TEORIA DE LA CONSOLIDACION

INTRODUCCIONAl someter una masa de suelo saturado a un incremento de carga, esta es soportada inicialmente por el agua contenida en los poros, ya que ella es incompresible en comparacin con la estructura del suelo. La presin que resulta en el agua a causa del incremento de la carga es llamada exceso de presin hidrosttica. A medida que el agua drena de los poros del suelo, el incremento de carga es transmitido a la estructura del suelo. La transferencia de carga es acompaada por un cambio en el volumen del suelo igual al volumen de agua drenada. Este proceso es conocido como consolidacin.Este es un proceso que tiene un tiempo acotado de ocurrencia, comienza cuando se aplica el incremento de carga, y finaliza cuando la presin de los poros es igual a la hidrosttica, o lo que es lo mismo, cuando se ha producido la totalidad de la transferencia de carga del agua a la estructura de suelo. Terminado este proceso llamado consolidacin primaria, el suelo continuo deformndose, aunque en menor magnitud, debido a un reacomodamiento de los granos. A este ltimo proceso se lo denomina consolidacin secundaria.

El propsito fundamental del ensayo de consolidacin es determinar ciertos parmetros que se utilizan para predecir la velocidad y la magnitud del asentamiento de estructuras fundadas sobre arcillas. Adems, el ensayo permite obtener informacin acerca de la historia de presiones a que ha sido sometido el suelo.

TEORIA DE LA CONSOLIDACION

Cuando el suelo se somete a una sobrecarga q 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. As, en la cuanta de la sobrecarga q , cuando se reduce la presin de poros que se haban incrementado se incrementa el esfuerzo efectivo: esto significa reduccin de la relacin de vacos e incremento del esfuerzo efectivo. Por lo anterior se da el asentamiento del terreno por deformacin del suelo que se ve afectado con el incremento de esfuerzos causado por la sobrecarga y el incremento de la resistencia al corte del suelo despus de disiparse el exceso de presin de poros.Cuando un depsito se somete a un incremento de esfuerzos totales, como resultado de cargas externas aplicadas, se produce un exceso de presin intersticial. Puesto que el agua no resiste al corte, la presin neutra se disipa mediante un flujo de agua al exterior, cuya velocidad de drenaje depende de la permeabilidad del suelo. Esta disipacin intersticial debida al flujo de agua hacia el exterior se denomina consolidacin, proceso que tiene dos consecuencias:

Reduccin del volumen de poros, por lo tanto reduccin del volumen total, producindose un asentamiento. Se considera que en el proceso de consolidacin unidimensional la posicin relativa de las partculas sobre un mismo plano horizontal permanece esencialmente la igual, el movimiento de las mismas solo puede ocurrir verticalmente. Durante la disipacin del exceso de presin intersticial, la presin efectiva aumenta y se incrementa la resistencia del suelo.Por lo tanto cuando un suelo se consolida ante una carga externa se produce una disminucin de relacin de vacos y un incremento del esfuerzo efectivo.En los suelos granulares la permeabilidad es alta por lo tanto se disipa rpidamente las presiones nutras. En consecuencia, el asentamiento se termina al final de la construccin.En los suelos finos arcillosos, la permeabilidad es muy baja y se disipa muy lentamente las presiones neutras. En consecuencia puede seguir deformndose varios aos despus de finalizada la construccin.El proceso de consolidacin se aplica a todos los suelos, pero es ms importante en aquellos donde la permeabilidad es baja.

CONSOLIDACION PRIMARIAEste mtodo asume que la consolidacin ocurre en una sola dimensin. Los datos delaboratorioutilizados han permitido construir unainterpolacinentre ladeformacino el ndice de vacos y latensin efectivaen unaescala logartmica. La pendiente de la interpolacin es el ndice de compresin. La ecuacin para el asiento de consolidacin de un suelo normalmente consolidado puede ser determinada entonces como:

Dnde:c: Es el asiento debido a la consolidacin.Cc: Es el ndice de compresin.e0: Es el ndice de vacos inicial.H : Es la altura de suelo consolidable.zf: Es la tensin vertical final.z0: Es la tensin vertical inicial.Ccpuede ser reemplazada por Cr(ndice de re compresin) para usar en suelos sobre consolidados donde la tensin final efectiva es menor que la tensin de pre consolidacin, o lo que es lo mismo, para suelos que hubieran sido consolidados con ms intensidad en el pasado. Cuando la tensin final efectiva sea mayor que la tensin de pre consolidacin, las dos ecuaciones deben ser usadas en combinacin de un modelo conjunto como sigue:

donde zces la tensin de pre consolidacin del suelo.

CONSOLIDACION SECUNDARIALa consolidacin secundaria tiene lugar despus de la consolidacin primaria a consecuencia de procesos ms complejos que el simple flujo de agua como pueden ser la reptacin, laviscosidad, lamateria orgnica, lafluenciao el agua unida mediante enlace qumico algunas arcillas. En arenas el asiento secundario es imperceptible pero puede llegar a ser muy importante para otros materiales como laturba.La consolidacin secundaria se puede aproximar mediante la siguiente frmula:

Donde H0es la altura de consolidacin mediae0 : Es el ndice inicial de vacosCa: Es el ndice secundario de compresin

CARGA DE PRECONSOLIDACIONDeterminacin de la carga de pre consolidacin segn Casagrande Mediante inspeccin visual determinar el punto A que corresponde al punto de mayor curvatura. Para ello es bueno recordar que la curvatura es inversamente proporcional al radio de curvatura, sea que es equivalente a buscar el punto de mnimo radio de la curvatura (Figura 24).

