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Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 1
“Año delaDiversificaciónProductivaydelFortalecimientodela Educación”
UNIVERSIDAD PERUANA DE LOS ANDES
FACULTADA INGENIERIA CIVIL
CURSO: MECANICA DE SUELOS II
TEMA: CONSOLIDACION UNIDIMENSIONALDE
SUELOS
DOCENTE: UCHUYPOMA MONTES, FERNANDO
INTEGRANTES:
 AYALA SALAZAR BENJAMIN
 PALMA DE LA CRUZ LUIS
 PILLACA OLIVARES MARCO ANTONIO
 VICENTE MAGNO BRYAN
Lima – Peru
2015
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DEDICATORIA:
Dedicamos este trabajo a Dios y a nuestros padres por su esfuerzo de cada día y
su fe en nosotros para poder vernos hechos profesionales.
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AGRADECIMIENTO:
Agradecemos en primer lugar a Dios por su gran amor, a nuestros padres por
confiar en nosotros para ser profesionales competentes en el ámbito de la
ingeniería civil y a nuestro docente encargado del curso, por su dedicación y
preocupación en la nuestra formación universitaria.
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ÍNDICE PG
Objetivos…………………………………………………………………………….…..5
Presentación……………………………………………………………………………6
Resumen………………………………………………………………………………..7
Abstrac………………………………………………………………………….……….8
I.- INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………..9-10
1.2.- PROBLEMA DE LA INVESTIGACION………………………………………11-12
Planteamiento del problema
Formulación de problema
Justificación
2,- MARCO TEORICO ………………………………………………………………12-44
Antecedentes………………………………………………………………………..12-13
Base teorica.......................................................................................................14-45
Significados …………………………………………………………………………..43-44
3.- OBJETIVO E HIPOTESIS ………………………………………………………..45
Objetivo general y específico
Hipótesis de la investigación
II METODO DE LA INVESTIGACION…………………………………………....46-52
III RESULTADOS DE LA INVESTIGACION ……………………………………53-57
CONCLUSION……………………………………………………………………...58-59
RECOMENDACIONES……………………………………………………………60
BIBLIOGRAFIA ………………………………………………………………..…..61
IV ANEXOS…………………………………………………………………….…..62
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OBJETIVO
Conocer todos los integrantes del grupo del presente trabajo de investigación de
manera amplia de que manera influye las cargas unidimensionales en la
consolidación de los suelos.
Aportar e incrementar el nivel de conocimiento de los estudiantes del salón de
clase de la universidad peruana de los andes.
Que el presente trabajo sirve de base para futuras investigaciones relacionadas al
proyecto de investigación.
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PRESENTACIÓN
Este presente trabajo se desarrolló con el único fin de conocer o determinar de la
manera cómo influyen las cargas unidimensionales en la consolidación de los
suelos mediante incrementos de esfuerzos, Cada incremento de esfuerzo se
mantiene hasta que el exceso de presión de poros de agua se haya disipado
completamente.
Durante el proceso de consolidación, se toma medidas de cambio en la altura del
espécimen y estos datos se utilizan para determinar la relación entre el esfuerzo
efectivo y la relación de vacíos o deformación, y la velocidad de consolidación que
puede ocurrir mediante la evaluación del coeficiente de consolidación.
En la consolidación unidimensional el volumen de la masa de suelo disminuye,
pero los desplazamientos horizontales de las partículas sólidas son nulos. Si el
material depositado llega a subyacer en el lugar donde se construya una estructura
y se observa el comportamiento ulterior del suelo, podrá notarse que los estratos
se comprimen aún más.
Una vez que se alcanza su máxima deformación bajo un incremento de carga
aplicado su relación de vació llega a un valor menor que el iniciado y que puede
determinarse a partir de los datos iniciales de la muestra y de los datos del
micrómetro; así como para cada incremento de carga aplicado se tiene un valor de
la relación de vació y otro para la presión correspondiente, Una vez aplicado todos
los incrementos de carga tienen valores para construir una gráfica de presión y de
vacío a esta curva se le llama de compresibilidad.
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RESUMEN
Este proyecto de investigación “consolidación unidimensional del suelo del distrito
de independencia Lima Perú”, consiste en un ensayo en laboratorio la cual nos
permite medir mediante la muestra inalterada representativa del distrito de
independencia, que han sido sometido a dichos ensayos. Este tipo de ensayos han
sido estudiadas en 1969 por Smith y Wahls presentaron el primer procedimiento
de análisis para los ensayes VCD basado en hipótesis propias de la teoría de
consolidación de Terzaghi. En el procedimiento se introdujo un modelo matemático
que establece una relación entre la presión de poro media en el espécimen y la
medida en la base. Este nuevo planteamiento permitió la obtención del coeficiente
de consolidación y el coeficiente de permeabilidad.
El objetivo del proyecto es Determinar la influencia de las cargas unidimensionales
en la consolidación de los suelos del distrito de independencia departamento y
provincia de lima -2015. El cual se logró con la muestra de estudio se midieron los
tiempos de arrivo, conociendo la longitud de la muestra se pudo determinar la
velocidad de onda al esfuerzo cortante, lo que finalmente permitió calcular la
variación en la rigidez de la muestra de suelo durante periodos de reposo
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ABSTRACT
This research project "unidimensional soil consolidation independence Lima district
of Peru", consists of a laboratory test which allows us to measure by district
undisturbed sample representative of independence, which have been subjected to
such tests. Such tests have been studied in 1969 by Smith and Wahls presented
the first analysis procedure for VCD own assays based on the theory of Terzaghi
consolidation hypothesis. In the process a mathematical model that establishes a
relationship between average pore pressure in the specimen and measured at the
base was introduced. This new approach allowed obtaining consolidation
coefficient and the permeability coefficient.
The project aims to determine the influence of the dimensional loads in the
consolidation of independence soil district department and province of Lima -2015.
Which it was achieved with the study sample were measured arrival times, knowing
the length of the sample could be determined wave velocity shear, which ultimately
allowed to calculate the variation in the stiffness of the soil sample during periods
rest.
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I.- INTRODUCCIÓN
Todos los materiales, al ser sujetos a cambios en las condiciones de esfuerzos,
experimentan deformaciones, que pueden o no ser dependientes del tiempo. Las
relaciones entre los esfuerzos, las deformaciones y el tiempo, varían según el
material a analizar. Las relaciones más sencillas se producen en los materiales
elásticos lineales, donde el esfuerzo y la deformación son proporcionales e
independientes del tiempo.
Las características esfuerzo-deformación-tiempo de un suelo dependerán, no solo
del tipo de suelo y su estado de consistencia, sino también de la forma en que es
cargado, de su ubicación estratigráfica. Es necesario estudiar estas características
del suelo, debido a que en general éstos sufren deformaciones superiores a las de
la estructura que le transmite la carga y no siempre se producen instantáneamente
ante la aplicación misma de la carga.
Una masa de suelo está compuesta por la fase sólida que forma un esqueleto
granular y los vacíos que la misma encierra, los cuales algunos pueden estar
llenos de gas/aire y otros de líquido/agua. Además se considera que tanto la masa
sólida como el agua son incompresibles.
tanto se produce un flujo de líquido hacia algún estrato permeable. Si en cambio el
suelo en sus vacíos posee aire y agua (suelo parcialmente saturado) o sólo aire,
la disminución de la relación de vacíos se produce por una compresión de los
gases que posee.
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Proceso de consolidación
Cuando un depósito saturado se somete a un incremento de esfuerzos totales,
como resultado de cargas externas aplicadas, se produce un exceso de presión
intersticial (presión neutra). Puesto que el agua no resiste al corte, la presión
neutra se disipa mediante un flujo de agua al exterior, cuya velocidad de drenaje
depende de la permeabilidad del suelo.
Si en cambio el depósito se encuentra parcialmente saturado, la situación resulta
más compleja debido a la presencia del gas que puede permitir cierta compresión,
como se mencionó, sin que se produzca un flujo de agua. Esta situación escapa
los alcances de este curso.
Variación del volumen durante la consolidación. Volumen vs Carga y Volumen vs
Tiempo
La disipación de presión intersticial debida al flujo de agua hacia el exterior se
denomina consolidación, proceso que tiene dos consecuencias:
Reducción del volumen de poros o vacíos, por lo tanto reducción del volumen total,
produciéndose un asentamiento. Se considera que en el proceso de consolidación
unidimensional la posición relativa de las partículas sobre un mismo plano
horizontal permanece esencialmente igual, el movimiento de las mismas sólo
puede ocurrir verticalmente.
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1.1 PROBLEMAS DE LA INVESTIGACIÓN
1.1.1 Planteamiento del problema
Uno de los problemas más estudiados en la ingeniería civil, más exactamente en
el campo de la geotecnia, se refiere a la obtención de las propiedades hidráulicas
del suelo y su aplicación a obras civiles.
Habiendo en la actualidad diferentes comportamientos mecánicos de los suelos
saturados, a nivel mundial, está relacionado con su formación e historia geológica,
y este dicho comportamiento no pasa desapercibido en los suelos peruanos.
La aplicación de carga unidimensional sobre el suelo saturado da origen a la
deformación de sus partículas que lo constituyen, y a la salida de aire y/o agua
presentes en el, dando origen al fenómeno de la consolidación.
Este comportamiento se puede observar durante años, para lo cual nos lleva a
suponer si sus parámetros propios de las cargas unidimensionales; como el
ángulo de fricción critico que se cree constante, por lo cual se quiere saber,
¿influye las cargas unidimensionales en la consolidación de los suelos en el distrito
de independencia, departamento y provincia de lima - 2015?
1.1.2 Formulación del problema
¿Influye las cargas unidimensionales en la consolidación de los suelos en el
distrito de independencia , departamento y provincia de lima - 2015 ?
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1.1.3 Justificación del problema
Se requiere realizar esta investigación para aprovechar el suelo saturado, por
medio de la consolidación unidimensional de los suelos para proyectos viales e
hidráulicos.
Si este proyecto se llega a ejecutar serán de gran beneficio para los pobladores
del distrito de independencia provincia de lima, mejorando la calidad de vida de
cada uno de ellos.
Por qué queremos determinar la influencia de las cargas unidimensionales en la
consolidación de los suelos del distrito de independencia y provincia de lima, con
la cual servirá de base para futuras investigaciones relacionadas al proyecto de
investigación
1.2 MARCO TERORICO
1.2.1 ANTECEDENTES
 En 1964 Crawford realizó una serie de ensayes VCD con medición de
presión de poro, enfocando su análisis al estudio de la influencia de la
velocidad de desplazamiento en la curva de compresibilidad. Un año
después el mismo Crawford expuso los resultados de pruebas VCD, en las
cuales calculó el esfuerzo efectivo medio como el esfuerzo total menos la
mitad del valor de la presión de poro medida en la base, a diferencia de
Wahls y De Godoy, que lo calcularon como el total menos 2/3 de la presión
de poro en la base, en su trabajo publicado el mismo año.
 En 1969 cuando Smith y Wahls presentaron el primer procedimiento de
análisis para los ensayes VCD basado en hipótesis propias de la teoría de
consolidación de Terzaghi. En el procedimiento se introdujo un modelo
matemático que establece una relación entre la presión de poro media en el
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espécimen y la medida en la base. Este nuevo planteamiento permitió la
obtención del coeficiente de consolidación y el coeficiente de permeabilidad.
Otros procedimientos posteriores al de Smith y Wahls fueron expuestos,
como el de Wissa et al (1971) en el cual incorporó a su análisis el efecto de
un periodo de transición en el que la presión de poro en la base se ajusta a
la velocidad de desplazamiento hasta llegar al equilibrio. El procedimiento
de Wissa es ahora utilizado como estándar según la norma ASTM D4186
(1989). Umehara y Zen (1980) y Lee (1981) utilizaron el método de las
diferencias finitas como solución a sus procedimientos, en los cuales
consideraron el efecto de las deformaciones grandes en su estudio.
