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CAPITULO

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Características de la consolidacion de los suelos

3.1 Significado dr: las características esfuerzo.deformación de los suelos.

esta razón, y purque la comprensión de los fenómenos es básica para la solución de

l-as caracterlst icas esfuerzo-deformación de 'rn suelo o de una roca, determinan el ase¡rtamiento que una estructura dada

estudio del comportamiento de los diferentes suelos cuando se sujetan a esfuerzos, está

problemas prácticos más complicados, eI precedido por un estudio de la consolidación unidimensional de las arcillas sa-

puede experimentar. En algunos casos, también puede servir como una indicación de las dificultades de construcción que pueden surgir durante la excavación dentro

turadas.

de las masas de suelo.

l-os asentamientos de las

3.2. Pruebas d,: consolidación en arcillas

estructuras

remoldeadas

rtruidas sobre mantos de arcilla blanda, que algunas veces están enterados profundanrente, debajo de materiales más resiscon

:ión ldad de México. La :nte en 1,709 y la de la unión de las dos r que las porciones t)/ compresible, con 10 m. La estructura

7969.

Las relaciones entre Ia presión vertical, el asentamiento y el tiempo, se investigan en el laboratorio por rnedio de una prueba de cotn'

tenles y rnenos compresibles, pueden pro,lucirse lentam.ente y alcanzar grandes ma¡¡nitudes. Debido al retraso que existe entr€ el final de la construcción y la aparición de las gtietas, en un tiempo el

presión confinada, llamada también prueba edométrica o de consolidación edométrica. Durante la prueba, la muestra está completamente confinada por un anillo metálico(fig. 3.1). Lacargaseaplicaalas caras superior e inferior del espécimen a través de dos piedras porosas, quepermiten queelaguaentre o salga de la arcilla. La deformación se mide por medio de un micrómetro de carátula. La presión p se aplica por etaPas. Des-

origen de estos asentamientos se consideró misr:erioso. Los primeros intentos exitosos parir explicar el fenómeno sobre una base cier.tífica fueron realizados por Terzaghi en 1919.

l-os estudios de Terzaghi se referÍan a la

ma¡¡nitud y velocidad del asentamiento originado en un manto de arcilla al que se le impedla moverse lateralmente y con pos:.bilidades de expulsar el agua hacia arriba o hacia abajo cuando las partículas

pués de cada incremento se mantiene la carga constante hasta que la deformación prácticamente cesa. Esto requiere usualmente varias horas, aún pára un espécimen que tenga un e§pesor tan pequeño como de 19 mm, porque la deformación se produce

tenr.lían a juntarsr-'.'En muchos casos, estas condiciones aparecen en Ia práctica. Por B9

i

il

I

90

Características de la consolidación de los suelos

OJ

ui

o

o (§

\

(¡)

§ .o () G OJ

t Figura 3.1. Aparato para la prtreba de consolidación. (Consolidómetro).

presión,

pidez de la deformación bajo una presión dada se ha reducido hasta ser muy pequeña, se aplica un nuevo incremento y el

P;

Ps Presión,

P;'

p (escala log)

Figura 3.2. Ctrrva típica r-loe p para arcilla remolclcada ccrca del Iímite Iíqtrido.

Los resultados se presentan gráficamente

presibilidad.

Como introducción a las caractefsticas de las curvas e-log p para las arcillas de

sedimentación natural, se considerarán primero los resultados de una prueba de consolidación en una muestra completamente remoldead.a en el laboratorio con una humedad cercana al límite líquido. Cuando las relaciones de vacíos son elevadas, la curva es cóncava hacia abajo pero, como lo muestra el segmento km (frg. 3.2), pronto toma la forma de una línea casi recta. La porción casi recta de la curva se denomina línea de coruolidación uirgen o

rarna uirgen. Si la carga se interrumpe a una presiín po'correspondiente al punto za, y luego se hace disminuir en decrementos

la muestra se expande, como lo indica la curaa de descarga mm'. Si se sucesivos,

reanuda el proceso de carga, la parte inicial de la curaa de recompresión queda lige-

ramente arriba de la curva de descarga. Luego, la curva de recompresión se dobla

un procedimiento gráficr grande, l986) para estim: si solamente se dispone d.e te procedimiento se ilustra

procedimiento se repite.

con una curva que relaciona la oquedad final correspondiente a cada incremento de presión con el valor de dicha presión. Es conveniente dibujar la presión a una escala logarítmica. El diagrama se conoce entonces como curva e-log p o curva de com-

(esc¿

Figura 3..3. Construcción srálic¿ ción de la presión cle precorrsolidi e-log ¡ (según Casasrande, 1936)

r

la rapidez que permite el agua a[ salir de la arcilla. Cuando la ra-

solamente con

p

hacia abajo en forma relativamente trrusca, a una presión cercana a fro', pasa debajo del punto rn y se apioxima a la prolongación de la rama virgen. Si a una presiónpo" se descarga y carga nuevámente la muestra, se

