FILIAL ANDAHUAYLAS

Ao de la diversificacin productiva y del fortalecimiento de la educacin

TEMA: Consolidacin y compresibilidad. Determinacin de la presin de pre consolidacin

Facultad:INGENIERIA Y ARQUITECTURACarrera profesional:INGENIERIA CIVILCiclo: VIMateria:MECANICA DE SUELOS IIDocente:Alumno:

COMPRESIBILIDAD Y CONSOLIDACION DE LOS SUELOS

GENERALIDADES.El problema del asentamiento de los edificios ha sido un problema para los constructores durante siglos. Muchas de las obras maestras de arquitectura de la edad media han desaparecido hace mucho tiempo, porque los asentamientos excesivos las destruyeron; otras como la Torre Inclinada de Pisa, han llegado a ser famosas por ese defecto y an casi todas las ciudades del mundo, tienen edificios agrietados y desplomados por asentamientos excesivos. Debido a lo anterior, se han elaborado mtodos que permiten estimar la magnitud y distribucin de los sentamientos, de modo que si se considera que ellos resultan excesivos, se pueda modificar el proyecto de la cimentacin. Con el fin de establecer la relacin entre las presiones aplicadas a un suelo y su reduccin de volumen, se recurre a la Teora de Consolidacin, originalmente ideada por Karl Von Terzaghi.

DEFINICION DE TERMINOS

1. Compresibilidad:Es la propiedad que posee un suelo o roca para alcanzar su susceptibilidad a decrecer en volumen cuando est sujeto a carga. Propiedad que tienen los materiales que sufren disminucin de volumen cuando son sobre ellos aplicadas fuerzas externas. Una de las principales causas de los asentamientos es la compresibilidad del suelo.

La variacin del volumen de los suelos es por efecto de compresin y es influenciada por los siguientes factores: Granulometra Densidad Grado de Saturacin Permeabilidad Tiempo de accin de la carga de compresinLa influencia de cada uno de estos factores y de su conjunto sobre la compresibilidad puede ser simulada de forma didctica por elModelo Analgico de Terzaghi.

Analoga: Los resortes representan la estructura del suelo. Los resortes resistentes y/o previamente comprimidos representaran un suelo ms compacto o ms rgido y viceversa. Los agujeros del mbolo representan los vacos del suelo. Agujeros de pequeo dimetro son anlogos a una estructura de vacos muy pequeos como los de la arcilla (suelo con baja permeabilidad), agujeros grandes se aproximan a los presentados por arenas y pedregullos (suelos con elevada permeabilidad) El agua representa el agua en los vacos del suelo. El recipiente totalmente lleno representa un suelo saturado.Se describen a continuacin algunos experimentos a partir de la compresin del mbolo.

Ejemplo 1: Agujeros cerrados y el recipiente lleno (S = 1); Aplicada una carga P de compresin y siendo el agua incompresible, toda la carga ser absorbida por el agua.Entonces tenemos que:

Ejemplo 2: Agujeros abiertos y el recipiente lleno (S = 1); Aplicada la carga P, esta de inmediato (t = 0) se transmite al agua. Como el agua puede escapar por los agujeros ocurre un proceso de deformacin por compresin, los resortes se van comprimiendo y consecuentemente van absorbiendo la deformacin. El proceso finaliza, el agua deja de salir y los resortes no se deforman ms, cuando toda la carga P hubiese sido transmitida del agua hacia los resortes.

Conclusiones:En el suelo real, la medida del proceso de compresin ocurre, existe una transferencia de presin del agua hacia la estructura slida de los suelos y la tensin total se va transformando en tensin efectiva, de lo que se provoca una deformacin en el suelo. Y cuanto menos permeable fuese el suelo ms lento ser el proceso de compresin y viceversa.

CLCULODELASENTAMIENTO

Antesdeprocederalclculo,debemosrelacionarlosresultadosdelensayodelaboratorio conlasituacindelsueloinsitu.Paraellorecordemoslamodelizacindelsuelo,enestecasocompuestopordosfases(Figura32),yqusucedecuandoseaplicaunacarga,sedisminuyelaalturadelmismoporquedisminuyelaalturadevacos(yseexpulsaaguaalexterior)yporlotantosereducelarelacindevacose.

