Universidad Nacional de Rosario Agrimensura Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
Geología y Geotecnia Tema: CONO!I"ACI#N UNI"I$ENIONA! "E UE!O
Adscriptos: $auro %oliotti y %a&lo ierra Dirección de la adscripción : $ter' Ing' ilvia Angelone Co-dirección de la adscripción : $ter' Ing' $aría Teresa (ari&ay
Índice 1)
Introducción
Pág 3
2)
Analogía mecánica de Terzaghi
Pág 6
3)
Teoría de Terzaghi para la consolidación vertical
Pág 8
3-a)
Solución de la ecuación de comportamiento de la consolidación unidimensiona
Pág 3
)
!nsa"o de consolidación
Pág 8
!)
Tiempo de consolidación
Pág 2#
!-a)
#)
$álculo del coe%iciente de consolidación $v
Pág 2#
!-a-a)
&'todo de $asagrande
Pág 2#
!-a-")
&'todo de Ta"lor
Pág 23
$álculo de asentamientos
Pág 2(
#-a)
)eterminación de la carga de preconsolidación seg*n $asagrande
Pág 2+
#-")
$álculo índice de compresi,ilidad " de e-pansión
Pág 3
#-"-a)
$aso de suelos normalmente consolidados
Pág 3
#-"-")
$aso de suelos preconsolidados
Pág 33
#-c)
$álculo del asentamiento
Pág 3+
$)
&'todos para controlar la consolidación
Pág 3.
%)
/i,liogra%ía
Pág .
22)*+ Geología y Geotecnia -
Consolidación
Consolidación unidimensional de suelos 1)
Introducción
Todos los materiales0 al ser su1etos a cam,ios en las condiciones de es%uerzos0 e-perimentan de%ormaciones0 ue pueden o no ser dependientes del tiempo 4as relaciones entre los es%uerzos0 las de%ormaciones " el tiempo0 varían seg*n el material a analizar 4as relaciones más sencillas se producen en los materiales elásticos lineales0 donde el es%uerzo es%u erzo " la de%ormación de%orma ción son proporcionales e independientes del tiempo 4as características es%uerzo5de%ormación5tiempo de un suelo dependerán0 no solo del tipo de suelo " su estado de consistencia0 sino tam,i'n de la %orma en ue es cargado0 de su u,icación estratigrá%ica0 etc !s necesario estudiar estas características del suelo0 de,ido a ue en general 'stos su%ren de%ormaciones superiores a las de la estructura ue le transmite la carga " no siempre se producen instantáneamente ante la aplicación misma de la carga
Figura 1 !suema
ilustrativo 5 $apilla de Suurhusen0 Alemania 5 Torre de Pisa0 Italia
na masa de suelo está compuesta por la %ase sólida ue %orma un esueleto granular " los vacíos ue la misma encierra0 los cuales algunos al gunos pueden estar llenos de gas7aire " otros de líuido7agua Además se considera ue tanto la masa sólida como el agua son incompresi,les !n la igura se o,serva en %orma esuemática el %enómeno de la consolidación así como tam,i'n dos casos %amosos de estructuras ue su%rieron los e%ectos del proceso de consolidación 4as de%ormaciones del suelo de,idas a la aplicación de una carga e-terna 9igura 9igur a 2: son producto de una disminución del volumen total de la masa del suelo su elo " particularmente parti cularmente una reducción del volumen de vacíos0 "a ue el volumen de solidos es constante0 por lo tanto dichas de%ormaciones son producto de una disminución de la relación de vacíos del suelo como se muestra en la igura 3 Si estos vacíos están llenos de agua 9suelo saturado:0 como al %luido lo consideramos incompresi,le0 dicha disminución de la relación de vacíos0 sólo es posi,le si el volumen de líuido disminu"e por lo
tanto se produce un %lu1o de líuido hacia alg*n estrato permea,le Si en cam,io el suelo en sus vacíos posee aire " agua 9suelo parcialmente saturado: o sólo aire0 la disminución de la relación de vacíos se produce por una compresión de los gases ue posee
Figura 2 Proceso
de consolidación
$uando un depósito saturado se somete a un incremento de es%uerzos totales0 como resultado de cargas e-ternas aplicadas0 se produce un e-ceso de presión intersticial 9presión neutra: Puesto ue el agua no resiste al corte0 la presión neutra se disipa mediante un %lu1o de agua al e-terior0 cu"a velocidad de drena1e depende de la permea,ilidad del suelo Si en cam,io el depósito se encuentra parcialmente saturado0 la situación resulta más comple1a de,ido a la presencia del gas ue puede permitir cierta compresión0 como se mencionó0 sin ue se produzca un %lu1o de agua !sta situación escapa los alcances de este curso
Figura 3 ;ariación
del volumen durante la consolidación ;olumen vs $arga " ;olumen vs Tiempo
4a disipación disipación de presión intersticial intersticial de,ida al %lu1o de agua hacia hacia el e-terior e-terior se denomina consolidación0 proceso ue tiene dos consecuencias< =educción del volumen de poros o vacíos0 por lo tanto reducción del volumen total0 produci'ndose un asentamiento Se considera ue en el proceso de consolidación unidimensional la posición relativa de las partículas so,re un mismo plano horizontal permanece esencialmente igual0 el movimiento de las mismas sólo puede ocurrir verticalmente
)urante la disipación del e-ceso de presión intersticial0 la presión e%ectiva aumenta " en consecuencia se incrementa la resistencia del suelo Por lo tanto cuando un suelo se consolida ante la aplicación de una carga0 se produce una disminución de la relación de vacíos " un incremento del es%uerzo e%ectivo !n los suelos granulares la permea,ilidad es alta0 lo cual permite un %lu1o rápido de agua0 " se disipa rápidamente el e-ceso de presión neutra !n consecuencia0 el asentamiento se completa en general0 al %inalizar la aplicación de las cargas !n los suelos %inos arcillosos0 la permea,ilidad es mu" ,a1a0 por lo ue el %lu1o de agua es mu" lento0 " la disipación del e-ceso de presión neutra es mu" lenta !n consecuencia el suelo puede continuar de%ormándose durante varios a>os despu's de %inalizada la construcción de la o,ra ue trasmite la carga !l proceso de consolidación se aplica a todos los suelos0 pero es más importante estudiarlo en auellos donde la permea,ilidad es ,a1a !s necesario predecir< El asentamiento total de la
estructura.
El tiempo o elocidad a la cual se produce dic!o
asentamiento.