 Lima Metropolitana se asienta en su mayor parte sobre una suave llanura
de material aluvional, con pendiente de 4 á 5% en dirección NE-SO. Éstos
depósitos aluviales proceden de las cuencas del río Rímac o del río Chillón,
ríos de pronunciada pendiente que arrastran abundante material
erosionado. El suelo de la zona central de Lima, conglomerado de canto
rodado y grava en una matriz limoarenosa y con una napa freática muy
profunda, es sísmicamente adecuado por su compacidad y resistencia,
mostrando capacidades de carga promedio de 3 kg/cm2 . Más cerca del
litoral, en la parte central del Callao, encontramos estratos superficiales de
capas de arena limosa arcillosa y una napa freática a 2 ó 3 metros, que
permiten una presión admisible de 0,5 á 1 kg/cm2 . Por otro lado, en La
Molina el suelo es de sedimentos de limoarena-arcilla con gravas y lodos, y
la napa freática está a unos 13 metros, siendo la resistencia del terreno de
0,5 á 1,5 Kg./cm2 . Asimismo, se reconocen como suelos sísmicamente
desfavorables los de sedimentos aluviales arenosos en Chorrillos, los
acantilados costeros y antiguos depósitos de basura en las riberas del río
Rímac y San Martín de Porres.8 Existen diversos estudios sobre el peligro y
la vulnerabilidad ante un sismo severo seguido de un tsunami en Lima
Metropolitana, realizados por instituciones y expertos reconocidos. 9 10 11
12 13 Sin embargo, no se cuenta con un estudio de modelación del
escenario de un grave sismo que afectaría Lima Metropolitana y el Callao,
que nos permita conocer el posible impacto que se generaría,
especialmente en la infraestructura y servicios básicos, para adoptar las
medidas de prevención y preparación que sean necesarias.
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1.2.2 BASE TEORICA
Norma técnica peruana NTP 339,154
SUELOS. Método de ensayo normalizado para propiedades de consolidación
unidimensional de suelos
1. Objeto
1.1 Este método de ensayo comprende los procedimientos para determinar la
magnitud y velocidad de la consolidación del suelo cuando está confinado
lateralmente y drenado axialmente mientras está sujeto a cargas de esfuerzos
controlados, aplicada incrementalmente. Se proporcionan dos procedimientos
alternativos:
1.1.1 Método de ensayo A : este método es desarrollado con incrementos de
carga constante de 24 h de duración , o múltiples de estos. Se requieren lecturas
de tiempos – deformación en un mínimo de don incrementos de carga.
1.1.2 Método de ensayo B: se requiere las lecturas tiempo- deformación en
todos los incrementos de la carga. se aplicaran incrementos de cargas sucesivas
después de alcanzar el 100% de la consolidación primaria , o a incrementos de
tiempo constantes como se describe en el método de ensayo A.
4.- resumen del método de ensayo
En este método de ensayo un espécimen de suelo es confinado lateralmente y
cargado axialmente mediante de incrementos de esfuerzo total. Cada incremento
de esfuerzo se mantiene hasta que el exceso de presión de poros de agua se
hayan disipado completamente. Durante el proceso de consolidación, se toma
medidas de cambio en la altura del espécimen y estos datos se utilizan para
determinar la relación entre el esfuerzo efectivo y la relación de vacíos o
deformación, y la velocidad de consolidación que puede ocurrir mediante la
evaluación del coeficiente de consolidación.
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CONSOLIDACIÓN DE SUELOS
Definición:
La consolidación es un proceso que se produce en los suelos y consiste en la
reducción del volumen total del suelo provocado por la colocación de una carga o
el drenaje del terreno.
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.
Un incremento provocado por la construcción de cimentaciones u otras cargas
comprime los estratos del suelo.
La compresión es causada por: la deformación de las partículas del suelo;
reacomodo de las partículas del suelo y la expansión de agua o aire de los
espacios vacíos. En general, el asentamiento causado por cargas se divide en tres
amplias categorías:
Asentamiento inmediato: provocado por la deformación elástica del suelo seco,
húmedo y saturado sin ningún cambio en el contenido de agua.
Asentamiento por consolidación primaria: es el resultado de un cambio de volumen
en suelos saturados cohesivos debido a la expulsión del agua que ocupa los
espacios vacíos.
Asentamiento por consolidación secundaria: se observa en suelos saturados
cohesivos y es el resultado del ajuste plástico de la estructura del suelo.
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Fases de consolidación
Consolidación instantánea: reducción de vacíos por eliminación de aire.
Primaria: reducción de volumen por la expulsión del agua. Fenómeno en el que se
transfiere la carga soportada por el agua al esqueleto mineral, esta es la
consolidación propiamente dicha.
Secundaria: cuando la consolidación se da por reajuste del esqueleto mineral y
luego de que la carga está casi toda soportada por este y no por el agua.
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 vacíos 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:
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.
Diferencia entre consolidación y compactación
La consolidación es un proceso acoplado de flujo y deformación producida en
suelos totalmente saturados. Por lo tanto, no es posible hablar de consolidación en
terrenos en los que el grado de saturación es inferior a 1 ya que en ese caso
hablamos de compactación. A raíz de esto, hablamos de compactación cuando el
terreno no está totalmente saturado y actúan fuerzas sobre el terreno tales como la
succión capilar del agua intersticial.
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En estos casos y en otros similares, las características de la consolidación de los
estratos de arcilla pueden investigarse cualitativamente, con aproximación
razonable, realizando pruebas como un ensayo edométrico o ensayos triaxiales
sobre especímenes representativos del suelo, extraídos en forma inalterada. Se
puede así calcular la magnitud y la velocidad de los asentamientos probables a las
cargas aplicadas así como el tiempo de consolidación.
Consideraciones fundamentales sobre consolidación
Cuando un estrato de suelo saturado está sometido a un incremento de esfuerzos,
la presión de poro del agua aumenta repentinamente.
En suelos arenosos que son altamente permeables, el drenaje causado por el
incremento en la presión de poro de agua se lleva inmediatamente debido a eso el
asentamiento es inmediato y la consolidación se efectúan simultáneamente.
En suelos arcillosos que tienen baja permeabilidad, el asentamiento por
consolidación depende del tiempo.
Prueba de consolidación unidimensional en laboratorio
El procedimiento de prueba de la consolidación unidimensional fue primero
sugerido por terzaghi (1925). La cual se efectúa en un consolimetro (llamado a
veces odómetro).
El espécimen de suelos se coloca dentro de un anillo metálico con dos piedras
porosas, una en la parte superior del espécimen y otra en el fondo. Los
especímenes son usualmente de 63.5mm de diámetro y 25.4mm de espesor. La
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carga sobre el espécimen se aplica por medio de un brazo de palanca y la
compresión se mide por medio de un micrómetro calibrado. El espécimen se
mantiene bajo agua durante la prueba. Cada carga se mantiene usualmente
durante 24h, después se duplica la presión sobre el espécimen y se continúa la
medición de la compresión. Al final se determina el peso seco del espécimen.
La forma general de la gráfica de deformación del espécimen versus tiempo para
un incremento dado de cargas se muestra en la figura. La cuales se describen en
el gráfico de tres etapas y son:
Etapa I: compresión inicial, causada principalmente por la precarga.
Etapa II: consolidación primaria, durante la cual el exceso de presión de poro por
agua es gradualmente transferido a esfuerzos efectivos por la expulsión dela gua
de poro.
Etapa III: consolidación secundaria, ocurre después de la total disipación del
exceso de presión de poro de agua cuando alguna deformación del espécimen
tiene lugar debido al reajuste plástico de la estructura del suelo.
Graficas de presión –relación de vacíos
Después de analizar las gráficas de tiempo-deformación, es necesario estudiar el
cambio de relación de vacíos del espécimen con la presión.
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Calcule la altura de los sólidos Hs
𝐻𝑠 =
Ws
A Gs γw
Donde: Ws= peso seco del espécimen
A= área de espécimen
Gs= densidad de los sólidos
γw= peso especifico del agua
Calcule la altura inicial de vacios Hv
Hv = H – Hs
Calcule la relación de vacios inicial ℮ del espécimen℮
℮ =
Vv
Vs
=
Hv A
Hs A
=
Hv
Hs
Para la primera carga incrementada σ1( carga total del espécimen / ara unitaria del
espécimen) q causa la deformación ∆H1, calcule el cambio de relación de vacios
∆℮1:
∆℮1 =
∆H1
𝐻𝑠
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∆H1, se obtniene de las lecturas inicial y final de la carga. En este tipo la presión
efectiva sobre el espécimen σ'=σ1=σ'1
Calcule la nueva relación de vacíos ℯ1, después de la consolidación causada por
el incremento de presión σ1:
ℯ1= ℯ0 - ∆ℯ1
para la siguiente carga σ2 (nota: σ2 es igual a la carga acumulada por área
unitaria del espécimen, que causa la deformación adicional ∆𝐻2 , la relación de
vacios ℯ2 al final de la consolidación se calcula como:
ℯ2= ℯ1-
∆𝐻2
𝐻𝑠
Note que en este tiempo, la presión efectiva sobre el espécimen es σ'=σ2=σ'2
Ejemplo:
A continuación se dan los resultados de una prueba de consolidación en el
laboratorio sobre un espécimen obtenido en el campo: masa seca del espécimen
es 116.74g, altura del espécimen al inicio de la prueba es 25.4mm, Gs 2.72 y el
diámetro del espécimen es 63.5mm
Presión σ'(KN / M2) Altura final del espécimen
al final de la consolidación
0 25.4
50 25.19
100 25
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200 24.29
400 23.22
800 22.06
Efectué los cálculos y dibuje una curva e- log σ'
Solución:
𝐻𝑠 =
Ws
A.Gs.γw
=
116.74 g
[
π
4
(6.35cm)2](2.72 )(
1g
cm3)
Hs = 1.356 cm = 13.56 mm
Presión σ'(KN/M2) Altura final, H Hv = H - Hs e = Hv / Hs
0 25.4 11.84 0.873
50 25.15 11.63 0.858
100 25 11.44 0.843
200 24.29 10.73 0.791
400 23.22 9.66 0.712
800 22.06 8.5 0.627
Grafica de ℯ-log σ'
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Proceso de consolidación:
Cuando el suelo se somete a una sobrecarga, 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.
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CONSECUENCIAS DE LA CONSOLIDACIÓN
– Incremento en el esfuerzo efectivo
– Reducción en el volumen de vacios
– Reducción en el volumen total
– Asentamientos en el terreno
– Asentamientos en la estructura
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Consolidación involucra 3 dimensiones
Análisis muy complejo
Consolidación unidimensional = en 1 dimensión
Se lleva por correcciones a la consolidación en 3 dimensiones
CASOS IMPORTANTES DE CONSOLIDACIÓN:
Torre de Pisa
Ciudad de México
Bogotá
Uruguay: Terraplén de acceso al Puente del Río
Santa Lucía, Ampliación de Pista de Aeropuerto de Carrasco, etc.
APLICACIÓN DE CARGAS EN LOS SUELOS ASENTAMIENTOS
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A. Uniforme
B. Inclinación sin
deformación
c. Deformación
ASENTAMIENTOS
S total = S elástico + S compresibilidad + S secundarios
S elástico ( elásticos, distorsión) δd = refleja el desplazamiento lateral del suelo
debajo de la zapata. Por lo general son pequeños y se pueden controlar en obra.
S compresibilidad ( consolidación primaria) δc = asentamiento a largo plazo
,refleja el cambio de volumen en el suelo como resultado de cambios en el
esfuerzo efectivo del suelo. Son altos y pueden causar fisuramiento en
construcciones si no se controlan. Se da en suelos finos saturados.
S compresión secundaria ( consolidación secundaria) δs = asentamiento a largo
plazo ,refleja la reducción de volumen en el suelo ante un esfuerzo efectivo
constante y es el resultado de la descomposición de la materia orgánica , y
procesos de reacomodación interna de las partículas por cambios físicos y
químicos del suelo.
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TEORÍA DE CONSOLIDACIÓN DE SUELOS DE TERZAGH
Terzaghi (1923) describió la relación esfuerzo-deformación que experimentan los
suelos finos cuando, estando saturada, son sometidos a un incremento de carga
que cambia las condiciones de esfuerzos dentro de los mismos. Con lo cual
Terzaghi definió el comportamiento de dichos suelos, como una relación entre el
esfuerzo efectivo y la relación de vacíos e.
Un cambio en el estado de esfuerzos en un suelo compresible produce un cambio
en el volumen de los vacíos del mismo, y si dichos vacíos se encuentran llenos de
agua se origina a su vez un cambio en el contenido de agua del suelo.
Teniendo esto en mente, Terzaghi definió el fenómeno de consolidación como
cualquier proceso en el cual se involucra un decremento en el contenido de agua
de un suelo saturado, sin que se presente un reemplazo del agua por aire.
Hipótesis asumidas en la Teoría de Consolidación de Terzaghi
El objeto del estudio teórico realizado por Terzaghi para el fenómeno de
consolidación unidimensional, consiste en determinar una ecuación en la cual los
valores de la presión y la relación de vacíos puedan ser calculados en cualquier
punto del espécimen, en cualquier tiempo en la consolidación y para cualquier
espesor.
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En el análisis realizado se llevaron a cabo simplificaciones y se asumieron las
siguientes características del suelo en el proceso de consolidación (Terzaghi 1943)
• El suelo es homogéneo.