Seadoptaunvolumendeslidosunitario Vs = 1 porloque:

H: asentamientoHo: espesor incial de la capa de arcillae: cambio en la relacin de vacios1 + eo: relacin de vaioc totaleo: relacin de vacios inicial

Entonces,paracalcularelasentamientototaldeunestratodesuelonormalmenteconsolidado,atiempoinfinitoS,sedeterminadelacurvadecompresibilidadelvalordeCccomolapendientedelarectak.Cabeaclararquekesrectaenescalasemilogaritmicaporlotantolapendientedebeserdeterminadaendichaescala.

Ydespejandodelaecuacin Ccelvalordee,yllamandoalasentamiento

Siendo:

S:asentamientototaldelestratoatiempoinfinitoH:alturaoespesortotaldelestratoqueconsolidae 0:relacindevacosinicialCc:ndicedecompresibilidad:presinefectivadetapadaactual( parasuelosnormalmenteconsolidadocoincideconlacargadepreconsolidacin c ) :sobrecargaqueocasionaelprocesodeconsolidacin.

EnlossuelospreconsolidadospodemosdiferenciardoscasosparaladeterminacindelasentamientototalSatiempoinfinito,elprimerocuandolapresinefectivadetapadamsla sobrecargaesmenorquelacargadepreconsolidacin, EnestecasounavezdeterminadoelndicederecompresinCr,comolapendientedelarectaderecompresin,el asentamientosecalculacomo:

ENSAYO DE CONSOLIDACIN:Es un ensayo en el que un espcimen de suelo confinado lateralmente por medio de un anillo y es comprimido entre discos porosos.Compresibilidad Ensayos de CompresinLas propiedades de compresibilidad del suelo pueden ser definidas a partir de ensayos de compresin que pueden ser clasificados de acuerdo con el grado de confinamiento, o sea:

No confinados Confinados parcialmente Confinados integralmente

Ensayo de compresin no confinadaEste ensayo tambin se llama ensayo de compresin simple o compresin uniaxial. El ensayo consiste en el moldeo de un cuerpo de prueba cilndrico y en su cargamento por la accin de una carga axial. La carga aplicada en una nica direccin, dando libertad al cuerpo de prueba para deformarse en otras direcciones sin cualquier restriccin.Registrndose las tensiones en el plano horizontal (carga dividida por el rea de la seccin transversal) por la deformacin longitudinal,l, se obtiene la siguiente curva:

El suelo no es un material elstico, pero se admite con frecuencia en el un comportamiento elstico-lineal, definindose un mdulo de elasticidad. Y para un cierto valor de tensin y un coeficiente de Poisson.

Ensayos de Compresin parcialmente confinadaEs normalmente conocido como ensayo de compresin triaxial. En este caso se aplican, adems de la tensin axial, presiones laterales que impiden parcialmente la libertad de deformacin. En general, el cuerpo de prueba es cilndrico, con relacin altura/dimetro mnima igual a 2,5.El mdulo de elasticidad del suelo depende de la presin a la que el suelo est confinado. Tal hecho nos muestra como se vuelve difcil establecer un mdulo de elasticidad para el suelo, pues en la naturaleza el est sometido a confinamientos crecientes en cuanto crece la profundidad.El ensayo consiste inicialmente en la aplicacin de una presin confinante hidrosttica (3), luego se mantiene constante la presin confinante, se aplican aumentos en la direccin axial. Durante el cargamento se miden en diversos intervalos de tiempo, el aumento de tensin axial que est actuando y la deformacin vertical del cuerpo de prueba.

Nota:Como orden de magnitud se pueden indicar los valores presentados en la tabla a continuacin, como mdulo de elasticidad para arcillas sedimentarias saturadas, en requisitos rpidos, que no permiten el drenaje de la misma.

Para las arenas, los mdulos de elasticidad que interesan son los correspondientes a la situacin drenada, pues la permeabilidad es alta en relacin al tiempo de aplicacin de la carga. Los ensayos deben ser realizados con el confinamiento de los cuerpos de prueba. La tabla a continuacin muestra un orden de magnitud de sus valores, para presin de confinamiento del orden de los 100 kPa.

