Mecanica De Suelos

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 y que ocurre en el transcurso de un tiempo generalmente largo. Producen asientos, es decir, hundimientos verticales, en las construcciones que pueden llegar a romper si se producen con gran amplitud.

Cuando el suelo se somete a una sobrecarga q 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 del suelo, con lo que el esfuerzo efectivo se va incrementando a medida que el

Agua fluye. Así, en la cuantía de la sobrecarga q, cuando se reduce la presión de poros que se habían incrementado se incrementa el esfuerzo efectivo: esto significa reducción de la relación de vacíos e incremento del esfuerzo efectivo. Por lo anterior 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 después de disiparse el exceso de presión de poros.

Análisis de la consolidación

• 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.

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.

• Consolidación primaria:

Este método asume que la consolidación ocurre en una sola dimensión. Los datos de laboratorio utilizados han permitido construir una interpolación entre la deformación o el índice de huecos y la tensión efectiva en una escala logarítmica. La pendiente de la interpolación es el índice de compresión. La ecuación para el asiento de consolidación de un suelo normalmente consolidado puede ser determinada entonces como

donde:

δc es el asiento debido a la consolidación.

Cc es el índice de compresión.

e0 es el índice de huecos inicial.

H es la altura de suelo consolidable.

σzf es la tensión vertical final.

σz0 es la tensión vertical inicial.

Cc puede ser reemplazada por Cr (índice de re compresión) para usar en suelos sobre consolidados donde la tensión final efectiva es menor que la tensión de pre consolidación, o lo que es lo mismo, para suelos que hubieran sido consolidados con más intensidad en el pasado. Cuando la tensión final efectiva sea mayor que la tensión de pre consolidación, las dos ecuaciones deben ser usadas en combinación de un modelo conjunto como sigue:

Donde σzc es la tensión de pre consolidación del suelo.

• Consolidación secundaria:

La consolidación secundaria tiene lugar después de la consolidación primaria a consecuencia de procesos más complejos que el simple flujo de agua como pueden ser la reptación, la viscosidad, la materia orgánica, la fluencia o el agua unida mediante enlace químico algunas arcillas. En arenas el asiento secundario es imperceptible pero puede llegar a ser muy importante para otros materiales como la turba.

La consolidación secundaria se puede aproximar mediante la siguiente fórmula:

Donde H0 es la altura de consolidación media

e0 es el índice inicial de huecos

Ca es el índice secundario de compresión

Dependencia del tiempo:

Dependiendo

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