FACULTAD: INGENIERIA FACULTAD: INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL: INGENIERIA CIVIL CENTRO: ULADECH – HUARMEY HUARMEY CICLO: IV ASIGNATURA: GEOLOGIA APLICADA A LA INGENIERÍA CIVIL DOCENTE: EDUARDO GONZALO FRANCE CERNA. TEMA: ASENTAMIENTOS DE SUELOS ESTUDIANTE: HUARAQUISPE VALDIVIESO JERALDIN INDIRA HUARMEY – ANCASH ANCASH – 2015 2015
INTRODUCCION
TODOS LOS MATERIALES EXPERIMENTAN DEFORMACIONES CUANDO SE SOMETEN A CONDICIONES DE CARGA . EL ANÁLISIS DE ASENTAMIENTO DE SUELOS ES BASTANTE COMPLEJO YA QUE LOS ESFUERZOS QUE SE INDUCEN DENTRO DE ÉL ES UN PROBLEMA SIN SOLUCIÓN EXACTA A LA FECHA ; ASIMISMO LOS PARÁMETROS DE COMPRESIBILIDAD DE LOS DEPÓSITOS DE SUELO SON DIFÍCILES DE DETERMINAR O MEDIR EXPERIMENTALMENTE ADEMÁS DE LA NO HOMOGENEIDAD , LO QUE IMPLICA LOS ANÁLISIS DE LOS ASENTAMIENTOS .
EN ESTA MONOGRAFÍA SE ANALIZAN LOS FACTORES Y MECANISMOS QUE PRODUCEN LOS ASENTAMIENTOS EN LOS DEPÓSITOS DE SUELO . T AMBIÉN SE PRESENTAN LAS FORMAS TÍPICAS DE FALLA DE LAS ESTRUCTURAS DE LOS ASENTAMIENTOS.
ASENTAMIENTOS DE SUELOS Un asentamiento o deslizamiento es una forma de inestabilidad gravitatoria que se caracteriza por el desplazamiento en un trecho relativamente corto a lo largo de una pendiente de una masa coherente de materiales poco consolidados o capas de roca. El movimiento se caracteriza por el deslizamiento a lo largo de una superficie plana o cóncava. Entre las causas de los asentamientos se encuentran movimientos sísmicos, absorción excesiva de agua, congelamiento y derretimiento, socavamiento en su base, y carga de la pendiente. Se producen asentamientos trasnacionales cuando una masa de terreno se desplaza a lo largo de una superficie plana. Entre las superficies planas donde se producen estas fallas se encuentran planos de encuentro o depósitos, especialmente donde una capa permeable se encuentra sobre una superficie impermeable. Los asentamientos en bloque son un tipo de asentamientos trasnacionales en los cuales uno o más trozos de roca se desplazan pendiente abajo como una masa relativamente coherente.
IMPORTANCIA DE LOS ASENTAMIENTOS Toda extructura construida bajo la superficie del terreno, esta sometida a las fuerzas que ejerce el suelo en contactocon dicha estructura. La determinación de las fuerzas que actuan sobre una estructura debajo del terreno no se puede hacer de forma correcta si se considera solamente a la estructura o al terreno alrededor de ella, ya que el comportamiento de la estructura depende del comportamiento del terreno. Por lo tanto, debe conocerse la interación suelo-estructura para poder proyectar adecuadamente dichas estructuras, debido a que la deformación del suelo influye en los elementos mecanicos que actuan sobre la estructura de la obra, por lo que hay que considerarse en el diseño estructural. TIPOS DE ASENTAMIENTOS EN SUELOS
Se le llama a la compresión de masa de suelo o deformación vertical del suelo, puede ocurrir en dos sentidos:
Hacia arriba y se le llama asentamiento Hacia abajo y se le llama asentamiento
El Asentamiento total de las masas de suelo tiene las siguientes 3 componentes:
Asentamiento Inmediato, es causado por la deformación elástica del suelo puede darse en suelos húmedos, secos y saturados y no habrá ningún cambio de humedad. Se hace basada en la teoría de elasticidad. Se observa mejor en los suelos granulares. El Asentamiento por Consolidación, es el cambio de volumen en suelos cohesivos saturados debido a la expulsión del agua que ocupan los poros. Los suelos cohesivos saturados pueden ser suelos arcillosos y arcillosos saturados. Dependen de la permeabilidad del suelo. Es una deformación dependiente del tiempo y ocurre en suelos de grava fina saturados con baja permeabilidad. El Asentamiento por Compresión Secundaria, se llama secundaria porque parte de una deformación que ya sucedió y ocurrió con un esfuerzo efectivo constante con ningún cambio de agua en los poros y es dependiente del tiempo. Resulta del ajuste de la estructura del suelo. Ya no hay esfuerzo ni compresión de poros.
