Comprensibilidad de suelos

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E.A.P. Ingeniería Civil 
Asentamientopor consolidación.
Comprensibilidad de suelos,Asentamientos
Inmediatos,ConsolidaciónUnidimensional. Compresión
Secundaria.
COMPRESIBILIDAD
Es que la propiedad que tiene el suelo para de reducir su
tamaño ante la aplicación de una fuerza de compresión.
Cuando a un suelo se le aplica una fuerza de compresión, con
la finalidad de reducir su tamaño, lo que en realidad se reduce
son los espacios vacíos por reacomodo de sus partículas, por
lo que si se trata de un suelo saturado, la compresión
producida es debida a la expulsión del agua de los vacíos, y
como el agua fluye lentamente, es un proceso diferido con el
tiempo. Si por el contrario se trata de un suelo parcialmente
saturado, la compresión producida es debida a la expulsión
del aire, por lo que el fenómeno ocurre de forma casi
instantánea, es decir que toma poco tiempo.
COMPRESIBILIDAD 
• Suelos no cohesivos como las gravas y arenas, se
comprimen en un tiempo relativamente corto debido a que
su permeabilidad es relativamente alta, por lo que los
asentamiento en este tipo de suelos ocurre durante la fase
de construcción de la estructura (horas o días).
• Suelos cohesivos, como las arcillas, presentan alta
compresibilidad, pero como tienen baja permeabilidad, se
comprimen en un tiempo más largo que los no cohesivos,
por lo que el fenómeno puede durar años, e incluso siglos.
La compresibilidad es el grado en que una masa de suelo disminuye su volumen bajo el
efecto de una carga. Es mínima en los suelos de textura gruesa, que tienen las partículas en
contacto. Aumenta a medida que crece la proporción de partículas pequeñas y llega al
máximo en los suelos de grano fino que contienen materia orgánica. Los suelos de grano
fino que contienen por lo menos 50% de limo + arcilla, pueden clasificarse con arreglo a tres
clases de compresibilidad sobre la base de su límite liquido.
Estas clases son las siguientes:
Compresibilidad baja: LL inferior a 30;
Compresibilidad media: LL de 30 a 50;
Compresibilidad alta: LL superior a 50
COMPRENSIBILIDAD DE LOS SUELOS
CONSOLIDACIÓN 
Es un proceso de disminución de volumen del suelo en un tiempo dado por la
aplicación de una carga, produciéndose un asentamiento por la disipación del
exceso de la presión intersticial debida a la expulsión del agua a través del
suelo.
Suelo Saturado Por lo tanto, cuando un suelo se consolida ante la aplicación
de una carga, se produce una disminución de la relación de vacíos y un
incremento del esfuerzo efectivo.
CONSOLIDACIÓN DE LOS SUELOS
Cuando el suelo se somete a una sobre
carga a los esfuerzos totales se
incrementan en esa misma cuantía. En
suelos saturados, esto conduce al
incremento de la presión de poros; pero
dado que el agua no resiste esfuerzos
cortantes, sin que se modifique el nuevo
esfuerzo total, el exceso de presión
intersticial se disipa a una velocidad
controlada por la permeabilidad k de
suelo, con lo que el esfuerzo efectivo se
va incrementando a medida que el agua
fluye. Por lo anterior se da el
asentamiento del terreno por deformación
del suelo.
FASES DE LA CONSOLIDACIÓN 
• Compresión inicial: Deformación inmediata producto de la aplicación de
una carga, sin ningún cambio en el contenido de agua del suelo.
• Consolidación primaria: Resultado de un cambio de volumen en suelos
saturados cohesivos debido a la expulsión del agua que ocupa los
espacios vacíos.
• Consolidación secundaria: Resultado del ajuste plástico de la estructura
de suelo. Deformación plástica de las partículas que componen el suelo.
El estudio de las relaciones esfuerzo – deformación de los suelos ha dado
como resultado un comportamiento elasto – plasto – viscoso, muy alejado
de las hipótesis de ser un material linealmente elástico o linealmente
plástico, y debido a esa naturaleza se ha determinado que cuando a un
suelo se le aplica una fuerza, la deformación que se produce es función del
tiempo.
Proceso de consolidación: es la disminución del volumen
del suelo fino saturado en un periodo de tiempo provocado por
un incremento de cargas de servicio.
Consolidación Unidimensional: la eliminación del agua de
poros, es decir el movimiento de las partículas de agua ocurre
sólo en la dirección vertical. Idealizando que los estratos
depositados tienen gran extensión horizontal en comparación
con su potencia o espesor.
El fenómeno o proceso de consolidación de arcillas saturadas
no es otra cosa que la deformación del suelo, bajo cargas, por
la eliminación de agua intersticial y la transferencia de
presiones neutras a efectivas.
Consolidación Suelos Finos
La deformación de los suelos
saturados ocurre por la reducción
del volumen de vacíos para lo cual
se necesita la disipación de la
presión de poros. El agua sólo
puede escapar por los poros. En
suelos finos, los poros son
pequeños – proceso lento.
La consolidación es el proceso de
disipación de la sobrepresión de
poros producto de la aplicación de
la carga, ya que el agua no puede
drenar libremente.
Este proceso es f (tiempo) .
Consolidación
• Carga Q = exceso de presión de poros
• Tasa de disipación controlada por la válvula (permeabilidad)
• Carga se transfiere al resorte (esqueleto granular)
• En el tiempo => Exceso de presión de poros ~ 0
Bulbo de presiones
Asentamiento
• 𝑆 = Asentamiento Total
• 𝑆𝑖= Asentamiento Instantáneo, f (Módulo de Deformación E).
• 𝑆𝑐 =Asentamiento por consolidación primaria (debido a la
disipación de presión de poros).