• El suelo está totalmente saturado.
• El agua y las partículas sólidas son incompresibles.
• Se cumple la Ley de Darcy para el flujo de agua.
• El coeficiente de permeabilidad k es constante
• El suelo se encuentra lateralmente confinado y los esfuerzos normales
tanto efectivos como totales son iguales para todos los puntos de cualquier
sección horizontal a través del estrato, y para cualquier etapa del proceso de
consolidación.
• Se cumple el principio de esfuerzos efectivos.
• Las condiciones de frontera son constantes en su potencial, lo que se
traduce en un espesor constante.
• Compresión y flujo unidimensional.
Limitaciones de la Teoría de Consolidación de Terzaghi
Las insuficiencias de la teoría de consolidación de Terzaghi se encuentran ligadas
a las hipótesis simplificatorias en que se basa dicha teoría. Al utilizar estas
hipótesis se asumen características del comportamiento del suelo que no se
cumplen en su totalidad, esto genera discrepancias en los resultados de la teoría
con respecto tanto a la realidad en campo como en pruebas de laboratorio.
Algunas de las discrepancias más importantes se exponen a continuación: La
disipación de la presión de poro generada por la carga superficial, al inicio del
proceso, es en general significativamente más rápida que la calculada por medio
de la teoría de Terzaghi. La velocidad con que ocurren los asentamientos
superficiales no coincide con la calculada mediante la teoría de Terzaghi. 9 En las
curvas asentamiento-tiempo se presenta una deformación viscoplástica diferida del
esqueleto sólido, este proceso conocido como consolidación secundaria no es
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explicable con la teoría de Terzaghi, en la cual la deformación sólo es función de
las propiedades hidráulicas del suelo, su compresibilidad elástica y la magnitud de
la carga aplicada. 9 Las deformaciones no son estrictamente proporcionales al
esfuerzo total aplicado, al término de un incremento de carga. La teoría de
consolidación de Terzaghi fue un gran adelanto en la mecánica de suelos, y
aunque su trabajo presenta algunas inexactitudes, limitaciones y simplificaciones,
su teoría sirvió como base para que otros investigadores, quizás con herramientas
y adelantos tecnológicos superiores, desarrollaran teorías que se acercaran más a
la realidad del comportamiento del suelo con el fin de mejorar el cálculo teórico de
asentamientos y las características del permeabilidad del suelo.
Analogía mecánica de Terzaghi
Cuando un suelo parcial o totalmente saturado se carga , en un comienzo el agua
existente en los poros absorberá parte de dicha carga puesto que esta es
incompresible, pero con el transcurso del tiempo, escurrirá y el suelo irá
absorbiendo esa carga paulatinamente. Este proceso de transferencia de carga ,
origina cambios de volumen en la masa de suelo , iguales al volumen de agua
drenada.
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Teoría de Terzaghi para la consolidación vertical
Considérese un depósito de suelo homogéneo, saturado, de longitud lateral infinita
y sometido a una carga uniforme (q) aplicada en toda al área superficial. El suelo
reposa sobre una base impermeable (ésta puede ser roca sana u otro suelo cuya
permeabilidad sea muy baja en comparación al suelo a analizar, por ejemplo
ksue1o > 100 kestrato impermeab1e) y puede drenar libremente por su cara
superior, donde
• hp: es la altura piezométrica
• z: es la posición respecto a un plano de referencia
• hh: es la carga hidráulica
• he: es el exceso de presión neutra debido a la carga q
• H: es el espesor del estrato
La disipación del exceso de presión intersticial en cualquier punto sólo se
producirá mediante el flujo del agua intersticial en sentido vertical ascendente
hacia la superficie, ya que el gradiente hidráulico únicamente se presenta en
dirección vertical. Como resultado se producirán deformaciones en la dirección
vertical.
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Esquema del depósito de suelo
La consolidación es un problema de flujo de agua no establecido de un medio
poroso, esto se refiere a que si se analiza el flujo de agua en la to talidad del
estrato, ésta solo sale de él, ya que no ingresa ningún caudal. Esta situación no
debe confundirse con la de un elemento de altura diferencial dentro del estrato,
en el cual sí hay un flujo establecido de agua.
Se establecen las siguientes hipótesis:
• El suelo es homogéneo.
• El suelo está saturado y permanecerá así durante todo el proceso de
consolidación. En el caso de suelos no saturados, los resultados de esta teoría son
poco confiables.
• Las partículas del suelo y el agua son incompresibles.
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• La compresión es unidimensional en sentido vertical y no se producen
movimientos de partículas en el sentido horizontal. Esto es cierto en laboratorio,
pero aproximado in situ.
• El drenaje de agua se produce sólo en sentido vertical.
• Es válida la ley de Darcy y todas sus hipótesis.
• El coeficiente de permeabilidad k es constante.
Esto es prácticamente
cierto in situ, aunque en laboratorio puede producirse errores.
Considerando el flujo en el elemento diferencial ubicado a z del plano de
referencia, donde:
• Vz es la velocidad vertical del flujo que entra en el elemento
• V(z+dz) es la velocidad vertical del flujo que sale del elemento
Elemento diferencial de suelo
ARCILLAS NORMALMENTE CONSOLIDADAS Y PRE CONSOLIDADAS:
Un suelo, en el campo a cierta profundidad ha estado sometido a una cierta
presión efectiva máxima en el pasado de su historia geológica. Esta presión
efectiva máxima pasada puede ser igual o mayor o igual que la presión de
sobrecarga existente en el tiempo del muestreo. La reducción de la presión en el
campo es causada por procesos geológicos naturales o por procesos geológicos
naturales o procesos humanos. Durante el muestreo del suelo, la presión de
sobrecarga efectiva existente es también liberada resultando cierta expansión.
Cuando el espécimen está sometida a una prueba de consolidación, una pequeña
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cantidad de compresión (es decir un pequeño cambio de relación de vacios)
ocurrirá cuando la presión total aplicada es menor que la presión de sobrecarga
efectiva máxima en el campo a la que el suelo fue sometida en el pasado. Cuando
la presión total aplicada sobre el espécimen es mayor que la presión efectiva
máxima en el pasado, el cambio de relación de vacios es mucho mayor, y la
relación e-log o es prácticamente lineal con una pendiente más inclinada. Esta
relación es verificada en el laboratorio cargando el espécimen de manera que se
exceda de la presión de sobrecarga efectiva máxima y luego descargándolo y
recargándola de nuevo. La grafica e-log o para tales casos se muestra en la figura
en donde CD representa la descarga y dfg representa el proceso de recarga.
Arcillas normalmente consolida: la presión de sobrecarga efectiva presente es
la presión máxima a la que el suelo fue sometido en el pasado.
Coeficiente de comprensibilidad: el peso de la estructura o terraplén,
incrementa la presión a la que está sometida la arcilla desde 𝑃0 hasta P y origina
una disminución de la relación de vacios, desde ℮0 hasta ℮.
𝑎 𝑉 =
ℯ0 − ℯ
∆p
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Coeficiente de comprensibilidad volumétrica :
La disminución de poro es:
𝑚 𝑉 =
av
1 + ℯ0
Asentamiento (s)= compresión de la arcilla por unidad de espesor original bajo
la influencia de un aumento de presión.
S = H.∆𝑃 . 𝑚 𝑉
Sustituyendo las anteriores ecuaciones en esta última ecuación obtenemos:
𝑆 = H
cc
1 + ℯ0
log10
P0+. ∆𝑃
P
Arcillas pre consolidada: la presión de sobrecarga efectiva máxima en el
presente es menor que la que el suelo experimentó en el pasado. La presión
efectiva máxima en el pasado se llama esfuerzo de pre consolidación.
SI
𝐶
P0
>> 0.11+0.037 IP Es arcilla preconsolidada
SI
𝐶
P0
<< 0.11+0.037 IP Es arcilla consolidada
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INDICE DE COMPRESIÓN (CC):
Podemos determinar el índice de compresión para un asentamiento en ampo
causado por consolidación por medio de una construcción grafica des pues de
obtener los resultado de prueba de laboratorio para la relación de vacíos y la
presión.
Terzaghi y peck (1967) propusieron expresiones empíricas para el indicé de
compresión para:
Arcillas inalteradas.
Para arcillas remodeladas:
Donde LL= limite liquido (%)
Teoría de consolidación:
Proceso de disminución de volumen que tiene lugar un lapso de tiempo provocado
por un incremento de las cargas sobre el suelo.
Si se aumenta la carga que actúa sobre una capa d suelo poroso, saturado
compresible como es el caso de la arcilla, la capa se comprime y expulsa agua de
sus poros.
A este fenómeno se le llama consolidación.
VELOCIDAD DE LA CONSOLIDACIÓN:
El asentamiento total es causado por la consolidación primaria que resulta de un
incremento en el esfuerzo sobre un estrato de suelo se calcula usando una de las
tres ecuaciones anteriores. Sin embargo, la ecuaciones no proporcionan ninguna
Cc=0.009(LL-10)
Cc=0,007(LL-10)
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información respecto a la velocidad con que ocurre la consolidación primaria.
Terzaghi (1925) propuso la primaria teoría para considerar la velocidad de la
consolidación unidimensional en los suelos arcillosos saturados .La derivación
matemática se basa en las siguientes suposiciones:
1. el sistema arcilla- agua homogénea
2. la saturación es completa
3. la compresibilidad del agua es despreciable.
4, la compresibilidad de los granos de suelo es despreciable ( pero los granos de
suelo se reacomodan).
5. El flujo de agua es solo en una dirección8 es decir en la compresión)
6. la ley de darcy es válida.
La muestra en un estrato de arcilla de espesor 2H localizada entre dos estratos de
arena altamente permeables. si el estrato de arcilla es sometido a una presión
creciente A o, la presión de poro del agua de cualquier punto A en el estrato de
arcilla aumentara. Para consolidación unidimensional, el agua será expulsada en
dirección vertical hacia los estratos de arena.
La figura muestra (b) el flujo de agua a través de un elemento prismático en A
para el elemento de suelo mostrado.
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La cual se llega a demostrar la siguiente formula de velocidad de consolidación
𝑡 =
TV x H2
CV
Dónde:
t : tiempo de consolidación
Tv: factor tiempo
Cv : coeficiente de consolidación
COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN
El coeficiente de consolidación Cv generalmente disminuye conforme el limite
liquido del suelo aumenta. El rango de variación de Cv para el limite liquido de un
suelo dado es bastante amplio.
Para un incrementó de carga dado sobre un espécimen, existen dos métodos
gráficos comúnmente usados para determinar Cv a partir de pruebas de
consolidación unidimensional de laboratorio. Uno de ellos es el método de
logaritmo del tiempo propuesto por Casa Grande y fadum (1940), y el otro método
es de la raíz cuadrada del tiempo sugerido por Taylor (1942). Los procedimientos
generales para obtener Cv por los dos métodos son descritos a continuación.
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Método logaritmo del tiempo:
Para una carga incrementada dada de la prueba de laboratorio, la grafica de
deformación versus log dl espécimen se muestra en la figura las siguientes
construcciones son necesarias para determinar Cv:
1. Extienda las porciones de línea recta de las consolidaciones primaria y
secundaria hasta hasta que se intersequen en A ,es representa por D100 es decir
la deformación al final del 100% de consolidación primaria.
2. La porción de curva inicial de grafica de deformación versus log t es aproximada
a una parábola sobre la escala natural. Seleccione tiempo t1 y t2 sobre la porción
de curva tal que t2=4t1 haga la dirección de la deformación del espécimen durante
el tiempo ( t2- t1) igual a x.
3. Dibuje una línea horizontal DE tal que la distancia vertical BD es igual a x. La
deformación correspondiente a la línea DE es 𝑑0 (es decir, la deformación para 0%
de consolidación).
4. La ordenada del punto F sobre la curva de consolidación representa la
deformación a 50% de consolidación primaria y su abscisa representa el tiempo
correspondiente (𝑡50 ).
5. Para un grado de consolidación promedio del 50%, Tv = 0.197
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𝐶 𝑉 =
0.197 𝐻2
𝑡50
METODO DE LA RAIZ CUADRADA DEL TIEMPO:
En este método se dibuja una gráfica de deformación versus la raíz cuadrada del
tiempo para la carga incrementada. Otras construcciones graficas requeridas son
Dibuje una línea ab a través de la porción prematura de la curva.
