UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA PROFESIONAL DE ING. CIVIL

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA PROFESIONAL DE ING. CIVIL

Ao de la Promocin de la Industria Responsable y del Compromiso Climtico

UNIVERSIDAD ALAS PERUANASFILIAL HUANCAYO

ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

MECNICA DE SUELOS II

ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIN SECUNDARIA

Ctedra: Ing. Jorge AGUIRRE

Nombre:CARRANZA MIRABAL, Jhon CristianACUA HUANHUAYO, Juan DiegoDIAZ DE LA CRUZ, Luis AlbertoHUAMAN PONCE, Yessica LuceroGARCIA FERNANDEZ, Miguel EliasLAURA CORAS, Jenny CaterineMANTARI ALVARO, Amy ShirleyMANTARI ALVRO, Luis Angel

HUANCAYO PER2014

CONTENIDO

Contenido

1.INTRODUCCIN32.OBJETIVOS43.ASENTAMIENTO DEL SUELO53.1Definicin:53.2Proceso de consolidacion:53.3Estado inicial Tiempo t = 063.4Estado intermedio tiempo t 073.5 Concepto de Consolidacin.84.ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIN SECUNDARIA114.1 Porcentaje de Consolidacin.124.2 Hiptesis de validez:134.3 Clculo del coeficiente de consolidacin Cv (Mtodo de Casagrande)145.Ejercicios Aplicativos166.Conclusin197.Bibliografa20

1. INTRODUCCINCuando el terreno sobre el cual se desplanta una estructura est formado por una capa de arcilla, por lo general se deben tomar las precauciones necesarias a fin de evitar que la estructura sufra asentamientos excesivos. Debido a que la consolidacin gradual de la arcilla de la arcilla es causa de asentamientos, en muchas ocasiones no previstas, la compresibilidad de los estratos de arcilla ha recibido gran atencin durante los ltimos aos. Es por ellos que se han elaborado mtodos y teoras que permiten estimar la magnitud y la distribucin de los asentamientos, de tal manera que si se considera que estos resultan excesivos, se pueda modificar el proyecto de cimentacin.ASENTAMIENTO; proceso de disminucin de volumen por reduccin de relacin de vacos debido a eliminacin de aire y agua de poros, causado por aumento de esfuerzos verticales. Volumen de suelos cambia por: Cambio de volumen de partculas minerales: Ocurre a s muy altas. Fuera de rango usual de cargas de obras Partculas minerales = Slidos Cambio de volumen de vacos: Agua y Aire son incompresibles Cambio de volumen de vacos debido a flujo de agua y aireTiempo en que se desarrolla asentamiento: Depende de: Carga externa (q) Conductividad hidrulica (k)

Seco: Asentamiento instantneo Seco: asentamiento instantneo No saturado Saturado

Arenas No saturado k alto: asentamiento Saturado instantneo

Seco: Asentamiento instantneo Seco: asentamiento instantneo No saturado Saturado

ArcillasNo saturado k bajo: asentamiento deferido enSaturado tiempo Consolidacin)Asentamiento instantneo: Controlable en tiempo de obraAsentamiento diferido: Debe preverse en etapa de proyecto para evitar falla de obraEn este captulo se presenta la teora clsica que se puede utilizar para estimar los asentamientos a largo plazo en suelos saturado teniendo como punto de partida Qu es asentamiento?, los tipos de asentamiento en la cual desarrollamos unos de os tres tipos de asentamiento que el ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIN SECUNDARIA.

2. OBJETIVOS

Los objetivos del presente trabajo son:

Adquirir conceptos fundamentales sobre asentamientos en los suelos. Diferenciar los conceptos entre asentamiento inmediato, asentamiento por consolidacin primaria y asentamiento por consolidacin secundaria. Conocer y saber utilizar las frmulas para la solucin de problemas sobre asentamiento.

3. ASENTAMIENTO DEL SUELO

3.1 Definicin: La consolidacin es un proceso que se produce en los suelos y consiste en la reduccin del volumen total del suelo provocado por la colocacin de una carga o el drenaje del terreno.3.2 Proceso de consolidacion:Cuando el suelo se somete a una sobrecarga, los esfuerzos totales se incrementan en esa misma cuanta.En suelos saturados, esto conduce al incremento de la presin de poros; pero dado que el agua no resiste esfuerzos cortantes, sin que se modifique el nuevo esfuerzo total, el exceso de presin intersticial se disipa a una velocidad controlada por la permeabilidad k del suelo, con lo que el esfuerzo efectivo se va incrementando a medida que el agua fluye.