Para seguir este proce( a ojo el punto c de curvatr curva e-log b. De c, se traz Ia curva y asimismo, una Se bisecta Iuego

el ánguk El punto de inte bisectriz con la prolongac líneas.

obtiene otra curva de rebote (nn') y otra curva de recompresión; las pendientes de

de una tangente a la paite

estas curvas son aproximadamente iguales a

se representa

las determinadas anteriormente. Si

la presión se aumenta más allá dey'o" la curva e-log P de nuevo se dobla bruscamente

hacia abajo aproximándose a la rama virgen. Al aumentar más la presión, la curva vir.gen iiende a convarse ligeramente hacia arriba.

Cuando la muestra está en el estado representado

por m' se dice que

esta

por d. La abt

ponde a Ia presión po,.

Laspresionespo/y f,so tivos, ya que las relacione vacíos se determinan des¡ muestra ha quedado en eq¡ ya no tiende a ser expulsa,

Sin embargo, para simplil

que indican esfuerzos efect omiten, a menos que su or

confusión.

preconsolidada o so breco¡uolidada, porque previamente ha sido consolidada bajo una presión po' mayor que la presión P o, baio la cual está ahora en equilibrio. El valor po' se conoce como ca,rga, o presión de preconsolidación El grado de preconsolidación se

3.3. Características de Ia co de los depósitos normal

mide por la relación Po' /?,, conocid,a como relación de preconsolidación. Es evidente que el quiebre en la curva m'n estír itttimamente relácionado a la magnitud de la presión de preconsolidación. Se ha ideado

arcilla puede investigarr. h, de consolidación en muestr, manera que su estado se a

consolidados.

En el campo, la compres

posible. Deben reconocerse de importancia

diferentes

o

Consolidación de los depósitos normalmente consolidados 91

son: si el estrato del que se tomó la muestra está normalmente cargado o si está preconsolidado. Se dice que un estrato está norrrpglmente- iénsqüad,ó, si nrr.á üun-"i§l p¡qgiones verticales m¿yo¡es quq-

o

páa" ."

ei

.3

las existentes en la actualidad. Por otra parte, UI]_ gslrato fre o sobreconsolidado,

,o

\

o §

en alguna

§ G

to

,

P;

Presión,

o ,"rrÍuo,on,

Figurá 3.3. Constmcción eráfica para la determinación dc la presión de ¡rre consolidación po' de la curva e-log lt (según Casagrande, 193ó).

p;'

in, p (escala log) i

:ípica r-loe lt para arcilla remolte líqtrido.

iorma relativamente brusca, :rcana d Pr', pasa debajo del ptoxima a la prolongación en. Si a una presióny'0" se r nuevamente la muestra, se rva de rebote (nn,) y otra presión; las pendientes de aproximadamente iguales a

as anteriormente. Si

la rta más allá de ?o" la curva vo se dobla bruscamente >ximándose a la rama virrr más la presión, la curva :onvarse ligeramente hacia

luestra está en el estado

r mt se dice que

esta

oruolidada, porque ¡ido consolidada bajo una )r que la presión p,, bajo r en equilibrio. El valor y'0, sobre

c

'arga o presión de preconrdo de freconsolidación se i6n po' f P ", conocida como onsolidaciín. Es evidente n la curva mtn está intirado a la magnitud de la solidación. Se ha ideado

épo_c-a

de su historia estuvo sujeto

que las que ,erti"áles mayores uhoru están en ictividad. En la fig.'g.4, se muestra una curva típica e-log p de una muestra inalterada de una arcilla de baja sensibilidad normalmente consolidada. La curva se señala con K". Al igual que la porción m'n de la curva e-log p de la fig. 3.2, consta normalmente de dos ramas: d.e una porción inicial relativamente plana y de otra inclinada casi recta. Para efectos de comparación, K, representa los resultados de una prueba en el mismo material después de remoldearlo con una humedad cercana al límite líquido. La porción inferior de K", casi recta, tiene una pendiente menor que la de Ku. Las coordenadas del punto a (fig. 3.a) representan la relación de vacíos y, la presión efectiva correspondiente al estado de la arcilla'en el campo. Cuando se extrae una muestra empleando las mejores técnicas, la humedad de Ia arcilla no atunenta significativamente. Por tanto, la relación de vacíos eo al principio de la prueba es prácticamente idéntica a la que tiene la arcilla en el terreno. Cuando la presión en la muestra llega a Po, la curva e-lo§ p debe 4_¡»reqi-g-neq

un procedimiento gráfico útil (A.