Dibuje una línea ac tal que 0c=1.15ob. la abscisa del punto d1 que es la
intersección de ac y la curva de consolidación, de la raíz cuadrada del tiempo para
una consolidación del 90% (√ 𝑡90 )
Para 90% de consolidación 𝑡90 = 0,848
𝐶 𝑉 =
0.848 𝐻2
𝑡90
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Tabla para hallar el tv:
Ensayo de consolidación
En una situación real, donde es preciso resolver un problema de consolidación de
suelos, es necesario determinar no solo el tiempo en el cual se produce la
consolidación sino también la magnitud del asentamiento que tendrá lugar debido
a la deformación del suelo. Para esto se realiza la prueba de consolidación, o
también llamada prueba de compresión confinada, la cual consiste en someter a
un esfuerzo de compresión axial a una muestra inalterada del suelo en estudio. La
muestra deberá ser inalterada, porque como ya se mencionó, la consolidación
depende de la estructura del suelo.
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La muestra a utilizar en el ensayo es cilíndrica con una altura pequeña en
comparación al diámetro de la misma. Esta muestra se coloca dentro de un anillo
metálico que impide la deformación transversal de la misma, por lo tanto el cambio
de volumen viene dado únicamente por la disminución de la altura de la muestra.
Dicho anillo, a su vez es colocado entre dos piedras porosas que permiten el
drenaje por ambas caras. El anillo con la muestra y las piedras porosas, es
colocado en un recipiente con agua, para asegurar que la muestra esté saturada
durante la totalidad del ensayo. En contacto con el dispositivo descripto, llamado
consolidómetro, se coloca un flexímetro o LVDT (Transductor diferencial de
variación lineal) que mide la deformación en sentido vertical. El conjunto se ubica
en un marco de carga. La aplicación de la carga se realiza a través de un brazo
de palanca. Se somete a la probeta a distintos escalones de carga, manteniendo
cada uno de ellos el tiempo necesario hasta que la velocidad de deformación se
reduzca a un valor despreciable.
Para cada escalón de carga, se realizan mediciones de la deformación para
diversos tiempos, y luego se traza con los datos obtenidos la gráfica deformación
versus el logaritmo del tiempo o la gráfica deformación versus raíz del
tiempo. Dichas gráficas son las llamadas curvas de consolidación. Al
finalizar el ensayo se tienen tantas curvas de consolidación como escalones de
carga aplicados.
Antes de aplicar un nuevo escalón de carga, se registra el valor final de la
deformación. Con este dato, con la altura inicial, y con el peso seco de la muestra
puede determinarse el valor de la relación de vacíos correspondiente al escalón de
carga en cuestión. Este proceso se repite para cada incremento de carga. Al final
del ensayo se tiene, para cada uno de ellos, un valor de relación de vacíos y, con
estos datos, se puede trazar una gráfica en la cual en las abscisas se colocan los
valores de presiones (carga sobre el área de la muestra) correspondientes a cada
escalón de carga en escala logarítmica, y en las ordenadas las relaciones de vacío
correspondientes. Esta curva es llamada la curva de compresibilidad.
Con las curvas de consolidación y de compresibilidad se determinan los
parámetros necesarios para realizar los cálculos de tiempos de consolidación (Cr)
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y asentamientos (Cc; Cr). Estos cálculos se desarrollarán en los puntos
siguientes.
Tiempo de consolidación
Método de Casagrande
A partir de las expresiones obtenidas al resolver la ecuación diferencial, se
determina la gráfica del grado de consolidación Uv (%) en función del factor de
tiempo en escala logarítmica. Esta curva se denomina la curva teórica de
consolidación y además puede demostrarse que la curva obtenida en el intervalo
comprendido entre el 0 y el 50 % de la consolidación se aproxima a una parábola.
Entonces, con la realización de los ensayos podemos determinar la curva de
consolidación real, la cual, si el suelo fuese ideal y cumpliese con todas las
hipótesis planteadas en la teoría, coincidiría con la curva teórica a excepción de un
cambio de escala (la curva teórica está expresada en valores adimensionales
como son el grado de consolidación Uv y el factor de tiempo, y la curva real está
expresada en acortamiento vertical (mm) y tiempo (min)). Respondiendo a esta
relación, es que se traza la curva de consolidación con los datos obtenidos del
laboratorio en forma descendente, desde el 0% de la consolidación al 100%,
volcando los valores del acortamiento de la muestra medidos a través del tiempo.
Para determinar el coeficiente de consolidación Cv, Casagrande propuso un
método gráfico, partiendo de los datos obtenidos del ensayo de consolidación. En
primer lugar debe trazarse para el escalón de carga que represente la situación in
situ del estado de tensiones impuesto, la curva Deformación vs log t. Para
determinar el escalón de carga a utilizar debe calcularse previamente la carga de
tapada o´O a la cual se encuentra sometido el estrato compresible así como
también la sobrecarga a aplicarse ∆o´. El escalón de carga deberá ser tal que se
aproxime a la suma de ambas presiones. Para estar del lado de la seguridad se
utilizará el escalón de carga que supere a o´O+∆o´.
Una vez dibujada la curva de consolidación en escala semi logaritmica, el método
consiste básicamente en determinar sobre esa curva el tiempo en el cual se
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desarrolla el 50% de la consolidación primaria. Para esto se sigue el siguiente
procedimiento (a lo fines didácticos de este apunte se presenta la determinación
del 50% de la consolidación.
Curva teórica de consolidación
Determinar la deformación teórica correspondiente al 0% de la consolidación
(dO%). Para esto debe elegirse un punto A en la parte inicial de la curva de
consolidación de abscisa t1 y encontrar el punto correspondiente de la curva
para un tiempo t2 = 4t1. Entre ambos puntos se determina la diferencia de
ordenadas ∆. Como la curva es esencialmente parabólica se demuestra que
para una relación entre abscisas de 4 corresponde una relación de ordenadas de 2
por lo que la ordenada al origen de dicha parábola se ubica a una distancia ∆ por
encima del punto A. Es por esto que se traza una línea horizontal a una distancia
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∆ por encima del punto A. La intersección de dicha recta con el eje de las
ordenadas representa la deformación correspondiente al 0% de la consolidación
(dO%) .
Método de Casagrande
Determinar la deformación correspondiente al 100% de la consolidación primaria
(d1OO%). Para ello extender la recta tangente a la parábola en el punto de
inflexión y la recta tangente a los últimos puntos de la curva de consolidación.
Ambas rectas se intersecan en un
punto B cuya ordenada representa la deformación correspondiente al 100% de la
consolidación primaria
Determinado el dO% y el d1OO% se determina la mitad de dicha distancia que es
la deformación correspondiente al 50% de la consolidación (d5O%). Teniendo
este valor como ordenada se obtiene el punto C perteneciente a la curva, cuya
abscisa representa el tiempo en que se produce el 50% de la consolidación
primaria (t5O).
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SIMBOLOGÍA
 Cv Coeficiente de consolidación
 Cα Coeficiente de compresión secundaria
 Ct Pendiente del tramo recto de la curva de consolidación
 E Modulo de elasticidad
 e Relación de vacíos
 2.7182 Base de los logaritmos neperianos
 η Porosidad
 G% Grado de saturación
 H Trayectoria más corta de drenaje en una muestra de suelo de espesor
igual a 2H.
 k Coeficiente de permeabilidad
 Ln Logaritmo natural
 LL Límite líquido
 LP Límite plástico
 IP Índice plástico
 mv Coeficiente de compresibilidad volumétrico.
 DSI Digital Strain Indicator
 σ Esfuerzo
 Δσ Incremento de esfuerzo
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 Ss Densidad de sólidos
 t Tiempo
 T Factor tiempo de acuerdo con la teoría de consolidación
 U% Grado de consolidación.
 u Presión de poro.
 V Volumen
 W% Contenido de agua natural
 z Profundidad
 β Relación entre compresibilidad primaria y secundaria
 γω Peso volumétrico del agua
 δi Deformación inicial al 100% de consolidación primaria.
 δ100 Deformación final en el 100% de consolidación primaria.
 ν Relación de Poisson.
 π Relación geométrica entre la circunferencia y el diámetro de un círculo.
 ∑ Sumatoria
 σy Esfuerzo de fluencia
 X1 Tiempo en minutos
 Y1 Velocidad de la onda cortante (m/s)
 X2 Tiempo en días
 Y2 Velocidad de la onda cortante (m/s)
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1.3 OBJETIVO E HIPOTESIS
1.3.1 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION
1.3.1.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar la influencia de las cargas unidimensionales en la consolidación de los
suelos del distrito de independencia departamento y provincia de lima -2015.
1.3.2.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS
1.- Identificar las cargas unidimensionales ejercidas en los suelos del distrito de
independencia departamento y provincia de lima – 2015.
2.- Hallar el nivel de consolidación de los suelos del distrito de independencia
departamento y provincia de lima – 2015.
3.- Determinar el grado de saturación de los suelos.
4.- determinar el tiempo promedio de las cargas unidimensionales
1.3.2 HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN
1.3.2.1 Hipótesis
Las cargas unidimensionales si influyen en la consolidación de los suelos en el
distrito de independencia, departamento y provincia de lima – 2015
1.3.2.2 Hipótesis nula
Las cargas unidimensionales no influyen en la consolidación de los suelos en el
distrito de independencia, departamento y provincia de Lima – 2015 .
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II.- METODO DE LA INVESTIGACION
2.1 TIPO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACION
2.1.1 TIPO DE INVESTIGACION
El presente proyecto de investigación se pretende reformular investigaciones ya
dadas en la realidad y es por ello que nuestra investigación es teórica
2.1.2 DISEÑO DE INVESTIGACION
El presente proyecto de investigación es de tipo:
No experimental; teórico, transversal correlacional causal
2.2 VARIABLES DE LA INVESTIGACION
2.2.1 variable independiente
Cargas unidimensionales
2.2.2 variable dependiente
Consolidación
2.2.3 variable intervinientes
Grado de saturación del suelo
Tiempo
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2.3 METODOS ESTADISTICOS DE LA INVESTIGACIÓN.
La ley de Darcy y el teorema de Terzagui de logaritmo
2.4 MUESTRA DE LA INVESTIGACION
Para la muestra nos basaremos a la norma estándar de ensayo para propiedades
de consolidación unidimensional de suelos (ASTM D 2435-80).
La muestra es inalterada del segundo estrato.
Este método comprende un procedimiento para determinar la velocidad y la
magnitud de la consolidación del suelo cuando éste está confinado lateralmente y
además está cargado y drenado axialmente.
El método requiere que un elemento de suelo sea confinado lateralmente y
cargado axialmente mediante incrementos, bajo la aplicación de un esfuerzo
constante, hasta que todo el exceso de presiones de poro se haya disipado en
cada incremento. Durante el proceso de compresión se toman medidas del
decremento en la altura de la muestra, y estos datos son utilizados para calcular
los parámetros que determinan la relación entre el esfuerzo efectivo, y la relación
de vacíos o la deformación, y para calcular la velocidad a la cual la compresión
puede ocurrir.
2.5 INSTRUMENTOS DE INVESTIGACION
MATERIAL Y EQUIPO:
• Muestra Inalterada de suelo
• Torno de labrado
• Cútter
• Consolidómetro compuesto de: anillo, base con piedra porosa,
• Piezómetro calibrado, placa con puente para apoyar micrómetro,
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• Balín, piedra porosa y
• Micrómetro con soporte.
• Banco de consolidación.
• Una cuerda de guitarra
• 2 vidrios planos
• Bascula
• Parafina
• Brea
• Manta de cielo
• Nivel de mano o de gota
• Agua destilada
• Cronometro
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2.6 PROCEDIMIENTO Y RECOLECCION DE DATOS
2.6.1 Fichas (1) de ensayo de consolidación
DATOS DE LA MUESTRA:
Suelo: Arcilla
Escalón Nº:………………….
CargaKg:………………………….
Flexímetro: 0,0001 ¨/div.
Fecha Hora Tiempo t (min) Log t t
Lectura
flexímetro
Asentamiento
8 seg
15 seg
30 seg
1 min
2 min
4 min
8 min
15 min
30 min
1 hs
2 hs
4 hs
8 hs
16 hs
24 hs
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2.6.2 Ficha (2) de ensayo de consolidación
DATOS DEL ENSAYO:
Anillo Nº
Peso del anillo
Wa =
1
gr
Sección del anillo A = 100 cm2
Altura del anillo H = cm
Volumen del anillo V = cm3
Humedad inicial %
Peso anillo y muestra húmeda Wa+m = gr
P.E. relativo de sólidos Gs =
Peso de muestra seca Wd = Gr
Altura de sólidos hs = Cm
P.E. seco d = gr/cm3
Relación de vacíos inicial e =
Fecha Asentamie Altura de Relación Longitud
Presión nto la Altura de de de Coeficiente de
Efectiva mm) probeta vacíos vacíos (ei) drenaje consolidación
(kg/cm2) (Hi) (hvi) (cc)
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2.6.3 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO DE CONSOLIDACION
1- Se coloca en el interior de la base del molde del consolidómetro la piedra porosa inferior y
sobre ésta un papel de filtro.