Change in pore water pressure occurring as clay soil consolidates

Supongamos un elemento de suelo blando y saturado que tiene la posibilidad de drenar el agua contenida en sus poros segn la ley de Darcy y al que sometemos a una presin hidrosttica s exterior.3.3 Estado inicial Tiempo t = 0

Toda la tensin externa la toma el agua que es incompresible por lo que no hay cambio de volumen. Los granos no interfieren entre si por lo tanto no generan tensiones de friccin lo que equivale a decir que no hay tensin efectiva.

3.4 Estado intermedio tiempo t 0

El agua comienza a drenar, el volumen total disminuye y los granos comienzan a tocarse entre s, por lo tanto generan tensiones de friccin lo que equivale a decir que hay tensin efectiva.El agua sigue con presin y disminuyendo por lo tanto la presin neutra es menos a la presin aplicada.

Estado final tiempo t = El agua dren, el volumen disminuy, lo que provoc un mayor contacto entre los granos, e tal forma que ahora la estructura granular es capaz de tomar la totalidad de la carga externa, por lo tanto no hay ms presin neutra.

3.5 Concepto de Consolidacin.

La transferencia de presin neutra u a tensin efectiva p se mide con el porcentaje de consolidacin U%

Si obtenemos una muestra inalterada del manto de suelos compresible, tenemos que tratar que la misma bajo un estado de carga unidimensional, se deforme de la misma forma que lo hace en el terreno.

Esquema de un marco de carga, para un ensayo de consolidacin.

Aplicada la carga y cuando las presiones neutras (presiones intersticiales) se disipen, el manto compresible experimentar asentamientos por consolidacin.Este asentamiento se generar a partir de la disminucin de los vacos de la estructura del suelo, por lo tanto podemos hacer:

Teniendo en cuenta que los asentamientos por consolidacin primaria, son una funcin de la relacin de vaco, podemos ensayar una pastilla de suelos en el equipo de consolidacin y determinar la relacin de vacos e para distintas presiones efectivas, a los efectos de obtener una ley de variacin de e = f (p)

4. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIN SECUNDARIADurante la consolidacin primaria, suponemos que el exceso de presin intersticial o neutra generada por la carga aplicada, se disipa totalmente al alcanzar el 100 % de la consolidacin. Sin embargo en ciertos suelos, los asentamientos continan luego de la consolidacin primaria. A esta etapa de la generacin de asentamientos se la llama Consolidacin Secundaria y se cree que los mismos se generan por un fenmeno de creep en los suelos.

Proceso de Consolidacin = Transferencia de presiones neutras a presiones efectivas dentro de la masa del suelo.Consecuencia = Asentamientos

Inicio Tiempo t = 0

Para un tiempo t 0 =

El agua empieza a desplazarse hacia las piedras porosas recorriendo un camino Mximo = H El tiempo necesario para que u = 0 depender de la tensin aplicada, de la permeabilidad del suelo y de la distancia H.

4.1 Porcentaje de Consolidacin.

En este punto redefinimos el valor de la altura del manto compresible como de 2H donde H es ahora el recorrido mximo de una partcula de agua.

a) b) c)

Con stas hiptesis de partida, podemos plantear una ecuacin que nos resuelva el problema del fenmeno de consolidacin en los suelos.

Derivando respecto de z

Analizando el flujo del agua en el elemento de la figura anterior, se llega a la siguiente ecuacin diferencial.

Dnde: = coeficiente de consolidacin

4.2 Hiptesis de validez:

a) El flujo de agua es solamente vertical por la cara superior y la cara inferior.b) El espesor del manto es de 2.H por lo que el recorrido mximo de una partcula de agua es H.c) Se supone por el espesor de la muestra que la presin aplicada pes constante en todo el espesor de la misma. d) El asentamiento que experimenta el manto es despreciable frente al espesor, por lo que podemos considerar z = cte. e) k es el coeficiente de permeabilidad de la muestra y el escurrimiento en el suelo cumple con la ley de Darcy. f) Por estar comprendida dentro de un anillo rgido la deformacin de la muestra es solamente en el sentido vertical.

Cuya solucin est dada por la siguiente serie de Fourier.

Dnde: Es el llamado FACTOR DE TIEMPO

Con los coeficientes extractados de la resolucin de la ecuacin de consolidacin podemos resolver nuestro problema que es, calcular el tiempo en que se producen los asentamientos. (Adimensional)

Dnde: T es el Factor de Tiempo (adimensional) y est vinculado al porcentaje de consolidacin U por la ecuacin (3) o por los valores de la Tabla I.