Es la deformación vertical en la superficie de un terreno proveniente de la aplicación de cargas o debido al peso propio de las capas.
Inmediatos: por deformación elástica (suelos arenosos o suelos arcillosos no saturados)
Por densificación: debidos a la salida del agua del suelo (suelos arcillosos): Por flujo lateral: desplazamiento de las partículas del suelo desde las zonas más cargadas hacia las menos cargadas (suelos no cohesivos).
Causas de los Asentamientos o
o
Cargas estáticas: presión transmitida por las estructuras, por el propio peso del suelo, etc. Cargas dinámicas: clavado de estacas, terremotos, etc. Erosión del subsuelo
Variaciones del nivel del agua: rebajes EFECTOS DE LOS ASENTAMIENTOS
Daños a la estructura del suelo, cambios en la apariencia, funcionalidad y estabilidad. Determinación del asentamiento total Cuando la capa del suelo sufre efecto de una sobrecarga, ella se deforma y en consecuencia da la disminución de su índice de vacíos (e 0) hacia un valor final (ef ) motivado por su compresibilidad. Su espesor pasa por tanto desde un valor inicial de H0 a un valor final H f cuya diferencia (ΔH = H0 – Hf ), corresponde al asentamiento total sufrido. Asentamiento en el tiempo “t”
Suelos normalmente densificados (OCR = 1)
Suelos Pre-Densificados (σ A‘> σ’) Cuando la carga traspasa la tensión de pre-densificación el asentamiento se calcula en dos etapas: de la tensión existente hasta la tensión de pre-densificación y desde la tensión de pre-densificación hasta la tensión final resultante de la carga.
Donde Ce es el coeficiente de expansibilidad o coeficiente de recompresión (Cr) que es la inclinación del espacio descarga-carga.
Suelos Sub-densificados (OCR < 1) Los que aún no se densificaron completamente
Densificación Secundaria Ocurre cuando el exceso de presión neutra es prácticamente nulo Δμ ≅ 0 y la tensión efectiva es prácticamente igual a la tensión total σ ‘
≅
σ.
En general, se verifica que en el ensayo de densificación, la deformación continua a procesarse, más allá que el exceso de presión neutra, sea prácticamente nulo. Este efecto se le atribuye a los fenómenos viscosos. Aplicación de Drenajes verticales para acelerar la densificación
Algunas veces para acelerar la densificación se construyen drenajes verticales en la capa arcillosa responsable por tales asentamientos. Estos drenajes pueden ser perforaciones rellenas con arena. Aplicándose una carga sobre la superficie, el agua bajo presión puede escurrir tanto hacia las capas drenantes directamente como a través de los drenajes. Los asentamientos se desarrollan mucho más rápidamente pues las distancias de flujo son mejores y los coeficientes de permeabilidad son mayores en la dirección horizontal que en la vertical.
Aplicación de Sobrecargas acelerar la densificación
para
Es una técnica muy interesante utilizada par amenizar los efectos de los asentamientos
causados por una determinada carga o pre-carga del área. La figura a continuación nos muestra un ejemplo práctico de colocación de una sobrecarga constituida por 2 metros de terraplén para provocar un asentamiento de 30 cm en poco más de 4 meses, lo que no sería alcanzado con el terraplén definitivo proyectado con 3 metros de altura en ese mismo período. Luego de alcanzado el valor del asentamiento deseado, la sobrecarga debe ser retirada, manteniéndose la cuota de terraplén final prevista en el proyecto.
FACTORES El suelo puede deformarse por los siguientes factores:
Deformación de sus partículas. Reorganización de estas partículas. Expulsión de aire o agua de los espacios interparticulares.
