Mecánica de suelos II

CONSOLIDACIÓN

La consolidación es un proceso de disminución de volumen, que tiene en un lapso provocado por un aumento de las cargas sobre el suelo. Esta reducción es causada por la deformación de partículas, reacomodo de partículas y expulsión de agua o aire en los vacíos. Los asentamientos por cargas están divididos en tres categorías que son asentamiento inmediato, que es provocado por la deformación elástica del suelo, sin ningún cambio en el contenido de agua. El siguiente es asentamiento por consolidación primaria que es el resultado de un cambio de volumen en suelos saturados cohesivos por la expulsión de agua de los vacíos. El último es asentamiento por consolidación secundaria, que es el resultado del ajuste plástico de la estructura del suelo.

Un asentamiento se da cuando se reduce el volumen del suelo como con secuencia del drenaje de agua. Este drenaje ocurre cuando un estrato de suelo está sometido a un incremento de esfuerzos. En suelos arenosos por su alta permeabilidad el asentamiento y lac onsolidación se efectúan simultáneamente. En suelos arcillosos que tienen baja permeabilidad el asentamiento por consolidación se da con el tiempo.

Se denomina consolidación de un suelo a un proceso de reducción de volumen de los suelos finos cohesivos (arcillas y limos plásticos), provocado por la actuación de solicitaciones (cargas) sobre su masa y que ocurre en el transcurso de un tiempo generalmente largo. Producen asientos, es decir, hundimientos verticales, en las construcciones que pueden llegar a romper si se producen con gran amplitud.

Asiento producido en suelos compresibles y saturados, debido a las deformaciones volumétricas a lo largo del tiempo, ante la disipación por drenaje de las presiones transmitidas al agua intersticial por una carga aplicada y por la reducción de los poros del suelo.

CARACTERISTICAS

Al observar los depósitos de material muy blandos situados en el fondo de una masa de agua, por ejemplo un lago, se nota que el suelo reduce su volumen conforme pasa el tiempo y aumentan las cargas sobre el suelo, se les llama proceso de consolidación.

Frecuentemente ocurre que durante el proceso de consolidación permanece esencialmente igual la posición relativa de las partículas sólidas sobre un mismo plano horizontal. Así, el movimiento de las partículas de suelo puede ocurrir sólo en la dirección vertical, proceso denominado consolidación unidimensional.

La consolidación de un suelo es un proceso lento, puede durar meses y hasta años. Es un proceso asintótico, es decir, que al comienzo es más veloz, y se va haciendo cada vez más lento, hasta que el suelo llega a una nueva situación de equilibrio en la que ya no se mueve.

• Se supone al suelo homogéneo, cohesivo y saturado. • La compresión del suelo in situ es unidimensional • La variación de volumen tiene su origen en la relajación del exceso de presión de poros • El flujo es unidimensional • El Coeficiente de Consolidación Cv y Permeabilidad K , permanecen constantes a lo largo del proceso.

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  Esfuerzos que sufren

La preconsolidación se logra aplicando una sobrecarga sobre un depósito desuelo, la que debe exceder la carga máxima que este va a soportar. Se busca así que la consolidación parcial sea equivalente al mayor grado que alcanzará con la carga máxima, la que requerirá mayor tiempo para producirse. El proceso puede acelerarse por medio de drenes verticales, conectados en su parte superior por un manto de arena que permita la liberación de la humedad.

La aplicación de cargas sobre un terreno produce deformaciones que dan lugar a cambios de volumen. Si el suelo está saturado, los cambios de volumen implican expulsión del agua de los poros. Como la permeabilidad del suelo no es infinita, se necesita tiempo para que se produzca dicha expulsión de agua. En suelos granulares la permeabilidad es tan grande que, para la velocidad habitual de las cargas, el flujo es prácticamente instantáneo, por tanto la aplicación de la carga es con drenaje. En suelos arcillosos, en cambio, la permeabilidad es tan pequeña que el flujo puede durar mucho, y es usual suponer que la carga se aplica sin drenaje. Entonces, esta carga sin flujo de agua provoca un incremento de presión intersticial que luego se va disipando con el tiempo. Este proceso se denomina consolidación.