Casa-

grande, 1936) para estimar el valor de po' si solamente se dispone de la curva mtn . Este procedimiento se ilustra en la fig. 3.3. Para seguir este procedimiento, se elige a ojo el punto c de curvatura máxima de la curva e-log 0. De c, se ttaza una tangente a la curva y asimismo, una línea horizontal. Se bisecta luego el ángulo entre estas dos línea.s. El punto de intersección de esta bisectriz con la prolongación hacia arriba de una tangente a la parte recta de la curva por d,. La abscisa de d corres-

se re.presenta

pon«le a la presió¡ Po'. I-as presiones po'y y'o son esfuerzos efectivos: ya que las relaciones respectivas de

vacíos se determinan después de que la muestra ha quedado en equilibrio y el agua ya no tiende a ser expulsada o absorbida.

Sin embargo, para simplificar, las barras que indican esfuerzos efectivos, po' y F"r se omiten, a menos que su omisión produzca

confr¡-sión

ba

eo

Ku

(¡)

?)'

o ()

lr-'

(§

\

(¡)

:

3.3. ,Característicap de la consolidación de los depósitos normalmente

§ .o o (§

\il

q§)

,consolidados.

En el campo, la compresibilidad de una arcilia puede investigarse haciendo pruebas de cbnsolidación en muestras extraÍdas de manera que str estado se altere lo menos posible. Deben reconocerse dos condiciones

diferentes de importancia práctica, que

\\ _____\

Aprox. O.4 eo

¡

uPo

Presióii.

p (escala log)

Figura 3.4. Curvas tipica, e-log p para muestras inalteradas (K,)y remoldeadat(K,) de arcilla normalmente consolidada de baia sensibilidad.

92

Características de la consolidación de los suelos

pasar por el punto a, a menos que las con-

diciones de

la prueba difiéran en

alguna

manera de las del campo. En realidad, ff, pasa siempre fabajo del punto a, porque aun las mejores muestras resultan un poco alterad.as.

Lo que importa al ingeniero es la curva b de la arcilla en el campo, no en el laboratorio. Por lo tanto, necesita disponer e-log

de algún proced.imiento para extrapolar los

resultados de las pruebas de laboratorio a

oo-ot ! n er t" :- r"s.A0o-ctlogrp, :- log*(pr,pl ''' I -

l El valor nurnérico de C" puede det.ermi-

las dos cantidades es aproximadamente:

arcillas, que las prolongaciones de las porciones inferiores rectas de las curvas Ku y

práctica porque permite calcular eliasentamiento aproximado de una estructura constrüda sobre un depósito de irrcilla sed,imentaria poco sensible normalrnente consolid.ad.a, ,i ,olu.rr"nte se .orro..lel Iímite líquido, aun cuan«lo no se hayan efec-

gaciones de las curvas e-log

0 de las mues-

tras con grados de alteración intermedios también pasan por el pur,to.,¡[ o muy cerca del mismo. Por tanto, es razonable suponer que Ia relación de campo e-log p es aproximadamente una lÍnea recta extiende

K que se

deaaf.

Si se sabe que un depósito de arcilla está

normalmente consolidado, el valor de po puede calcularse conociendo la humedad, el peso volumétrico de los sólidos, y el grado de saturación de los estratos sobreyacentes, siempre que se conozca la posición del nivel

del agua freática. La relación de

vacíos

inicial de la arcilla también puede calcularse fácilmente. Por lo tanto, pueden determinarse las coordenadas del punto a. Los procedimientos para calcular ?o y eo se estudiaron en los arts. I .6 y 2.4. El punto .f r" puede determinar ejecutando una prueba de consolidación en una muestra inalterada o incluso en una muestra parcialmente altérada. Los puntos a y f pueden unirse con una línea recta para determinar la relación de campo K en la que puede basarse el cálculo del asentamiento.

{--la-pendiente 4" I(

g¡t--

el diagra{na

semilog_arítmico se te llama lndice de com' plésión C,-,_ definido por la ecuación:

I D I

/

in 3.2 tL,¿:0.009(zo.,r-10); I --_ _ en la qrue u L se expresa como porcentataje. La ec. 3.2 es de gran impomancia r

:i': :.'.-

l&

narse fácilmente del diagrama. Si c¡ corresponde a cualquier presión arbitraria 1r y ez a la presiín pz : 10p1, entonces C": ot - ezSe ha descubierto (Skempton, 1944) qrre C " está íntimamente relacionado al límite líquido de las arcillas sedimentarias normalmente consolidades. La relación .entre

las condiciones representa¡;ivas en el campo. Un procedimiento parai lograrlo puede elaborarse tomando como base la comparación de las curvas Ku y Kr. Se ha observado (Schmertmann, f955) en muchas

K, se cortan en un punto ;f correspondiente a una relación de vacíos aproximadamente igual a O.4eo. Las prolon-

T-Eji:'

I

+

'

:=l j:ii

Figura l.S. a) Seccir elemento del manto.