Estos factores actúan habitualmente de manera conjunta, aunque su importancia en cada caso concreto depende de las características del propio suelo.
COMPONENTES Se considera que el asiento consta de tres componentes fundamentales:
Asiento inmediato (S i): tiene lugar de forma instantánea tras la aplicación de las cargas al suelo y se origina debido a fenómenos de deformación y reorganización de partículas.
Asiento de consolidación primaria (Sc): se produce de manera diferida, conforme el suelo expulsa el agua intersticial.
Asiento de consolidación secundaria (S): una vez completada la disipación de tensiones intersticiales, la deformación continúa a carga constante.
TIPO ELÁSTICO Se pueden establecer tres tipos básicos de comportamiento mecánico en su relación esfuerzo-deformación, el elástico, el plástico y el viscoso. El comportamiento elástico (Ley de Hoock) establece que al aplicarle un sistema de cargas a un material, existe una
deformación, pero al retirarle las cargas el material regresa a su estado geométrico inicial. El comportamiento plástico se caracteriza porque el material permanece deformado aún cuando se le retiren todas las cargas. En el comportamiento viscoso la deformación depende de la magnitud y del tiempo transcurrido. En los suelos finos saturados se pueden encontrar los tres tipos de co mportamiento, elástico, plástico y visco plástico. En la teoría elástica se establecen las relaciones lineales de los esfuerzos aplicados y sus correspondientes deformaciones. Considerando una partícula de suelo que se deforma. Criterio de deformación de una partícula de suelo, producto de un esfuerzo normal DONDE: ∆σ
Esfuerzo normal
∆εL
Deformación lineal longitudinal
∆εT
Deformación lineal Transversa
Debido a que los suelos no tienen un comportamiento elástico, ni lineal, este modelo no se aplica comúnmente a suelos, sin embargo bajo ciertas consideraciones es posible aplicarlo para determinar deformaciones que resulten de un suelo cuando se aplica una carga. El asentamiento (deformación vertical) que se produce en un suelo cuando se aplica una carga, como indicamos la teoría de la elasticidad utiliza básicamente el módulo de elasticidad, existiendo una gran dificultad para determinar estos parámetros, por lo que se limita la aplicación práctica de esta teoría. En arenas el módulo de elasticidad E varía con la p rofundidad y con el ancho del área cargada, y la relación de Poisson varía con la deformación. Por lo tanto en este tipo de suelos prácticamente no se usa la teoría elástica para predecir asentamientos. En arcillas saturadas, durante la construcción de obras, los asentamientos que se producen sin drenaje del agua intersticial del suelo, se pueden considerar de tipo elástico en el cual el módulo de elasticidad no drenado es constante y la relación de Poisson se considera ν=0.5; con lo que se pueden predecir asentamientos inmediatos(asentamientos elásticos) en estas condiciones. El asentamiento elástico en la superficie de una masa de suelo semi infinita que acontece en una esquina de un área rectangular flexible, con una carga uniforme w, con un ancho B y una longitud L. En los asentamientos por consolidación es común que se tenga que predecir: • El asentamiento total de la estructura • El tiempo en el cual se produce el asentamiento
En suelos granulares como la arena, la permeabilidad es relativamente alta y por ello el exceso de presión intersticial suele disiparse prácticamente al instante, por lo que el asentamiento del suelo no lo consideramos por consolidación. En suelos finos
como las arcillas la permeabilidad es baja y por ello la disipación del exceso de presión intersticial muy lenta, con lo cual este asentamiento puede durar años. Cuando un suelo saturado se somete a un incremento de esfuerzos por la aplicación de una carga en la superficie del mismo, se produce un incremento en la presión intersticial (presión en exceso de la hidrostática), y debido a que el agua no resiste esfuerzos cortantes, este incremento de presión intersticial se disipa mediante el flujo del agua hacia un estrato permeable. La disipación del exceso de presión intersticial producto de la permeabilidad del suelo produce una reducción en el volumen de vacíos y por consecuencia una reducción en el volumen total, lo cual se manifiesta con un asentamiento conocido como Asentamiento por Consolidación. El asentamiento por consolidación depende del tiempo como a continuación se indica. Consideremos que tenemos un estrato de arcilla saturado de espesor H, que se encuentra entre dos estratos de arena que le permiten drenar el agua por ambos lados, y en la superficie se coloca una carga que provoca un incremento en la presión del agua intersticial y que se disipará de acuerdo a la permeabilidad de la arcilla, transfiriendo los esfuerzos a la estructura del suelo, considerando teóricamente que el exceso de presión intersticial se disipará en tiempo infinito. Para comprender mejor el proceso de consolidación a continuación se tienen tres esquemas que indican tres etapas del proceso de consolidación, el primer esquema se considera un tiempo t=0, en el segundo esquema un tiempo mayor que cero pero menor que infinito ∞<< t 0, y en el tercer esquema, un tiempo infinito ∞= t
Esfuerzos verticales en el tiempo t=0
Esfuerzos verticales en el tiempo El proceso de consolidación se puede dar en varias dimensiones, para el caso de asentamientos, el enfoque es solamente en sentido vertical con lo que solo se considera el fenómeno de consolidación unidimensional. En e l laboratorio la prueba de consolidación, nos da información que se ocupa para poder predecir el comportamiento de un suelo. En la gráfica de la curva de consolidación, se puede observar las dos etapas que tiene un suelo fino sujeto al proceso de consolidación.
