Mecánica de Suelos. Prof: Susana Peluso 1

Universidad Nororiental Privada “Gran Mariscal de Ayacucho”Carrera: Ingeniería CivilAsignatura: Mecánica de suelosProfesora: Susana PelusoSección. 01

TEMA III

CONSOLIDACIÓN DE LOS SUELOS

COMPRESIBILIDAD

Propiedad que determina el grado en que un suelo permanece comprimido luego deser compactado.

La compresibilidad de los suelos es una característica propia que los distingue de laroca dura y otros cuerpos sólidos y consiste en poder variar substancialmente su estructurainterna, volviéndose más compactos con una reducción de su volumen.

COMPACTACIÓN

Es el resultado de la aplicación de cargas que producen la reducción del índice devacíos y reordenamiento de sus granos, donde las partículas de menor tamaño se deslizanentre las de mayor tamaño, rellenando los vacíos y reduciendo la porosidad, lo cual creauna textura más compacta.

Cuando el suelo está seco, los poros están llenos de aire y este reordenamientoocurre con rapidez. En suelos no cohesivos de granos gruesos, como la grava y la arena seproduce la fractura de los granos a medida que los esfuerzos se incrementan. Si el sueloestá saturado, los poros están llenos de agua incompresible, la cual debe ser expulsada antesde producirse la reorientación de los granos.

MODELO DE TERZAGHI: (PRUEBA DE CONSOLIDACIÓN)

Fue desarrollada por Terzaghi para suelos finos compresibles, la muestra se confinalateralmente con un anillo metálico colocándose entre dos piedras porosas, esta no puededeformarse lateralmente pues este movimiento está totalmente impedido por el anillo,pudiéndose medir únicamente la relación entre esfuerzo, volumen y tiempo.

CONSOLIDACIÓN

Es todo proceso que signifique disminución de volumen en la masa de suelo conrespecto al tiempo y al estado de carga que actúa sobre la misma, es decir es un proceso queincrementa la densidad de un suelo saturado, producto de la expulsión de agua de los vacíosy es diferido en el tiempo.

Está generalmente relacionada con suelos finos. Los suelos gruesos expulsan el aguade vacíos mucho más rápido, por su elevada permeabilidad. Cuando el suelo saturado espermeable, la expulsión del agua no ofrece dificultad, pero si tiene baja permeabilidad

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(como en el caso de las arcillas) las deformaciones ocurren muy lentamente y los esfuerzosdebidos a las cargas se transmiten gradualmente de la fase líquida a la sólida.

La consolidación nos permite estimar o predecir la magnitud de los asentamientos yla velocidad (tiempo) en que ellos se producirán, los asentamientos diferenciales puedenocasionar el colapso de la estructura.

CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL: Se basa en las siguientes hipótesis:

a) El suelo es homogéneo y saturado.b) Las partículas de sólidos y agua son incompresibles.c) El flujo de agua y la compresión son unidimensionales.d) La Ley de Darcy es válida.e) El volumen de la masa de suelo disminuye pero los desplazamientos horizontales de

las partículas sólidas son nulos.f) El coeficiente de permeabilidad (K) y el coeficiente de compresibilidad volumétrica

(mv) permanecen constantes durante todo el proceso de consolidación.

ASENTAMIENTOS:

Todo suelo que soporta una carga experimenta un asentamiento, cuya magnituddepende de la intensidad de la carga y la compresibilidad del suelo.

Es definido como la compresión (propiedad del suelo de reducir su tamaño) de unamasa de suelo debido a la aplicación de cargas en o cerca de la superficie, este proceso dedisminución de volumen por reducción de relación de vacíos es debido a la eliminación deaire y agua de los poros, causado por un aumento de esfuerzos verticales. Este puede estardado por:

a) Consolidación Inmediata (elástica)b) Consolidación Primariac) Consolidación Secundaria

CONSOLIDACIÓN INSTANTÁNEA: Ocurre en suelos no saturados, manifestándosecomo una disminución rápida de volumen por expulsión de aire.

CONSOLIDACIÓN PRMARIA: Es el asentamiento más significativo del proceso deconsolidación. Este proceso consta de la expulsión de agua y el reacomodo de las partículasde suelo a posiciones más estables, produce la disminución de volumen.

CONSOLIDACIÓN SECUNDARIA: Consiste en un proceso de mayor y mejorreacomodo de las partículas de suelo a posiciones más estables, significa la movilidad delagua altamente viscosa, proceso diferido en mayor grado con respecto al tiempo.

