FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Profesional de Ingeniería Civil Asignatura: Mecanica de suelos II MSc. CALSINA COLQUI, Vidal Víctor Email: d.vcalsina@upla.edu.pe HUANCAYO - 2020 UNIDAD I CONSOLIDACION TEMA: Consolidación Objetivos: Identificar el proceso de consolidación de suelos, mediante el análisis de problemas de casos diferentes, para aplicar en estudios y proyectos.. EXPECTATIVAS SILABO Como se da la consolidación como actua el esfuerzo efectivo. Proceso de disminución de volumen provocado por un aumento de las cargas o fuerzas externas sobre el suelo. •Por ejemplo: Se nota que el suelo reduce su volumen conforme pasa el tiempo y aumentan las cargas por sedimentación sucesiva Esto significa que por la reducción de la relación de vacíos e incremento del esfuerzo efectivo. Entonces se da el asentamiento del terreno por deformación del suelo que se ve afectado con el incremento de esfuerzos causado por la sobrecarga y el incremento de la resistencia al corte del suelo La consolidación se da Cuando el suelo se somete a una sobrecarga y q los esfuerzos totales se incrementan en esa misma cuantía. • VARIACIÓN DE LA PRESIÓN DEL SUELO CON LA PROFUNDIDAD PRINCIPIO DE ESFUERZO EFECTIVO Perpendicular a un plano cualquiera , que pase por el elemento A del terreno, existe un esfuerzo total y una presión intersticial o de poros, U a una profundidad Z. El esfuerzo efectivo s’ se define como el valor de la diferencia entre el esfuerzo total y la presión de poros En la masa de suelo existen esfuerzos dentro del esqueleto mineral, que actúan entre partícula, y existen esfuerzos U dentro del fluido intersticial que ocupa los poros. La suma de ambos es igual al esfuerzo total . •En suelos saturados, esto conduce al incremento de la presión de poros Evaluación de asentamientos. La consolidación impone la necesidad de evaluar la magnitud y la velocidad de los asentamientos. Analogía del pistón con orificio estrecho El esqueleto mineral se puede asociar con un resorte o muelle que se comprime por las cargas impuestas al terreno. Conforme al agua sale por el estrecho orificio del pistón, el muelle se deforma; los esfuerzos, antes soportados por el agua, los soporta ahora el muelle: Si P = M + W también = Presión total o esfuerzo total. = Presión inter granular o esfuerzo efectivo. U = Presión de poros o esfuerzo neutro (p.p.) = + U, donde: Analogía del muelle El proceso de consolidación suele ser explicado con el modelo idealizado de un sistema compuesto por un muelle, un cilindro con un agujero y relleno de agua. En este sistema el muelle representa la compresibilidad o la estructura propia del suelo, y el agua es el fluido que se encuentra en los huecos entre los poros. La consolidación primaria se puede asemejar al mecanismo de un émbolo relleno de agua y sin salida. 1.El cilindro está completamente lleno de agua, y el agujero está cerrado (Suelo saturado) 2.Una carga es aplicada sobre el muelle mientras el orificio sigue cerrado. En esta etapa, el agua resiste la carga aplicada. (Desarrollo de presiones excesivas en los poros de agua) 3.Cuando se abre el orificio, el agua comienza a drenar y el muelle se acorta. (Drenaje excesivo de los poros de agua) 4.Después de cierto tiempo, el drenaje de agua termina. Ahora el muelle resiste por si solo la carga aplicada. (Total disipación del exceso de presión de agua en los poros. Fin de la consolidación DEFORMACIONES EN EL SUELO (ε - ) CONSOLIDACIONCOMPACTACION Es la reducción gradual de volumen del suelo por compresión debido a cargas estáticas , también puede darse por perdida de aire o agua , o por reajuste de la fabrica textual. Es la densificación del suelo, lograda por medios dinámicos, con el propósito de mejorar sus propiedades ingenieriles. CONSOLIDACIÓN DE UN SUELO Se denomina consolidación de un suelo a un proceso de reducción de volumen de los suelos finos cohesivos (arcillas y limos plásticos), provocado por la actuación de solicitaciones (cargas) sobre su masa . CLASES DE CONSOLIDACION PRIMARIA SECUNDARIA LA REDUCCION DEL VOLUMEN SE DEBE A LA EXPULSION DEL AGUA SE DA POR EL REAJUSTE DEL ESQUELETO MINERAL Y LUEGO QUE LA CARGA ESTA CASI TODA SOPORTADA POR ESTE Y NO POR EL AGUA. EVALUACION DE ASENTAMIENTOS ANALISIS DE ASENTAMIENTOS El Edómetro Para estudiar las características de compresibilidad unidimensional del suelo se acude al ensayo edométrico, que se lleva a cabo en un aparato llamado edómetro. Un edómetro consiste en un anillo rígido de acero en cuyo interior se coloca una pastilla de suelo. En la parte inferior y