1. Asentamientos por consolidación primaria Determinación de asentamientos Consideremos un estrato de arcilla saturada de espesor H, bajo una presión producto de una sobrecarga en la superficie que provoca un incremento de esfuerzo vertical (promedio) ∆σ, que inducirá un asentamiento ∆ H, cuando ∆σ = ∆σ´. Las arcillas tienen “memoria”, como lo demuestran las típicas curvas decompresib ilidad, en las cuales, el Tramo de Recomprensión nos indica los esfuerzos geológicos a los cuales ha estado sometido el suelo. Terzaghi descubrió que en las curvas de compresibilidad de suelos laminares dibujadas en escalas semi logarítmicas el tramo virgen es prácticamente recto, con lo que se pueden separar del tramo de recompresión, determinando el esfuerzo de pre consolidación.
2. Asentamientos por consolidación secundaria Como se ha indicado, la consolidación primaria es considerada el asentamiento producto de la transferencia del incremento de esfuerzo en exceso de la hidrostática, al esfuerzo efectivo del suelo. Se considera que en los suelos orgánicos o inorgánicos altamente compresibles, el asentamiento conocido como flujo plástico, debido al ajuste plástico de la estructura del suelo, es conocido con el
nombre de Consolidación Secundaria, y teóricamente se sucede después de la consolidación primaria (aunque Algunos investigadores indican que una parte de la consolidación secundarias, se da al mismo tiempo de la consolidación primaria)-En algunos suelos inorgánicos (arcillas y/o limos) el asentamiento por consolidación secundaria es muy pequeño y no tiene importancia, sin embargo en suelos orgánicos como turbas o en suelos inorgánicos altamente compresibles estos asentamientos pueden ser relativamente considerables. En la gráfica de relación de vacíos – tiempo (en escala logarítmica), se puede ver que el tramo de consolidación secundaria es prácticamente una línea recta con una pendiente (negativa) poco inclinada.
CONCLUSIÓN Los asentamientos que se producen en las cimentaciones , se derivan en la mayoría de los casos al comportamiento del suelo que reacciona ante los esfuerzos inducidos por las cargas aplicadas. De igual Forma, las propiedades de Compresibilidad del suelo sobre el cual se desplanta la cimentación son un factor decisivo en el grado del asentamiento que se producirá, así como otros factores extremos o ajenos a la obra que también son causas de los asentamientos.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS http://www.academia.edu/10985079/Mec%C3%A1nica_de_Suelos_Aplicada http://civilgeeks.com/2011/12/04/asentamientos-en-cimentaciones/ https://es.wikipedia.org/wiki/Asientos_de_las_cimentaciones http://fisica.laguia2000.com/dinamica-clasica/mecanica-de-suelos-asentamientos https://es.wikipedia.org/wiki/Asentamiento_(geolog%C3%ADa) http://ingenieriareal.com/tipos-de-asentamientos-en-suelos/ file:///C:/Users/Usuario/Downloads/Capitulo1.pdf