Ensayo de compresin totalmente confinadoTambin llamado como ensayo de compresin endomtrica. En este caso el cuerpo de prueba a comprimir es colocado dentro de un recipiente (anillo) indeformable, siendo aplicada externamente la tensin axial. El anillo impide cualquier tendencia de deformacin lateral y el confinamiento es total.En este ensayo las tensiones laterales son desconocidas. Estas tensiones son generadas en ocurrencia de la aplicacin de la tensin axial y por al consecuente reaccin de las paredes del anillo endomtrico.Las muestras generalmente indeformadas, pueden ser recolectadas en bloques o con el auxilio de tubos de muestra con paredes finas, denominados tubos Shelby. Mucho cuidado deber ser tomado para que la muestra no sufra ningn tipo de perturbacin desde la recoleccin hasta el moldeo y laboratorio.Si fuese perturbada la muestra, poco o casi nada se podr obtener sobre el comportamiento del suelo en su estado natural.Este ensayo simula el comportamiento del suelo cuando el es comprimido por la accin del peso de nuevas capas que sobre el se depositan (Ej- cuando se construye un terrapln en grandes reas).El ensayo es generalmente realizado en 6 a 10 escalas de carga, siendo que cada escala dura por lo menos 24 horas. La descarga es realizada en 4 a 6 escalas, siguiendo los mismos procedimientos de lectura empleados que cuando fueron aplicadas las escalas de carga.Por tanto, un ensayo endomtrico de suelo demora aproximadamente una semana.

CONSOLIDACIN:Es la reduccin gradual en volumen de una masa de suelo, producida por incrementos de esfuerzos de compresin.Enelprocesodedeposicinnatural,lossuelosdegranofino,comolimosyarcillas,quedansometidosaunprocesodeconsolidacin,enelcualelaguaentrelaspartculasvasiendoexpulsadaporelpesodelascapasquesedepositanporencima.Despusdeunperodo(quepuedeserdeunconsiderablenmerodeaos)sealcanzaunestadodeequilibrioylacompresintermina,sediceentoncesquedichosueloesttotalmenteconsolidado,dadoquesuvolumenpermanececonstantebajolaaccindeunestadodeesfuerzoconstante.

FiguraEsquemadeconsolidacindelsueloenelterreno

Enbasealoanteriorsetieneque:

SueloNormalmenteConsolidado:Esaquelsuelo,enelcuallascondicionesactualescorrespondenasupresindeconsolidacinfinaloextrema.

SueloPreconsolidado:Escuandounsueloestsometidoaunasobrecargaqueesinferioralapresinextremadeconsolidacinqueexistienalgnmomentodelpasado.Estosucedeporejemplo,enelcasodesuelosconsolidadosbajolaaccindeunainfraestructuraqueyanoexiste.Losparmetrosdeconsolidacinocaractersticasdecompresibilidaddeunsuelo,relacionadastantoconelgradocomoconlavelocidaddelasentamiento,sesuelendeterminar(oalmenosestimar)deunensayodelaboratorioapartirdepruebasdeconsolidacin,usandounaparatollamadoedmetrooconsolidmetro.

ENSAYO DE CONSOLIDACIN O EDOMTRICO:El ensayo de consolidacin consiste, en que una muestra de suelo cortado en forma de disco(con dimetros usuales desde 6.3 a 11.3 cm) es colocada dentro de un anillo de metalconfinante, en forma de emparedado entre dos discos de piedra porosa. Este conjunto secoloca en una celda, se aplica una carga esttica vertical iniciando con una carga pequea(0.25 Kg/cm2) a travs de un sistema de palanca y se mide la variacin del espesor de lamuestra por medio de un micrmetro o extensmetro colocado en la parte superior delaparato, encima de la piedra porosa superior. Las lecturas se continan hasta que elespcimen est totalmente consolidado; por lo general durante un perodo de 24 a 48 horas.Despus peridicamente se aplican nuevos incrementos de carga al suelo, siendo que losmejores resultados se obtienen cuando la carga se dobla a la anterior, y se repiten laslecturas. Para cada incremento de carga se registran los cambios de volumen y los tiemposcorrespondientes.Generalmente, las cargas verticales se cambian en la muestra cuando se completa laconsolidacin bajo el incremento corriente de carga. Puede tomarse tambin, como el tiempodurante el cual el deformmetro permanece sin cambio relativo durante tres lecturassucesivas y en donde el tiempo transcurrido a partir de cada lectura es aproximadamente eldoble del de la lectura anterior. El nmero y valor de los incrementos de carga dependen deltipo de suelo y del intervalo de valores de esfuerzo que se anticipan en el campo. La presinque se aplica en la primera etapa debe ser, normalmente, igual al esfuerzo vertical in situ a laprofundidad a la cual se obtuvo la muestra, hasta alcanzar la presin mxima que searequeridaDespus de alcanzar la consolidacin total con la carga final, se retira la carga en una ovarias etapas y se permite que la muestra se recupere. El perodo de recuperacin de unasola etapa permite que el espcimen se estabilice antes de determinar el contenido final dehumedad; de otra manera se puede presentar una expansin del espcimen como resultadode la extraccin del edmetro, lo cual introducira un error. Si se requiere una curva deexpansin, el retiro de la carga se lleva a cabo en etapas, registrando las variaciones deespesor.La muestra que se ensaye en laboratorio, representa in situ, el estrato existente entre doscapas de suelo granular y permeable, aunque durante el ensayo se puede medir, adems, lapermeabilidad del suelo, conectando un tubo en la base del aparato o indirectamentemediante clculos realizados.