!-iste otro %enómeno posterior a la disipación de las presiones intersticiales0 en el cual el suelo en cuestión contin*a de%ormándose o comprimi'ndose0 esto se de,e a un rea1uste en la estructura del suelo )icho proceso es llamado consolidación secundaria0 " depende de las características elastoplásticas " del comportamiento viscoso del material ue compone al suelo !n suelos mu" plásticos u orgánicos su contri,ución a la compresión %inal es signi%icativa " no puede despreciarse Su determinación " cálculo pueden consultarse en ?uárez /adillo " =ico =odríguez0Tomo I0 $ap @0 Ane-o @5c /ra1a )as0 $apítulo 656+
2) "nalogía mec#nica de
$er%ag!i
Para comprender me1or el proceso de consolidación0 Terzaghi propuso un modelo mecánico Bste consiste en un cilindro de sección A con un pistón sin %ricción el cual posee una peue>a per%oración )icho pistón se encuentra unido a un resorte " el cilindro en su interior está lleno de un %luido incompresi,le0 tal como se muestra en la igura . !l proceso comienza con la aplicación de una carga de valor P so,re el pistón !n este primer instante el ori%icio se encuentra cerrado " el resorte no tiene posi,ilidad de de%ormarse0 en consecuencia no e1erce %uerza alguna !s así ue la %uerza P es soportada en su totalidad por el %luido !n una segunda instancia se a,re el ori%icio " se genera un gradiente de presiones P7A 9A< área del pistón: entre el interior " el e-terior del cilindro lo ue ocasiona el %lu1o del líuido hacia el e-terior0 " a medida ue el %luido sale0 el resorte comienza a de%ormarse " por lo tanto comenzará a tomar una porción de la carga P 4a velocidad a la cual se trans%iere la carga desde el %luido al resorte depende del tama>o del ori%ico " de la viscosidad del %luido inalmente0 la posición de euili,rio se da cuando la presión en el %luido iguala Figura & !suema la presión e-terior " el resorte ha tomado la totalidad de la %uerza P del pistón
!n analogía con el caso del suelo0 la estructura de partículas sólidas es representada por el resorte el agua intersticial por el %luido incompresi,le "0 por *ltimo0 las redes de capilares continuos 9vacíos: son representadas por el ori%icio Para entender me1or como varían las presiones dentro de un estrato de suelo saturado ante la aplicación de una carga durante el proceso de consolidación0 se analiza una ,atería de cilindros comunicados0 de acuerdo al esuema de la igura C Análogamente a la situación de un cilindro individual0 en un instante inicial ninguno de los resortes ha sido de%ormado por lo ue la carga aplicada P0 es soportada por el %luido con una so,represión neutra DuEP7A 4uego de transcurrido un tiempo0 se a,re el ori%icio " comienza el %lu1o del líuido hacia el e-terior $omo 'ste sólo puede hacerlo por la parte superior del modelo0 el resorte del cilindro superior comenzará a de%ormarse " la so,represión del líuido comenzará a trans%erirse desde el %luido hacia el resorte Al reducirse la presión del %luido en el primer cilindro se genera un Figura ' !suema de ,atería de pistones )iagrama de presiones gradiente de presiones entre este cilindro " el contiguo a 'ste0 por lo cual se inicia nuevamente el proceso de trans%erencias de presiones !n los
cilindros in%eriores las condiciones no han variado signi%icativamente por lo ue en ellos la carga aplicada a*n es soportada por el %luido A medida ue pasa el tiempo " se completan los procesos de trans%erencia de presiones en todos los cilindros la carga será soportada por el con1unto de resortes " el %lu1o hacia el e-terior se detendrá $onsiderando ue los cilindros tienen un volumen di%erencial0 se tiene un modelo de cómo se comporta un estrato de suelo0 de altura h en condiciones en las ue el %lu1o de agua se realice por la parte superior 9esto ocurre0 por e1emplo0 cuando por de,a1o del mismo "ace un estrato impermea,le: Fueda como e1ercicio para el alumno trazar las grá%icas esuemáticas de presiones totales0 neutras " e%ectivas para distintos tiempos 9tE#0 t ≠#0 tEG: cuando se aplica una carga e-terna a un estrato de suelo compuesto por suelos %inos arcillosos saturados 9;er Terzaghi " PecH0 Art . " ?uárez /adillo " =ico =odríguez0 Tomo I0 $apítulo @5 @5.:
3) $eoría de $er%ag!i para la consolidación
ertical
$onsid'rese un depósito de suelo homog'neo0 saturado0 de longitud lateral in%inita " sometido a una carga uni%orme 9: aplicada en toda al área super%icial !l suelo reposa so,re una ,ase impermea,le 9'sta puede ser roca sana u otro suelo cu"a permea,ilidad sea mu" ,a1a en > 100 : " comparación al suelo a analizar0 por e1emplo puede drenar li,remente por su cara superior0 como se indica en la igura 60 donde h p< es la altura piezom'trica z< es la posición respecto a un plano de re%erencia hh< es la carga hidráulica he< es el e-ceso de presión neutra de,ido a la carga < es el espesor del estrato 4a disipación del e-ceso de presión intersticial en cualuier punto sólo se producirá mediante el %lu1o del agua intersticial en sentido vertical ascendente hacia la super%icie0 "a ue el gradiente hidráulico *nicamente se presenta en dirección vertical $omo resultado se producirán de%ormaciones en la dirección vertical
Figura ( !suema
del depósito de suelo
4a consolidación es un pro,lema de %lu1o de agua no esta,lecido de un medio poroso0 esto se re%iere a ue si se analiza el %lu1o de agua en la totalidad del estrato0 'sta solo sale de 'l0 "a ue no
ingresa ning*n caudal !sta situación no de,e con%undirse con la de un elemento de altura di%erencial dentro del estrato0 en el cual sí ha" un %lu1o esta,lecido de agua Se esta,lecen las siguientes hipótesis< !l suelo es homog'neo !l suelo está saturado " permanecerá así durante todo el proceso de consolidación !n el caso de suelos no saturados0 los resultados de esta teoría son poco con%ia,les 4as partículas del suelo " el agua son incompresi,les 4a compresión es unidimensional en sentido vertical " no se producen movimientos de partículas en el sentido horizontal !sto es cierto en la,oratorio0 pero apro-imado in situ !l drena1e de agua se produce sólo en sentido vertical !s válida la le" de )arc" " todas sus hipótesis !l coe%iciente de permea,ilidad k es constante !sto es prácticamente cierto in situ0 aunue en la,oratorio puede producirse errores $onsiderando el %lu1o en el elemento di%erencial u,icado a z del plano de re%erencia 9igura (:0 donde< es la velocidad vertical del %lu1o ue entra en el elemento 9
: es la velocidad vertical del %lu1o ue sale del elemento
Figura !lemento
di%erencial de suelo
Si se aplica el teorema de Ta"lor0 se tiene
1 (
)
! !
= + 2!
+
!
