
de agua
bastante
aumento
de
la
re-
algunas
arcillas
y
de
volumen
del
esfuerzo,
es
tan
y
estructuras.
de esos
materiales
baja debido,
por
lugar, la
reducción
causada
de
la
losa
de
a
la
acumu-
una
intensa
expan-
impide
esta expan-
extre-
üce
que
los
suelos
manera son etr-
producen
cimentación
en
En el capítulo
d.e
estos
r.l
Las arcillas son
el agua
está casi
Cuando
se aplica
el
agua
intersticial
Como
tienden
a
juntarse
en el
agua de
manera,
que
se
que
llena
un
gato
coloca un
peso
en
tiende a
expulsar
el
l lÍquido sale
con
el
proceso,
la
de salida del
obligarse
a salir
el
l
agua
cte
la muestra,
las partículas
del
suelo
pueden
aproximarse
más entre
sÍ. Por
lo
tanto,;la
superficie de
la
probeta
sufre
un
asenta.'niento.
El
asentamiento
que
era
rápido
al
principio,
disminuye
hasta
ser
muy
lento.
El--p-rqgrcso-de
la
consolidación
puede
glqewalse-q¡i4lS+do
la disminución
de
la
presióu
dg
-ggoa
de
los
poros en dit'erentes
p4;tes
-de
.la
muestra.
Si
el
consolidómetro
(fis.
3.
I)
estuviera
equipado
con
varios
tubos
de salida
pegueños
(fig.
3.10a),
se
advertiría,
que en
el
instante
to
de
la
aplica,:ión
de
un
incremento
de
presión
Ap,
el
agua. subiría
en cada
tubo
hasta una
al-
tura h :
A
/1,
arriba del nivel de
la
superficie
libre del agua
que
rodea
la
muestra. La línea horizontal
que
representa
el lugar
geométrico
de
todos
los niveles en
los
tubos al tiempo
to
se
conoce
como
isócrona
inicial.
La
presión
en el agua en
cualquier
poro
de
la
muestra
en ese
instan-
te,
es
igual a
Ap
en
exceso
de
la
presión
hidrost:ática del agua
en el recipiente
a
la
elevación
del
poro.
Por
lo
tanto,
a
presión
d.e agrr4__A_p
se conoce con
el
nombre de
frg 9r,,
en
ercceso
de
la
hidrostútica.
Se
conoce también corno
presión
inicial, de
consoliCación,
porque
inicia
el
proceso
de
consolidación.
i
¡¿
,
presión
en
el
agua
de
los
poros
no
puede permanecer
igual
a
Lp
en
las
fronteras superior e inferior
de
la
mues-
tra,
z
-,0
y
z:2H,
porque
el exceso
de
pre-
sión en
el
agua de
las
piedras
porosas
es
nu-
lo.
A causa de
la
diferencia de
presión
existe
un gradiente hidráulico
grande
hacia cada
piedra
porosa; el
gradiente
hace
que
eI
agua
fluya
de
la
muestra
hacia
las
piedras,
con lo
cual,
la
presión
disminuye
en
los
poros
de la
arcilla
cerca de
las
piedras.
Después
de un
lapso
ty,la
altura del
agua en los
tubos
cerca
de
la
mitad (z
:
fD de la muestra
puede ha-
ber disminuido liger:lmente,
mientras que
las
alturas correspondientes
a
los
puntos
cer-
canos
a
la
fronteras
pueden
haber bajado
mucho. La
isócrona
correspondiente
a
este
tienrpo
se
designa
como
curva'ú1 en
la
fig.
3.L0a.
El
punto.¿{l
en
esta isócrona corresponde
al
exceso de
presión
en el
agua
de
los
porós
Rapidez
de consolidación
m
u
a
la
profundidad a
en
la muestra,
en
el
tiempo
il
La
presión
en
exceso
de
la
hi-
drostática está
representada
por
la
üstancia
vertical
A$.
La
presión
original
en exceso
de la hidrostática,
en
el
tiempo
to
está
representada
por
AoB.
Por lo
tanto,
del ex-
cest¡
de
presión
original Aró, solamente
la
fracción
ALB
/
A*á
permanece
en el agua de
los
poros.
Como
el
esfuerzo
total
que
va
a
soportar
la
muestra a
la
profundidad
¿r
permanece
AP,
el
principio
del
esfuerzo
efectivo conduce
a
la
conclusión
de
que
la
fracción
Ao^f
AoB
debe ahora
ser
un
es-
fuerzo
efectivo soportado
por
el esqueleto
del
suelo.