CAUSAS QUE ORIGINEN LOS ASENTAMIENTOS:

1. Consolidación por peso propio2. Desecación natural o por procesos industriales3. Reacciones químicas4. Deterioro orgánico, natural o debido a agentes exteriores

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5. Inundaciones o fluctuaciones del nivel freático6. Movimientos Tectónicos7. Sismos, explosiones o vibraciones8. Hundimientos debidos a bombeo de agua, gas o petróleo en el lugar

Los asentamientos se producen en 2 formas: Asentamientos uniformes y Asentamientos No uniformes

Los Asentamientos Uniformes se producen bajo fuerzas igualmente distribuidas, ensuelos homogéneos, puede presentarse en algunos suelos blandos de estratos profundoscomo los sedimentos lacustres y marinos. No es el más común ni resulta un factor decisivoen el diseño de una estructura.

En cambio, los Asentamientos No Uniformes presentan más problemática para laestabilidad de una construcción ya que ocasionan movimientos relativos entre las partes deun edificio, pueden producir:

Rotación del edificio como un cuerpo rígido Deformaciones locales por descensos diferenciales

Estos asentamientos se deben a diferentes causas:a) Esfuerzos No Uniformes aplicados sobre el suelob) Capacidad resistente y variable del terrenoc) Alturas discontinuas de los estratos del subsuelo

DIFERENCIA REPRESENTATIVA CON DIAGRAMA DE FASES

ΔV

ΔV

COMPACTACIÓN CONSOLIDACIÓN

PRESIÓN DE PRECONSOLIDACIÓN: Máxima presión a la que ha estado sometido elsuelo a lo largo de su historia geológica.

AIRE

AGUA

SÓLIDOS

AIRE

AGUA

SÓLIDOS

AGUA

SÓLIDOS

AGUA

SÓLIDOS

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COEFICIENTE DE PRECONSOLIDACIÓN

OCR = σ´c

σ´o

OCR = 1 Normalmente ConsolidadoOCR > 1 Preconsolidado2 < OCR < 3 Ligeramente Preconsolidado7 < OCR < 10 Altamente PreconsolidadoOCR < 1 Imposible

ARCILLAS NORMALMENTE CONSOLIDADAS

Son aquellas que no han soportado cargas mayores que la sobrecarga efectiva de losestratos superyacentes del terreno natural.

Se comprime más Rama de Compresión Virgen (Comportamiento Lineal) Baja resistencia al corte

σ´c σ´c = σ´o

ARCILLAS PRECONSOLIDADAS

Presenta un contenido de humedad cercano a su límite líquido, llegando en algunoscasos de desecación a estar por debajo del límite plástico. Los suelos preconsolidados sonexcelentes como suelos de fundación pues su capacidad portante se ve incrementada y susasentamientos reducidos.

Se comprime menos Recompresión y compresión (Comportamiento No Lineal) Tiene alta o muy alta resistencia al corte

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σ´c > σ´o

σ´c

σ´o

ASPECTOS CLAVES DE LA PRESIÓN DE PRECONSOLIDACIÓN

a) La presión de preconsolidación para un suelo preconsolidado no debería serexcedida, de ser posible (asentamientos pequeños)

b) Si el esfuerzo efectivo supera la presión de preconsolidación los asentamientosserán mayores

c) La estimación de la presión de preconsolidación puede verse afectada por el gradode alteración de la muestra de suelo

VELOCIDAD DE CONSOLIDACIÓN: Tiempo en que se desarrolla el asentamiento,depende de la carga externa y la conductividad hidráulica

.- Seca: Asentamiento InstantáneoARENAS .- No Saturada Conductividad Hidráulica Alta

.- Saturada * Asentamiento Instantáneo

.- Seca: Asentamiento InstantáneoARCILLAS .- No Saturada Conductividad Hidráulica Baja

.- Saturada ** Asentamiento diferido en tiempo

* Asentamiento Instantáneo controlable en tiempo de obra** Asentamiento diferido; debe anticiparse en la etapa de proyecto para evitar la falla deobra

GRADO DE CONSOLIDACIÓN: Se define como grado de consolidación a unaprofundidad “z”y a un tiempo “t”, a la relación entre la consolidación ya existente a esaprofundidad y la consolidación que habrá de producirse bajo la carga impuesta.

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Tabla: Relación Teórica U (%) –T

U (%) T0 010 0,00815 0,01820 0,03125 0,04930 0,07135 0,09640 0,12645 0,15950 0,19755 0,23860 0,28765 0,34270 0,40575 0,47780 0,56585 0,68490 0,84895 1,127100 ∞

Valores de Tv para porcentajes de consolidación

% de Consolidación Tv10 % 0,007720 % 0,031430 % 0,070740 % 0,126050 % 0,196060 % 0,286070 % 0,403080 % 0,567090 % 0,8480100 % ∞