CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS

CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS

Bibliografía: Juárez Badillo Cap. X

Todos los materiales experimentan deformaciones cuando se los somete a un cambio de las condiciones de los esfuerzos (tensiones) aplicados.• Las características tenso-deformación del acero o del hormigón pueden

determinarse con un razonable grado de confianza.• Las propiedades tenso-deformación de un suelo son de distinta

característica y dependerán:1. del tipo de suelo y su condición in situ2. de la forma en que es cargado3. de su ubicación en la naturaleza4. etc.


El suelo, en general:• Sufre deformaciones

superiores a las que se dan en la estructura que transmite la carga.

• Estas deformaciones no siempre se producen instantáneamente ante la aplicación de la carga, sino a lo largo del tiempo.








TEORIA DE LA CONSOLIDACIÓN

• Cuando un depósito de suelo se somete a un incremento de esfuerzos totales, como resultado de cargas externas aplicadas, se produce un exceso de presión intersticial.

• La presión neutra se disipa mediante un flujo de agua al exterior, cuya velocidad de drenaje depende de la permeabilidad del suelo.

• Esta disipación de presión intersticial debida al flujo de agua hacia el exterior se denomina CONSOLIDACION, proceso que tiene dos consecuencias:


Por lo tanto:Cuando un suelo se consolida ante una carga externa se produce una disminución de la relación de vacíos y un incremento del esfuerzo efectivo.

Reducción del Volumen de poros o Asentamientos

El aumento de la presión efectiva, y por lo tanto un incremento en la resistencia del suelo.


Suelos granulares• la permeabilidad es alta.• se disipa rápidamente las presiones neutras.• el asentamiento se termina durante la construcción.

Suelos finos arcillosos• la permeabilidad es muy baja.• se disipa muy lentamente las presiones neutras.• el asentamientos puede producirse varios años después de finalizada la

construcción.

PROCESO DE CONSOLIDACIÓN

El proceso de consolidación se aplica a todos los suelos, pero es más importante en aquellos donde la permeabilidad es baja.Es necesario predecir:

-El asentamiento total de la estructura.

-El tiempo o velocidad a la cual se produce dicho asentamiento.

ANALOGÍA MECANICA DE TERZAGUI

Para comprender mejor el proceso de consolidación, Terzagui propuso un modelo mecánico; este consiste en un cilindro de sección A con un pistón sin fricción el cual pose una pequeña perforación. Dicho pistón se encuentra unido a un resorte y el cilindro en su interior esta lleno de un fluido incompresible, tal como se muestra a continuación:


• Cilindro de sección A

• Pistón sin fricción con una perforación

• Fluido incompresible

• Resorte1. Se aplica P con el orificio cerrado ⇒ el resorte no se puede deformar

⇒ la carga P la soporta el fluido.2. Se abre el orificio ⇒ hay un gradiente de presión P/A que hace que el

agua salga al exterior ⇒ la carga se transfiere al resorte3. La velocidad de transferencia de la carga depende del tamaño del

orificio y de la viscosidad del fluido.4. La posición final ⇒ la carga la toma el resorte


DIAGRAMA DE PRESIONES:u: presión en exceso de la hidrostáticaσ’: presión en el resorte

En el suelo:• Estructura de partículas sólidas ⇒ Resorte• Agua intersticial ⇒ Fluido incompresible• Capilares continuos (vacíos) ⇒ Orificios

DEFORMACIÓN DE LOS SUELOS

CONSOLIDACIÓN (ASENTAMIENTOS)Es el proceso de disminución de volumen que tiene lugar en un lapso de tiempo provocado por un incremento de las cargas sobren el suelo. Si se aumenta la carga que actúa sobre una capa de suelo poroso, saturado, compresible como es el caso de la arcilla, la capa se comprime y expulsa agua de sus poros. A este fenómeno sele llama consolidación.