+⋯
93:
Puesto ue dz se toma mu" peue>o0 puede suponerse ue los t'rminos de segundo orden " de orden superior son insigni%icantes " entonces resulta ue<
932:
9
: E
J
A partir del principio de continuidad se esta,lece ue
Cantidad de &l'(o 'e sale del ele*ento por 'nidad de tie*po
Cantidad de &l'(o 'e entra en el ele*ento por 'nidad de tie*po
-
Velocidad de ca*"io de ,ol'*en del ele*ento
+
!ntonces a partir de ue el caudal es velocidad por área " reemplazando resulta< #
$%−
+
%=−
933:
'
)onde A es el área plana del elemento perpendicular al plano de estudio " ; es el volumen Por tanto0 si = % × 0 de la ecuación 933: resulta<
=− 93.:
'
Si se supone ue las partículas de suelo " el agua intersticial son incompresi,les0 entonces la velocidad de cam,io de volumen del elemento ;7 t es igual a la velocidad de cam,io de volumen de vacíos ;;7 t
=− !ntonces si * =
)
+ "
)
93C:
)
'
9recordar ue ;s es constante en el tiempo "a ue
=*
las
partículas de sólido son incompresi,les " ue
=
+
)
:0 se plantea el pro,lema como
una
variación de la relación de vacíos e en el tiempo0
*
=−
*
-
, 0 reemplazando en la ecuación 93C: ueda< ,. 936:
'
1
=−
1+* '
93(:
A partir de la ecuación de )arc" 9 agua
intersticial a trav's del elemento
=
/ ; / = ℎ+
: se o,tiene para el %lu1o vertical del
ℎ
=−
938:
Siendo
ℎ=
+ ℎ2 + ℎ
93+:
=eemplazando 938: en 93(:0 se o,tiene
ℎ
* 4=
3
1 93#:
'
1+* !
ℎ !
1 =
*
1
93:
'
+* Suponiendo ue0 ni el nivel %reático ni la posición del elemento varían durante el proceso de *:0la "ecuación consolidación 9 + ℎ2 = lo *nico 93+: ue varía es la altura del agua correspondiente al e-ceso de presión neutra ℎ 5' 0 de se o,tiene K
ℎ
!
!
=
ℎ
932:
!
L ∴ el e-ceso de presión intersticial ue en el elemento es ( E 8+ < M
933:
Se o,tiene0 reemplazando en la ecuación 932: !
ℎ = !
!
1
7
93.:
!
8 :
=eemplazando en la ecuación 93: " reordenando
(1
* + *) = :
'
8
K
7 !
93C:
Geología y Geotecnia -
Consolidación
)
Se o,tiene una ecuación con dos incógnitas
7
" e Para plantear el
pro,lema
completamente se necesita una ecuación adicional ue relacione el e-ceso de presión intersticial " la relación de vacíos Bsta se o,tiene al considerar el comportamiento del suelo ,a1o es%uerzo vertical N de%ormación Terzaghi tomó este comportamiento como lineal para un incremento de carga en particular O:
9igura 8: Puesto ue el cam,io de de%ormación es proporcional al cam,io d
Geología y Geotecnia -
Consolidación
22)
e
relación de vacíos0 esto tam,i'n implica la e-istencia de una relación lineal e 5 Q v0 9igura 8: 4a pendiente de la recta * − ; se designa con av " se denomina coe%iciente de compresi,ilidad " se
de%ine como<
* ;)
E: R
936:
)onde O: es la presión vertical e%ectiva en el elemento
Se tiene entonces
" E
Figura * =elaciones
* ;
vs O " e vs O
4a presión total resulta 93(:
;)
;)
7 4a presión neutra puede su,dividirse en una presión hidrostática " un e-ceso de presión neutra0 producida por un incremento en la carga aplicada al suelo como< 938:
( (2 (
Así0 la presión total resulta0 reemplazando en 93(: ;)
;)
72
93+:
7 )erivando la ecuación 93+: con respecto del tiempo0 como la presión total se mantiene constante en el tiempo0 o,tenemos< 932#: ; ) 7 4legando así a
0
; !)
7
"
932:
!sta e-presión demuestra lo "a visto en la analogía de Terzaghi0 a medida ue disminu"e la presión neutra en e-ceso se da un incremento en la presión e%ectiva0 o sea se trans%iere la presión desde el agua intersticial hacia las partículas de suelo Además0
*
=
'
;
* ;)
9322:
) '
=eemplazando las ecuaciones 936: " 932: en la ecuación 9322:0 se o,tiene
* '
7
= =)
9323:
'
Si se sustitu"e en la ecuación 93C:
7 + *)
=
!!
(1 7
!
8
'
:=)
U ,ien se puede e-presar la ecuación unidimensional 9para un z " un t determinado:0 como< >, >1
932.:
de comportamiento de la
consolidación
0
= ./
> ,
932C:
0
>2
)onde
#)
$ & ' %( ) es
el coe%iciente de consolidación vertical
= = recta
es el coe%iciente de compresi,ilidad volum'trica " pendiente de la
&
P V O0 como se aprecia en la igura 8
3-a)
+olución
de
la
ecuación
de
comportamiento
de
la
consolidación
unidimensional $omo toda ecuación di%erencial para o,tener una solución se de,en considerar condiciones de ,orde0 por e1emplo0 las planteadas en la igura +
las
de ,orde N $urva isócrona para ' 0=' Figura , $ondiciones $ondición inicial = 0 77 = 75 = 6 para 8 de '%rontera = = 08 en $ondición = 0 en = 0, 7 $ondición %inal ' = 9 7 = 0 para0 8 4a solución de la ecuación está dada+ por<
7 7
:;
= <
2
=
?@ A= B1
:5
CD ?EF(−=!
9326:
G )
− )onde 9con m E 0 200 :< = =
? 2
(2 + 1) 932(:
E la longitud má-ima de recorrido del agua T E Tv E un %actor adimensional denominado %actor de tiempo vertical e igual a<