2- Luego se introduce el anillo que contiene la muestra inalterada del suelo a ensayar,
colocándose sobre la muestra papel de filtro y la piedra porosa superior.
3- Posteriormente se fija con los tornillos correspondientes el anillo de sujeción de la piedra
porosa superior, el que permite mantener agua sobre la muestra, para evitar pérdida de humedad
por evaporación. Para prevenir que las piedras porosas tomen humedad de la muestra, deben
estar libres de aire entrampado antes de montar la unidad. Es importante centrar correctamente las
piedras porosas para prevenir el atascamiento contra el anillo durante la prueba.
4- Después de armado, el consolidómetro se asienta sobre la plataforma del mecanismo de
transmisiónde cargas, ubicando el cabezal de carga sobre la piedra porosa superior, y se llenande
agua los tubos laterales que comunican con la piedra porosa inferior, comenzando la saturaciónde
la muestra.
5- Cuando está preparado para iniciar el ensayo, el extensiómetro para medir las
deformaciones verticales debe ser puesto en cero, y la palanca de aplicación de carga debe estar
en posición horizontal.
6- Seaplica una carga enel sistema de tal manera de obtener una presiónde 0,10 o 0,25 Kg/
cm2 ( 10 o 25 KPa) en la muestra de suelo y se comienza a tomar lecturas de tiempo y
deformaciones verticales, para conocer la deformación correspondiente a distintos tiempos. Es útil
utilizar la siguiente secuencia: 8 seg, 15 seg, 30 seg, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min, 15
min, 30 min, 1 hs, 2 hs, 4hs, 8hs, 16 hs, 24 hs, etc.
Cabe recordar que la barra de suspensión frontal tiene una multiplicación mecánica de 1 a 40,
mientras que la barra de suspensión posterior tiene una relación de 1 a 10.
Las mediciones se realizan hasta que la velocidad de deformación se reduzca prácticamente a
cero, o sea cuando se haya sobrepasado la consolidación primaria y se encuentra la consolidación
secundaria, lo que podrá determinarse en los gráficos de consolidación, realizados durante la
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ejecucióndel mismo. Para la mayoría de las arcillas el período necesario de aplicaciónde la carga
para obtener el cien por ciento de consolidación es de 24 hs.
7- Luego de obtenida la lectura final de unescalón, se prosigue el ensayo aplicando cargas en
y de deformaciones verticales como en el punto anterior.
Se sigue aplicando incrementos de carga hasta que en la gráfica de compresibilidad se esté en el
tramo recto o virgen. Luego se podrá descargar en dos o tres decrementos de carga hasta la
presión inicial.
8- Posteriormente se recargará hasta llegar a una presiónsuperior a la lograda en la etapa de
carga, de manera de ingresar a la prolongacióndel tramo virgencorrespondiente al primer ciclo de
carga.
9- Luego de retirada toda la carga, se deja que la muestra expanda hasta que no se registre
expansión en el extensiómetro por un período de 24 hs.
10- Al terminar la prueba, se quita el extensiómetro yse desarma el consolidómetro. Se seca el
agua del anillo del consolidación y de la superficie de la muestra, para registrar el peso del
conjunto. Luego de secado en horno se conoce el peso seco de la muestra (Wd), con lo que se
CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS
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Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 53
III RESULTADOS DELA INVESTIGACION
3.1 PRESENTACION DERESULTADOS
Para la realización del ensayo se confecciono una probeta en el anillo del
consolidometro, se montó el mismo y se calibró el flexímetro con una lectura inicial igual
a cero. Posteriormente se cargó con las pesas necesarias para transmitir a la probeta
una presión de 40 Kpa y se dejó consolidar totalmente. El día del ensayo, que se indica
en la planilla siguiente, se duplicó la carga, registrándose en el instante inicial una
lectura de 5 vueltas y 173 divisiones. La información en bruto tomada del
consolidometro con una presión total de 80 Kpa se indica a continuación:
fecha hora tiempo
lectura
vuelta
s
divisione
s
17/05/04 17:05 00:00 5 173
6'' 6 20
15'' 6 27
30'' 6 33
1 ' 6 40
2' 6 49
4' 6 63
8' 6 81
17:20 1 5' 6 102
17:35 30' 6 137
18:05 1h 6 190
19:05 2h 7 63
20:30 7 142
18/05/04 10:00 9 78
15:30 9 130
fecha hora
tiemp
o
lectura
vueltas divisiones
20:30 9 174
19/05/04 13:30 10 16
1 7:05 10 22
20:30 10 28
20/05/04 13:30 10 46
21/05/04 10:20 10 59
14:00 10 61
20:30 10 65
23/05/04 18:30 10 78
24/05/04 14:00 10 82
20:30 10 84
25/05/04 18:30 10 87
26/05/04 13:30 10 90
19:00 10 92
CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS
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En las planillas siguientes se ha volcado los datos resultantes del ensayo necesarios
para la confección de las curvas; ellos son: tiempo - lecturas del flexímetro (son las
columnas exteriores); en la 2S columna se agrega logaritmo del tiempo en segundos y
en la 3S se sustrae de las lecturas un número constante para "colgar" las mismas de una
referencia
Luego de estabilizado el sistema se procede a desmontar todo el aparato. Se pesa el
anillo con la probeta adentro:
Wan +Sh =2.326,77g
t (seg.) log. t
lect.
lect. flex.
0 1 ,173
6 0.778 980 1 ,220
15 1.176 973 1 ,227
30 1 .477 967 1 ,233
60 1 .778 960 1 ,240
120 2.079 951 1 ,249
240 2.380 937 1 ,263
480 2.681 919 1 ,281
900 2.954 898 1 ,302
1 ,800 3.255 863 1 ,337
3,600 3.556 810 1 ,390
7,200 3.857 737 1 ,463
12,300 4.090 658 1 ,542
t (seg.) log. t
lect.
lect. flex.
98,700 4.994 226 1 ,974
159,900 5.204 184 2,016
172,800 5.238 178 2,022
185,100 5.267 172 2,028
246,300 5.391 154 2,046
321 ,300 5.507 141 2,059
334,500 5.524 139 2,061
357,900 5.554 135 2,065
437,100 5.641 122 2,078
507,300 5.705 118 2,082
530,700 5.725 116 2,084
609,900 5.785 113 2,087
678,300 5.831 110 2,090
60,900 4.785 322 1 ,878
80,700 4.907 270 1 ,930
698,100 5.844 108
CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS
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Se lleva anillo y probeta a estufa hasta conseguir peso constante, el que resulta:
Wan + Ss = 2.128,63g
Y el peso del anillo vacío:
Wan = 1.728,63
La humedad final del suelo resulta:
ω
=
2.326,77 - 2.128,63
=
0.4953 = 49.53%
2.128,63 - 1.728,63
Aplicando lo visto en teoría, y asumiendo que la saturación de la probeta es total, la
relación de vacíos final será:
e = ω × G = 0,4953 = 2,65 = 1,31
Además de la relación de vacíos final se puede calcular la que tenía el suelo cuando
sobre el mismo actuaba una presión efectiva de: 80 KPa; 40 Kpa y 0 ya que para esas
presiones se cuenta con las respectivas deformaciones. Es, (sabiendo que la constante
del flexímetro es 0,0001"/div.) :
p' (Kpa) lect. def. (mm)
0 10 v. 63div 5.2400
80 10 v. 92div 5.3137
40 5 v. 173 div 2.9794
0 0 v. 0 div 0.0000
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En la tabla anterior el orden es:
La probeta luego de la descarga
La última lectura del escalón realizado
La última lectura antes de cargar para el escalón del ensayo
La lectura inicial antes de cargar con 40 Kpa Sabiendo que (ver teoría)
∆e = ∆ δ/ ∆ hsól
Hsól=h/1+e
Hsol=25.4-5.24/1+1.31= 8.73mm
y las relaciones devacíos:
Para 80 Kpa:
e1= 1.31- ((5.3137-5.2400)/8.73)=1.31-0.0084=1.3016
Para 40 Kpa:
e2=1.3016+((5.313-2.9794)/8.73)=1.5690
Antes de cargar
ei=1.5690+((2.9794-0)/8.73)=1.5690
Consolidación unidimensional de suelos
ING.UCHUYPOMA Página 57
los valores anteriores puede calcularse la permeabilidad del suelo ensayado cuando éste
está sometido a una sobrepresion entre 40 y 80 KPa:
k = Cv * mv * γw
y = Cv = T *H^2/ t
Cv se calcula para el tiempo correspondiente al 50% de consolidación del escalon
aplicado; para ello se determina en la curva el 0% y 100% de consolidación y
consecuentemente el tiempo para el que se cumplía la mitad del proceso (50%)
El factor tiempo T para ese porcentaje de consolidación es teórico y • vale 0,197;
el valor H es el espesor efectivo, en este caso la mitad del espesor de la
probeta, por lo que es posible calcular:
Mv=∆e/∆P X 1/(1+e)=(1.5690-1.3016)/(0.4 kg/cm2 x (1+1.5690))=0.26 cm2/kg
Lo que resta entonces es trabajar con la curva de consolidación lo que depende
de cada caso en particular.
Consolidación unidimensional de suelos
ING.UCHUYPOMA Página 58
3.3 CONCLUSION.
 Podemos concluir cuando a una muestra se somete a un incremento de
esfuerzos totales, como resultado de cargas externas aplicadas, se produce
un exceso de presión intersticial. Puesto que el agua no resiste al corte la
presión neutra se disipa mediante un flujo de agua al exterior, cuya
velocidad de drenaje depende de la permeabilidad del suelo.
 Los resultados que aquí se obtienen permiten conformar un patrón de
comparación entre la vida práctica del ingeniero civil y la teoría pragmática
en los respectivos laboratorios de tal manera que se garanticen factores de
seguridad en la vida constructiva del ingeniero geotecnista y que propenda
a la tranquilidad y/o seguridad manifestada en la estabilidad de las
edificaciones que están o estarán siempre sobre la superficie del suelo, y el
cual estará o no en capacidad de soportar dichas estructuras para lo cual
se realizan ensayos de este tipo y así poder cuantificar de algún modo la
máxima capacidad que podría soportar el suelo sin causar inestabilidad en
su estructura y de esta forma no se atente en el futuro con la tranquilidad en
el entorno, social, cultural y/o ambiental.
 Concluimos que las cargas unidimensionales si influyen en la consolidación
de los suelos de la población en estudio.
 Concluimos que la consolidación es necesaria realizar en suelos saturados
para mejorar la calidad de los tipos de suelos para sus usos apropiados
tanto en obras viales y hidráulicas.
Consolidación unidimensional de suelos
ING.UCHUYPOMA Página 59
 También podemos plantear que las deformaciones en las masas de suelos
son proporcionales a las variables relación de vacíos y esfuerzos efectivo,
este esfuerzo efectivo arroja una idea de la capacidad de soportar
esfuerzos entre las partículas, para las cuales si este esfuerzo tiende a
minimizarse, entonces se pierde esa capacidad de soportar esfuerzos y se
desestabiliza la estructura por causa de los asentamientos ocurridos en la
masa de suelo por el hecho de haber sobrepasado su capacidad de resistir
un determinado esfuerzo que tiende a reconfigurar la estructura de las
partículas para compensar dichos esfuerzos y como resultados se
presentan los anteriores asentamientos mencionados.
Consolidación unidimensional de suelos
ING.UCHUYPOMA Página 60
3.4 RECOMENDACIÓN
 Recomendamos realizar este tipo de ensayos para determinar los
asentamientos a lo largo del tiempo.
 Recomendamos que la muestra en sea inalterada, es decir, que mantenga
de algún modo sus propiedades intrínsecas de su configuración.
 Garantizar la permeabilidad en la muestra de suelo de tal manera que se
permita la filtración o expulsión del agua en el proceso de consolidación.
 Realizar los respectivos cálculos al final de cada proceso de carga y
descarga para garantizar obtener las deformaciones últimas
Consolidación unidimensional de suelos
ING.UCHUYPOMA Página 61
BIBLIOGRAFÍA
1.- Mecánica de suelos. Tomo I “Fundamentos de la mecánica de suelos”. Eulalio
Juárez Badillo - Alfonso Rico Rodríguez (1980).
2.- Propiedades geofísicas de los suelos. Joseph E. Bowles (1982).
3.- Fundamentos de ingeniería geotécnica. Braja M. Das (2001).
4.- Principios Fundamentales de Mecánica de Suelos. Donald W. Taylor (1961).