Esta ecuación es gener

para calcular el asentamit se conozcan Ia relación de cambio. Si la arcilla está r: solidada, de acuerdo con l¡

L,e:es-ey:e

: c"l"g*pa

tuado pruebas de consoLidación. Sustituyendo esta cantidad asentamiento de

En la frg. 8.5a, se muestra una sección transversal de un manto de arcilla de espesor .F1, quedando la mitad. de su e,spesor situado a la profundidad D, abajo de la superficie original del terreno. La presión efectiva original en el punto I es igual a Fo,

y el aumento de presión es Ap. La relación de vacíos inicial de la arcilla, es /¡. La fig. 3.5b, muestra un elemento prismático que contiene al punto A. Puede suponerse que el elemento consiste de materia sólida, que tiene una altura igual a la unidad y un volumen de vacÍos con una altura adicional equivalente z es. La altura rotal del elemento es, por lo tanto, L * es. Si la relación de vacíos disminuye una cantidad A¿ debido a la consolidaci,in, la deformación unitaria del elemento es Ae / (l

-t eo).

Suponiendo qtre esta defornración

unitaria es constante en todo el espegor del estrato de arcilla, la dis'minución de espesor del manto, o el asentamiento S arriha del punto A,lo da la ecuaci.ón:

S:H

_)

L,C

l*eo

4.5-¿rt \"i I..\ '';,rr''o

la siguiente e: Ia su¡rer arriba del punto A, debi dación de un manto no encuentra

3,4. Cálculo del asentamiento

3.3 I

i'fb

solidado de espesor

)

/' .t-__-

-E[.:

: :t-rrrogro t +'o

E.5. Características de con los depósitos preconso

El diagrama e-log fi 1 t'rpica preconsolidada se m 3.6. Se supone que la mues con la alteración mlnima; una etapa avanzada de la ¡

tra ha sido descargada y vur

El punto a

representa

vacíos incial de la muestra:

tiva que actuaba en ella ar del temeno. Cuando se colo,

el consolidómetro anegad probable, que bajo las peq aplicadas inicialmente, tien se. Se acostumbra evitar aumentando rápidamente I

primera parte de la curva

Consolidación de los depd sitos preconsolidados 93

ln

I

:

T

logro

de C, puede determilel diagrama. Si fi corier presión arbitraria pt ¿

4

oo-€t c,t Qt/po) ''' /

po

10y'1,

+

-i

v

C":

entonces

l"o

(a)

:o (Skempton, 1944) que

(b)

Figura 3 .5 . a ) Sección a través de un manto de arcilla compresible. á) ( lompresión de un elemento del manto.

rte relacionado al lÍmite

:illas sedimentarias norLa relación entre

.ades. :s

aproximadamente:

l9Qot-10),

Esta ecuación es general y puede usarse 3.2

expresa como porcentaes de gran importancia

para calcular el asentamiento, siempre que se conozcan la relación de vacÍos inicial y su cambir¡. Si la arcilla está normalmente con-

rcrmite calcular el

solidacta, de acuerdo con la ec. 3.1,

I

asen-

ado de una estructura un depósito de arcilla r sensible normalmente lamente se conoce el lí-

'lt

Ac

:

oo

-

€t

: C.logro'-

po

r^- Po* :- l,Íac fOglo

:uando no se hayan efec-

_-./

LP

Po

onsolidación.

Sustittryendo esta cantidad en la ec. 3.3,

se

la siguiente expresión para el asentamiento de la superficie del terreno arriba del punto A, debido a la consolidaciór:. de un manto normalmente conencuerrtra

'entamiento

,

se muestra una sección' manto de arcilla de eso la mitad de su espesor ¡ndidad D, abajo de la del terreno. La presión el punto I es igual a f o, resión es A,ó. La relación la arcilla, €s ás. .uestra un elemento prisIne al punto A" Puede elemento consiste de : tiene una altura igual a

solidarlo de espesor

.

-FL'

!¡* AP I't ,: :t-lrrogro po l*eo /*..---

1

\s.+ i

t I

El üagrama e-log p para una arcilla tlpica preconsolidada se muestra en la fig. 3.6. Se supone que la muestra se ha tornado con la alteración mlnima; además, que en una etapa avanzada de la prueba, la muestra ha sido descargada y vuelto a cargar. El punto a representa la relación de vaclos incial de la muestra y la presión efectiva que actuaba en ella antes de extraerla del te.meno. Cuando se coloca la muest'ra en

:ntamiento S arriba

probable, que bajo las pequeñas presiones aplicadas inicialmente, tienda a expanderse. Se acostumbra evitar esta expansión ar¡mentando rápidamente la carga. AsÍ, la

uación:

q_ Ae I *¿o -1.\- .ri

rl.il?