Consolidacin Inicial (compresin inicial):Es una relativa mente subida reduccin de volumen de una masa de suelo, bajo una aplicacin de carga: debida principalmente a la expulsin y compresin del gas en los vacos del suelo, precediendo a la consolidacin primaria.

Consolidacin Primaria:Es la reduccin en volumen de una masa de suelo, causada por la aplicacin de una carga mantenida en ella y debida principalmente a una expulsin del agua en los espacios vacos de la masa, acompaada por una transferencia de la carga desde el agua del suelo a los slidos mismos.Consolidacin Secundaria:Es la reduccin en volumen de una masa de suelo, causada por la aplicacin de una carga mantenida en ella y debida principalmente al ajuste de la estructura interna de la misma, luego que la mayor parte de carga que ha sido transferida del agua del suelo a los slidos del mismo.

Curva tiempo - consolidacin:Es una curva que muestra la relacin entre el grado de consolidacin y el tiempo transcurrido, despus de la aplicacin de un incremento de cargo dado.

Coeficiente de consolidacin (Cv):Es un coeficiente utilizado en la teora de consolidacin, que contiene las constantes fsicas de un suelo, afectando la velocidad de cambio de volumen.Presin de pre consolidacin (pe):Es la mayor presin efectiva a la cual un suelo ha sido sometida.

Curva presin relacin de vacos (curva de compresin):Es una curva que represente la relacin entre la presin efectiva y la relacin de vacos de un suelo, tal como es obtenida de un ensayo de consolidacin. La curva tiene una forma caracterstica cuando es trazada en papel semilogaritmico, colocando la presin en la escala logartmica. Varias partes de la curva, extensiones de estas han sido indicadas como re compresin, compresin, compresin virgen, expansin y otros nombres descriptivos por varias autoridades.

CARGADEPRE-CONSOLIDACINDEUNSUELO.

Eslapresinmximaqueelsuelohasoportadoensuhistoriageolgica,antesdelaejecucindelapruebaaqueseleestsometiendo,alobtenersuscurvasdecompresibilidad.LapresindepreconsolidacinpuedeestimarseconsuficienteprecisinutilizandoelsentidocomnyextendiendolaporcinrectadelacurvadecontralogP,hastaunpuntoendondeaproximadamente,quiebrenlasdosramasdelacurva.Alternativamente,eldoctorA.Casagrande(1936),hadesarrolladounprocedimientoempricoparaladeterminacindelacargadepreconsolidacin(Pc),quehademostradoserdeeficienciasuficienteparafinesprcticos.

Elmtodoeselsiguiente:1)Obtenidalacurvadecomprensibilidadenunapruebadeconsolidacin,determnese,enprimerlugar,elpuntodemximacurvatura(T)enlazonadetransicinentreeltramoderecompresin(II)yeltramovirgen(I).2)PorTtrceseunahorizontal(h)yunatangentealacurvaenesepunto(t)3)Determneselabisectriz(c)delnguloformadoporlasrectashyt.4)Prolngueseeltramovirgenhaciaarriba,hastainterceptaralabisectriz.5)Esepuntodeinterseccin(c)tienecomoabscisa,precisamente,lacargadepreconsolidacin(Pc)delsuelo.

FORMULAS PARA CALCULAR LA CONSOLIDACION DE UN ESTRATO DE SUELOa)Coeficientedecompresibilidaddelsuelo(av).