5.- Mecánica de suelos en la ingeniería práctica. Karl Terzaghi - Ralph B. Peck
(1963).
6.- Mecánica de suelos. T. William Lambe, Robert Whitman (1972).
7.- Consolidación de suelos. Silvia Angelone (2002).
Consolidación unidimensional de suelos
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Consolidación unidimensional de suelos
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Consolidación unidimensional de suelos

  • 1. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 1 “Año delaDiversificaciónProductivaydelFortalecimientodela Educación” UNIVERSIDAD PERUANA DE LOS ANDES FACULTADA INGENIERIA CIVIL CURSO: MECANICA DE SUELOS II TEMA: CONSOLIDACION UNIDIMENSIONALDE SUELOS DOCENTE: UCHUYPOMA MONTES, FERNANDO INTEGRANTES:  AYALA SALAZAR BENJAMIN  PALMA DE LA CRUZ LUIS  PILLACA OLIVARES MARCO ANTONIO  VICENTE MAGNO BRYAN Lima – Peru 2015
  • 2. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 2 DEDICATORIA: Dedicamos este trabajo a Dios y a nuestros padres por su esfuerzo de cada día y su fe en nosotros para poder vernos hechos profesionales.
  • 3. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 3 AGRADECIMIENTO: Agradecemos en primer lugar a Dios por su gran amor, a nuestros padres por confiar en nosotros para ser profesionales competentes en el ámbito de la ingeniería civil y a nuestro docente encargado del curso, por su dedicación y preocupación en la nuestra formación universitaria.
  • 4. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 4 ÍNDICE PG Objetivos…………………………………………………………………………….…..5 Presentación……………………………………………………………………………6 Resumen………………………………………………………………………………..7 Abstrac………………………………………………………………………….……….8 I.- INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………..9-10 1.2.- PROBLEMA DE LA INVESTIGACION………………………………………11-12 Planteamiento del problema Formulación de problema Justificación 2,- MARCO TEORICO ………………………………………………………………12-44 Antecedentes………………………………………………………………………..12-13 Base teorica.......................................................................................................14-45 Significados …………………………………………………………………………..43-44 3.- OBJETIVO E HIPOTESIS ………………………………………………………..45 Objetivo general y específico Hipótesis de la investigación II METODO DE LA INVESTIGACION…………………………………………....46-52 III RESULTADOS DE LA INVESTIGACION ……………………………………53-57 CONCLUSION……………………………………………………………………...58-59 RECOMENDACIONES……………………………………………………………60 BIBLIOGRAFIA ………………………………………………………………..…..61 IV ANEXOS…………………………………………………………………….…..62
  • 5. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 5 OBJETIVO Conocer todos los integrantes del grupo del presente trabajo de investigación de manera amplia de que manera influye las cargas unidimensionales en la consolidación de los suelos. Aportar e incrementar el nivel de conocimiento de los estudiantes del salón de clase de la universidad peruana de los andes. Que el presente trabajo sirve de base para futuras investigaciones relacionadas al proyecto de investigación.
  • 6. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 6 PRESENTACIÓN Este presente trabajo se desarrolló con el único fin de conocer o determinar de la manera cómo influyen las cargas unidimensionales en la consolidación de los suelos mediante incrementos de esfuerzos, Cada incremento de esfuerzo se mantiene hasta que el exceso de presión de poros de agua se haya disipado completamente. Durante el proceso de consolidación, se toma medidas de cambio en la altura del espécimen y estos datos se utilizan para determinar la relación entre el esfuerzo efectivo y la relación de vacíos o deformación, y la velocidad de consolidación que puede ocurrir mediante la evaluación del coeficiente de consolidación. En la consolidación unidimensional el volumen de la masa de suelo disminuye, pero los desplazamientos horizontales de las partículas sólidas son nulos. Si el material depositado llega a subyacer en el lugar donde se construya una estructura y se observa el comportamiento ulterior del suelo, podrá notarse que los estratos se comprimen aún más. Una vez que se alcanza su máxima deformación bajo un incremento de carga aplicado su relación de vació llega a un valor menor que el iniciado y que puede determinarse a partir de los datos iniciales de la muestra y de los datos del micrómetro; así como para cada incremento de carga aplicado se tiene un valor de la relación de vació y otro para la presión correspondiente, Una vez aplicado todos los incrementos de carga tienen valores para construir una gráfica de presión y de vacío a esta curva se le llama de compresibilidad.
  • 7. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 7 RESUMEN Este proyecto de investigación “consolidación unidimensional del suelo del distrito de independencia Lima Perú”, consiste en un ensayo en laboratorio la cual nos permite medir mediante la muestra inalterada representativa del distrito de independencia, que han sido sometido a dichos ensayos. Este tipo de ensayos han sido estudiadas en 1969 por Smith y Wahls presentaron el primer procedimiento de análisis para los ensayes VCD basado en hipótesis propias de la teoría de consolidación de Terzaghi. En el procedimiento se introdujo un modelo matemático que establece una relación entre la presión de poro media en el espécimen y la medida en la base. Este nuevo planteamiento permitió la obtención del coeficiente de consolidación y el coeficiente de permeabilidad. El objetivo del proyecto es Determinar la influencia de las cargas unidimensionales en la consolidación de los suelos del distrito de independencia departamento y provincia de lima -2015. El cual se logró con la muestra de estudio se midieron los tiempos de arrivo, conociendo la longitud de la muestra se pudo determinar la velocidad de onda al esfuerzo cortante, lo que finalmente permitió calcular la variación en la rigidez de la muestra de suelo durante periodos de reposo
  • 8. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 8 ABSTRACT This research project "unidimensional soil consolidation independence Lima district of Peru", consists of a laboratory test which allows us to measure by district undisturbed sample representative of independence, which have been subjected to such tests. Such tests have been studied in 1969 by Smith and Wahls presented the first analysis procedure for VCD own assays based on the theory of Terzaghi consolidation hypothesis. In the process a mathematical model that establishes a relationship between average pore pressure in the specimen and measured at the base was introduced. This new approach allowed obtaining consolidation coefficient and the permeability coefficient. The project aims to determine the influence of the dimensional loads in the consolidation of independence soil district department and province of Lima -2015. Which it was achieved with the study sample were measured arrival times, knowing the length of the sample could be determined wave velocity shear, which ultimately allowed to calculate the variation in the stiffness of the soil sample during periods rest.
  • 9. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 9 I.- INTRODUCCIÓN Todos los materiales, al ser sujetos a cambios en las condiciones de esfuerzos, experimentan deformaciones, que pueden o no ser dependientes del tiempo. Las relaciones entre los esfuerzos, las deformaciones y el tiempo, varían según el material a analizar. Las relaciones más sencillas se producen en los materiales elásticos lineales, donde el esfuerzo y la deformación son proporcionales e independientes del tiempo. Las características esfuerzo-deformación-tiempo de un suelo dependerán, no solo del tipo de suelo y su estado de consistencia, sino también de la forma en que es cargado, de su ubicación estratigráfica. Es necesario estudiar estas características del suelo, debido a que en general éstos sufren deformaciones superiores a las de la estructura que le transmite la carga y no siempre se producen instantáneamente ante la aplicación misma de la carga. Una masa de suelo está compuesta por la fase sólida que forma un esqueleto granular y los vacíos que la misma encierra, los cuales algunos pueden estar llenos de gas/aire y otros de líquido/agua. Además se considera que tanto la masa sólida como el agua son incompresibles. tanto se produce un flujo de líquido hacia algún estrato permeable. Si en cambio el suelo en sus vacíos posee aire y agua (suelo parcialmente saturado) o sólo aire, la disminución de la relación de vacíos se produce por una compresión de los gases que posee.
  • 10. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 10 Proceso de consolidación Cuando un depósito saturado se somete a un incremento de esfuerzos totales, como resultado de cargas externas aplicadas, se produce un exceso de presión intersticial (presión neutra). Puesto que el agua no resiste al corte, la presión neutra se disipa mediante un flujo de agua al exterior, cuya velocidad de drenaje depende de la permeabilidad del suelo. Si en cambio el depósito se encuentra parcialmente saturado, la situación resulta más compleja debido a la presencia del gas que puede permitir cierta compresión, como se mencionó, sin que se produzca un flujo de agua. Esta situación escapa los alcances de este curso. Variación del volumen durante la consolidación. Volumen vs Carga y Volumen vs Tiempo La disipación de presión intersticial debida al flujo de agua hacia el exterior se denomina consolidación, proceso que tiene dos consecuencias: Reducción del volumen de poros o vacíos, por lo tanto reducción del volumen total, produciéndose un asentamiento. Se considera que en el proceso de consolidación unidimensional la posición relativa de las partículas sobre un mismo plano horizontal permanece esencialmente igual, el movimiento de las mismas sólo puede ocurrir verticalmente.
  • 11. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 11 1.1 PROBLEMAS DE LA INVESTIGACIÓN 1.1.1 Planteamiento del problema Uno de los problemas más estudiados en la ingeniería civil, más exactamente en el campo de la geotecnia, se refiere a la obtención de las propiedades hidráulicas del suelo y su aplicación a obras civiles. Habiendo en la actualidad diferentes comportamientos mecánicos de los suelos saturados, a nivel mundial, está relacionado con su formación e historia geológica, y este dicho comportamiento no pasa desapercibido en los suelos peruanos. La aplicación de carga unidimensional sobre el suelo saturado da origen a la deformación de sus partículas que lo constituyen, y a la salida de aire y/o agua presentes en el, dando origen al fenómeno de la consolidación. Este comportamiento se puede observar durante años, para lo cual nos lleva a suponer si sus parámetros propios de las cargas unidimensionales; como el ángulo de fricción critico que se cree constante, por lo cual se quiere saber, ¿influye las cargas unidimensionales en la consolidación de los suelos en el distrito de independencia, departamento y provincia de lima - 2015? 1.1.2 Formulación del problema ¿Influye las cargas unidimensionales en la consolidación de los suelos en el distrito de independencia , departamento y provincia de lima - 2015 ?
  • 12. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 12 1.1.3 Justificación del problema Se requiere realizar esta investigación para aprovechar el suelo saturado, por medio de la consolidación unidimensional de los suelos para proyectos viales e hidráulicos. Si este proyecto se llega a ejecutar serán de gran beneficio para los pobladores del distrito de independencia provincia de lima, mejorando la calidad de vida de cada uno de ellos. Por qué queremos determinar la influencia de las cargas unidimensionales en la consolidación de los suelos del distrito de independencia y provincia de lima, con la cual servirá de base para futuras investigaciones relacionadas al proyecto de investigación 1.2 MARCO TERORICO 1.2.1 ANTECEDENTES  En 1964 Crawford realizó una serie de ensayes VCD con medición de presión de poro, enfocando su análisis al estudio de la influencia de la velocidad de desplazamiento en la curva de compresibilidad. Un año después el mismo Crawford expuso los resultados de pruebas VCD, en las cuales calculó el esfuerzo efectivo medio como el esfuerzo total menos la mitad del valor de la presión de poro medida en la base, a diferencia de Wahls y De Godoy, que lo calcularon como el total menos 2/3 de la presión de poro en la base, en su trabajo publicado el mismo año.  En 1969 cuando Smith y Wahls presentaron el primer procedimiento de análisis para los ensayes VCD basado en hipótesis propias de la teoría de consolidación de Terzaghi. En el procedimiento se introdujo un modelo matemático que establece una relación entre la presión de poro media en el
  • 13. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 13 espécimen y la medida en la base. Este nuevo planteamiento permitió la obtención del coeficiente de consolidación y el coeficiente de permeabilidad. Otros procedimientos posteriores al de Smith y Wahls fueron expuestos, como el de Wissa et al (1971) en el cual incorporó a su análisis el efecto de un periodo de transición en el que la presión de poro en la base se ajusta a la velocidad de desplazamiento hasta llegar al equilibrio. El procedimiento de Wissa es ahora utilizado como estándar según la norma ASTM D4186 (1989). Umehara y Zen (1980) y Lee (1981) utilizaron el método de las diferencias finitas como solución a sus procedimientos, en los cuales consideraron el efecto de las deformaciones grandes en su estudio.  Lima Metropolitana se asienta en su mayor parte sobre una suave llanura de material aluvional, con pendiente de 4 á 5% en dirección NE-SO. Éstos depósitos aluviales proceden de las cuencas del río Rímac o del río Chillón, ríos de pronunciada pendiente que arrastran abundante material erosionado. El suelo de la zona central de Lima, conglomerado de canto rodado y grava en una matriz limoarenosa y con una napa freática muy profunda, es sísmicamente adecuado por su compacidad y resistencia, mostrando capacidades de carga promedio de 3 kg/cm2 . Más cerca del litoral, en la parte central del Callao, encontramos estratos superficiales de capas de arena limosa arcillosa y una napa freática a 2 ó 3 metros, que permiten una presión admisible de 0,5 á 1 kg/cm2 . Por otro lado, en La Molina el suelo es de sedimentos de limoarena-arcilla con gravas y lodos, y la napa freática está a unos 13 metros, siendo la resistencia del terreno de 0,5 á 1,5 Kg./cm2 . Asimismo, se reconocen como suelos sísmicamente desfavorables los de sedimentos aluviales arenosos en Chorrillos, los acantilados costeros y antiguos depósitos de basura en las riberas del río Rímac y San Martín de Porres.8 Existen diversos estudios sobre el peligro y la vulnerabilidad ante un sismo severo seguido de un tsunami en Lima Metropolitana, realizados por instituciones y expertos reconocidos. 9 10 11 12 13 Sin embargo, no se cuenta con un estudio de modelación del escenario de un grave sismo que afectaría Lima Metropolitana y el Callao, que nos permita conocer el posible impacto que se generaría, especialmente en la infraestructura y servicios básicos, para adoptar las medidas de prevención y preparación que sean necesarias.
