CONSOLIDACION

• Un incremento de carga sobre las superficie de una capa de suelo comprime dicho estrato produciendo los siguiente:– Deformación de las partículas del suelo– Rehubicación de las particulas de suelo– Salida de agua y aire de los espacios

• En general se pueden dividir los asentamiento en dos categorias:– Asentamiento por consolidación primaria y

secundaria.– Asentamiento inmediato.

Fundamentos de consolidación• Cuando una capa de suelo saturado es sometido es un

incremento de esfuerzos, la presión de poros crece súbitamente. En suelos arenosos de alta permeabilidad el movimiento de agua originado por la presión se disipa inmediatamente. Sin embargo en suelos arcillosos ocurre un asentamiento inmediato elástico. Debido a que el coeficiente de permeabilidad es muy menor al de una arena, por lo que el exceso de presión de poro generada por la carga se disipara en un largo tiempo.

• El cambio de volumen identificado es el denominado asentamiento por consolidación.

Prueba de consolidación unidimensional• Sugerido por Terzaghi (1925), utilizando un

consolidomentro (odómetro).• El ensayo se realiza con una prueba generalmente de

63.5 mm de diámetro y un espesor de 25.4 mm. La carga sobre el espécimen se aplica por medio de un brazo de palanca y la compresión se mide por medio de un deformimetro.

• El espécimen se mentiene bajo el agua durante la prueba .

• Cada carga generalmente se mantiene 24 horas, después se duplica la presión sobre el espécimen y se continúa la medición de la compresión.

• Al final de la prueba se determina el peso seco de la muestra.

• Etapa I Compresión inicial causada principalmente por la precarga.

• Etapa II Consolidación primaria, cuando la presión de poro es gradualmente transferido a esfuerzos efectivos para la expulsión del agua de los poros.

• Etapa III Consolidación secundaria, ocurre después de que la presión de poro se ha disipado, y sucede la deformación plástica de la misma arcilla

Presión – Relación de Vacios

• Ws=Peso seco del espécimen• A= área del espécimen• Gs=Densidad de los sólidos del suelo• γw=Peso específico del agua

• Calculamos la altura de los sólidos Hs.

• Calculamos la altura inicial de vacios

• Calcular la relación inicial de vacios eo del espécimen

• Para la primera carga σ1 que causa la deformación ∆H1 calculamos cambio unitario de la relación de vacios.

• ∆H1 se obtiene de la lectura inicial y final de la carga.

• Calculamos la nueva relación de vaciso e1 despues de la consolidación causada por el incremento de presión σ1.

• Para la siguiente carga σ2 que causa la deformación adicional ∆H2 la relación de vacios e2 al final de consolidación se calcula como.

• El procedimiento de manera similar obtendremosla relación de vacios al final de la consolidaciónpara todos los incrementos de carga.

• Las presiones efectivas y la correspondientesrelacioens de vacios al final del ensayo se graficansobre un papel semilogaritmico.

Arcillas preconsolidadas y normalmente consolidadas.

• Arcilla normalmente consolidada.– Cuando la presión efectiva de sobrecarga que

experimento la arcilla en el pasado es máxima

• Arcilla preconsolidada. – Cuando la presión efectiva de sobrecarga

presente es menor de la que experimento en el pásado. Ese esfuerzo máximo del pasado se llama esfuerzo de preconsolidación.

Esfuerzo de preconsolidación• Casagrande sugirió una construcción gráfica

para determinar la presión de pre consolidación a partir de la gráfica de laboratorio e-log σ’:– Se observa sobre la curva un punto a donde la

gráfica tenga un radio mínimo de curvatura.

– Dibuje una línea horizontal ab

– Dibuje una línea ac tangente en a

– Dibuje una línea ad bisectriz del ángulo bac

– Proyecte la porción recta gh en la gráfica e-logσ’ hacia atras para intersectar ad en f. La abscisa del punto f es la presión de preconsolidación.

• La relación de preconsoidacion (OCR) para los suelos pueden definirse de la siguiente forma:

• σc'= Presión de preconsolidación de un espécimen

• σ‘=Presión vertical efectiva presente.

Cálculo de asentamiento causado por consolidacion unidimensional

• S= asentamiento primario.

• ∆e=Cambio de relación de vacios• eo= relación de vacios inicial

• Para arcillas normalmente consolidadas

• Cc = Pendiente del gráfico que llamaremosindice de compresión.

• Sustituyendo en la primera ecuación tenemos:

• Para arcillas preconsolidadas:

Indice de compresión

• Arcillas inalteradas:– Terzaghi y Peck

• Para arcilla remoldeas

• Rendon Herrero (1983)

• Magaraj y Murty (1985)

Indice de expansión

• Nagaraj y Murty (1985)

Asentamiento por consolidaciónsecundaria

• Indice de compresión secundaria se obtiene de la figura anterior

• Cα=Indice de compresión secundaria• ∆e=Cambio de relación de vacios.• t1,t2=tiempo• La magnitud de la consolidación se calcula con la

siguiente expresión

• ep=relación de vacios final de la consolidaciónsecundaria

• H=espesor de la capa de arcilla

Velocidad de consolidación.

• Terzaghi propuso teoría para considerar la velocidad de consolidación undimensional en suelos arcillosos saturados. Propuso las siguientes proposiciones:– El sistema saturado del suelo es homogéneo– La saturación es completa– La compresibilidad del agua es despreciable.– La compresibilidad de los granos del suelo es

despreciable, pero se reacomodan– El flujo de agua es una sola dirección y el dirección de

la compresión.– La ley de Darcy es valida

• U=Grado de consolidación promedio• St=Asentamiento de la capa en un tiempo t• S= Asentamiento final por consolidación

primaria

• Uz=Grado de consolidación a una distancia z en cualquier tiempo t

• Uz=Exceso de presión de poro en un tiempo t

Coeficiente de consolidación

Asentamiento bajo una cimentación