G =
# ' !
9328:
Además se de%ine el grado de consolidación de un elemento de suelo como<
*5 − H 3 =
* *5 −
932+:
*I Si se considera la e-istencia de una relación lineal * − ;) 9;er igura 8:0 es posi,le e-presar H 3 en t'rminos de presiones e%ectivas0 **5 − * ;3 − ;35 H = 3 =
..) Geología y Geotecnia -
Consolidación
=
933#:
OXg V Wg
V OX=
CC) Geología y Geotecnia -
Consolidación
Por lo tanto el grado de consolidación o porcenta1e de consolidación del suelo para una pro%undidad z " para un tiempo t se de%ine como la relación entre la consolidación ue "a ha ocurrido en ese lugar " la consolidación total ue ha de producirse ,a1o el incremento de carga impuesto Se arri,a a ue la presión total : es constante e igual a<
: −
= ; + 7 := ; 2 + 7 + 7 ;: = 6 + 89 :( :− ) = : ; = 6 + 8 :( − ) =:= ; + 2 7 + = 7
; = 8
Sin carga Parat E # Para t E t
:
Para t E
:
: E S J 8
2
<9 V : E O:g J (2
L se o,serva ue varían las presiones neutras " e%ectivas correspondientes Tam,i'n puede escri,irse al grado de consolidación0 como el grado de disipación de la presión neutra H 3 =
75 −
7*
= 1−3 4
7
933:
7 5
70*
=eemplazando la ecuación 9326: en la ecuación 933: :;
75 − H 7 75 X
=
=1−
B1 − ?@ A= = (−= ? EF
<
CD
G
9332:
X :
:5
$on la e-presión de v 9!cuación 332: o,tenida es posi,le gra%icar las curvas ue representan el grado de consolidación v en %unción de la pro%undidad e-presada adimensionalmente 9z7: " en %unción del %actor de tiempo Tv ue tam,i'n es adimensional 9igura #: Analizando estas curvas0 donde cada una de ellas representa el grado de consolidación para un instante determinado a di%erentes pro%undidades del estrato " por lo tanto se denominan isócronas0 vemos ue para los instantes iniciales0 solamente en los planos coincidentes con las %ronteras de drena1e se ha completado la consolidación0 " en auellos planos más ale1ados de las %ronteras0 el grado de consolidación va disminu"endo hasta ser mínimo en el plano medio en el caso de ue el drena1e sea en dos sentidos o en el plano coincidente con la %rontera impermea,le para el caso de ue el drena1e sea en un *nico sentido $uando el tiempo tiende a in%inito 9Tv E G:0 en la totalidad del estrato el grado de consolidación es del ##Y Para o,tener el grado promedio de consolidación del estrato se de,e integrar<
1
JJJJ = 1 = 1 − H K 7JJ J −
1
7 7
9333:
5
5 5
=eemplazando la ecuación 9326: en la ecuación 9333:
L 1 :; 2 JJJ J = 1 − H K 3 CD ?EF(−=
K
:;
2 !
<
=
?@ A= B1 −
G ) = 1 − <
=!
G )
933.:
?EF(−=
5
:5 " considera el asentamiento en la super%icie del estrato de todo:5el estrato
G 0
Figura 1
=
G
=9
Zrado de consolidación v en %unción del %actor de pro%undidad z7 " del %actor de tiempo Tv Tomado de &ecánica de Suelos Peter 4 /err" N)avid =eid
4as e-presiones o,tenidas corresponden a la solución particular de las condiciones de ,orde propuestas Para otras condiciones de ,orde0 es decir di%erentes condiciones de drena1e se resuelve la ecuación de comportamiento en %orma análoga a la "a vista $on las distintas soluciones0 pueden gra%icarse las curas teóricas de consolidación M/ − N/ 0 como se muestra en la igura !n
dicha grá%ica la curva $ corresponde al caso de am,as %ronteras drenantes0 en cam,io los casos $2 " $3 corresponde al caso de una %rontera drenante " la otra impermea,le
Figura 11
$urva teórica de consolidación para distintas condiciones de drena1e Tomado de
&ecánica de suelos en la ingeniería práctica [arl Terzaghi " =alph / PecH
Figura 12
$ondiciones de drena1e " de carga para las curvas $0 $2 " $3 respectivamente
Tomado de &ecánica de suelos en la ingeniería práctica [arl Terzaghi " =alph / PecH
&) Ensayo de
consolidación
!n una situación real0 donde es preciso resolver un pro,lema de consolidación de suelos0 es necesario determinar no solo el tiempo en el cual se produce la consolidación sino tam,i'n la magnitud del asentamiento ue tendrá lugar de,ido a la de%ormación del suelo Para esto se realiza la prue,a de consolidación0 o tam,i'n llamada prue,a de compresión con%inada0 la cual consiste en someter a un es%uerzo de compresión a-ial a una muestra inalterada del suelo en estudio 4a muestra de,erá ser inalterada0 porue como "a se mencionó0 la consolidación depende de la estructura del suelo
4a muestra a utilizar en el ensa"o es cilíndrica con una altura peue>a en comparación al diámetro de la misma !sta muestra se coloca dentro de un anillo metálico 9igura 3: ue impide la de%ormación transversal de la misma0 por lo tanto el cam,io de volumen viene dado *nicamente por la disminución de la altura de la muestra )icho anillo0 a su vez es colocado entre dos piedras porosas ue permiten el drena1e por am,as caras !l anillo con la muestra " las piedras porosas0 es colocado en un recipiente con agua0 para asegurar ue la muestra est' saturada durante la totalidad del ensa"o !n contacto con el dispositivo descripto0 llamado consolidómetro0 se coloca un %le-ímetro o 4;)T 9Transductor di%erencial de variación lineal: ue mide la de%ormación en sentido vertical !l con1unto se u,ica en un marco de carga 9igura 3: 4a aplicación de la carga se realiza a trav's de un ,razo de palanca Se somete a la pro,eta a distintos escalones de carga0 manteniendo cada uno de ellos el tiempo necesario hasta ue la velocidad de de%ormación se reduzca a un valor desprecia,le
Figura 13 $onsolidómetro
del la,oratorio del I&A! N Anillo metálico desarmado
Para cada escalón de carga0 se realizan mediciones de la de%ormación para diversos tiempos0 " luego se traza con los datos o,tenidos la grá%ica de%ormación versus el logaritmo del tiempo o la grá%ica de%ormación versus raíz del tiempo )ichas grá%icas son las llamadas curas de
c on so lid ac i ón
Al %inalizar el ensa"o se tienen tantas curvas de consolidación como escalones de
carga aplicados Antes de aplicar un nuevo escalón de carga0 se registra el valor %inal de la de%ormación $on este dato0 con la altura inicial0 " con el peso seco de la muestra puede determinarse el valor de la relación de vacíos correspondiente al escalón de carga en cuestión !ste proceso se repite para cada incremento de carga Al %inal del ensa"o se tiene0 para cada uno de ellos0 un valor de relación de vacíos "0 con estos datos0 se puede trazar una grá%ica en la cual en las a,scisas se colocan los valores de presiones 9carga so,re el área de la muestra: correspondientes a cada escalón de carga en escala logarítmica0 " en las ordenadas las relaciones de vacío correspondientes !sta curva es llamada la cura de compresiilidad $on las curvas de consolidación " de compresi,ilidad se determinan los parámetros necesarios para realizar los cálculos de tiempos de consolidación 9#) ) " asentamientos 9#O ; # )