La relacii¡n
Aohf
AsB
se conoce
como
grad,o
de
coruolidación
U,
a
la
profundidad
a
y en
el
tiempo
f¡.
En el tiempo
f2
el nivel.
del
tubo corres-
pondiente
a
la
profunüdad
zt
ba
descen-
dido
todavÍa
más a
Az
y
el
grado
de con-
solidación en
z1
ha
aumentado
v
lJ2:
As
Az/AoB.
La
isócrona correspondiente se
designa como t2
(fig.
3.104).
Finalmente,
después de un
tiempo
muy
largo, no
queda
en la
muestra
presión
en
exÉeso
de
la
hi-
drostática. La
isócrona correspondiente está
indicada
por
f-,
y
(J,
a
todas
las
profun-
didades
es
100
por
ciento.
La
pendiente
de la
tangente
a
una
isócrona
en
un
punto
como
.¿{r
representa
el
gradiente
hidráulico
en el
agua
de los
poros
a
los valores
correspondientes
de
Z
y
de
f. Cuando la
pendiente
es
hacia
abajo
y
a
la
izquierda, el flujo
es
ascendente, cuando
es
hacia abajo
y
ala derecha,
es
descenden-
te.
A la mitad
de
la altura de
la muestra
donde
Z:
H,
la
pendiente
de todas
las
isócronas
es
cero.
En
consecuencia, nunca
hay
flujo
a
través de
un
plano
horizontal
en
z
:
H.
El
plano
medio
podrÍa
también
considerarse como frontera
impermeable.
Por
lo
tanto,
las
isócronas
para
una
mues-
tra
con
espesor
É/, pero
drenadas solamente
en la
superficie
superior
son idénticas a
las
de una
muestra de
espesor 2H,
pero
dre-
nadas
arriba
y
abajo.
El
-proceso
.dq
-consslid"a-qión
puede
des--
cribirse
por
las
posiciones
sucesivas
de
las
isócronas,
que
definen lasr
proporciones
relativas de
la
presión
de
consolidación
iniq[l*que-yq
-sq
l¡an
gonvqrtido en eifuefzo
efectivo
y que
siguen siendo
esfuerzo
-
8/16/2019 Caracteristicas de Consolidacion de Los Suelos
12/46
[00
Características
de
la consolidación
de
los
suelos
Muestra
Pgy_t-{_4I-r
9n
cada
ins
Ias
leyes
de
Ia
hidrá
minución
de
la
pre
poros,
y
que
la
dism
suelo
sea
proporcion
fuerzo
efectivo
y
sea
agua
expulsada,
se h
(Terzaghi,
lgLg,
lg
grado
de consolidació
didad
y
cualquier
tie
teorla
de
la
co,ruolida,
LJ
ecüacian
aifé
proceso
de
consolidac
dirección
puede
d.ed
fig.
3.10á,
que
es
un
plificada
de
la
fiS.
3.1
l.
El
flujo
se
produ
go
de
líneas
verti
2.
El
coeficiente
de
material
es
cons
y
no
cambia co
ningún
incremen
3. Existe
una
relació
.
cualquier
increm
el
cambio
de
volu
mismo
y
el
cam
tiva.
Es
decir:
dV
V
:
donde
m1,
(c^,
/
el
c99frc*is .e
*_d
_olur¡tétr-ica.
Co
.volumen
dene
lug
del
suelo,
dV/
V
:
porosidad,
y
*r:
En
cualquier
tiempo
Zr'
el
gradiente
hirtrául
ravés
de
un
Jl"*"rto
5.10á),
es
la
pendiente
los
valores
correspond.ient
o
l^l
=
r
fiz
I
ru
4
oi
@
B
§
At
/
tY
fit
t
\
\t
\
\ \ \
$
\\t\
\
\
\
\
\
\
\
\
§
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a.5
t
\
§
.I
§.
¿o
q,
t
§
:o
§¿s
)
q
(c)
2.OL
o
20
&
60 80 100
Grado de consolidacion,
Uz(%)
Figura
3.10.
Proceso de
consolidación en
una muestra de arcilla drenada
por ambas
ca-
ras.
a) Sección de
Ia muestra
y
anillo de confinamiento
mostrando tubos
imaginarios
para
observar las. presiones
en los poros e
isócronas
en
el tiempo
tt
y
t2.