3.3

de a', porque antes de la erosión, la relación de campo tendúa que haber sido represen-

tada por a'J. No se puede construir esta curya con precisión, porque la presión po' correspondiente al punto a' ya no se conoce; la presión actual de la sobrecarga es solamente lto. Sin embargo, se adüerte que la cun¡a Kn para presiones mayores que

3.5. Características de consolidación de lc.rs depósitos preconsolidados .

umen de vacíos con una uivalente a e¡. La altura 3s, por lo tanto, I * es. e vacíos üsminuye una o a la consolidación, la ia del elemenro es Ae /(l lo que esta deformación :e en todo el espesor del r disminución de espesor deJ

mente es casi plana; es probable que pase ligeramente abajo del punto a, mientras que la curva de campo debe pasar por é1. El punto a' corresponde a la relación de vacíos e y a la presión Po' de la arcilla en el carrpo, cuando el estrato estaba bajo su carga máxima. Por algún proceso, como la erosión, la presión se redujo, y la relación de vacíos aumentó ligeramente por exPansión hasta llegar al presente estado, representado por a. (En la frgura se desprecia la pequeña expansión que se ha mencionado.) La curva de campo debe pasar cerca

el consolidómetro anegada en agua,

es

primera parte de la curva e-log f usual-

eo q,

á

.g

K

(,

§ q¡

b

§

§

§r¡,

t

Aprox. O.4 eo

Po Presión,

Po'

c b*ala

log)

,!

Figura 3.6. Curva e-log p\K*)para una muestra inalte,uáu de una arcilla preconsolidada y reconstrucción de la relación de camPo (/f).

94

Características de la consolidación de los suelos

Po

consiste con frecuencia de dos segmentos muy diferentes parecidos a los segmen-

tos de la curva m'n en la fig. 3.2. Por analogía con el''comportamiento del material remoldeado sujeto a descarga y re-

compresión, se puede concluir que el primer segmento de Ku (fig. 3.6), a .una presión mayor que Po, es una curva de recompresión, mientras que el segundo tiene la pendiente de la curva virgen. El quiebre entre los dos segmentos'debería, por lo tanto, corresponder a Ia presión de preconsolidación Po' y podúa estimarse por el procedimiento de A. Casagrande. Además, la pendiente del tramo de recom-

presión de

la curva

debe ser similar

a

la

del tramo de recompresión n'g (fig.3.6).

Estas consideraciones sugieren el siguiente procedimiento para obtener de manera aproximada, la curva e-log -f que corresponde a las condiciones de campo para un material prec«lnsolidado. La prueba de consolidación debe efectuarse en

la mejor muestra que pueda obtenerse. Después de aumentar la presión suficientemente como para defini.r la rama virgen de la curva e-log f, debe efectuarse un ciclo de descarga y recompresión. La presión de preconsolidación puede obtenerse por el procedimiento de A. Casagrande. Luego se haúa un bosquejo de.la curva de campo de la cual pueden estimarse los asentamientos, empezando en el punto ¿¿, y continuando en una dirección paralela a la curva de recompresión ntg hasta un punto situado apro-

ximadamente a la mitad de la abscisa de pr'. Luego se dirige la curva hacia el punto f, de manera que siga la forma de ff,. Este

procedimiento depende del criterio de quien trabaja, pero conduce a resultados razonables. El asentamiento correspondiente a la presión comprendida entre la de sobrecarga actual y la de preconsolidación puede calcularse por medio de la ec. 3.3, pero el valor de Ae debe determinarse de la

curva de campo K previamente dibujada (fig. 3.6). Si no se identifica que la arcilla ha sido preconsolidada y se basa el cálculo de un asentamiento en af, el asentamiento calculad,o será muy grande. El cambio A¿, en

la relación de vaclos calculado para

un

aumento de presión Ap es probable que 4 a l0 veces mayor que el carnbio real Ler, siempre que Ap no sea mayor de aproximadamente la mitad de po' Fo. Al aproximarse Ap a Po' - Fo, el error se

parados con las presiones brecarga actuales y es prc

sea de

depósitos contengan

aspecto

más importante es poder reconocer si una arcilla ha sido o no preconsolidada. Casi seguramente 1o será si la humedad natural se aproxima más al límite plástico que al