Y adems: (cm2/seg) (cm2/kg) Coeficiente de consolidacinCoeficiente de compresibilidad volumtrica

Coeficiente de compresibilidad

4.3 Clculo del coeficiente de consolidacin Cv (Mtodo de Casagrande)

Representando el factor de tiempo Tque es directamente proporcional al tiempo t, con el % de consolidacin Uque es proporcional al asentamiento S, en el mismo grfico de e Log (t). Vemos que existen algunas diferencias en la forma de la curva terica (azul) y la prctica (roja). En la primera parte los desajustes se deben a un ajuste del ensayo al aplicar la carga. En la parte final se debe a la existencia de la consolidacin secundaria. Sin embargo se aprecia una coincidencia muy importante en la parte central entre las dos curvas. Podemos entonces calcular el tiempo para U = 50% de consolidacin con lo que nos queda definido el factor de tiempo que le corresponde T = 0,197t50% = Valor en seg. que se obtiene del grfico para cada carga en el ensayo de consolidacin.

U = 50% T=0,197 De la tabla I

5. Ejercicios Aplicativos1.-En un estrato de arcilla de 5m de espesor el asentamiento por consolidacin primaria tendr una variacin de relacin de vacos inicial, final, producto de la colocacin descarga en la superficie, y se suceder en un lapso de 4 aos. Estimar el asentamiento por consolidacin secundaria que ocurrir a los 8 aos de haber colocado la sobrecarga, considerando que el ndice de compresin secundaria es

2.- En un estrato de arcilla blanda, homognea de 10 metros de espesor, subyacente en el fondo de una excavacin para una cimentacin cuadrada de 10x10 metros, tiene las siguientes caractersticas. Hallar la expansin inmediata.

Factor de forma Ff, esL/B=1 CuadradaZ/B = 1000/1000=1Ff=0.7

3.- En estrato de arcilla blanda, homognea de 5 metros de espesor, se realizan pruebas de laboratorio para determinar sus caractersticas de expansin, obtenindose un mdulo de expansibilidad primaria . Determinar la expsion lenta (considerando que se desprecia al expansin secundaria).

H=500 cm

4.- supongo que la consolidacin primaria termina se terminara en 3.5 aos. Estime la consolidacin secundaria que ocurrir de 3.5 a 10 aos despus de la aplicacin de la carga. Si c= 0.022, cual es el asentamiento total por consolidacin despus de 10 aos SOLUCION De la ecuacin (6.26), tenemos

El valor se calcula:

Combinando las ecuaciones (6.12)y (6.17), obtenemos

Asentamiento total por consolidacin = asentamiento (s) por consolidacin primaria asentamiento (s) por consolidacin secundaria. Del ejemplo 6.4 S= 101mm, por lo que el asentamiento total por consolidacin = 101 + 27 = 128 mm.

6. Conclusin

se lleg a la conclusin de que el asentamiento de una arcilla o de cualquier tipo de suelo depende de la conductividad (permeabilidad) hidrulica de este.

A diferencia de la consolidacin primaria el proceso de consolidacin secundaria no contempla la expulsin de agua de los poros, sino ms bien se refiere a la reorientacin, fluencia y descomposicin de materiales orgnicos en el suelo por lo que tampoco es preponderante un cambio en esfuerzo efectivo para que desarrolle.

7. Bibliografa

1. Consolidacin de suelos. Ann. Disponible en: http://www.ing.unlp.edu.ar/constr/g1/Capitulo%205%20Consolidacion%20de%20suelos.pdf2. Consolidacin Unidimensional de suelos. Geologa y Geotecnia. Mauro Poliotti y Pablo Sierra. Disponible en: http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/10762/Capitulo3.pdf3. Calculo de Asentamiento por Consolidacin primaria y Secundaria. Ann. Disponible en: http://albatros.uis.edu.co/eisi/ArchivosProfesores/U9186/CONSOLIDACION%20DE%20SUELOS%20.pdf4. Consolidacin. Prof. Jess Torres Hoyer. Disponible en: http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/j.torres/materias/Mecanica%20de%20Suelos/Consolidacion.pdf 5. Consolidacin de suelos. Geotecnia. Ing. Augusto J. Leoni. Disponible en: http://www.fceia.unr.edu.ar/geologiaygeotecnia/Consolidacion%20unidim%20de%20suelos_2011s2.pdf

MECANICA DE SUELOS IIPgina 5