• 𝑆𝑐𝑠= Asentamiento por consolidación secundaria , f (tiempo)
𝑆 = 𝑆𝑖 + 𝑆𝑐 + 𝑆𝑐𝑠
Asentamiento de cimentaciones superficiales 
Estudio de la Consolidación Unidimensional 
Para estimar el asentamiento por consolidación causado por
el incremento de carga se realizan pruebas de laboratorio
sobre muestras de arcilla saturada inalterados (NTP 339.154
o ASTM D2435).
Se hace a través del Ensayo de Consolidación o Edométrico (Norma ASTM
D2435; NTP 339.154)
Estudio de la Consolidación Unidimensional 
Basado en pruebas de laboratorio se traza la gráfica que muestra la
variación de la relación de vacíos 𝑒 al final de la consolidación contra el
esfuerzo vertical 𝜎 (gráfica semilogarítmica: 𝑒 sobre escala aritmética y 𝜎
sobre la escala logarítmica).
ETAPAS
Consolidación Primaria:
asentamiento del suelo,
disminuyendo su volumen con
el tiempo provocado por
cargas eliminando agua
intersticial.
Consolidación Secundaria:
asentamiento muy pequeño
en un tiempo largo por
reacomodo de partículas
• No es lineal con el tiempo
• La velocidad de la consolidación es variable con el tiempo.
Consolidación 
inicial Consolidación secundaria
De la curva e-log𝜎 mostrada se determina tres parámetros
necesarios para calcular el asentamiento.
1. La carga de preconsolidación “𝜎 ´p” que representa la
máxima sobrecarga efectiva a la que el suelo estuvo
sometido en el pasado.
Cabe indicar que los depósitos naturales de suelo pueden
estar normalmente consolidados o sobreconsolidados (o
preconsolidados). Si la presión actual efectiva de
sobrecarga p = 𝑝𝑜 es menor o igual a 𝜎´p el suelo está
normalmente consolidado. Sin embargo si 𝑝𝑜> 𝜎 ´ p, se
considera sobreconsolidado.
2. El índice de compresibilidad (𝐶𝑐 o ∆𝑒𝑐 ), es la pendiente de la porción
recta de la curva (última parte de la curva de carga), o donde 𝑒1y 𝑒2 son
las relaciones de vacíos al final de la consolidación bajo los esfuerzos 𝑝1 y𝑝2 respectivamente.
El 𝐶𝑐 determinado con la curva e-log𝜎 en el laboratorio, será distinto de lo
encontrado en campo. La razón principal es que el suelo se remoldea en
alguna medida durante la exploración de campo.
El valor de 𝐶𝑐 varía ampliamente dependiendo del suelo. Skempton (1944)
dio la correlación empírica siguiente:
Además de Skempton, otros investigadores propusieron correlaciones
para el valor de 𝐶𝑐, como:
Arcilla
en turbas del trópico
en suelos tropicales
3. El índice de expansibilidad ( 𝐶𝑠 o ∆𝑒𝑐) es la pendiente de la porción de
descarga de la curva e-log𝜎, el cual puede definirsecomo:
Índice de recompresibilidad
En la mayoría de los casos el valor de 𝐶𝑠 es de 1/4 a 1/5 del 𝐶𝑐.
El asentamiento unidimensional por consolidación (provocado por una
carga adicional) de un estrato de arcilla con espesor 𝐻𝑐puede estimarse
como:
Siendo:𝑠 = asentamiento∆𝑒 = cambio total de la relación de vacíos causada por la aplicación de
carga adicional𝑒𝑜= relación de vacíos de la arcilla antes de la aplicación de carga.
CALCULO DEL ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION
Para arcillas normalmente consolidadas, la curva de campo e-log
tendrá la forma:
Entonces
Luego el asentamiento sería:
Arcilla normalmente consolidada
Las deformaciones son proporcionales a su grado de consolidación
(U%):
Entonces:
Grado de Consolidación
medio en función del
Factor de Tiempo
TABLA del factor teórico del
tiempo “T” vs. U%
Donde para calcular 𝑆𝑝 con el tiempo “t” se requiere evaluar previamente
el coeficiente de consolidación “ 𝐶𝑣”obtenido del ensayo de laboratorio:
Donde:
T = Factor tiempo teórico dependiente de U% (adimensional)
t = tiempo requerido para llegar al grado de consolidación U%
H = espesor efectivo del espécimen
Determinación de Cv Método de la Raíz Cuadrada o de Taylor
Determinación de Cv Método logarítmico o de Casagrande
También se puede evaluar el coeficiente de consolidación “Cv“ como:
Donde:𝑘 = coeficiente de permeabilidad del suelo𝑎𝑣 = coeficiente de permeabilidad dentro de 𝑝𝑜 𝑦 𝑝𝑜 + ∆𝑝 = ∆𝑒/∆𝑝𝑚𝑣 = coeficiente de permeabilidad volumétrica
APLICACIONES DE CONSOLIDACION
EJEMPLO 1:
Sobre un estrato de 8.50 m de arcilla compresible se ha construido
una edificación. El estrato está confinado por dos estratos continuos
de arena. En un ensayo de consolidación de esta arcilla, se empleó
un espécimen de 2.01 cm de altura, drenada por ambas caras y el
tiempo en que la muestra alcanzó el 50% de consolidación fue de
1:30 horas. Haga una estimación, en años del tiempo en que la
edificación hará que el estrato real alcance el mismo grado de
consolidación.
SOLUCION
Para la muestra ensayada
Este valor de Cv se debe aplicar a la consolidación del estrato para
u% = 50%
Para el estrato
2.Determinar el asentamiento diferencial entre los puntos A y B que
produciría la construcción del terraplén de la carretera sobre el perfil
estratigráfico mostrado.
Aplicaciones de Consolidacion