!stos cálculos se desarrollarán en los puntos siguientes Para una descripción detallada del procedimiento del ensa"o " de los mecanismos e instrumentos utilizados se puede recurrir al li,ro ?uárez /adillo " =ico =odríguez0 Tomo I0 $ap @0 Ane-o @ N a
') $iempo de
consolidación
$on los datos o,tenidos mediante el ensa"o de consolidación " en ,ase a la teoría desarrollada anteriormente0 es posi,le determinar para un estrato de suelo especí%ico el coe%iciente de consolidación<
G)
K
: E n o
Siendo
$v< coe%iciente de consolidación ' @
P
< tiempo para el cual ocurre el porcenta1e de consolidación determinado en
el ensa"o
Tv< %actor de tiempo para el vY de consolidación o,tenido de la curva teórica0 correspondiente a las condiciones de drena1e del pro,lema 9igura : la,< má-ima distancia ue recorre el agua en el ensa"o " a partir de este coe%iciente el tiempo necesario para ue se complete total o parcialmente el proceso de consolidación !-isten dos m'todos para calcular dicho coe%iciente0 am,os en ,ase al análisis de las curvas teóricas de consolidación " de la comparación de esas curvas con las curvas o,tenidas en los ensa"os &'todo de $asagrande &'todo de Ta"lor Am,os m'todos se desarrollan a continuación '-a) C#lculo del coe/iciente de consolidación
C
Casagrande A partir de las e-presiones 9ecuación 33.: o,tenidas al resolver la ecuación di%erencial0 se determina la grá%ica del grado de consolidación v 9Y: en %unción del %actor de tiempo en escala logarítmica 9igura : !sta curva se denomina la cura teórica de consolidación " además puede demostrarse ue la curva o,tenida en el intervalo comprendido entre el # " el C# Y de la consolidación se apro-ima a una pará,ola '-a-a) 0todo de
!ntonces0 con la realización de los ensa"os podemos determinar la curva de consolidación real0 la cual0 si el suelo %uese ideal " cumpliese con todas las hipótesis planteadas en la teoría0 coincidiría con la curva teórica a e-cepción de un cam,io de escala 9la curva teórica está e-presada en valores adimensionales como son el grado de consolidación v " el %actor de tiempo0 " la curva
Geología y Geotecnia -
Consolidación
2#2#)
real está e-presada en acortamiento vertical 9mm: " tiempo 9min:: =espondiendo a esta relación0 es ue se traza la curva de consolidación con los datos o,tenidos del la,oratorio en %orma descendente0
Geología y Geotecnia -
Consolidación
22)
desde el #Y de la consolidación al ##Y0 volcando los valores del acortamiento de la muestra medidos a trav's del tiempo Para determinar el coe%iciente de consolidación $v0 $asagrande propuso un m'todo grá%ico0 partiendo de los datos o,tenidos del ensa"o de consolidación !n primer lugar de,e trazarse para el escalón de carga ue represente la situación in situ del estado de tensiones impuesto0 la curva )e%ormación vs log t Para determinar el escalón de carga a utilizar de,e calcularse previamente la la carga de tapada a lado lacual seseguridad encuentra estrato compresi,le así ;5del Q ; de so,recarga a aplicarse !l la escalón de carga de,eráelel serescalón tal uede secarga apro-ime a lacomo suma de am,as presiones Para estar sesometido utilizará ue supere a ;tam,i'n 5 J Q; na vez di,u1ada la curva de consolidación en escala semilogaritmica 9igura .:0 el m'todo consiste ,ásicamente en determinar so,re esa curva el tiempo en el cual se desarrolla el C#Y de la consolidación primaria Para esto se sigue el siguiente procedimiento 9a lo %ines didácticos de este apunte se presenta la determinación del C#Y de la consolidación en varios grá%icos iguras C a ( !n la práctica esta tarea se realiza so,re un solo grá%ico:<
Figura 1&
$urva teórica de consolidación
)eterminar la de%ormación teórica correspondiente al #Y de la consolidación 9!ntre Para de,e se elegirse un correspondiente punto en la parte la curva de consolidación = 4'de a,scisa '& " esto encontrar el determina punto dedelainicial curvade para tiempo 5% ). am,os puntos la Adi%erencia ordenadas Qun $omo la'!curva es &
esencialmente para,ólica se demuestra ue para una relación entre a,scisas de . corresponde una relación de ordenadas 2 porAlo !s uepor la esto ordenada origen dichahorizontal pará,ola se u,ica a una Q distancia Q por encima deldepunto ue sealtraza unadelínea a una distancia por encima de%ormación del punto A 4a intersección de dicha recta con el e1e de las ordenadas representa la correspondiente al #Y de la consolidación 9 5%: 9igura C:
Figura 1'
Paso 5 &'todo de $asagrande
2 )eterminar la de%ormación correspondiente al ##Y de la consolidación primaria
9 &55%: Para ello e-tender la recta tangente a la pará,ola en el punto de in%le-ión " la recta en untangente a los *ltimos puntos de la curva de consolidación Am,as rectas se intersecan punto / cu"a ordenada representa la de%ormación correspondiente al ##Y de la consolidación primaria 9 I==Y:9igura 6:
Figura 1(
Paso 25 &'todo de $asagrande
3 )eterminado el el &de determina la9 mitad dicha distancia ue es la :de de%ormación correspondiente al" C#Y Teniendo este valor 55%la se R5 % como ordenada se o,tiene el punto $5%perteneciente a laconsolidación curva0 cu"a a,scisa representa el tiempo en ue
se produce el C#Y de la consolidación primaria 9t= : 9igura (:
Figura 1
. $on
' R5
Paso 35 &'todo de $asagrande
" GR5 9este *ltimo o,tenido de la curva teórica correspondiente a
las
condiciones de drenado utilizadas durante el ensa"o0 igura :0 podemos determinar el coe%iciente de consolidación como<
G R5 !
#) = 4a altura
'R5
9C:
0 es la má-ima distancia ue recorre el agua en el ensa"o !n general0 el
ensa"o
se realiza permitiendo el drena1e por am,as caras de la muestra de manera de acelerar los tiempos de consolidación0 por lo ue la
es la mitad de la altura de la muestra en ese escalón de carga
$aylor Ta"lor propuso un m'todo para o,tener el tiempo de consolidación0 para un porcenta1e de consolidación del +#Y0 a partir de la curva )e%ormación5S'0 9igura 8:0 correspondiente al escalón de carga ue represente la situación in situ )eterminado ese tiempo de consolidación0 puede luego estimarse el coe%iciente de consolidación0 utilizando la ecuación< '-a-) 0todo de
G) !
