FENÓMENO DE CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOSMecánica de Suelos

OBSERVACIONES GENERALES

Todos los materiales experimentan deformación cuando se les sujeta a un cambio en sus condiciones de esfuerzo.

La deformación de la mayoría de los suelos aun bajo cargas pequeñas es mucho mayor que la de los materiales estructurales y se desarrolla en el trascurso del tiempo.

El proceso de deformación en las arcillas tiene lugar casi completamente en un largo lapso.

Los suelos cuando se deforman pueden presentar cambios de forma (distorsión) y de volumen (compresión o expansión).

CONSOLIDACIÓN DE LOS SUELOS

Proceso de disminución de volumen, en un lapso de tiempo, provocado por un aumento de las cargas sobre el suelo.

Frecuentemente ocurre que durante el proceso de consolidación la posición relativa de las partículas solidas sobre un mismo plano horizontal permanece esencialmente la misma; así, que el movimiento de partículas de suelo se puede ocurrir solo en dirección vertical; esta es la consolidación unidireccional.

Si eventualmente, el anterior material depositado llega a subyacer en el lugar donde se construya una estructura y se observa el comportamiento del suelo, podrá notarse que los estratos del suelo se comprimen aun más, bajo las nuevas cargas que se les comunica.

Las características esfuerzo- deformación de un suelo dependerá:

1. Del tipo del suelo

2. De la forma en que es cargado

3. Donde se ubica en la naturaleza

ANALOGÍA MECÁNICA DE TERZAGUI

Con la finalidad de obtener una concepción objetiva del proceso de consolidación unidimensional de los suelos finos . Terzaghi propuso un modelo de la distribución de cargas .

ESTUDIOS DE LAS PRESIONES EN SUELOS

Presión total bruta (qb): Es la presión vertical total que actúa en la base del cimiento, definida como el cociente entre la carga total actuante, incluyendo el peso del cimiento y aquello que pueda gravitar sobre él, y el área equivalente del cimiento.

Presión efectiva bruta (q’b): Es la diferencia entre la presión total bruta y la presión intersticial de equilibrio, (u), al nivel de la base del cimiento.

Presión total neta (qneta): Es la diferencia entre la presión total bruta (qb) y la presión vertical total existente en el terreno (q0) al nivel de la base del cimiento (sobrecarga que estabiliza lateralmente el cimiento).

presión efectiva neta (q’neta): Es la diferencia entre la presión efectiva bruta (q’b) y la presión efectiva vertical (q’0) al nivel de la base del cimiento, debida a la sobrecarga. La presión total neta es igual a la efectiva neta (qneta =q’neta).

Presión vertical de hundimiento (qh, q’h): Es la resistencia característica del terreno Rk, para el estado límite último de hundimiento. Puede expresarse en términos de presiones totales o efectivas, brutas o netas.

Presión vertical admisible (qadm, q’adm). Es el valor de cálculo de la resistencia del terreno (Rd). Puede expresarse en términos de presiones totales o efectivas, brutas o netas.

Presión vertical admisible de servicio (qs, q’s): Es la presión vertical admisible de una cimentación teniendo en cuenta no sólo la seguridad frente al hundimiento, sino también su tolerancia a los asientos

ECUACIÓN DIFERENCIAL DE LA CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL

Concepto de esfuerzo efectivo

En el fenómeno de consolidación de los suelos es necesario hacer un análisis de la naturaleza de las presiones que se generan en los mismos al aplicar una carga (Juárez & Rico, 1997). Supóngase el caso de dos partículas sólidas en contacto sobre una superficie plana de área A s , representativa de las áreas de contacto en toda la masa de suelo, a la cual corresponde un área tributaria media A , qué también es representativa de la situación de las partículas en toda la masa del suelo

Se vio que en un proceso de consolidación unidimensional, con flujo vertical, se tiene:

El problema de la consolidación es esencialmente un problema de flujo de agua no establecido a través de una masa porosa. Una hipótesis del análisis que sigue es que tanto el agua como las partículas d suelo son totalmente incomprensibles.

FACTORES INFLUYENTES EN EL TIEMPO DE CONSOLIDACIÓN

Para poder comprender el proceso de consolidación tenemos que tomar en cuenta algunas consideraciones que afectan de una u otra forma este proceso, la pregunta inmediata a estas consideraciones podría ser, ¿Cuáles son los factores que influyen para que el agua se mueve o fluya a través de un medio poroso como el suelo?

Estos factores pueden ser: La permeabilidad del suelo La compresibilidad del suelo El tiempo

ASENTAMIENTO PRIMARIO EN UN ESTRATO ARCILLOSO SUJETO A CONSOLIDACIÓN

Consolidación Primaria

Cuando hay una carga sobre el suelo, la reducción de volumen se debe a la expulsión del agua, fenómeno en el que se transfiere la carga soportada por el agua al esqueleto mineral.

Coeficiente de compresibilidad

Físicamente, el coeficiente de compresibilidad mide la razón de variación de la relación de vacíos con la presión; un coeficiente av alto caracteriza a un suelo muy compresible, mientras que uno bajo es propio de un suelo no susceptible de grandes cambios de volumen.

Análisis de asentamientos

Pueden considerar dos casos:

Asentamiento por una sobrecarga “q” en un área infinita, o asentamiento por sobrecarga “q” en un área de tamaño finito. Lo anterior se define según la extensión del área cargada en comparación con el espesor de la capa de subsuelo que se considera deformable.

Para el caso de un área cargada de extensión infinita, según Terzagui, las deformaciones y el flujo de agua se dan en una dimensión que es la dimensión vertical, e interesa la permeabilidad vertical del suelo, en este caso se considera el efecto de la sobre carga constante a cualquier profundidad del terreno deformable.

Para el segundo caso, cuando el área cargada es pequeña como suele darse en el caso de una zapata, es evidente la deformación tridimensional del subsuelo. Esta evaluación se hará teniendo en cuenta la variación del esfuerzo en profundidad y la rigidez o flexibilidad de la cimentación causante de la sobrecarga.

CARGA DE PRE CONSOLIDACIÓN

Las primeras investigaciones del doctor Terzagui sobre el fenómeno de la consolidación de suelos finos, lo condujeron al importante descubrimiento de que el tramo virgen de una curva de compresibilidad es usualmente recto en un trazado semilogaritmico, Una gran cantidad de pruebas realizadas sobre especímenes inalterados de arcilla han corroborado que tal relación es prácticamente cierta para casi todas la arcillas, por lo menos hasta presiones del orden de 20km/cm2 esto es, para todo el intervalo de cargas en el que esta interesado el ingeniero civil.

GRACIAS