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CONSOLIDACIÓN DE LOS SUELOS

ESTUDIANTE: GERARDO VICENTE CAÑIZALEZ MONTESDEOCA C.I.: 7.300.311 ASIGNATURA: MECÁNICA DE SUELOS

Contenido de la presentación 

Introducción



Compresibilidad



Consolidación □ □ □ □

Teoría de Terzagui Ensayo de Consolidación Asentamientos por consolidación Consolidación Secundaria

Consolidación 

Introducción

Relacionesesfuerzo – deformación

No son fácilesde determinar, cuantificar e interpretar en lossuelos

Todoslosmaterialessufren deformación cuando se cargan

magnitud tipo La deformación

carga

depende duración

propiedadesmecánicas del material

Consolidación 

Introducción comportamiento mecánico del suelo

papel fundamental

obrasciviles

consolidación

orden prioritario

fundaciones

asentamiento

El suelo tiene características y comportamiento menos uniforme que otros materiales. Esto hace menos predecible el comportamiento de los suelos

Consolidación 

Introducción



El reto es el análisis de los aspectos involucrados, que permitan estimar la deformación de una masa de suelo sometida a carga y la afectación de la estructura que soporta.



El asentamiento total se estima mediante la teoría de consolidación. Sin embargo, resulta de mayor importancia el análisis de los posibles asentamientos diferenciales que se puedan presentar.

Consolidación 

Compresibilidad

Compresibilidad

Suelo

se le aplica

Propiedad del suelo de reducir su tamaño

fuerza de compresión

se reducen

losespaciosvacíos por

reacomodo de sus partículassólidas de laspartículas

La compresión

insignificante del agua

Consolidación 

Compresibilidad

suelossaturados

la compresión

Se debe a la expulsión de agua de losvacíos

como el agua fluye lentamente resulta un proceso diferido en el tiempo

suelo parcialmente saturado

se producirse reacomodo casi instantáneo por expulsión de aire

Consolidación 

Compresibilidad

suelo confinado

escomprimido

se vuelve máscompacto y por lo tanto menos compresible

Si está saturado se presenta una resistencia hidrodinámica que se opone al cambio volumétrico.

Suelosno cohesivos

se comprimirán enun tiempo relativamente corto

durante la fase de construcción de la estructura

Consolidación Lossedimentoscon alto contenido de arcilla

alta a muy alta compresibilidad

baja permeabilidad

hace que se compriman lentamente necesitan mástiempo para que el agua desaloje losvacíos

Un suelo no esni elástico ni plástico perfecto, frente a solicitudesde carga y descarga se observa una respuesta elasto-plasto-viscosa La compresibilidad de losmaterialesque constituyen la fracción fina del suelo, se estudia en el laboratorio por medio de un aparato denominado consolidómetro

Consolidación Asentamientos en una capa de suelo:  El asentamiento es definido como la compresión de una masa de suelo debido a la aplicación de cargas en (o cerca de) la superficie.  El asentamiento total de un suelo puede estar dado por: □ □ □ 

Compresión Inmediata (Elástica). Consolidación Primaria. Consolidación Secundaria.

En este tema, aprenderemos la teoría de la consolidación, que es utilizada para estimar el asentamiento debido a la consolidación primaria.

Consolidación 



 

¿Qué es consolidación? Es todo proceso que signifique disminución de volumen en la masa de suelo con respecto al tiempo y al estado de carga que actúa sobre la misma. Ahora, retomando los conceptos anteriores: Consolidación Instantánea: ocurre en suelos no saturados, manifestándose como una disminución rápida de volumen por expulsión de aire.

Consolidación 

Consolidación Primaria: es un proceso hidrodinámico que significa la disipación del exceso de presión sobre el hidrostático y su transferencia en esfuerzo efectivo. La expulsión del agua y el reacomodo de las partículas de suelo a posiciones más estables, produce la disminución de volumen. Es el asentamiento más significativo del proceso de consolidación.



Consolidación Secundaria: consiste en un proceso de mayor y mejor reacomodo de las partículas de suelo a posiciones más estables, significa la movilidad del agua altamente viscosa, proceso diferido en mayor grado con respecto al tiempo.

Consolidación  

¿Qué es consolidación? Muchas veces es confundido con la compactación. Para entender su diferencia utilicemosun diagrama de fases: ∆V

Compactación

∆V

Consolidación

Consolidación 









La compactación incrementa la densidad de un suelo no saturado, por reducción en el volumen de vacíos (aire). La consolidación es un proceso que incrementa la densidad de un suelo saturado, producto de la expulsión de agua de los vacíos, es diferido en el tiempo. La consolidación está generalmente relacionada con suelosfinos. Los suelos gruesos expulsan el agua de sus vacíos mucho más rápido, por su elevada permeabilidad. Las arcillas saturadas consolidan tardan mucho en consolidarse por su baja permeabilidad.

Consolidación 





¿Por qué es necesario estudiar la consolidación? La teoría de consolidación nos permite estimar (o predecir) la magnitud de los asentamientos y la velocidad (tiempo) en que ellos se producirán. Asentamientos diferenciales pueden ocasionar el colapso de la estructura.

Consolidación 

Teoría de consolidación Unidimensional.