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

Esquema ensayo edométrico  Celda Hidraulica de Consolidación de Rowe

      

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ARCILLA PRECONSOLIDADA

 Es aquella que ha tenido una fatiga de consolidación mayor a la actual ( por erosión, descenso del nivel freático, desecación, etc ).Se dice que una arcilla ha sido pre consolidada cuando alguna vez en su historia geológica ha estado sometida a una presión mayor de la que resulta de su cubierta actual.Esta mayor presión temporaria pudo haber sido causada por el peso de estratos de suelo que fueron luego erosionados, por el peso de hielo que más tarde se derritió, o bien por desecación debía a que la arcilla estuvo temporariamente expuesta al aire. Si esta presión mayor Ap0 fue menor de unos 4 kilogramos por centímetro cuadrado, la arcilla puede encontrarse en un estado blando; pero si fue mayor, la arcilla es compacta.Todos los estratos situados bajo la roca fueron depositados en un lago cuando el nivel del agua se encontraba por encima de la superficie actual del terreno alto. Luego parte de los estratos fueron erosionados y el contenido de humedad aumento un poco en la zona erosionada.

CARATERISTICA

El no tomar en cuenta este posible movimiento del suelo al proyectar una estructura sobre él puede llevar a consecuencias catastróficas tales como la inclinación, fisuración e incluso el colapso de la misma. En muchos casos es necesario pre-consolidar el suelo antes de proceder a la construcción de una obra importante, como puede ser, por ejemplo, un edificio o una carretera.

La preconsolidación se hace el terreno con un peso semejante o mayor que el que deberá soportar una vez construida la obra, para esto se deposita en la zona interesada una cantidad de tierra con el peso equivalente de la obra.

Las arcillas fuertemente preconsolidadas (con relaciones de preconsolidacion mayores de 6) y con índices de plasticidad mayores que 40 requieren un estudio especial. Estos materiales casi siempre tienen juntas y superficies de resbalamiento; la presencia de estos defectos puede controlar la resistencia de todo el depósito. La excavación produce frecuentemente deformaciones suficientes para inducir expansión y degradación de los materiales; aun las pequeñas deformaciones por cortante, producidas por el aumento de esfuerzos pueden abrir las juntas y superficies de resbalamiento y causar reblandamiento.

ENSAYOS TRIAXIALES Su principal finalidades obtener parámetros del suelo y la relación esfuerzo-deformación a través de la determinación del esfuerzo cortante. Es un ensayo complejo, pero la información que entrega es la más representativa del esfuerzo cortante que sufre una masa de suelo al ser cargada.

ANÁLISIS DEL ENSAYO NO CONSOLIDADO NO DRENADO.

Este método cubre la determinación de la resistencia a la compresión no-consolidada no-drenada de especímenes cilíndricos de suelos cohesivos en condiciones inalteradas, remoldeadas o compactadas, utilizando la aplicación de deformaciones controladas o esfuerzos controlados de la carga de compresión axial, donde el espécimen está sujeto a la presión de confinamiento de un fluido en una cámara triaxial. El método proporciona la 

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medición de esfuerzos totales aplicados al espécimen, es decir, los esfuerzos no son corregidos por la presión de poros.

Análisis del Ensayo Consolidado Drenado

Este método describe procedimientos para determinar la resistencia al corte consolidado drenado de un suelo en corte directo. El ensayo puede ser conducido en corte simple o corte doble. La prueba de corte directo es adecuada para un ensayo consolidado drenado porque las trayectorias de drenaje a través del espécimen de ensayo son cortas, permitiendo por esto que los excesos de las presiones de poro sean disipados bastante rápidamente. El ensayo puede ser hecho sobre todo tipo de suelos y sobre muestras inalteradas o remoldeadas

ARCILLA REMOLDEADA

 Es la que ha sufrido destrucción notoria de la estructura original cuando su condición o estado natural se ha alterado de forma severa

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