9C2:
: E
v=
Figura 1* $urva
de%ormación 5 S'
Para o,tener el tiempo correspondiente al +#Y de la consolidación0 a partir de la grá%ica de S )e%ormación vs se procede de la siguiente manera<
)i,u1ar la línea recta ue me1or se a1uste a la curva e-tendi'ndose hasta intersecar am,os e1es0 despreciando los primeros puntos ue corresponden al acomodamiento de la pro,eta " del sistema de aplicación de la carga 4lamamos A al punto de intersección con el e1e de las de%ormaciones0 es decir representa el #Y de la consolidación0 " / al punto de intersección con el e1e de \ 9igura +:
Figura 1,
Paso N &'todo de Ta"lor
2 )enominando - a la distancia so,re el e1e de la raíz del tiempo0 entre el origen " el punto /0 ,uscamos el punto $0 de a,scisa igual a 0C veces @ 9igura 2#:
Figura 2
Paso 2 N &'todo de Ta"lor
3 Trazar la recta A$ !l punto donde A$ interseca a la curva de consolidación0 tiene como a,scisa la raíz del tiempo al cual ocurre el +#Y de la consolidación 9t +#: 9igura 2:
Figura 21
. $on '
Paso 3 N &'todo de Ta"lor
calculado " el %actor tiempo G
o,tenido de las curvas teóricas 9igura
T5 de la muestra en la,oratorio para T5 un grado de consolidación del +#Y0 se :0 seg*n el drena1e o,tiene
el coe%iciente de consolidación : cómo<
#) =
G T5
9C3:
K
'T5
4a altura
0 es la má-ima distancia ue recorre el agua en el ensa"o !n general0
el
ensa"o se realiza permitiendo el drena1e por am,as caras de la muestra de manera de acelerar los tiempos de consolidación0 por lo ue es la mitad de la altura de la muestra en ese escalón de carga
'-) C#lculo de tiempos de
consolidación
Para estimar cuanto tiempo tarda en consolidar un estrato un determinado grado de = #) consolidación se considera ue # ) @ 0 por lo tanto una vez calculado dicho
coe%iciente a partir de las curvas de la,oratorio 9Ta"lor o $asagrande0 am,os m'todos de,en o,tener coe%icientes similares o del mismo orden: podemos determinar los tiempos de consolidación para distintos grados de consolidación del estrato0 mediante la ecuación<
G) '
=
9C.:
! #)
< tiempo para el cual ocurre el porcenta1e de consolidación en el estrato en estudio Tv< %actor de tiempo para el Y de consolidación o,tenido de la curva teórica0 correspondiente a las condiciones de drena1e del pro,lema 9igura : Siendo '
< má-ima distancia ue recorre el agua en el estrato0 el cual dependerá de las condiciones de drena1e in situ : < coe%iciente de consolidación de la,oratorio
Puede presentarse el pro,lema de determinar el porcenta1e de consolidación ue ha tendido lugar para un tiempo t dado !ste pro,lema se resuelve aplicando la e-presión 9C.:0 pero teniendo como incógnita el %actor de tiempo Tv0 una vez determinado0 se ingresa con Tv como dato0 a la curva teórica correspondiente a las condiciones de drenado 9igura :0 " se o,tiene así el porcenta1e de consolidación ue se ha dado en dicho tiempo t
() C#lculo de
asentamientos
$omo "a se ha e-puesto el proceso de consolidación se traduce en una disminución de volumen a medida ue se aplica una carga Teniendo en cuenta las hipótesis realizadas dicha reducción de volumen es de,ido a la e-pulsión del agua ue se encuentra en los poros del suelo "0 por lo tanto0 en una reducción de altura lo ue implica el asentamiento del estrato !l ensa"o de consolidación ,rinda la in%ormación su%iciente para poder calcular la magnitud de dicho asentamiento mediante la curva de compresi,ilidad ue se puede di,u1ar mediante di%erentes relaciones 9e vs log Q e vs Q vs log Q: aunue en general se e-presa como relación de vacíos en escala natural versus carga 9presión e%ectiva: en escala logarítmica 9igura 22:
Figura 22 $urva
de compresi,ilidad
Si se analiza la curva de compresi,ilidad resultante de un ensa"o 9igura 23:0 en 'sta pueden di%erenciarse tres partes ,ien de%inidas n primer tramo curvo con curvatura creciente0 tramo A0 un segundo tramo recto 9cuando se tra,a1a en un grá%ico con escala semilogarítmica:0 tramo / " un *ltimo tramo en el cual se disminu"e la carga " la muestra recupera parte de la de%ormación0 tramo $
!l primer tramo llamado de recompresión0 es auel en el cual las presiones aplicadas al esp'cimen son menores o iguales a las presiones a las cuales el suelo en cuestión "a ha sido sometido en el pasado !n el tramo recto o tramo virgen0 el suelo e-perimenta presiones a las cuales nunca ha sido sometido " el *ltimo tramo es llamado tramo de descarga0 donde se disminu"e paulatinamente la carga hasta hacerla nula
!l cálculo del asentamiento varía si la carga de tapada 9U5 :0 carga ,a1o la cual se encuentra
el suelo previo a la aplicación de la so,recarga 9 QU!:0 es menor o igual a la ma"or presión a la cual ha sido sometido el suelo a lo largo de su historia geológica Se hace auí necesario de%inir los siguientes conceptos< $arga de preconsolidación< má-ima carga o presión e%ectiva a la cual ha sido sometido un suelo durante su historia geológica Suelo normalmente consolidado< es auel cu"a carga o presión e%ectiva actual es igual a la carga de preconsolidación Suelo preconsolidado< es auel cu"a carga o presión e%ectiva actual es menor ue la carga de preconsolidación Para comprender me1or el concepto de carga de preconsolidación0 se realiza el siguiente ensa"o Se somete un esp'cimen a un ciclo de carga " descarga 9curvas A0 / " $ de la 9igura 23: 4uego se realiza un nuevo ciclo de carga " descarga 9curvas AQ0 /Q " $Q: pero con presiones ma"ores ue la má-ima alcanzada en el primer ciclo
Figura 23
=elación de vacíos vs log Presión tomado de ?uárez /adillo " =ico =odríguez5 Tomo I
Analizando estas curvas0 se ve ue los tramos vírgenes de am,os ciclos 9/ " /Q: poseen la misma pendiente " uno se u,ica como prolongación del otro Además vemos ue el tramo de recompresión del segundo ciclo 9AQ: termina en coincidencia a la ma"or carga aplicada en el primer ciclo de carga " descarga Se puede concluir entonces ue el límite entre el tramo de recompresión " el tramo virgen es la carga de preconsolidación 4a determinación de la carga de preconsolidación en ,ase a la historia geológica del suelo no es posi,le0 por lo ue $asagrande desarrollo un m'todo grá%ico para determinar dicha carga en ,ase a los datos o,tenidos en el ensa"o de consolidación )icho m'todo se desarrolla a continuación
