Cap 7 clase 19 Consolidación parte 2

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MECÁNICA DE SUELOS
COMPRESIBILIDAD DE LOS SUELOS
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA ACADÉMICO DE INGENIERÍA CIVIL
Mgtr. Francisco Chávez
Ing. Jenny Carolina Sánchez Ramírez
ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN
• Cuando una capa de suelo saturado es 
sometida a incremento de esfuerzo, la 
presión de poros de agua incrementa 
súbitamente. 
• Suelos arenosos, altamente permeables, 
el incremento de presión de poros de 
agua causa un drenaje inmediato →
reducción en el volumen de la masa de 
suelo → asentamiento. El asentamiento 
elástico, y la consolidación ocurren 
simultáneamente.
Wilfredo
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por cons. primaria
Wilfredo
• Cuando una capa de arcilla compresible y saturada se 
somete a un incremento de esfuerzo, el asentamiento 
elástico ocurre inmediatamente. 
• Sin embargo, debido a que la conductividad hidráulica de la 
arcilla es significativamente menor que en la arena, el exceso 
de presión de poros se disipa gradualmente en un largo 
periodo de tiempo, con lo cual el cambio de volumen 
asociado (consolidación) también puede continuar 
largamente.
Wilfredo
Wilfredo
Wilfredo
PRUEBA DE CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL 
EN LABORATORIO -Terzaghi (1925)
Diagrama esquemático del 
consolidómetro
• Equipo: 
consolidómetro. 
• El espécimen de suelo, 
de Ф=63.5mm y 
25.4mm de espesor, se 
coloca dentro de un 
anillo metálico con dos 
piedras porosas, una 
en la parte superior del 
espécimen y otra en el 
fondo. 
Wilfredo
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en el eje vertical se va reduciendo
Wilfredo
asentamiento por aplicar una carga que libera el agua de la muestra
• La carga se aplica por medio de un 
brazo de palanca y la compresión se 
mide con un micrómetro calibrado. 
• El espécimen se mantiene bajo agua 
durante la prueba, y la carga se aplica 
por 24h. Después se duplica la presión 
sobre el espécimen y se continúa la 
medición de la compresión. 
• Finalmente se determina el peso seco 
del espécimen.
PRUEBA DE CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL 
EN LABORATORIO
Wilfredo
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solo carga vertical
Wilfredo
Consolidómetro
Test de consolidación en 
progreso
Gráfica deformación vs. Tiempo, para un incremento 
de carga dado
Etapa 1: Compresión 
inicial, causada por 
la precarga
Etapa 2: Consolidación 
primaria, eliminación del 
exceso de presión de poro 
(expulsión de agua)
Etapa 3: Consolidación 
secundaria, debida al 
reajuste plástico de la 
estructura del suelo
GRÁFICAS DE PRESIÓN-RELACIÓN DE VACÍOS
Después de que las gráficas de tiempo – deformación para varias cargas se obtienen
en el laboratorio, es necesario estudiar el cambio de la relación de vacíos en el
espécimen con la presión.
1. Calcule la altura de los sólidos Hs, en el espécimen de suelo, usando la ecuación:
𝐻𝑠 =
𝑊𝑠
𝐴𝐺𝑆𝛾𝑤
• 𝑊𝑠=peso seco del espécimen
• A=área del espécimen
• 𝐺𝑆=Gravedad específica de los sólidos del suelo
• 𝛾𝑤=peso específico del agua
2. Calcule la altura inicial de vacíos (Hv): 𝐻𝑣 = 𝐻 − 𝐻𝑠
• Donde H es la altura inicial del espécimen
Wilfredo
3. Calcule la relación de vacíos inicial e0 del espécimen:
𝑒0 =
𝑉𝑣
𝑉𝑠
=
𝐻𝑣. 𝐴
𝐻𝑠. 𝐴
=
𝐻𝑣
𝐻𝑠
4. Para el primer esfuerzo incrementarl σ1 (carga total /área del espécimen) que 
causa la deformación ∆H1, calcule el cambio de relación de vacíos ∆e1 :
Δ𝑒1 =
Δ𝐻1
𝐻𝑠
Δ𝐻1 se obtiene de las lecturas inicial y final de la carga. En este tiempo, la presión 
efectiva sobre el espécimen es σ’= σ1 = σ′1
• Calcule la nueva relación 
de vacíos 𝑒1, después de la 
consolidación causada por 
el incremento de presión 
σ1
𝑒1 = 𝑒0 −Δ𝑒1
• Para una siguiente carga 
σ’= σ2 = σ′2, se cumpliría:
𝑒2 = 𝑒1 −
Δ𝐻2
𝐻𝑠
• Se tienen los resultados de una prueba de consolidación en
laboratorio sobre un espécimen obtenido en campo; masa seca del
espécimen = 116.74g, altura del espécimen al inicio de la prueba
=25.4mm, Gs=2.72 y diámetro del espécimen = 63.5mm.