Iímite líquido. Además, ejecutando una prueba de consolidacién en una muestra tomada cuidadosamente, con frecuencia se obtienen los datos necesarios para decidir al respecto. En la fig. 3.4, se puede advertir que la prolongación hacia arriba de la parte recta de Ku corta la línea 0 : eo en el punto á, que está situado a la izquierda del punto ¿. Esto se cumple siempre en una ar-

cilla normalmente coruolidada de sBnsibilidad normal. Por otra parte, en la fig. 3.6, que se refiere a una arcilla preconsolidada de sensibilidad normal, b está situado al lado derecho de a. Desaf«rrtunadamente, la influencia de la alteración tiende, desalojando á a la izquierda, a

des-

truir las evidencias de la preconsolidación. Por lo tanto, si ha7-probabilidades de que un depósito de arcilla pueda ser preconsolidado y se van a obtener muestras para las pruebas de consolid.ación, deberán de usarse las mejores técnicas posibles de muestreo. En el art. 4.8 se estudiará otro

ñ

pueden dar valiosos datos"

3.6. Características las arcillas sensibles

de

con!

Los resultados de una pr solidación en una muestra cu extraída de una arcilla de alt

mayor que g) se parece !{, (fis.

¿

9.7). La rama plana inici

e-log 1b se convierte en forma brusca en un tramo inclinad representar un colapso estructr cilla, de manera que un ligerc Ia presión conduce a una gran

en la relación de ,u.íos.- La l-1.t" por un punto de inflexi

diente disminuye. Si se usa la

procedimiento más para investigar el estado de preconsolidación de una arcilla blanda sedimentaria.

Las arcillas preconsolid.adas abundan. Muchos depósitos estuvieron en alguna época sujetos al peso de capas de suelo

o b'

o o

sobreyacentes que subsecuentemente füeron eliminadas por la erosión. En algunos casos el hielo glacial cubrió y consolidó las capas

G

S

\

o

:§

()

r§

de suelo inferiores; cuando el hielo se fundió, los depósitos quedaron sobreconso-

(¡,

q

lidados con respecto a la presión que siguió

actuando. La superficie de muchos depósitos, especialmente en las llanura-s de inundación, estuvo expuesta durante su deposición, sufriendo evaporación y desecación (art. 2.5). Los esfuerzos dé,,contracción d,eben haber sido grandes .o*'

a,

Iargo tiempo de los niveles ducido por bombeo o por lar construcción, puede haber solidación y precargad.o Ia a pecto a las condiciones que pués del restablecimienio freáticos. para determinar l¡ el grado de preconsolidaciór las consideraciones histórica

hace menor.

En los problemas prácticos, el

c.apas

cillas preconsolidadas.

Aprox.

O.4

€6

Figura 3.7. Cur,,,¿rs ,c_lou tí¡ricas para m ft (,K,) y remolcleaclrr

racJas

bilidad.

tf,)

a"'"..i1i.

Consolidación de las arcillas sensibles 95

ión Lp es probable que :es mayor que el cambio que

Ar0

no sea mayor de

la mitad de po' ?0. tp a Po' - Po, el error se nas prácticos, el aspecto s poder reconocer si una

no preconsolidada. Casi rá si la humedad narural al límite plástico que al ,demás, ejecutando una .idación en una muestra mente, con frecuencia se necesarios para decidir al g. 3.4, se puede advertir )n hacia arriba de la parrta la línea € : eo en el situado a la izquierda del umple siempre en una ar-

e consolidada de sensi)or otra parte, en la fig. re a una arcilla preconibilidad normal, b esrá lerecho de a. Desafortufluencia de la alteración o b a la izquierda, a dess de la preconsolidación. ry probabilidades de que rcilla pueda ser precona obtener fnuestras para nsolidación, deberán de

)s técnicas posibles de rt. 4.8 se estudiará otro

parados con las presiones efectivas de so' brecarga actuales y es probable que esos depósitps contengan c'apas o lentes de arcillas freconsolidadas. El descenso durante largo tiempo de los niveles freáticos producido por bombeo o por las actividades de construcción, puede haber inducido consolidación y precargado la arcilla, con res-

pecto a las condiciones que existieron después del restablecimiento de los niveles freáticos. Para determinar la posibilidad o el grado de preconsolidación en un lugar, las consideraciones históricas y geológicas pueden dar valiosos datos.