(-a) eterminación de la carga de preconsolidación segn
Casagrande
&ediante inspección visual determinar el punto A ue corresponde al punto de ma"or curvatura Para ello es ,ueno recordar ue la curvatura es inversamente proporcional al radio de curvatura0 o sea ue es euivalente a ,uscar el punto de mínimo radio de curvatura de la curva 9igura 2.:
Figura 2&
Paso N )eterminación carga de preconsolidación
2 )esde el punto A trazar una recta horizontal h " otra recta tangente a la curva en dicho punto llamada t 9igura 2C:
Figura 2'
Paso 2 N )eterminación carga de preconsolidación
3 Trazar la ,isectriz del ángulo %ormado por las rectas h " t ue pasa por el punto A0 semirrecta , 9igura 26:
Figura 2(
Paso 3 N )eterminación carga de preconsolidación
. Por *ltimo determinar el punto /0 como la intersección entre la recta , " la prolongación del tramo recto de la curva del ensa"o 4a a,scisa del punto / corresponde al valor de la carga o presión e%ectiva de preconsolidación Om 9igura 2(:
Figura 2
Paso . N )eterminación carga de preconsolidación
3#3#) Geología y Geotecnia -
Consolidación
4a determinación de la carga de preconsolidación es %undamental para entender el comportamiento del suelo ante la aplicación de una so,recarga (-)
eterminación
del
índice
de
compresiilidad4
de
descarga
y
de
recompresión Para calcular el asentamiento de un estrato de suelo saturado provocado por la consolidación primaria0 recurriremos a la curva de compresi,ilidad o,tenida en el ensa"o de consolidación Si ,ien el ensa"o se realiza con muestras inalteradas0 es inevita,le ue a las muestras se les produzca una descompresión " peue>as alteraciones en el momento de la e-tracción " traslado Todas estas alteraciones se traducen en una variación de la relación de vacíos " por ende una distorsión de la curva respecto de la curva in situ0 correspondiente a una muestra totalmente inalterada
!s por esto ue para o,tener el parámetro necesario para el cálculo de asentamientos0 el índice de compresi,ilidad $c para el caso de un suelo normalmente consolidado "7o el índice de recompresión $r0 para el caso de un suelo preconsolidado0 de,erá corregirse la curva de compresi,ilidad o,tenida del ensa"o de la,oratorio Para realizar la corrección de la curva de compresi,ilidad0 en primer lugar se de,e o,tener la ; carga de preconsolidación mediante el e-puesto en el punto 65a " compararla con la ;5 para actual tapada determinar si m'todo elelsuelo es normalmente consolidado o preconsolidado !n %unción dedeesto variarán lasOe-presiones para cálculo de asentamientos (--a) Caso de suelos normalmente consolidados. C#lculo del índice de compresiilidad .E 4a variación de la relación de vacíos e vs el NPI ; para los suelos normalmente
consolidados
es lineal con una pendiente ue correspondiente al índice de compresi,ilidad (#O ) " se la denomina ]recta virgen^ o ]recta H^ Por lo tanto para poder calcular el asentamiento de este tipo de suelos es necesario hallar la ]recta H^ a partir de la curva de compresi,ilidad del ensa"o Para ello se siguen los siguientes pasos< So,re el grá%ico * − NPI ; se o,tiene el punto V& (;O ; *5 )0 para ello trazar una horizontal en la ordenada correspondiente a la relación de vacíos inicial ?5 0 calculada en ,ase a los datos iniciales de la pro,eta )icha horizontal se e-tiende hasta intersecar a la vertical ue corresponde a la carga de preconsolidación U W 9igura 28:0 ue representa las condiciones in
situ del suelo " pertenece a la curva virgen ]H^ del mismo
Figura 2*
Paso N )eterminación índice de compresi,ilidad en suelos normalmente consolidados
2 Prolongar la línea correspondiente al tramo recto del ensa"o hasta intersecar a la horizontal correspondiente a la ordenada de valor #0. *5 0 en un punto V! ue tam,i'n pertenece a la
recta H "a ue todos los tramos vírgenes tienden a converger en dicho punto 9igura 23: nir los puntos V& " V! 0 o,teniendo así la recta H o recta virgen ue representa el
comportamiento in situ de un suelo normalmente consolidado 9igura 2+:
Figura 2,
Paso 2 N )eterminación índice de compresi,ilidad en suelos normalmente consolidados
4a pendiente de esta recta0 es el _ndice de $ompresi,ilidad ,uscado0 $c0 mediante el cual se calcula el asentamiento a tiempo in%inito S
Q
#O = 96:
Q Y X
65,5,: $aso de suelos preconsolidados $álculo del _ndice de recompresión /`
Xuevamente0 procedemos a corregir la curva de compresi,ilidad0 pero en este caso en la zona A o AO de recompresión de la igura 23 Para ello se procede a recti%icar la curva " calcular el índice de recompresión <
So,re el grá%ico * − NPI ; se determina el punto V& (;Z5 ; *5) correspondiente a las condiciones in situ del suelo Se traza una horizontal en la ordenada correspondiente a la relación de vacíos inicial ?5 0 calculada en ,ase a los datos iniciales de la pro,eta )icha horizontal se e-tiende hasta intersecar a la vertical ue corresponde a la carga de tapada actual O=9igura 3#:
Figura 3
Paso N )eterminación índice de compresi,ilidad en suelos preconsolidados
la 2 pendiente Trazar una descarga0 cu"a pendiente #Prolongar se paralela considera aende de la vertical tangente a curva la curva de recompresión # anterior . Trazar una laigual recta hasta Vde descarga ue pase por aellacorrespondiente punto el paso dichaa recta intersecar a tangente la a laencarga de preconsolidación 9igura 3:0 & o,tenido
K 9bm Wm : 0 de esta %orma se o,tiene la recta de recompresión
Figura 31
Paso 2 N )eterminación índice de compresi,ilidad en suelos preconsolidados
3 Por *ltimo0 determinar la pendiente de la recta de recompresión # siguiendo el mismo razonamiento ue se hizo para el caso del suelo normalmente consolidado0 " se calcula como< Q
# = 962:
X
(-c) C#lculo del
Q Y
asentamiento
Antes de proceder al cálculo0 de,emos relacionar los resultados del ensa"o de la,oratorio con la situación del suelo ]in situ^ Para ello recordemos la modelización del suelo0 en este caso compuesto por dos %ases 9igura 32:0 " u' sucede cuando se aplica una carga0 se disminu"e la altura del mismo porue disminu"e la altura de vacíos 9" se e-pulsa agua al e-terior: " por lo tanto se reduce la relación de vacíos ]e^ Se adopta un volumen de sólidos unitario
E por lo ue
)
WE
E :
∴