superior de la pastilla se colocan unas piedras porosas que permiten el drenaje del agua contenida en el suelo. • El conjunto se introduce en una célula, que se llena de agua para mantener en todo instante las condiciones de saturación completa. • Sobre la piedra porosa superior se coloca una placa rígida y en su centro se aplica una carga vertical. EJEMPLO DE MEDIDA DE UN ESCALON DE CARGA DE ENSAYO EDOMÉTRICO Se mide lo que se comprime o asienta la probeta de suelo con el tiempo en cada escalón. Se emplea para ello un comparador que aprecia 0,01 mm Escala Aritmética av = e P Coeficiente de Compresibilidad mv = av 1+e0 Coeficiente de Compresibilidad Volumétrica Escala Semi-Logarítmica Índice de Compresibilidad Cc = e Log (Po + P) – Log Po Figura a: La aplicación de un escalón de carga Δσv da lugar de forma inmediata a un incremento de presión intersticial de igual magnitud Δui = Δσv. Figura b: En las fronteras permeables (las piedras porosas), el exceso de presión de poros se disipa instantáneamente. Figura c: Se muestra de forma esquemática una sucesión de leyes de presión de poros para distintos tiempos tras la aplicación de la carga (isócronas). Dado que se suele hablar de “excesos de presión intersticial” sobre la de equilibrio, o de incrementos de tensión efectiva, es habitual representar gráficamente tan sólo dichos incrementos Coeficiente de Consolidación Cv Determinación del coeficiente de consolidación (Cv) • El Cv se determina por ajustes de curvas tiempo, experimental y teórica, desarrollándose por alguno de los siguientes métodos. - Raíz cuadrada del tiempo (Taylor) √t - Logaritmo del tiempo (Casagrande) log t Coeficiente de Consolidación Cv − e Cc = log v El Cc define características de esfuerzo-deformación del suelo, y se relaciona con cuanta consolidación o asentamiento tendrá lugar. Cálculo de asentamiento El asentamiento unidimensional por consolidación de una capa de arcilla con espesor Hc puede calcularse como: Donde : S = asentamiento. Ae = cambio total de la relación de vacios causada por la aplicación de carga. e0 = relación de vacios antes de la aplicación de la carga. Hc = capa de la arcilla. Para arcilla normalmente consolidada, la curva de campo e-log p tendrá la forma mostrada en la figura. Si p0 = presión de sobrecarga efectiva promedio inicial sobre el estrato de arcilla y Δp = incremento promedio de presión sobre el estrato de arcilla, causado por la carga agregada, el cambio de la relación de vacíos provocada por el incremento de carga es Para arcilla sobreconsolidadas, la curva de campo e-log p se vera como la mostrada en la figura en este caso, dependiendo del valor de Ap, pueden presentarse 2 condiciones: primera, si p0 + Ap < pc (presión de pre consolidación) SEGUNDA, si p0 < pc < p0 + Ap, Modulo de Young y relación de poisson en suelos 1. El módulo de Young o módulo elástico, longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza. En el suelo no son constantes sino magnitudes que describen su comportamiento. El coeficiente de Poisson (denotado mediante la letra griega v) es una constante elástica que proporciona una medida del estrechamiento de sección de un prisma de material elástico lineal e isótropo cuando se estira longitudinalmente y se adelgaza en las direcciones perpendiculares a la de estiramiento, en el suelo son magnitudes que describen su comportamiento en función de las variaciones son: Ejemplo 1: calcular el modulo de elasticidad de Young E y el coeficiente de poisson v si en pruebas de esfuerzo – deformación, con un equipo triaxial, se obtienen los siguientes valores ( todos al final del segundo ciclo de carga): CARGA DE PRECONSOLIDACIÓN •Arturo Casagrande desarrolló el método para conocer la presión de preconsolidación AB = Tramo de recompresión. BC = Tramo virgen. CD = Tramo de descarga. B = Punto de mayor curvatura. CC = Índice de compresión. ARCILLA PRECONSOLIDADA: ARCILLA NORMALMENTE CONSOLIDADA: Es aquella que recibe hoy cargas menores de las que en su historia geológica ha tenido. Esta arcilla es más dura. Es aquella que nunca en su historia geológica ha soportado las cargas actuales. Esta es más compresible. Relación de sobreconsolidación (RS) RS = Esfuerzo de Preconsolidación (P0 ) Presión de sobrecarga efectiva actual Si RS < 1, estaremos con cargas inferiores a la presión de preconsolidación, el suelo responde como suelo duro (situación 1). Si RS > 1, estaremos con cargas superiores a la presión de preconsolidación P0 y el suelo se comporta como blando (situación 2). TAREA • Investigue y recopile información sobre un EMS.