  • 14. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 14 1.2.2 BASE TEORICA Norma técnica peruana NTP 339,154 SUELOS. Método de ensayo normalizado para propiedades de consolidación unidimensional de suelos 1. Objeto 1.1 Este método de ensayo comprende los procedimientos para determinar la magnitud y velocidad de la consolidación del suelo cuando está confinado lateralmente y drenado axialmente mientras está sujeto a cargas de esfuerzos controlados, aplicada incrementalmente. Se proporcionan dos procedimientos alternativos: 1.1.1 Método de ensayo A : este método es desarrollado con incrementos de carga constante de 24 h de duración , o múltiples de estos. Se requieren lecturas de tiempos – deformación en un mínimo de don incrementos de carga. 1.1.2 Método de ensayo B: se requiere las lecturas tiempo- deformación en todos los incrementos de la carga. se aplicaran incrementos de cargas sucesivas después de alcanzar el 100% de la consolidación primaria , o a incrementos de tiempo constantes como se describe en el método de ensayo A. 4.- resumen del método de ensayo En este método de ensayo un espécimen de suelo es confinado lateralmente y cargado axialmente mediante de incrementos de esfuerzo total. Cada incremento de esfuerzo se mantiene hasta que el exceso de presión de poros de agua se hayan disipado completamente. Durante el proceso de consolidación, se toma medidas de cambio en la altura del espécimen y estos datos se utilizan para determinar la relación entre el esfuerzo efectivo y la relación de vacíos o deformación, y la velocidad de consolidación que puede ocurrir mediante la evaluación del coeficiente de consolidación.
  • 15. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 15 CONSOLIDACIÓN DE SUELOS Definición: La consolidación es un proceso que se produce en los suelos y consiste en la reducción del volumen total del suelo provocado por la colocación de una carga o el drenaje del terreno. 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. Un incremento provocado por la construcción de cimentaciones u otras cargas comprime los estratos del suelo. La compresión es causada por: la deformación de las partículas del suelo; reacomodo de las partículas del suelo y la expansión de agua o aire de los espacios vacíos. En general, el asentamiento causado por cargas se divide en tres amplias categorías: Asentamiento inmediato: provocado por la deformación elástica del suelo seco, húmedo y saturado sin ningún cambio en el contenido de agua. Asentamiento por consolidación primaria: es el resultado de un cambio de volumen en suelos saturados cohesivos debido a la expulsión del agua que ocupa los espacios vacíos. Asentamiento por consolidación secundaria: se observa en suelos saturados cohesivos y es el resultado del ajuste plástico de la estructura del suelo.
  • 16. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 16 Fases de consolidación Consolidación instantánea: reducción de vacíos por eliminación de aire. Primaria: reducción de volumen por la expulsión del agua. Fenómeno en el que se transfiere la carga soportada por el agua al esqueleto mineral, esta es la consolidación propiamente dicha. Secundaria: cuando la consolidación se da por reajuste del esqueleto mineral y luego de que la carga está casi toda soportada por este y no por el agua. 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 vacíos 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: 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. Diferencia entre consolidación y compactación La consolidación es un proceso acoplado de flujo y deformación producida en suelos totalmente saturados. Por lo tanto, no es posible hablar de consolidación en terrenos en los que el grado de saturación es inferior a 1 ya que en ese caso hablamos de compactación. A raíz de esto, hablamos de compactación cuando el terreno no está totalmente saturado y actúan fuerzas sobre el terreno tales como la succión capilar del agua intersticial.
  • 17. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 17 En estos casos y en otros similares, las características de la consolidación de los estratos de arcilla pueden investigarse cualitativamente, con aproximación razonable, realizando pruebas como un ensayo edométrico o ensayos triaxiales sobre especímenes representativos del suelo, extraídos en forma inalterada. Se puede así calcular la magnitud y la velocidad de los asentamientos probables a las cargas aplicadas así como el tiempo de consolidación. Consideraciones fundamentales sobre consolidación Cuando un estrato de suelo saturado está sometido a un incremento de esfuerzos, la presión de poro del agua aumenta repentinamente. En suelos arenosos que son altamente permeables, el drenaje causado por el incremento en la presión de poro de agua se lleva inmediatamente debido a eso el asentamiento es inmediato y la consolidación se efectúan simultáneamente. En suelos arcillosos que tienen baja permeabilidad, el asentamiento por consolidación depende del tiempo. Prueba de consolidación unidimensional en laboratorio El procedimiento de prueba de la consolidación unidimensional fue primero sugerido por terzaghi (1925). La cual se efectúa en un consolimetro (llamado a veces odómetro). El espécimen de suelos se coloca dentro de un anillo metálico con dos piedras porosas, una en la parte superior del espécimen y otra en el fondo. Los especímenes son usualmente de 63.5mm de diámetro y 25.4mm de espesor. La
  • 18. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 18 carga sobre el espécimen se aplica por medio de un brazo de palanca y la compresión se mide por medio de un micrómetro calibrado. El espécimen se mantiene bajo agua durante la prueba. Cada carga se mantiene usualmente durante 24h, después se duplica la presión sobre el espécimen y se continúa la medición de la compresión. Al final se determina el peso seco del espécimen. La forma general de la gráfica de deformación del espécimen versus tiempo para un incremento dado de cargas se muestra en la figura. La cuales se describen en el gráfico de tres etapas y son: Etapa I: compresión inicial, causada principalmente por la precarga. Etapa II: consolidación primaria, durante la cual el exceso de presión de poro por agua es gradualmente transferido a esfuerzos efectivos por la expulsión dela gua de poro. Etapa III: consolidación secundaria, ocurre después de la total disipación del exceso de presión de poro de agua cuando alguna deformación del espécimen tiene lugar debido al reajuste plástico de la estructura del suelo. Graficas de presión –relación de vacíos Después de analizar las gráficas de tiempo-deformación, es necesario estudiar el cambio de relación de vacíos del espécimen con la presión.
  • 19. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 19 Calcule la altura de los sólidos Hs 𝐻𝑠 = Ws A Gs γw Donde: Ws= peso seco del espécimen A= área de espécimen Gs= densidad de los sólidos γw= peso especifico del agua Calcule la altura inicial de vacios Hv Hv = H – Hs Calcule la relación de vacios inicial ℮ del espécimen℮ ℮ = Vv Vs = Hv A Hs A = Hv Hs Para la primera carga incrementada σ1( carga total del espécimen / ara unitaria del espécimen) q causa la deformación ∆H1, calcule el cambio de relación de vacios ∆℮1: ∆℮1 = ∆H1 𝐻𝑠
  • 20. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 20 ∆H1, se obtniene de las lecturas inicial y final de la carga. En este tipo la presión efectiva sobre el espécimen σ'=σ1=σ'1 Calcule la nueva relación de vacíos ℯ1, después de la consolidación causada por el incremento de presión σ1: ℯ1= ℯ0 - ∆ℯ1 para la siguiente carga σ2 (nota: σ2 es igual a la carga acumulada por área unitaria del espécimen, que causa la deformación adicional ∆𝐻2 , la relación de vacios ℯ2 al final de la consolidación se calcula como: ℯ2= ℯ1- ∆𝐻2 𝐻𝑠 Note que en este tiempo, la presión efectiva sobre el espécimen es σ'=σ2=σ'2 Ejemplo: A continuación se dan los resultados de una prueba de consolidación en el laboratorio sobre un espécimen obtenido en el campo: masa seca del espécimen es 116.74g, altura del espécimen al inicio de la prueba es 25.4mm, Gs 2.72 y el diámetro del espécimen es 63.5mm Presión σ'(KN / M2) Altura final del espécimen al final de la consolidación 0 25.4 50 25.19 100 25
  • 21. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 21 200 24.29 400 23.22 800 22.06 Efectué los cálculos y dibuje una curva e- log σ' Solución: 𝐻𝑠 = Ws A.Gs.γw = 116.74 g [ π 4 (6.35cm)2](2.72 )( 1g cm3) Hs = 1.356 cm = 13.56 mm Presión σ'(KN/M2) Altura final, H Hv = H - Hs e = Hv / Hs 0 25.4 11.84 0.873 50 25.15 11.63 0.858 100 25 11.44 0.843 200 24.29 10.73 0.791 400 23.22 9.66 0.712 800 22.06 8.5 0.627 Grafica de ℯ-log σ'
  • 22. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 22 Proceso de consolidación: Cuando el suelo se somete a una sobrecarga, 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.
  • 23. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 23 CONSECUENCIAS DE LA CONSOLIDACIÓN – Incremento en el esfuerzo efectivo – Reducción en el volumen de vacios – Reducción en el volumen total – Asentamientos en el terreno – Asentamientos en la estructura CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS Consolidación involucra 3 dimensiones Análisis muy complejo Consolidación unidimensional = en 1 dimensión Se lleva por correcciones a la consolidación en 3 dimensiones CASOS IMPORTANTES DE CONSOLIDACIÓN: Torre de Pisa Ciudad de México Bogotá Uruguay: Terraplén de acceso al Puente del Río Santa Lucía, Ampliación de Pista de Aeropuerto de Carrasco, etc. APLICACIÓN DE CARGAS EN LOS SUELOS ASENTAMIENTOS
  • 24. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 24 A. Uniforme B. Inclinación sin deformación c. Deformación ASENTAMIENTOS S total = S elástico + S compresibilidad + S secundarios S elástico ( elásticos, distorsión) δd = refleja el desplazamiento lateral del suelo debajo de la zapata. Por lo general son pequeños y se pueden controlar en obra. S compresibilidad ( consolidación primaria) δc = asentamiento a largo plazo ,refleja el cambio de volumen en el suelo como resultado de cambios en el esfuerzo efectivo del suelo. Son altos y pueden causar fisuramiento en construcciones si no se controlan. Se da en suelos finos saturados. S compresión secundaria ( consolidación secundaria) δs = asentamiento a largo plazo ,refleja la reducción de volumen en el suelo ante un esfuerzo efectivo constante y es el resultado de la descomposición de la materia orgánica , y procesos de reacomodación interna de las partículas por cambios físicos y químicos del suelo.
  • 25. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 25 TEORÍA DE CONSOLIDACIÓN DE SUELOS DE TERZAGH Terzaghi (1923) describió la relación esfuerzo-deformación que experimentan los suelos finos cuando, estando saturada, son sometidos a un incremento de carga que cambia las condiciones de esfuerzos dentro de los mismos. Con lo cual Terzaghi definió el comportamiento de dichos suelos, como una relación entre el esfuerzo efectivo y la relación de vacíos e. Un cambio en el estado de esfuerzos en un suelo compresible produce un cambio en el volumen de los vacíos del mismo, y si dichos vacíos se encuentran llenos de agua se origina a su vez un cambio en el contenido de agua del suelo. Teniendo esto en mente, Terzaghi definió el fenómeno de consolidación como cualquier proceso en el cual se involucra un decremento en el contenido de agua de un suelo saturado, sin que se presente un reemplazo del agua por aire. Hipótesis asumidas en la Teoría de Consolidación de Terzaghi El objeto del estudio teórico realizado por Terzaghi para el fenómeno de consolidación unidimensional, consiste en determinar una ecuación en la cual los valores de la presión y la relación de vacíos puedan ser calculados en cualquier punto del espécimen, en cualquier tiempo en la consolidación y para cualquier espesor.