3.6. Características las arcillas sensibles

de consolidación

de

Los resultados de una prueba de consolidación en una muestra cuidadosamente extraÍda de una arcilla de alta sensibilidad (S, mayor que 8) se parece a la curva Ku (fig. 3.7). La rama plana inicial de la curva e-log p se convierte en forma relativamente brusca en un tramo inclinado que parece representar un colapso estructural de la arcilla, cle manera que un ligero aumento de la presión conduce a una gran disminución en la relación de vacíos. La curva pasa luego por un punto de inflexión y su pendiente.' disminuye. Si se usa la relación es-

para investigar el estado

n de una arcilla blanda

(¡)

de-

Los esfuerzos dé con¡er sido grandes com-

-a

puede re-

menudo, espectaculares

asentamientos

b

asociados a la rama inclinada de la curva. En las zonas en que el subsuelo está for' mado por arcillas blandas altamente sensibles, como la ciudad de México o partes de Escandinavia,'la experiencia ha indicado

la necesidad de limitar la presión añadida por un edificio nuevo a solamente una frac' ción de la resistencia de adherencia. Y,as alteraciones producidas durante el muestreo y el manejo de las muestras, las

remoldeadas de elevada sensibilidad no son en ningún aspecto diferentes de las arcillas de sensibilidad normal. Aún las arcillas completamente remoldeadas no son tan compresibles como el suelo inalterado a presiones algo superiores a Ia presión de colapso. Por lo tanto, a diferencia de las estimaciones de los asentamientos en arcillas de sensibilidad normal, las que se hacen en

q' o o

§ al '§ § .o

o

tta

quedaron sobreconso-

ilo evaporación y

cremento de presión

presentar el grado en que ha sido precargado el suelo, o puede representar una resistencia de adherencia que tiene origen en procesos fisicoquímicos subsecuentes a la deposición. En cualquier caso, el incremento representa la presión máxima que puede añadirse al suelo sin excitar los grandes, y a

caracteústicas importantes del suelo; las curvas e-log p para arcillas completamente

econsolidadas abundan. estuvieron en alguna )eso de capas de suelo ubsecuentemente fueron rosión. En algunos casos rió y consolidó las capas cuando el hielo se fun-

erficie de much«¡s dente en las llanuras de expuesta durante su

tamientos deben basarse en pruebas hechas en muestras inalteradas. Si se traza una tangente a la parte más inclinada d.e la curva en su punto de inflexión c, corta la línea ás en b. La presión correspondiente a á es aproximadamente igual a aquélla en que se produce el colapso. En la mayor parte de las arcillas muy sensibles b queda cuando menos ligeramente a la derecha del punto ¿, que representa la presión de sobrecarga efectiva p6. El in-

pueden enmascarar completamente

eo

¡ a la presión que siguió

tadística de la ec. 3.2, para determinar la compresibilidad de ese material, eI asentamiento calculado es demasiado pequeño. Como el error que se comete está del lado de la inseguridad, los cálculos de los asen-

Aprox. O.4 €o

po Presión,

p lescala log) r.

Figura 3.7. Ctrrv¿rs r-lou lt tí¡ticas para muestras inalte.adas (.K") y rcmoldeadas (r(,) de arcilla de alta sensibilidad.

arcillas muy sensibles quedan, si se basan en resultados de pruebas so.bre especímenes remoldeados, del lado'de la inseguridad. Por lo tanto, son absolutamente indispensables las buenas muestras inalteradas.

96

Características de la consolidación de los suelos

3.7. Características de consolidación de los suelos residuales (¡)

Los comenErrios anterióres se refieren al comportamiento de muestras de depósitos de arcilla sedimentaria. Los suelos residuales cohesivos, aunque son producto de procesos geológicos muy diferentes, con frecuencia se caracterizan por tener curvas e-log p semejantes a las de las arcillas transportadas de moderada a alta sensibilidad. Puede parecer que han sido preconsolidados pero la presión de preconsqlidación apar€n-

qi

.3 (§.

*

/.4

alrededor de las

t_2

puede causar serios asenl

Prueba con el

20.2.

0.8 material previe

Adición

I

de agua

saturado.

§

3.9. Características de co

QJ

las arenas.

0.4

Las curvas e-log

0.2

quido, en las partes bajas de masas de suelo residual, sobre todo si la roca poco meteorizada que los subyace es lo sufrcientemente poco permeable como para que el agua subterránea tenga que fluir por arriba de ellas. Dentro de esta zo:na,la destrucción de los nexos interparticulares por alteración

química puede avarxz.ar al grado en que dichos nexos queden exactamente equilibrados por eI peso de los materiales sobreyacentes. En consecuencia, el suelo puede tener las características de compresibiüdad de una arcill¡ normalrnente consolidada, algunas veces de alta sensibilidad.