Para un mejor entendimiento del proceso que ocurre en la masa de suelo, hagamos una analogía del suelo:

Condición Inicial

t= 0

t = t1

Condición Final

Válvula Cerrada Sin Cargas Presiónen el manómetro: cero

Válvula Cerrada Presiónaplicada Presiónen el manómetro: máxima

Válvula Abierta Presiónaplicada Presiónen el manómetro: disminuye El agua fluye por la válvula El resorte se comprime

Válvula Abierta Presión Aplicada Presiónen el manómetro: cero No hay Flujo de agua. El resorte absorbió toda carga y se comprimió al máximo

Consolidación  









El resorte representa el esqueleto del suelo. Un suelo rígido se comprimirá menos que un suelo suave. La rigidez de un suelo influye en la magnitud de los asentamientos. El tamaño de la abertura es análogo a la permeabilidad del suelo. Por lo tanto, la consolidación de un suelo fino es más lenta que la de un suelo grueso. La permeabilidad de un suelo influye en la tasa de consolidación.

Consolidación 

Ensayo de Consolidación (Breve Descripción)



El consolidómetro (odómetro) es un aparato que permite estudiar la consolidación unidimensional en suelos finos. Se coloca una muestra imperturbada de 20 mm de altura y 50 mm de diámetro, en un anillo indeformable. La muestra se ubica sobre una o dos piedras porosas que simulan las condiciones de drenaje. Dicha muestra se somete a cargas verticales (incrementos graduales).







Consolidación 

Este ensayo representa un estrato saturado, cargado extensamente en sentido vertical y donde la deformación horizontal permanece nula al aplicar la carga.



El problema se reduce a estudiar los esfuerzos y deformaciones en sentido normal (unidimensional) a los planos de estratificación.

Consolidación 

La compresión vertical (deformación) del suelo es registrada mediante extensómetrosmuy precisos.



Como hemos visto, en un primer momento toda la carga aplicada es recibida por la presión de poros (el agua es incompresible y no puede salir rápidamente por la baja permeabilidad).



La compresión del suelo es posible sólo cuando hay un incremento en los esfuerzos efectivos, que a su vez requiere que la relación de vacíos (e) disminuya por la expulsión del agua contenida en losporos.

Consolidación Asentamiento

• Luego de unos pocos segundos, el agua empieza a salir de los vacíos • Esto resulta en una disminución de la sobrepresión de poros y de la relación de vacíos en la muestra. Lo que trae consigo un incremento del esfuerzo efectivo

Esfuerzo total (σ)

Esfuerzos

• Como resultado la muestra de suelo se asienta como se muestra en la fig.

t

σ'

Esfuerzos efectivos (σ’)

Sobrepresión de poros (U)

U t

 '   U

Consolidación 

Se aplican varios incrementos de esfuerzos verticales durante el ensayo (doblando el incremento anterior).



Previo al primer incremento se registra la lectura inicial del extensómetro, al colocar la primera carga se activa el cronómetro y se registran las lecturas del extensómetro en intervalos de tiempo adecuados.

Consolidación 

Completado el proceso de carga se procede a quitar cargas en decrementos. Se toman las lecturas del extensómetro.



Concluido el ensayo se puede determinar el contenido de humedad final de la muestra ensayada.

Consolidación 

Curva de Compresibilidad (Escala Natural) e eo ∆e

e1 e2

σ'1 σ'2 ∆σ’

σ’

Consolidación 

Recordando e





Vv Vs

Se pueden definir: Coeficiente de Compresibilidad (av) av  



e  '

Pendiente de la recta secante (varía donde se considere)

Coeficiente de Compresibilidad Volumétrico (mv) V mv  1 V  '

Consolidación Área Constante LasVariaciones de Volumen se representan por variaciones de alturas ∆σ’ ∆V=∆Vv=∆e=∆H Vv=e

Vacíos

Vacíos Vo=1+e

Ho Vs=1

Se tiene

H e  Ho 1 e

Sólidos

Sólidos

Entonces

mv 

V 1  e 1 a   v V  ' 1 eo  ' 1 eo

Consolidación 

Curva de Compresibilidad (Escala Natural) e eo ∆e

e1 e2

σ'1 σ'2 ∆σ’

σ’

Consolidación 

Curva de Compresibilidad (Escala Semi-Logaritmica) e

Cc  ∆e

e1

Cc

e2

 e2  e1   e1  e2   '2  log ' 2  log '1   log   '1  Cc: Coeficiente de compresión

logσ'1 logσ'2 ∆logσ’

log σ’

Consolidación 

Si se somete a incrementos-decrementos de carga : e Curva de Compresión Virgen

Curva de Recompresión Curva de Expansión

σ’

Consolidación 

Representándola en escala Semi-logaritmica e

Curva de Compresión Virgen Curva de Expansión Curva de Recompresión Curva de Compresión Virgen

log σ’

Consolidación 

En la realidad sucede:

Curva de Recompresión

e Producto de:

Curva de Compresión Virgen

Curva de Expansión Curva de Recompresión Curva de Compresión Virgen

log σ’

Consolidación 

Para efectos de cálculos por lo general no se consideran los procesos de descarga (condiciones de diseño) e

Presión de Preconsolidación Cr

Cc

σ' (log)

Consolidación 

Lo que puede aproximarse a

σ‘c : Presión de Preconsolidación

e Cr

Cc

log σ’

Consolidación 

Presión de Preconsolidación



Máxima presión a la que ha estado sometido en suelo a lo largo de su historia geológica

Consolidación 

Estimación de la presión de preconsolidación. e

σ’c

σ' (log)

Consolidación 

Coeficiente de Preconsolidación Overconsolidation Ratio) OCR 

    

 'c  'o

OCR= 1. Normalmente Consolidado OCR> 1. Preconsolidado 2