Desde el punto A trazar una recta horizontal h y otra recta tangente a la curva en dicho punto llamada t (Figura 25).

Trazar la bisectriz del ngulo formado por las rectas h y t que pasa por el punto A, semirrecta b (Figura 26).

Por ultimo determinar el punto B, como la interseccin entre la recta b y la prolongacin del tramo recto de la curva del ensayo. La abscisa del punto B corresponde al valor de la carga o presin efectiva de pre consolidacin (Figura 27).

La determinacin de la carga de preconsolidacin es fundamental para entender el comportamiento del suelo ante la aplicacin de una sobrecarga.

ANALOGIA MECANICA DE TERZAGHI

TEORIA DE TERZAGHI PARA LA CONSOLIDACION VERTICAL

DEPENDENCIA DEL TIEMPO

Dependiendo del material la consolidacin puede variar entre un proceso ensegundos (como la arena) o un proceso que dure dcadas como la arcilla debido a la diferencia de conductividad hidrulica. A partir de la diferencia en el tiempo de la consolidacin, podemos hablar de consolidacin primaria (duracin de meses o unos pocos aos) y consolidacin secundaria(dcadas o cientos de aos).Evaluacin de asentamientos. La consolidacin impone la necesidad de evaluar la magnitud y la velocidad de los asentamientos. Si las deformaciones totales del terreno varan en la direccin horizontal, se producen asentamientos diferenciales. Si el suelo es altamente deformable, las sobrecargas cargas altas producen asentamientos excesivos. Si el suelo es un limo arenoso, la permeabilidad puede ofrecer asentamientos rpidos que suelen darse durante la construccin. Si el suelo es limo arcilloso, los asentamientos pueden prolongarse darse un tiempo importante despus de terminada la obra.

Anlisis de asentamientos. Pueden considerarse dos casos: asentamientos por una sobrecarga q en un rea infinita, o asentamiento por sobrecarga q en un rea de tamao finito. Lo anterior se define segn la extensin del rea cargada en comparacin con el espesor de la capa de subsuelo que se considera deformable.Para el caso de un rea cargada de extensin infinita, segn Terzaghi, las deformaciones y el flujo de agua se dan en una dimensin que es la direccin vertical, e interesa la permeabilidad vertical del suelo. En este caso se considerar el efecto de la sobrecarga constante a cualquier profundidad del terreno deformable.

EDMETRO o CONSOLIDMETRO

Es un aparato de laboratorio til para conocer la compresibilidad de un suelo que va a ser objeto de una consolidacin. La muestra es un cilindro aplanado y el ensayo es condiciones de compresin confinada.Al aplicar la carga, el agua se evacua por dos piedras porosas, superior e inferior. La carga es incremental, para registrar las deformaciones (en el extensmetro) contra el tiempo. Tambin carga Vs relacin de vacos.Las cargas se van doblando cada vez y los incrementos se hacen cada 24 horas. Finalmente, la descarga se hace gradual.til para conocer aproximadamente la rata de asentamiento de un suelo por cargas, con base en el resultado del ensayo de consolidacin (laboratorio).

Hiptesis

* Estrato de suelo homogneo, istropo y de espesor constante.* Estrato saturado 100% entre 1 2 superficies ms permeables.* Compresibilidad del agua y los granos, despreciable.* Acciones similares de masas infinitesimales o masas grandes.* Compresin unidimensional, en direccin normal a la capa de suelo.* Validez de la ley de Darcy.* Valores constantes de las profundidades del suelo (algunas cambian).* Relacin lineal (idealizada) entre relacin de vacos y presin.* Deformaciones lentas que permitan despreciar las fuerzas de inercia.

NOTA: Asumamos que se consolida en medio de dos capas de arena. La capa superior es un estrato de arena horizontal con carga uniforme.

ANLISIS DE LA CONSOLIDACIN

ANALOGA DEL MUELLE

El proceso de consolidacin suele ser explicado con el modelo idealizado de un sistema compuesto por unmuelle, un cilindro con un agujero y relleno de agua. En este sistema el muelle representa la compresibilidad o la estructura propia del suelo, y el agua es el fluido que se encuentra en los huecos entre los poros.La consolidacin primaria se puede asemejar al mecanismo de un mbolo relleno de agua y sin salida.

El cilindro est completamente lleno de agua, y el agujero est cerrado (Suelo saturado). Una carga es aplicada sobre el muelle mientras el orificio sigue cerrado. En esta etapa, el agua resiste la carga aplicada. (Desarrollo de presiones excesivas en los poros de agua). Cuando se abre el orificio, el agua comienza a drenar y el muelle se acorta. (Drenaje excesivo de los poros de agua). Despus de cierto tiempo, el drenaje de agua termina. Ahora el muelle resiste por si solo la carga aplicada. (Total disipacin del exceso de presin de agua en los poros. Fin de la consolidacin.