7.- CONSOLIDACIN DE SUELOS

7.- CONSOLIDACIN DE SUELOSTodos los materiales experimentan deformacin cuando se les sujeta a uncambio en sus condiciones de esfuerzo.

La deformacin en los suelos bajo cargas, usualmente no se produce enforma simultneamente a la aplicacin de la carga, sino que se desarrollaen el transcurso del tiempo. Debido a que el reacomodamiento de laspartculas (que es importante en la deformacin), necesita expulsar partede los fluidos que contiene el suelo, y si el agua constituye la mayor partede los fluidos y si el suelo es poco permeable, la expulsin de dicha aguarequiere mucho tiempo.

En la practica habitual la aparicin de sobrepresiones intersticiales alcargar un suelo es tpica de los suelos cohesivos. Su permeabilidad (K) esmuy pequea para que el agua intersticial responda a la variacin delvolumen, provocada por la aplicacin de una carga exterior, escapndosedel macizo del suelo durante su aplicacin. Es en estos casos que seproduce el fenmeno de consolidacin o asiento diferido bajo cargasconstantes.

Modelo mecnico de Terzaghi de la consolidacin de suelos finos:

a) Ejemplo fsicob) Analoga hidromecnica,

estado inicialc) Carga aplicada con la vlvula

cerradad) El pistn desciende al ir

escapando el agua.e) Equilibrio sin mas escape de

agua.

7.1 Consolidacin uniaxial

Fenmeno de disminucin del volumen del suelo a lo largo del tiempo, a medida que se disipa la presin inrsticial debido al fluido que ocupan sus vacos.

Durante el proceso de consolidacin las partculas no tienen desplazamiento horizontal (conservan posicin relativa).

7.2.- Ensayo de Consolidacin (ASTM D 4186, NTP 339.154)La prueba consiste en aplicar cargas a un especimen de suelo confinadolateralmente, de tal manera que se deforme en una sola direccin.

Equipos:

El aparato consta de un anillo rgido dentro del cual se coloca el especimendel suelo, que se protege en ambas caras circulares por medio de piedrasporosas que permiten la salida del agua del especimen al ser comprimido.El conjunto se coloca dentro de un cilindro en el que puede ponerse agua sise desea mantener el especimen saturado. La carga al especimen se aplicamediante consolidmetros neumticos o el sistema de placa, marco ycolgador de pesas.

Mtodos de ensayo:

Mtodo A:1.- Incrementos de cargas constantes de 24h de duracin o mltiplos destos.2.- Lecturas de tiempodeformacin en un mnimo de dos incrementos decarga.3.- las lecturas se efectan en intervalos de tiempo de: 0,1min, 0,25min,0,5min, 1min, 2min, 4min, 8min, 15min, 30min, 1h, 2h, 4h, 8h y 24h.

Mtodo B:1.- Se aplican incrementos de cargas sucesivas despus de alcanzar el100% de consolidacin primaria2.- Lecturas de tiempodeformacin en todos los incrementos de carga.3.- las lecturas se efectan en intervalos de tiempo de: 0,1min, 0,25min,0,5min, 1min, 2min, 4min, 8min, 15min, 30min, 1h, 2h, 4h, 8h y 24h.

Programa de cargas y descargas: 5kPa 0,050 kg/cm212kPa 0,125 kg/cm225kPa 0,250 kg/cm250kPa 0,500 kg/cm2

100kPa 1,000 kg/cm2200kPa 2,000 kg/cm2

7.3.- Categora de suelosSuelos normalmente consolidados.- Arcillas que nunca estuvieronsometidas a una presin mayor a la que corresponde a su cubierta actual

Suelos preconsolidados.- Arcillas que en algn momento de su historiageolgica ha estado sometida a una presin mayor al de la actual cubierta.

7.3.1.- Arcillas normalmente consolidadasCurva tiempo deformacin. Mtodo del logaritmo del tiempo

Condiciones para determinar el 0% de consolidacindE y dF Tiempo F es 4 veces el tiempo E

dF debe ser menor a d50

dTdFdT21

41

d100 Consolidacin al 100% de consolidacin primaria

21000

50ddd =

dT = Deformacin total para el incremento de carga.

Consolidacin primaria.- Reduccin de volumen o deformacin gobernadapor la expulsin de agua de los poros.

Consolidacin secundaria.- Deformacin o reacomodo plstico de partculasde suelo. No tiene teora desarrollada. Da lugar a asientos muy pequeosen la mayora de los suelos y su efecto puede en general, despreciarse.

Punto B: Interseccin de proyeccin de Lnea de tangente de laconsolidacin secundaria y la tangente de la curva de consolidacinprimaria:

0=' =

Se ha logrado el 100% de laConsolidacin Primaria. B

Curva tiempo deformacin. Mtodo del logaritmo del tiempo

Curva tiempo deformacin. Mtodo del logaritmo del tiempoCondiciones para determinar 0% de consolidacin:

dE y dF Tiempo F es 4 veces el tiempo E.

dF debe ser menor a d50

d100= dt Consolidacin al 100% de consolidacin primaria.

Curva tiempo deformacin. Mtodo de Taylor o Raiz Cuadrada delTiempo

Obtener:

d90 y t90

Coeficiente de compresibilidad:

ppee

pe

aloglog 0

0

=

= cm2/kg

Coeficiente de compresibilidad volumtrica:

01 ea

m+

=

cm2/kg

Coeficiente de consolidacin

t

HTC m2

.

=

Cv= Coeficiente de consolidacinT= Factor de tiempo, en funcin de U (grado de consolidacin)Hm= Longitud de camino de drenaje (cm)

- Para drenaje doble, Hm es mitad de altura de especimen- Para drenaje simple, Hm es la altura del especimen

t= Tiempo correspondiente al grado de consolidacin particular

Hm= H Hm= H/2

U(%) T U(%) T0 0 55 0.238

10 0.008 60 0.28715 0.017 65 0.34220 0.031 70 0.40525 0.049 75 0.47730 0.071 80 0.56535 0.096 85 0.68440 0.126 90 0.84845 0.159 95 1.12750 0.197 100 Infinito

U = 50% T= T50 = 0,197U = 90% T= T90 = 0,848

Si:

U0,60

2

4UT pi=

085.0)1log(.933.0 = UT

U= Grado de consolidacin

TekHa

t m)1.(..

2

+=

k= Coeficiente de permeabilidad

Asentamiento

mPHS ..=

)log()1

(0

0

0 PPP

e

CHS c ++

=

av= Cc = 0,009 (LL-10)

El esfuerzo efectivo es muy importante en la prctica al ser el lmite de lastensiones efectivas verticales para las que las deformaciones del sueloson pequeas y fcilmente soportables por las obras sobre l cimentadas.Antes de llegar al valor en la curva edomtrica los asientos pueden sercentimtricos o decimtricos, pero sobrepasado este punto, se conviertenen asientos mtricos.

7.3.2.- Arcillas preconsolidadas