CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL Los suelos al igual que los otros materiales usados en la construcción, sufren deformaciones bajo el efecto de un esfuerzo aplicado sobre ellos. La deformación que sufre un suelo bajo la acción de una carga no se presenta inmediatamente después de la aplicación del esfuerzo, ya que para el reacomodamiento de las partículas que es la parte principal de la deformación necesita expulsar parte de los fluidos que contiene el suelo y si el suelo es poco permeable, la expulsión requiere mucho tiempo. La CONSOLIDACIÓN es un proceso de disminución de volumen, que tiene lugar en un lapso, provocado por un aumento de cargas sobre el suelo La compresión y por tanto la disminución de volumen es causada por:

a) Deformación de las partículas de suelo b) Reacomodo de las partículas de suelo c) Expulsión de agua o aire de los espacios vacios.

Las pruebas de consolidación se utilizan para determinar la velocidad y magnitud de la consolidación de un suelo cuando está confinado lateralmente y cargado axialmente. Estos datos se requieren para cualquier cimentación o camino en ingeniería de suelos. De hecho la velocidad y grado de asentamiento que se puede estimar para una estructura en particular, proviene generalmente de los resultados de las pruebas de laboratorio realizadas a muestras del suelo subyacente. En general, el asentamiento del suelo causado por cargas, se divide en tres categorías:

1. ASENTAMIENTO INMEDIATO, provocado por la deformación elástica del suelo seco y de suelos húmedos y saturados sin ningún cambio en el contenido de agua. Los cálculos de los asentamientos inmediatos se basan, generalmente, en ecuaciones derivadas de la teoría de la Elasticidad.

2. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN PRIMARIA, es el resultado de un cambio de volumen en suelos saturados cohesivos debido a la expulsión del agua que ocupa los espacios vacíos.

3. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN SECUNDARIA, se observa en suelos saturados cohesivos y es resultado del ajuste plástico de la estructura del suelo. Este sigue al asentamiento por consolidación primaria bajo un esfuerzo efectivo constante.

5.1 DISTRIBUCION DE PRESIONES: EFECTIVAS, NEUTRAS Y TOTALES. La naturaleza de las presiones en la masa de los suelos que se manejan en el fenómeno de la Consolidación y, en general, en todos los problemas de Mecánica de Suelos, se refiere a:

a) Presiones Intergranulares ó Efectivas. Son aquellas que se trasmiten directamente de grano a grano del suelo.

b) Presiones Neutras, Neutrales ó Presiones de Poro. Son las que actúan contra el

fluido que llena los poros del suelo, usualmente agua.

c) Presión Total. Es la suma de la presión efectiva mas la presión neutra.

Solo las presiones Intergranulares producen cambios de volumen en la masa del suelo.

El esfuerzo total σ en la elevación del punto A se obtiene a partir del peso específico saturado

del suelo y del peso específico del agua arriba de él. Problema No. 5.1 En la siguiente figura se muestra el perfil de un suelo. Calcule el Esfuerzo Total, la Presión de poro del agua y el esfuerzo efectivo en los puntos A, B, C y D.

5.2 Teoría de Consolidación (Analogía Mecánica de Terzaghi) 5.3 Prueba de Consolidación Unidimensional Consolidación (Flujo No Establecido). Es el cambio de volumen que sufre un suelo por la aplicación de una carga constante, mediante la expulsión de agua, aire y el reacomodo plástico de las partículas de suelo. Con el fin de establecer la relación entre la presión aplicada de un suelo y su reducción de volumen, y entre esta deformación y el tiempo necesario para que se verifique, se recurre en el laboratorio a la prueba de consolidación unidimensional, originalmente ideada por el Dr. Kart Von Terzaghi a quien se debe la teoría de la Consolidación. Prueba de Consolidación Unidimensional en Laboratorio El procedimiento de prueba de la consolidación unidimensional se efectúa en un consolidómetro (llamado también odómetro). La siguiente figura es un diagrama esquemático de un consolidómetro. El espécimen de suelo se coloca dentro de un anillo metálico con dos piedras porosas, una en la parte superior y la otra en la parte inferior. Los especímenes son usualmente de 63.5 mm de diámetro y 25.4 mm de espesor. La carga sobre la probeta se aplica por medio de un brazo de palanca y la compresión se mide por medio de un micrómetro calibrado. El espécimen se mantiene bajo agua durante la prueba. Cada carga se mantiene usualmente durante 24 horas. Después se duplica la presión sobre la probeta y se continúa la medición de la compresión. Este procedimiento continúa hasta que se alcanza el límite deseado de esfuerzo. Con base en pruebas de laboratorio, se traza una gráfica que muestre la variación de la

relación de vacíos ( ) al final de la consolidación, contra el esfuerzo vertical correspondiente p