DW E D :
963: 96.:
Figura 32
&odelización del suelo
Por proporcionalidad se llega a ue
Q* = 1 + *5
Q
96C:
Q* Q = 1+ *5 966:
!ntonces0 para calcular el asentamiento total de un estrato de suelo normalmente consolidado0 a tiempo in%inito S0 se determina de la curva de compresi,ilidad el valor de $c como la pendiente de la recta H $a,e aclarar ue H es recta en escala semilogaritmica por lo tanto la pendiente de,e ser determinada en dicha escala
Q* C E
96(:
NPI( MO DM O)
[
L despe1ando de la ecuación 96: el valor de e0 " llamando al asentamiento
E D
968:
nos ueda
/W
6= 1 + ?5
U!5 + QU U5
NPI 3
Geología y Geotecnia -
3C3C)
Consolidación
4 96+:
Siendo<
S< asentamiento total del estrato a tiempo in%inito
3636) Geología y Geotecnia -
Consolidación
< altura o espesor total del estrato ue consolida * < relación de vacíos inicial =
$c< índice de compresi,ilidad e%ectiva de tapada ;5< presión con la carga de preconsolidación ;O : actual 9para suelos normalmente consolidado coincide DO< so,recarga ue ocasiona el proceso de consolidación
!n los suelos preconsolidados podemos di%erenciar dos casos para la determinación del asentamiento total S a tiempo in%inito0 el primero cuando la presión e%ectiva de tapada más la so,recarga es menor ue la carga de preconsolidación0 ;5 J QU! ;O !n este caso una vez
determinado el índice de recompresión $r0 como la pendiente de la recta de recompresión0 el asentamiento se calcula como<
6=
U!5 + QU /\ NPI 4 1 + ?5 U 5 3
96#:
Siendo<
S< asentamiento total del estrato a tiempo in%inito < altura o espesor total del estrato * < relación de vacíos inicial =
$r< índice de recompresión ; < presión e%ectiva de tapada actual =
DO< so,recarga ue ocasiona el proceso de consolidación
!l segundo caso es auel donde la suma de la presión e%ectiva de tapada más la so,recarga supera a la carga de preconsolidación0 es decir ;5 J QUf;O 0 para calcular el asentamiento0 son
necesarios am,os índices0 de recompresión " de compresi,ilidad0 determinados como las pendientes de las rectas de recompresión " virgen respectivamente 9!cuaciones 62 " 6: 9igura 33:
Figura 33 =ectas
virgen " de recompresión N Suelo Preconsolidado
L teniendo en cuenta ue QU] = QUZ& + QUZ! donde QUZ& = (U] W − U] 5 ) Ahora con dichos coe%icientes el asentamiento se calcula con la ecuación como<
/\
6=
1+ ?5
/W
U!5 +
QU NPI ^ & _ +5 U!
NPI
U!O +
QU!! 1 ?+ W
4
96:
O
Siendo<
S< asentamiento total del estrato a tiempo in%inito < altura o espesor total del estrato W= < relación de vacíos inicial Wm < relación de vacíos correspondiente al punto de preconsolidación
$c< índice de compresi,ilidad $r< índice de recompresión
O=< presión e%ectiva de tapada actual 3(3() Geología y Geotecnia -
Consolidación
Om < carga de preconsolidació
3838) Geología y Geotecnia -
Consolidación
n DO< so,recarga ue ocasiona el proceso de consolidación DOI E O= V Om DOK E D V DbI
)e,ido al tiempo ue involucra el ensa"o de consolidación 9en general 2. hs por cada escalón de carga:0 es desea,le poder contar con relaciones ue involucran otras propiedades de los suelos ue son %ácilmente determinadas por e1emplo el 440 humedad natural0 relación de vacíos0 con el índice de compresi,ilidad !n el li,ro de /oles se presentan algunas de esas relaciones ue
permiten estimar m para un precálculo del asentamiento
) Control de la
consolidación
!n la práctica e-isten casos en los cuales el tiempo para ue se produzca la consolidación es inacepta,le en relación al tiempo esta,lecido para la construcción de una o,ra " su puesta en servicio !n estos casos se utilizan ciertas medidas constructivas ue aceleran el proceso de consolidación
na opción posi,le es la utilización de pozos drenantes0 o tam,i'n llamado drenes de arena o de %a1as !stos consisten en realizar per%oraciones a trav's de los estratos en los cuales se espera una consolidación signi%icativa0 " se rellena dichas per%oraciones con un material de permea,ilidad ma"or a la del suelo en cuestión0 puede ser arena0 o con tu,os plásticos o cintas de geosint'ticos0 de manera ue la consolidación de1a de ser *nicamente en sentido vertical " pasa a ser tam,i'n en sentido radial Tiene como principal venta1a la reducción de la má-ima distancia recorrida por el agua0 ue pasa de ser %unción del espesor del estrato0 a ser %unción de la distancia entre dos pozos drenantes continuos 9la mitad de la distancia entre pozos: Utra venta1a de este m'todo es ue por lo general la permea,ilidad horizontal es ma"or ue la vertical0 aumentando a*n más la velocidad de la consolidación " por ende reduciendo su tiempo
Figura 3&
!1emplo aplicación de pozos drenantes con cintas de geosint'ticos
!-isten situaciones en las cuales el valor del asentamiento total0 es de una magnitud tal ue no puede ser admitido por la estructura "7o la %unción de la o,ra !s por esto ue se toman medidas para ue la ma"or parte de la consolidación tenga lugar en un período previo a la construcción !l m'todo utilizado para esto es llamado0 precarga o precompresión 9igura 3C:0 ue consiste en aplicar una carga ma"or a la ue transmitirá la o,ra mediante un relleno adicional " temporario0 el cual puede ser suelo o agua0 ue produzca la consolidación del terreno na vez ue se ha"an dado los asentamientos previstos0 dicha carga se retira " se realiza la o,ra deseada 4a desventa1a de este m'todo es ue el tiempo ue toma el proceso de consolidación puede ser prolongado " reuiere ue
la carga sea aplicada por un tiempo considera,le Tam,i'n se podría ,a1ar el nivel de la napa para incrementar la presión e%ectiva como m'todo de precarga
Figura 3'
Principio de precompresión tomado de /ra1a & )as undamentos de Ingenieria Zeotecnica
Por *ltimo si %uera necesario impedir totalmente el proceso de consolidación para evitar los asentamientos ue el proceso conlleva0 " el tipo de o,ra " la zona lo permitieran0 se podría e-traer una masa de suelo de peso euivalente al peso total ue trasmitiría la o,ra a realizar )e esta manera no se le aplicaría una so,recarga al suelo " por lo tanto no se producirían de%ormaciones !stas estructuras se conocen como ]%undaciones %lotantes^ Tam,i'n es conveniente usar más de una de estas alternativas en %orma simultáneamente
.#.#) Geología y Geotecnia -
Consolidación