• Efectuar los cálculos necesarios y dibujar la curva 𝑒 − log 𝜎′
EJERCICIO
ARCILLAS NORMALMENTE CONSOLIDADAS Y 
PRECONSOLIDADAS
• Gráfica e-log σ’: en la parte superior
es algo curva con una pendiente
plana, seguida de una relación
lineal de la relación de vacíos con
una pendiente más inclinada para
log σ’.
Esta relación se verifica en laboratorio, cargando el espécimen de modo que se exceda
la presión de sobrecarga efectiva máxima y luego descargándolo y cargándolo de nuevo.
descarga
carga
Según la 
historia de su 
esfuerzo:
1. Normalmente consolidada: la 
presión de sobrecarga efectiva 
presente es la presión máxima a la 
que el suelo fue sometido en el 
pasado.
2. Preconsolidada: la presión de 
sobrecarga efectiva presente es 
menor que la que el suelo 
experimentó en el pasado (esfuerzo 
de preconsolidación).
La presión efectiva en el pasado no se determina explícitamente porque depende de 
procesos geológicos y debe ser inferida de los resultados de pruebas de laboratorio
A partir de la gráfica de laboratorio e-log σ’:
1. Establecer el punto a donde la gráfica 
tenga un radio de curvatura mínimo.
2. Dibujar línea horizontal ab.
3. Dibujar línea ac tangente en a.
4. Dibujar línea ad, bisectriz del ángulo 
bac.
5. Proyectar la porción recta gh hacia 
atrás para intersectar ad en f. La 
abscisa del punto f es la presión de 
preconsolidación 𝜎′c
Método de Casagrande: Presión de preconsolidación
Relación de preconsolidación (OCR)
𝑂𝐶𝑅 =
𝜎′𝐶
𝜎′
• 𝜎′𝐶 = presión de preconsolidación
• 𝜎′ = presión vertical efectiva presente
• Para muchos suelos naturalmente 
depositados de arcilla, la resistencia a 
compresión simple es 
considerablemente reducida cuando los 
suelos se prueban después de 
remoldearlos sin ningún cambio en el 
contenido de agua → SENSITIVIDAD
• Grado de sensitividad:
𝑆𝑡 =
𝑞𝑢(𝑖𝑛𝑎𝑙𝑡𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎)
𝑞𝑢(𝑟𝑒𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒𝑎𝑑𝑎)
Sensitividad de la arcilla
• La pérdida de resistencia en los suelos de arcilla por remoldeo es 
causada principalmente por la destrucción de la estructura de las 
partículas durante el proceso de sedimentación. Sin embargo, si 
después de este remoldeo el suelo se mantiene inalterado (sin 
cambio en el contenido de agua), continuará ganando resistencia con 
el tiempo→ TIXOTROPÍA
• Tixotropía: proceso reversible dependiente del tiempo, en que 
materiales de composición y volumen constante se ablandan al 
remoldearse, pero recuperan la resistencia gradualmente.
• La mayor parte de los suelos son parcialmente tixotrópicos
Tixotropía de la arcilla