La consolidación de un suelo tiene tres fases, las cuales se mencionan a continuación:

• Consolidación inicial.- Reducción de vacíos por eliminación de aire. • Consolidación primaria.- Reducción de vacíos por eliminación de agua. • Consolidación secundaria.- Reacomodo de las partículas solidas.

DEFORMACIÓN DE LOS SUELOS

SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS:Son aquellos suelos que nunca estuvieron sometidos a presiones efectivas mayores que las actuales.

SUELOS PRECONSOLIDADOS:

Son aquellos suelos que alguna vez han sufrido presiones efectivas mayores que las actuales.

ASENTAMIENTOS

Un tipo de asentamiento es aquel que es uniforme y no diferencial. Hay descensos de apoyo constantes para la estructura completa.

ASENTAMIENTOS

Otro tipo de asentamiento es el diferencial. Hay descensos de apoyo relativo entre los apoyos de la estructura.

ASENTAMIENTOS

Fallas por asentamientos diferenciales

1.- ASENTAMIENTOS EN ARCILLAS NORMALMENTE CONSOLIDADAS

Son aquellas que nunca estuvieron sometidas a una presión mayor que la que corresponde a la cubierta actual. Es decir que la que soporta al presente por efecto de las capas de suelo situadas sobre ellas.

1.1 COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD () cm²/gr.

El peso de la estructura o del terraplén, según sea el caso, incrementa la presión a la que esta sometida la arcilla desde hasta (+P) y origina una disminución de la relación de vacíos, desde hasta e.


1.2 COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD VOLUMETRICA () cm²/gr.

La disminución de porosidad es:


1.3 ASENTAMIENTO (S) cm

Compresión de la arcilla por unidad de espesor original bajo la influencia de un aumento de presión.

H= Espesor de la capa de arcilla.ΔP= Aumento de presión.

Sustituyendo las anteriores ecuaciones en la última ecuación obtenemos: La compresión (S) que sufre el estrato confinado de arcilla normalmente consolidada es:

2.- ARCILLAS PRECONSOLIDADAS

Son aquellas que alguna vez en su historia geológica, han estado sometidas a presiones mayores de la que resulta de su cubierta actual. Esta mayor presión temporaria pudo haber sido causada por el peso de estrato de suelo, que fueron luego erosionados por el peso de hielo que mas tarde se derritió o por desecación de la arcilla.

3.- TEORIA DE LA CONSOLIDACIÓN

3.1 VELOCIDAD DE CONSOLIDACIÓN


a.- Si es capa abierta, La arcilla se encuentra entre estratos de arenas o mantos permeables. Por tanto, el agua para abandonar el estrato tiene que recorrer: H/2


b.- Si es capa semiabierta, La arcilla se encuentra sobre una frontera impermeable; por tanto el agua para abandonar el estrato, tiene que recorrer la distancia: H


C1= Se usa en capas abiertas.

C2= Capas semiabiertas.

C3= Capas semiabiertas, donde ΔP es igual a cero en su parte superior.

4.- PROBLEMAS RESUELTOS

Problema 01: Un Edificio construido sobre la superficie del perfil que se indica en la figura, aumenta la presión existente sobre la arcilla N.C. en 1.8 kg/cm2. Calcule el asentamiento promedio del edificio. Presión en el pto. A ejercida por el edifico sobre arcilla 1.8 kg/cm2.


Problema 02: Dado el perfil de suelo mostrado en la fig. y la carga concentrada, P = 70 Tn., que transmite al punto “A” una presión de 0.25 Tn/m2 y al punto “B” una presión de 0.88 Tn/m2. Determinar el asentamiento diferencial entre el punto “A” y “B”.


Problema 03: De una capa de arcilla de 6 m de espesor, situada entre 2 estratos de arena, se obtuvieron varias muestras representativas, que ensayadas a consolidación, dieron para Cv, un valor medio de 4.92 x /seg. Un edificio construido encima de la capa aumentó la tensión media sobre la misma y el edificio empezó a asentarse. ¿Cuántos días son necesarios para que se produzca la mitad del asentamiento total?

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