Estecoeficienteexpresaelcambiodelarelacindevacosparaunincrementodadodelapresinefectivayeslapendientedelacurvadecompresibilidad,enescalanatural,enelpuntodequesetrate.Elvalordeavdependedelapresinactuantesobreelsueloynoesunaconstantedelmismo.Unvaloraltodeav,caracterizaaunsuelomuycompresible,mientrasqueunbajovalor,espropiodeunsuelonosusceptibledegrandescambiosdevolumen,cuandoaumentalapresin.

b)Coeficientedevariacinvolumtrica(mv)

Expresalacomprensibilidaddelsuelo,relacionndolaconsuvolumeninicial;esdecir,representaelgradodevariacindelvolumenunitarioqueseproduceaconsecuenciadeunaumentounitariodelesfuerzoefectivo.Elvalordemvnoesconstanteparaunsuelodado,sinoquevaraconelniveldeesfuerzoefectivo.Apartirdelcoeficienteavsedefinecomo:

Lascaractersticasdeconsolidacin(oparmetros)deunsueloson:elndicedecompresibilidadCcyelcoeficientedeconsolidacinCv,porloque:c)ndicedecomprensibilidad(Cc)

Estendiceserelacionaconcuntaconsolidacinoasentamientosetendrlugarenelsuelo.Paraarcillasnormalmenteconsolidadas,amedidaquelapresininsituseincrementadesdeP0hastaP0+P=P2,larelacindevacosdebedisminuirenunacantidade,porloquelapendientedelaporcinlinealrectadelacurvadecomprensinvirgen;puededenotarsecomoelndicedecomprensinCc,calculadocomosigue:

Elndicedecompresindeunsuelodeterminado,puedeconsiderarsecomoconstanteparalosclculosdeasentamiento,siempreycuandoelintervalodevaloresdelesfuerzoefectivoqueestainvolucrado,stesituadoentreloslmitesdelalnearectadelacurvadevirgen;estoes,queactucomounaarcillanormalmenteconsolidada.TerzaghiyPeck(1967)demostraronconresultadosexperimentalesqueexisteunarelacinaproximadaentreelndicedecomprensibilidaddearcillasnormalmenteconsolidadasysulmitelquido;talque:Cc=0.009(LL10)Estaecuacinesampliamenteutilizadaparahacerclculosestimativosdeasentamientosinicialesdeconsolidacin.

d)CoeficientedeConsolidacin(Cv)

Elsegundoparmetrodeintersenlaconsolidacin,apartirdeunensayodeconsolidacineselcoeficientedeconsolidacin(Cv).

Elcoeficientedeconsolidacin,serelacionaconeltiempoenelquetendrlugarunadeterminadacantidaddeconsolidacin.Esdecir,lavelocidaddelaconsolidacindelsuelosecaracterizapormediodelCoeficientedeConsolidacin(Cv)Cv noesconstantedurantelaconsolidacinydependerdelasobrecargaaplicadaydelapermeabilidaddelsueloEsteparmetroseobtienedelasiguienteecuacin:

Dichaecuacinsedesarrollaconbaseenunflujounidireccionalyencondicionessaturadasdelsuelo.Lavelocidaddeconsolidacintambin,dependedeltipodeensayodeconsolidacindelaboratorio(anillofijooflotante)y,enelcampo,delalocalizacindelniveldeaguafreticoydelordenamientodelascapasdesueloqueconsolidanytienendrenajelibre,porloqueotraformaenquesepuedeexpresarelcoeficientedeconsolidacin,es:

Donde:

H= Longituddelatrayectoriamximadedrenajeenunamuestradesuelooenunestrato.T= Esunnmeroadimensional,denominadofactortiempoyeseltiempoenelcualseproducirelporcentajedeasentamientoconsideradobajounapresinP.t= Tiempodeinters.Observadoenlaboratorio,enelcualseproduceelporporcentajedeasentamientoconsideradobajounapresinP.

Deloanterior,tenemosque:

e)Factortiempo(T)

EsunamagnitudadimensionalqueinvolucratodaslasvariablesqueafectanelprocesodeConsolidacinSeexpresadelasiguientemanera:

Existeunatabladerelacintericaentreelgradodeconsolidacindelestratoyelfactortiempo(U%-T),queresulta: