Calculo de asentamiento

1. BREVE REPASO DE CONCEPTOS IMPORTANTES EN LA GEOTECNIAY
CALCULO DE ASENTAMIENTOS EN LOS SUELOS
Erick Burgos Mayorga
FACULTAD EN INGENIERÍA EN CIENCIAS DE LATIERRA
F.I.C.T.
INGENIERÍA CIVIL

2.  En Geotecnia es la rama de la Ingeniería Civil
que se encarga del estudio de las propiedades
mecánicas, hidráulica e ingenieriles de los
materiales provenientes de la tierra.
 La Geotecnia investiga al suelo y la Roca, para
determinar:
 Propiedades.
 Diseñar las cimentaciones para las estructuras,
tales como: edificios, puentes, centrales
hidroeléctricas, etc.
MECÁNICA DE
SUELOS

3.  La Mecánica de Suelos es la ciencia que estudia
el comportamiento de los suelos en función de
otros factores como Carga y Tiempo, y estos
datos suministra al constructor los medios para
evaluar su comportamiento para con ello
asegurar la Estabilidad de la Estructura.
 Cimentaciones Superficiales y Profundas.
 Permeabilidad de los Suelos
 Estabilidad deTaludes.
 La compactación, que permita la máxima resistencia
de suelo ante cargas externas.

4.  Para nuestro estudio Suelo es todo tipo de
material terroso, producto de la
desintegración de la Roca (Desintegración
Mecánica y Descomposición Química).
 Suelos Residuales.
 Suelos Coluviales.
 Suelos Aluviales.
 Suelos Lacustres.

5. Si se toma un puñado de arena a simple vista nos podemos dar
cuenta que se compone de granos independientes. En
consecuencia se pude decir lo mismo de los suelos aunque las
partículas de suelo son muy pequeñas y se necesitaría de
técnicas microscópicas para distinguir estas partículas.
1. Las partículas discretas que constituyen un suelo no están
unidas tan fuertemente como los cristales de un metal, por
tanto pueden moverse con relativa libertad.
2. Las partículas de suelo son solidas y no se pueden mover
con la misma facilidad que los elementos de un fluido.
“El suelo es intrínsecamente un sistema de partículas”, esto
hace que se lo distinga de la mecánica de solidos y de fluidos.

6. • Se observa un recipiente con
material de suelo seco; sobre este se
le aplica un carga mediante un pistón
(carga uniforme).
• Esta Carga se transmitiría en cierta
porción casi igual a todas las
partículas de suelo.
• Estas desarrollan entre sí , fuerzas
normales y tangenciales en todas las
direcciones posibles (en la superficie
de contacto).
• Por acción de estas fuerzas de
contacto las partículas de suelo
sufren deformación (fracturas y/o
aplastamiento). La deformaciones
que se generan es del tipo Elasto-
Plástico.

7. 1. Produce un aumento del área de
contacto entre partículas
(aplastamiento).
2. Si existen partículas laminares, estas se
flexionaran. Permitiendo así movimientos
relativos entre partículas adyacentes.
3. Una vez que las fuerza tangencial o de
corte en un punto de contacto supere la
resistencia tangencial en dicho punto, se
producirá un movimiento relativo entre
partículas.
En parte la deformación general tendrá parte
de las deformaciones individuales de las
partículas, pero las investigaciones y la
experiencia han demostrado que estas
deformaciones se le atribuye mas
importancia al deslizamiento entre partículas
y al reconocimiento de estas.

8. En conclusión:
Debido a que el deslizamiento de las
partículas de suelo es no-lineal e irreversible,
lo mismo se puede esperar que en el
comportamiento esfuerzo-deformación del
suelo también sea no-lineal e irreversible.
(Lambe,2004).

9.  Los espacios vacíos que quedan entre las
partículas de suelo se denomina:
• Vacíos, huecos, poros o intersticios.
 El fluido intersticial tiene influencia sobre la
magnitud de resistencia al deslizamiento
entre dos partículas.
 El fluido (agua) es capaz de penetrar entre las
partículas; aunque estas ya no estén en
contacto en el sentido usual, aun
permanecen muy juntas y pueden producir
fuerzas normales y posiblemente tal vez
tangenciales.
 Estas fuerzas intersticiales aumentan o
disminuyen según las cargas de compresión
lo hagan.

10.  En la Ingeniería Civil, el mayor problema que
podemos tener, es estar ante suelos arcillosos.
Podemos tener posibles problemas como
Expansividad, Suelos compresibles (por lo
general suelos con turba “materia orgánica”),
entre otros.
 Es por eso la importancia de su estudio y
determinación de parámetros correspondientes
para mitigar los posibles problemas que
podríamos tener al estar en presencia de estos
suelos.

11. CE467L
Geotechnical Engineering
Clay Minerals
Jean-Pierre Bardet
University of Southern California

12. HALLOYSITE
Electron photomicrograph
of a Halloysite from
Bedford, Indiana.
Picture width is 2 mm
(Tovey, 1971).

13. Electron
photomicrograp
h of Attapulgite
from Attapulgis,
Georgia. Picture
width is 4.7 mm
(Tovey, 1971).

14. LAMBE, 1951

16.  En los suelos finos la constitución mineralógica reviste mayor
importancia, influye grandemente en su comportamiento
mecánico.
ESTRUCTURA ATÓMICA DE LAS ARCILLAS
Los minerales de arcilla son silicio aluminatos hidratados en forma cristalina
relativamente compleja. Aunque la estructura molecular de los minerales de
arcilla es complicada, las investigaciones han demostrado que ellos están
constituidas por dos tipos de laminas o hojas:
A. Laminina Silícica .- Su unidad básica (SiO2),disponiéndose en conjunto en
forma de Tetraedro, se agrupan en forma de unidades hexagonales con un
átomo de Oxigeno de enlace entre cada tetraedro lo cual origina la formación
de una lamina de silica.

17. B. Lamina Aluminica .- La unidad básica de la Aluminica (AlOH)3 se dispone en
forma de Octaedro con un átomo de oxigeno como enlace entre Octaedros donde
forma a la lamina de Aluminica.
Clay minerals are made of two distinct structural units.
oxygen
silicon
0.26 nm
SILICONTETRAHEDRON
0.29 nm
aluminium or
magnesium
hydroxyl or
oxygen
ALUMINIUM OCTAHEDRON

18.  Las Caolinitas formadas por una lamina silícica y otra
alumínica que se superponen indefinidamente y cuya
unión es muy firme que no permite la adsorción de
moleculas de agua. Por ello estas arcillas permanecen
estables en presencia del agua.
 Las Ilitas de constitución análoga a las
montmorilonitas pero con tendencia a formar grumos
que reducen el área expuesta al agua y por ello su
expasividad es menor, se comportan mecánicamente
mas favorables.
 Las Montmorilonitas formadas por una lámina
alumínica entre dos silícicas que se superponen
indefinidamente.

19. Si
Al
Si
Si
Al
Si
Si
Al
Si
easily separated
by water
joined by weak
van der Waal’s bond
0.96 nm

20.  Tiene una débil unión entre laminas o capas.
La composición química es: (OH)4 AL4 Si8 O20 nH2O
La montmorilonita tiene forma irregular plana o fibrosa. Debido a
su débil unión o ligadura entre sus laminas y la carga negativa
producto de sustitución isomorfica, la arcilla fácilmente absorbe
agua entre las capas o laminas. Debido a esta propiedad, la arcilla
mineral tiene una gran tendencia a producir grandes cambios de
volumen, expansión. Las montmorilonitas son formadas
comúnmente por rocas ferromagmesianas, en áreas donde
existen altas temperaturas y donde el agua de lluvia es
abundante; también de la descomposición de las cenizas
volcánicas como la Bentonita.

21.  Limites deAtterberg. ASSHTOT-89 y ASSHTOT-90
Si la cantidad de agua que tiene un suelo cohesivo va disminuyendo, éste
va pasando por diferentes estados definidos por Atterberg.
• Estado Líquido.
• Estado Plástico.
• Estado Semisólido.
• Estado Sólido.
En las fronteras de estos estados podemos encontrar los siguientes
parámetros:
• Limite Liquido (LL ó WL).
• Limite Plástico (LP ó WP)
• Limite de Contracción (LC).
De estos datos nosotros podemos sacar uno muy importante que es el
Índice de Plasticidad (IP), que se define como IP = WL - WP

24. Consiste en Separar y Clasificar por tamaños los granos
con el fin de:
1. Clasificar Suelos Gruesos.
2. Observar si se cumple con las especificaciones para:
hormigones, carreteras, aeropuerto, filtros, etc.
Ensayos se realizan por dos vías:
1. Vía Húmeda Para granos finos (Hidrómetro).
2. Vía Seca Para granos gruesos (Tamices).
Comentario: Para el proyecto, se procedió a realizar el
ensayo por Vía Seca. (Presencia de Suelo Grueso
producto de la Trituración Mecánica).

27. ¿Pero qué nos permite obtener esta tabla de calculo?
Con esta tabla obtenemos una grafica que es muy conocida,
grafica de la distribución granulométrica. Con esta grafica,
nos lleva a otros datos muy importantes.

28. Cantidad de finos:
1. Si el pasante de la malla No. 200 es < 5% el material se encentra libre de
finos.
2. Si el pasante de la malla No. 200 es > 12% el materias tiene finos y por tanto
es necesario realizar los limites de Atterberg.
Coeficientes de Uniformidad y Curvatura:
𝐶𝐶 =
(𝐷30)2
𝐷60 ∙ 𝐷10
𝐶𝑢 =
𝐷60
𝐷10
Para que se consideren bien graduados:
GW Cu > 4 1 < Cc < 3
SW Cu > 6 1 < Cc < 3
Los suelos con Cu < 3 se consideran mal
graduados

31. Basandose en sus trabajos sobre la mecánica de fluidos, el ingeniero
francés Henry Darcy (1803-1858) descubrió que existe una relación entre la
cantidad de agua que fluye a través de una superficie, el área de esta
superficie y el gradiente hidráulico.

32. Como resumen de sus trabajos se puede expresar la "ley de Darcy" en la forma:
𝑄 =
𝑑𝑉
𝑑𝑡
= 𝑘∗
𝐴∗
𝑖
Con
𝑖 =
∆ℎ
𝐿
O también
𝑘 =
𝑄
𝑖 ∗ 𝐴
𝑚
𝑠
Por definición la determinación de “k” sólo es posible para un régimen de flujo
laminar pero no para un régimen de flujo turbulento.

33. Los principales factores que influyen en la permeabilidad de los suelos pueden
ser los siguientes:
• Porosidad.
• Relacion de vacios del suelo.
• La temperatura del fluido y del suelo.
• La viscocidad del fluido en movimiento.

34. Permeámetro de carga constante: 𝑘20𝑜 =
𝑄𝐿
𝐴ℎ𝑡
𝐶𝑣
Permeámetro de carga variable: 𝑘20𝑜 =
𝐿𝑎
𝐴𝑡
ln
ℎ1
ℎ2
𝐶𝑣
En el Sitio
Cv = coeficiente de viscosidad del agua, en función de la temperatura.
A partir de la curva granulométrica.
A partir de prueba de consolidación.
Directos
METODOS DE DETERMINACION DE K
Indirectos

35.  Ofrece el método mas simple para determinar el coeficiente
de permeabilidad de los suelos.
𝑉 = 𝑘𝐴𝑖𝑡
V es la mencionada cantidad de agua.

36.  Este tipo de
permeámetro se
mide la cantidad
de agua que
atraviesa una
muestra de suelo,
por diferencia de
niveles en un tubo
alimentador.

37. Los sismos son la principal causa de un fenómeno de licuefacción, éstos, hacen
que se bombee agua en los espacios intersticiales y aumente la presión de poros,
haciendo que disminuya los esfuerzos efectivos ocasionando así que el esfuerzo
cortante en los suelos se reduzca prácticamente a cero. 𝜏 = 𝜎 ∙ tan ∅.

38. Antes de que el un flujo de agua atraviese por el cubo de arena, esta de una
manera compacta debido a la ayuda de los finos que están en sus espacios
intersticiales, como sabemos en arenas existe un gran porcentaje de porosidad,
el agua puede pasar con facilidad haciendo que los finos se laven y salgan a la
superficie provocando que los granos se reacomoden y su volumen disminuya.

39. Los asentamientos no son los únicos problemas que se presentan en las
construcciones. También hay los levantamientos de estructuras debidos a la
expansión del terreno. Esto se produce por:
• Disminución de Presiones.
• Aumento de humedad del suelo.
Esta expansión se presenta en ocasiones en grado muy elevado. Es frecuente en
zonas áridas normalmente secas, hinchándose al existir nuevamente humedad. Esta
puede provenir de las lluvias o por capilaridad.
Cuanto mas ligera sea la estructura mas hinchara el suelo si es expansivo. Si se
sospecha debe tomarse precauciones sobre todo en:
• Pequeñas edificaciones (carga ligera).
• Vertedores de presas.
• Pavimente general.
• Recubrimiento de concreto para canales, etc.

40. En el mundo, un sinfín de infraestructuras han
sufrido diversos daños ocasionados por estos
suelos.

41. Las arcillas expansivas producen empujes verticales y horizontales afectando las
cimentaciones, empujando muros y destruyendo pisos y tuberías enterradas, con
esfuerzos que superan los 20 kg/cm², ocasionalmente.
En las vías se presentan
ascensos y descensos que
afectan su funcionamiento.
También, estos suelos
expansivos se retraen y los
taludes fallan.

42. En nuestro país, la
Región Costa es en
donde encontramos
la mayoría de
problemas con suelos
expansivos.
Manabí
Sitio con gran
problemas de
arcilla.
MANABÍ UNOS DE LOS LUGARES EN DONDE
MOYOR PROBLEMATENEMOS EN LA INGENIERIA
CIVIL

43. Los suelos expansivos se pueden identificar visualmente por varias
características. De su existencia, son solo probables en Zonas Arcillosas.
 Tienen Alta Plasticidad.
 Se fundan en zonas costeras, como en la zona oeste de nuestro país.
 Si observamos en el terreno, encontraremos Grietas en épocas de sequias
(Verano).
 Suelos Oscuros y Pegajosos (épocas húmedas).
 Limite de contracción < 10%
 Fisuras o grietas en edificaciones vecinas.

44. Relación entre el potencial de hinchamiento y el índice
de plasticidad - Seed, Woodward y Ludgren, 1962.
Potencial Expansivo, Altemeyer, 1965.

45. Existen dos tipo de ensayos:
• Expansión libre.
• Expansión Controlada.
En la Expansión libre determinamos el porcentaje de expansión que sufrirá el
suelo al entrar en contacto con el agua. La muestra se coloca confinada en un anillo
(puede ser el de consolidación) en un recipiente con agua durante 1 ó 2 horas. Dial
girara en sentido contrario por lo que deberá empezar con unas 10 vueltas.
%𝜀 =
𝐿𝑖 − 𝐿𝑓
𝐻
𝑥100, 𝑠𝑖 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 =
𝐿𝑖 − 𝐿𝑓
0.75"
𝑥100
En la Expansión Controlada, se aplican cargas en el consolidómetro de modo de
controlar que la aguja del Dial permanezca en cero, hasta que finalmente ya no se
mueva. Esa carga final determina el Esfuerzo de Expansión según el brazo de
palanca del consolidómetro.
𝜎 =
𝐵𝑟𝑎𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑥 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑐𝑜𝑛 𝑙𝑎 𝑐𝑢𝑎𝑙 𝑠𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑧𝑎
Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑛𝑖𝑙𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑓𝑖𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜

53. Ensayo de Consolidación y
Calculo de Asentamientos
en los Suelos

54. INTRODUCCIÓN
• Las curvas Esfuerzo-Deformación en los materiales de construcción como el
Hierro, la Madera, etc. Son muy conocidas y fácil de determinar en el
laboratorio.
• En los Suelos aun bajo cargas pequeñas, se producen grandes
deformaciones que se van incrementando en función del tiempo.
Durante el proceso de consolidación la posición relativa de las partículas solidas
sobre un mismo plano horizontal permanecen esencialmente en la misma; así, el
movimiento de las partículas de suelo puede ocurrir solo en dirección vertical; esta es
la consolidación unidireccional o unidimensional.
• El volumen disminuye.
• Los desplazamientos horizontales de las partículas de suelo son nulas.
Considerando a los estratos horizontales e infinitamente longitudinales en
comparación con su espesor.

55. La aplicación de cargas a un suelo saturado causa un exceso de Presión de Poros
que provoca un drenaje del agua de los poros y consecuentemente una reducción
en la relación de vacíos, esto es Compresión del Suelo. A este proceso se lo llama
Consolidación.
• En consecuencia a estas cargas se producen Asentamientos de
estructuras, este asentamiento llega a su totalidad en mucho tiempo,
además debemos saber que los asentamientos no ocurre uniformemente
sino en forma diferencial en muchos casos.
Cuando un suelo se asienta bajo la condición de fuerzas estáticas de gravedad
tales como su propio peso o de las estructuras que descansas sobre él se dice que
se Consolida. El asentamiento y tiempo se determinan en el laboratorio. Se puede
decir que la consolidación consta de dos partes:
• Consolidación Primaria.
• Consolidación Secundaria.

56.  Suelos Pre consolidados o
Sobreconsolidados.
 Suelos Normalmente consolidados o
Subconsolidados.
 ESFUERZOS DEBIDOS AL PESO PROPIO
DEL SUELO
▪ Esfuerzos Geostáticos.
▪ Coeficiente de Esfuerzo lateral.
▪ Presión hidrostática o de Poros.
▪ Nivel Freático.

57. La muestra inalterada se coloca confinada dentro de un anillo entre dos piedras
porosas (diámetro un poco mas pequeño que el anillo). Se coloca en la cazuela.
Por medio del marco de carga se aplican cargas a la muestra en incrementos
diarios permitiendo que cada incremento obre en la muestra por 24 horas o mas
hasta cuando la deformación se reduzca prácticamente a cero.
En cada incremento de carga se hacen lecturas de los asentamientos de modo
que tendremos seis curvasTiempo-Asentamiento.
Aplicando todos los incrementos de carga y haciendo los cálculos respectivos
tendremos la curva edométrica o razón de vacíos-presión.
1 Kg - 2 Kg - 4 Kg - 8 kg - 16 Kg - 32 Kg

60.  Se obtienen tres parámetros importantes:
 Esfuerzo de Pre consolidación.
 Índice de Comprensibilidad.
 Coeficiente de expansibilidad o de restitución.

61. Presentación de
Ensayo

62. GRACIAS