á)
Representación
simplificada de a) indicando
las
bases para la
ecuación
diferencial
de
la consolidación.
r)
Solución de
la ecuación
diferencial en
función
de coeficientes
adimensionales.
.dh
¿
-
-+
d¿
.
donde
u
es
la presión
d.el
'la
hidrostática.
El signo
n
Superficic
del
Ap
-
8/16/2019 Caracteristicas de Consolidacion de Los Suelos
13/46
neutral,
en
cada
instante.
Suponiend.o
que
las leyes
de
la
hidráulica
gobiernen
la
dis-
minuciórr de
la
presión
del agua de
los
,,
poros,
y
que
la
disminución
en
volumen
del
suelo
sea
proporcional
al aumento
en es-
fuerzo ef,:ctivo
y
sea
igual
a
la
cantidad
de
agua expulsada, se
ha elaborado una
teoría
(Terzaghi,
1923, 1943)
para
calcular
el
grado
de
consolidación
a
cualquier
profun-
didad
y
r:ualquier
tieriipo.
Se conoce
como
téo,rfa
de la coruolidación.
La
e,:uatión diferencial
que rige
el
proceso
de
consolidación
para
flujo
en
una
dirección
puede
deducirse
estudiando
la
fiS.
3.10á,
que
es
una
representación
sim-
plificada
de
la
fig.
3.10¿. Se
supone
que:
f
.
El
flujo se
produce
solamente a
lo
lar-
go
de
líneas verticales.
2.
El
r:oeficiente de
permeabilidad
á
del
material
es constante en
toda
la
masa
y
no
cambia con
el
tiempo
durante
4ingún
incremento
de carga,
3.
Existe
una
relación. constante durante
cualquier
incremento de
carga
entre
el
cambio
de
volumen
por
unidad
del
mismo
y
el
cambio
de
presión
efec-
tivai. Es
decir:
' + :
modF
,V
donde
mt)
(crn'/E)
se conoce como
el
coeficiente-
de
cgmpTesibilidad
aolúm,ét-ricg.
Como
el
cambio
de
volumen
tiene
lugar
sólo
en
los
vacíos
del
suelo,
dV/
V
--
dn,
donde n es
la
porosidad,
y
3.5
¡
En cualquier
tiempo
ü, a
la
profundidad
z¡
el
gradiente
hidráulico
ascendente
i
a
través
de
un
elemento
de'espesor dz
(fi9.
3.10á),
es la
pendiente
de
la
isócrona
para
los
valores corresponüentes
de
ú
y
z.
AsÍ:
1|
ló¿
1-
Ó<
donde z
es la
presión
del agua
en exceso de
'la
hidrostática.
El signo
negativo
indica
que
Rapidez
de consolidación I0L
i
produce
un
flujo hacia
arriba, mientras
que
z,aumenta
en d.irección
hacia
abajo. La
velocidad
del
flujo es
a:ki
Ld"
^r'Óz
El
gasto que
atraüesa
la
unidad
de
área de
una
sección
horizontal a
través
del
suelo
es
también
numéricamente igual
a
z.
Por lo
tanto,
la
diferencia
en
la cantidad de agua
que
entra
y
sale de
un
elemento
de
espesor
dz
et
un tiempo
dado dt
es:
da
k dzu
_
dZdt
:
-
--
),,1¡
Ó¿
*-
*-
^YtdZ'*'"
Durante
el
mismo
tiempo
dt,
el cambio de
volumen
del
elemento
de área
unitaria
y
es-
pesor
dz es:
Dz
dñ
-
dtdz:mo dtdz
ót-ot
Sin
embargo, el cambio
de volumen
es
precisamente
igual
a
la
üferencia
entre
el
agua
que
entra
y
la
que
sale.
Por
lo tanto:
"Y.dzL
k ó2u
óF
:
lllt
a,
:
-ffl¡
du
a,
k dzu dzu
u
D¿
mo^Y
-
dl-z
3.6
'3.7
A la ec. 3.6
diferencial
de
vertical,
y
I
I
t
se
le
conoce
como
ecuación
,
la
consolidación
con' flujo
co
ca-
para
c,)
dn
lTlo
:
ll
dp
dh
d,
ffiol-,
es el
coeficiente
de
consolida7_rg?r.
Puáde
déifé5áisi z
en la
ec.
5.6
como
función de
¿
y
ú;
es
decir,
pueden
deter-
minar