E.8. Características

de consolidación

de

los suelos susceptibles de cola¡xo

Los suelos parcialmente

saturados

pueden poseer cementantes que les proporcionen cohesión y considerable rigidez. Si éstos son solubles, como los precipitados

químicos que se acumulal¡ en los climas semiáridos, pueden destruirse por una inmersión prolongada. Si los cementantes son minerales arcillosos o sustancias amorfas pued.en adsorber parecid.as a las ".áilI"r, agua y debilitarse cuando se sumergen; el verdadero loes pertenece a esta categoría, como también algunas arenas sreltas li-

b

pat

finada lateralmente (fig.

o 0.5

t.o 2.o 5.o lo 20

50

Presrcn, P toilm2

heredados entre las partÍculas, en vez de ser

materiales blandos y rnuy compresibles, con contenidos de agua cercanos al lírnite lí-

-

§ o.o t

I

Figura 3.8. Disminución de la relación de vacíos por adición (e agua en una muestra de loes, bajo presión vertical

d.e Io¡

en las cimentaciones se r

te es consecuencia de los nexos de cohesión presiones efectivas producidas por rlna sobrecarga anterior o por desecación. Algrrnas veces se encuentran zonas de

plicaciones técnicas

Prueba co ¡n el m'aterial

/.'

'o

casas

l,l

con el contenido de asua natural, en el t:onso-

lidómetró. Los rcsultados pueden compararse c¡5n los de la muestra saturada antes de la prueba (segúniHoltz

y Gibbs.

19-51).

i

geramente arcillosas. Los terraplenes Eompactados con htrmedad inferior a la óptima es probable que queden con una cohesión

aparente debida a capilaridad que les da una rigidez que puede destruirse fácilrr,.ente

,

las de las arcillas pr€consr

vas e-p correspondienter cóncavas hacia arriba; las

ga y de recompresión son fiS. 3.9á indica que Ia cc una arena dada depende su compacidad relativa. L son mucho más compresil pactas; además, aun con I grandes Ia relación de vac: suelta no puede llegar al v: arena cuando está muy

grandes presiones Ios gran perse. Por otra parte, la rt de Ia misma arena suelta pr

fácilmente a la de una

valiéndose solamente

por inundación.

d.e

a

vibl

Las curvas e-log b de estos materiales

probados sin permitir que el agua tenga acceso a las muestras a través de las piedras porosas, no presentan aspectos extraorünarios, pero si -ss- deja penetrar el agua en, cualquier etapa de la prueba, puede ocirrrir una espectacular dismim,rción de la relación de vacíos bajo presión vertical externá constante, como se ilustra en la fig. 3.8.:I-_g! s¡relos que p{esentan este cornportamiento se denominan colapsables. La magnitu«l del

asentamiento

de un depósito de

guelo

colapsable puede estimarse sujetandc, las muestras, con su humedad de campo, ,a los esfuerzos verticales previstos en el terreno y observando el cambio en la relación de vacíos, manteniendo al suelo en condición sumergida bajo esfuerzo vertical constaute. Los suelos colapsables son muy abundantes en muchas partes del mundo dónde las sequías son largas y el agua freática,está

a gran profundidad. En esas localidades, incluso el riego de los prados situ¿rdos

a,l

o

(,

\a

\

a)

o (t

t

QJ

0.7

|

0.0/ presión

p en

ton

Figura 3.9. Curvas 3-log cialn"rente suelta

, (Ka)

Determinación de la compresibilidad en la práctica 97

alrededor de las casas recién construidas puede car¡sar serios asentamientos. Las implicaciones técnicas de los suelos colapsables en las cimentaciones se estudian en el art.

- Prueba con el material

20.2.

3.9. Características de consolidación de las arenas.

5.O lO 20 n,

p

Las clrrvas e-log p para una arena conñnada lateralmente (fig. 3.9a) se parecen a las de la§ arcillas preconsolidadas. Las curvas c-p 'correspondientes (fiS. 3.9á) son

50

to¡lm2

cóncavas'hacia arriba; las cunas de descar-

y de recompresión son muy planas. La fig. 3.9á indica que la compresibilidad de ga

de la relación de vacíos por ruestra de loes, bajo presión de agua natural, en el consopueden compararse con los es de la prueba (según Holtz

una arena dada depende en gran parte de su compacidad relativa. Las arenas sueltas son mucho más compresibles que las compactas; además, aun con las presiones más grandes la relación de vacíos de una arena suelta no puede llegar al valor de la misma arena cuando está muy compacta. Bajo grandes presior^es los g¡anos pueden rom-

Los teraplenes cominferior a la óptima den con una cohesión apilaridad que les da

ad

perse. Por otra parte, la relación de vacfos de la misma arena suelta puede disminuirse fácilmente a la de rura arena cbmpacta, valiéndoss solamente de vibración.

e destruirse fácilmente

fr de estos materiales ' que eI agua tenga acr través de Ias piedras an

Las arenas bien graduadas son menos compresibles que las uniformes o las de ganulometúa discontinua, a la misma forma de granos e iguales compacidades relativas. Las arenas de.partÍculas redon' deadas son usualmente menos compresibles que las de partÍculas angulares comparables en todos sus demás aripectos. La adición de pequeños porcentajes de partÍculas de fr

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