(gráfica semilogarítmica: sobre la escala aritmética y p sobre la escala logarítmica. Al final se determina el peso seco del espécimen de la prueba.

La forma general de la gráfica de deformación del espécimen versus tiempo para un incremento dado de carga se muestra en la figura 6.3, en la gráfica se observan tres etapas distintas, que se describen a continuación:

Etapa I: Compresión inicial, causada principalmente por la precarga. Etapa II: Consolidación primaria, durante la cual el exceso de presión de poro por agua es gradualmente transferido a esfuerzos efectivos por la expulsión del agua de poro. Etapa III: Consolidación secundaria, ocurre después de la total disipación del exceso de presión de poro del agua cuando alguna deformación del espécimen tiene lugar debido al ajuste plástico de la estructura del suelo.

Gráfica Tiempo-Deformación durante la Consolidación para un incremento dado de carga

Método de Casagrande (método logarítmico): El método consiste en encontrar el 50% de consolidación para lo cual se determina el 0% y el 100% de ella.

Para el 100% de consolidación: La curva presenta un tramo recto al final, el cual se lo prolonga. Se obtiene el punto A, como la intersección del tramo recto y la tangente en la parte curva en su punto de inflexión, este punto representa el 100% de consolidación.

Para el 0% de consolidación: Se escoge un tiempo t1 arbitrario que corresponde a B, en la curva, debe estar situado antes del 50% de consolidación de manera notoria. Se obtiene el punto C, correspondiente a t1/4 y se determina la diferencia de ordenada 'a', la distancia entre B y C es 'a'. Se traza una línea horizontal a una distancia 'a', arriba de C y esta línea corresponde al 0% de consolidación.

Para el 50% de consolidación: Se divide el tramo comprendido entre el 0% y el 100% de consolidación en dos partes iguales.

50

2*197.0

t

HCv

Consolidación primaria: La compresión de un estrato de suelo no ocurre bruscamente, al contrario, el asentamiento empieza rápidamente y se hace más lento a medida que pasa el tiempo.

La consolidación primaria o hidrodinámica está regida por la evacuación del agua de los poros del suelo. A medida que el agua fluye y se escapa el suelo se comprime, la estructura de los granos soporta la carga y la presión neutra llega a 0.

Consolidación secundaria: Después del exceso de presión hidrostática la compresión en 0 no se ha disipado sino que continúa decreciendo muy lentamente por espacio de un tiempo indefinido, parece ser el resultado de un reajuste plástico de los granos del suelo a los nuevos esfuerzos.

La duración de la consolidación es máxima para suelos muy plásticos y especialmente para suelos orgánicos.

La duración de la consolidación secundaria es máxima para suelos muy plásticos y especialmente para suelos orgánicos.

Curva de compresibilidad (e vs log s`): Esta curva es muy importante y nos da una visión de la historia del comportamiento del suelo.

AB Tramo de carga

BB' Tramo de descarga (Expansión o hinchamiento)

B'C Recarga: Se reanuda la cara y es ligeramente paralelo a AB

Procedimiento gráfico para obtener el máximo esfuerzo (carga) que ha soportado un suelo en toda su historia (Casagrande):

Casagrande logra determinar la máxima carga que ha tenido un suelo en toda su historia. La curva presenta un tramo recto donde la relación de vacíos es lineal, este tramo se llama "Rama Virgen".

Se halla el punto de mayor curvatura C, por el que se traza una tangente a la curva

y allí mismo una horizontal; las que entre sí forman un ángulo . Se obtiene la

bisectriz de dicho ángulo y se prolonga la rama virgen.

El punto donde se intercepta la rama virgen con la bisectriz, lo proyectamos hacia el

eje de las abscisas y obtenemos el máximo esfuerzo efectivo ('c máx.), que ha

soportado el suelo.