  • 26. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 26 En el análisis realizado se llevaron a cabo simplificaciones y se asumieron las siguientes características del suelo en el proceso de consolidación (Terzaghi 1943) • El suelo es homogéneo. • El suelo está totalmente saturado. • El agua y las partículas sólidas son incompresibles. • Se cumple la Ley de Darcy para el flujo de agua. • El coeficiente de permeabilidad k es constante • El suelo se encuentra lateralmente confinado y los esfuerzos normales tanto efectivos como totales son iguales para todos los puntos de cualquier sección horizontal a través del estrato, y para cualquier etapa del proceso de consolidación. • Se cumple el principio de esfuerzos efectivos. • Las condiciones de frontera son constantes en su potencial, lo que se traduce en un espesor constante. • Compresión y flujo unidimensional. Limitaciones de la Teoría de Consolidación de Terzaghi Las insuficiencias de la teoría de consolidación de Terzaghi se encuentran ligadas a las hipótesis simplificatorias en que se basa dicha teoría. Al utilizar estas hipótesis se asumen características del comportamiento del suelo que no se cumplen en su totalidad, esto genera discrepancias en los resultados de la teoría con respecto tanto a la realidad en campo como en pruebas de laboratorio. Algunas de las discrepancias más importantes se exponen a continuación: La disipación de la presión de poro generada por la carga superficial, al inicio del proceso, es en general significativamente más rápida que la calculada por medio de la teoría de Terzaghi. La velocidad con que ocurren los asentamientos superficiales no coincide con la calculada mediante la teoría de Terzaghi. 9 En las curvas asentamiento-tiempo se presenta una deformación viscoplástica diferida del esqueleto sólido, este proceso conocido como consolidación secundaria no es
  • 27. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 27 explicable con la teoría de Terzaghi, en la cual la deformación sólo es función de las propiedades hidráulicas del suelo, su compresibilidad elástica y la magnitud de la carga aplicada. 9 Las deformaciones no son estrictamente proporcionales al esfuerzo total aplicado, al término de un incremento de carga. La teoría de consolidación de Terzaghi fue un gran adelanto en la mecánica de suelos, y aunque su trabajo presenta algunas inexactitudes, limitaciones y simplificaciones, su teoría sirvió como base para que otros investigadores, quizás con herramientas y adelantos tecnológicos superiores, desarrollaran teorías que se acercaran más a la realidad del comportamiento del suelo con el fin de mejorar el cálculo teórico de asentamientos y las características del permeabilidad del suelo. Analogía mecánica de Terzaghi Cuando un suelo parcial o totalmente saturado se carga , en un comienzo el agua existente en los poros absorberá parte de dicha carga puesto que esta es incompresible, pero con el transcurso del tiempo, escurrirá y el suelo irá absorbiendo esa carga paulatinamente. Este proceso de transferencia de carga , origina cambios de volumen en la masa de suelo , iguales al volumen de agua drenada.
  • 28. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 28 Teoría de Terzaghi para la consolidación vertical Considérese un depósito de suelo homogéneo, saturado, de longitud lateral infinita y sometido a una carga uniforme (q) aplicada en toda al área superficial. El suelo reposa sobre una base impermeable (ésta puede ser roca sana u otro suelo cuya permeabilidad sea muy baja en comparación al suelo a analizar, por ejemplo ksue1o > 100 kestrato impermeab1e) y puede drenar libremente por su cara superior, donde • hp: es la altura piezométrica • z: es la posición respecto a un plano de referencia • hh: es la carga hidráulica • he: es el exceso de presión neutra debido a la carga q • H: es el espesor del estrato La disipación del exceso de presión intersticial en cualquier punto sólo se producirá mediante el flujo del agua intersticial en sentido vertical ascendente hacia la superficie, ya que el gradiente hidráulico únicamente se presenta en dirección vertical. Como resultado se producirán deformaciones en la dirección vertical.
  • 29. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 29 Esquema del depósito de suelo La consolidación es un problema de flujo de agua no establecido de un medio poroso, esto se refiere a que si se analiza el flujo de agua en la to talidad del estrato, ésta solo sale de él, ya que no ingresa ningún caudal. Esta situación no debe confundirse con la de un elemento de altura diferencial dentro del estrato, en el cual sí hay un flujo establecido de agua. Se establecen las siguientes hipótesis: • El suelo es homogéneo. • El suelo está saturado y permanecerá así durante todo el proceso de consolidación. En el caso de suelos no saturados, los resultados de esta teoría son poco confiables. • Las partículas del suelo y el agua son incompresibles.
  • 30. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 30 • La compresión es unidimensional en sentido vertical y no se producen movimientos de partículas en el sentido horizontal. Esto es cierto en laboratorio, pero aproximado in situ. • El drenaje de agua se produce sólo en sentido vertical. • Es válida la ley de Darcy y todas sus hipótesis. • El coeficiente de permeabilidad k es constante. Esto es prácticamente cierto in situ, aunque en laboratorio puede producirse errores. Considerando el flujo en el elemento diferencial ubicado a z del plano de referencia, donde: • Vz es la velocidad vertical del flujo que entra en el elemento • V(z+dz) es la velocidad vertical del flujo que sale del elemento Elemento diferencial de suelo ARCILLAS NORMALMENTE CONSOLIDADAS Y PRE CONSOLIDADAS: Un suelo, en el campo a cierta profundidad ha estado sometido a una cierta presión efectiva máxima en el pasado de su historia geológica. Esta presión efectiva máxima pasada puede ser igual o mayor o igual que la presión de sobrecarga existente en el tiempo del muestreo. La reducción de la presión en el campo es causada por procesos geológicos naturales o por procesos geológicos naturales o procesos humanos. Durante el muestreo del suelo, la presión de sobrecarga efectiva existente es también liberada resultando cierta expansión. Cuando el espécimen está sometida a una prueba de consolidación, una pequeña
  • 31. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 31 cantidad de compresión (es decir un pequeño cambio de relación de vacios) ocurrirá cuando la presión total aplicada es menor que la presión de sobrecarga efectiva máxima en el campo a la que el suelo fue sometida en el pasado. Cuando la presión total aplicada sobre el espécimen es mayor que la presión efectiva máxima en el pasado, el cambio de relación de vacios es mucho mayor, y la relación e-log o es prácticamente lineal con una pendiente más inclinada. Esta relación es verificada en el laboratorio cargando el espécimen de manera que se exceda de la presión de sobrecarga efectiva máxima y luego descargándolo y recargándola de nuevo. La grafica e-log o para tales casos se muestra en la figura en donde CD representa la descarga y dfg representa el proceso de recarga. Arcillas normalmente consolida: la presión de sobrecarga efectiva presente es la presión máxima a la que el suelo fue sometido en el pasado. Coeficiente de comprensibilidad: el peso de la estructura o terraplén, incrementa la presión a la que está sometida la arcilla desde 𝑃0 hasta P y origina una disminución de la relación de vacios, desde ℮0 hasta ℮. 𝑎 𝑉 = ℯ0 − ℯ ∆p
  • 32. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 32 Coeficiente de comprensibilidad volumétrica : La disminución de poro es: 𝑚 𝑉 = av 1 + ℯ0 Asentamiento (s)= compresión de la arcilla por unidad de espesor original bajo la influencia de un aumento de presión. S = H.∆𝑃 . 𝑚 𝑉 Sustituyendo las anteriores ecuaciones en esta última ecuación obtenemos: 𝑆 = H cc 1 + ℯ0 log10 P0+. ∆𝑃 P Arcillas pre consolidada: la presión de sobrecarga efectiva máxima en el presente es menor que la que el suelo experimentó en el pasado. La presión efectiva máxima en el pasado se llama esfuerzo de pre consolidación. SI 𝐶 P0 >> 0.11+0.037 IP Es arcilla preconsolidada SI 𝐶 P0 << 0.11+0.037 IP Es arcilla consolidada
  • 33. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 33 INDICE DE COMPRESIÓN (CC): Podemos determinar el índice de compresión para un asentamiento en ampo causado por consolidación por medio de una construcción grafica des pues de obtener los resultado de prueba de laboratorio para la relación de vacíos y la presión. Terzaghi y peck (1967) propusieron expresiones empíricas para el indicé de compresión para: Arcillas inalteradas. Para arcillas remodeladas: Donde LL= limite liquido (%) Teoría de consolidación: Proceso de disminución de volumen que tiene lugar un lapso de tiempo provocado por un incremento de las cargas sobre el suelo. Si se aumenta la carga que actúa sobre una capa d suelo poroso, saturado compresible como es el caso de la arcilla, la capa se comprime y expulsa agua de sus poros. A este fenómeno se le llama consolidación. VELOCIDAD DE LA CONSOLIDACIÓN: El asentamiento total es causado por la consolidación primaria que resulta de un incremento en el esfuerzo sobre un estrato de suelo se calcula usando una de las tres ecuaciones anteriores. Sin embargo, la ecuaciones no proporcionan ninguna Cc=0.009(LL-10) Cc=0,007(LL-10)
  • 34. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 34 información respecto a la velocidad con que ocurre la consolidación primaria. Terzaghi (1925) propuso la primaria teoría para considerar la velocidad de la consolidación unidimensional en los suelos arcillosos saturados .La derivación matemática se basa en las siguientes suposiciones: 1. el sistema arcilla- agua homogénea 2. la saturación es completa 3. la compresibilidad del agua es despreciable. 4, la compresibilidad de los granos de suelo es despreciable ( pero los granos de suelo se reacomodan). 5. El flujo de agua es solo en una dirección8 es decir en la compresión) 6. la ley de darcy es válida. La muestra en un estrato de arcilla de espesor 2H localizada entre dos estratos de arena altamente permeables. si el estrato de arcilla es sometido a una presión creciente A o, la presión de poro del agua de cualquier punto A en el estrato de arcilla aumentara. Para consolidación unidimensional, el agua será expulsada en dirección vertical hacia los estratos de arena. La figura muestra (b) el flujo de agua a través de un elemento prismático en A para el elemento de suelo mostrado.
  • 35. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 35 La cual se llega a demostrar la siguiente formula de velocidad de consolidación 𝑡 = TV x H2 CV Dónde: t : tiempo de consolidación Tv: factor tiempo Cv : coeficiente de consolidación COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN El coeficiente de consolidación Cv generalmente disminuye conforme el limite liquido del suelo aumenta. El rango de variación de Cv para el limite liquido de un suelo dado es bastante amplio. Para un incrementó de carga dado sobre un espécimen, existen dos métodos gráficos comúnmente usados para determinar Cv a partir de pruebas de consolidación unidimensional de laboratorio. Uno de ellos es el método de logaritmo del tiempo propuesto por Casa Grande y fadum (1940), y el otro método es de la raíz cuadrada del tiempo sugerido por Taylor (1942). Los procedimientos generales para obtener Cv por los dos métodos son descritos a continuación.
  • 36. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 36 Método logaritmo del tiempo: Para una carga incrementada dada de la prueba de laboratorio, la grafica de deformación versus log dl espécimen se muestra en la figura las siguientes construcciones son necesarias para determinar Cv: 1. Extienda las porciones de línea recta de las consolidaciones primaria y secundaria hasta hasta que se intersequen en A ,es representa por D100 es decir la deformación al final del 100% de consolidación primaria. 2. La porción de curva inicial de grafica de deformación versus log t es aproximada a una parábola sobre la escala natural. Seleccione tiempo t1 y t2 sobre la porción de curva tal que t2=4t1 haga la dirección de la deformación del espécimen durante el tiempo ( t2- t1) igual a x. 3. Dibuje una línea horizontal DE tal que la distancia vertical BD es igual a x. La deformación correspondiente a la línea DE es 𝑑0 (es decir, la deformación para 0% de consolidación). 4. La ordenada del punto F sobre la curva de consolidación representa la deformación a 50% de consolidación primaria y su abscisa representa el tiempo correspondiente (𝑡50 ). 5. Para un grado de consolidación promedio del 50%, Tv = 0.197
  • 37. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 37 𝐶 𝑉 = 0.197 𝐻2 𝑡50 METODO DE LA RAIZ CUADRADA DEL TIEMPO: En este método se dibuja una gráfica de deformación versus la raíz cuadrada del tiempo para la carga incrementada. Otras construcciones graficas requeridas son Dibuje una línea ab a través de la porción prematura de la curva. Dibuje una línea ac tal que 0c=1.15ob. la abscisa del punto d1 que es la intersección de ac y la curva de consolidación, de la raíz cuadrada del tiempo para una consolidación del 90% (√ 𝑡90 ) Para 90% de consolidación 𝑡90 = 0,848 𝐶 𝑉 = 0.848 𝐻2 𝑡90
  • 38. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 38 Tabla para hallar el tv: Ensayo de consolidación En una situación real, donde es preciso resolver un problema de consolidación de suelos, es necesario determinar no solo el tiempo en el cual se produce la consolidación sino también la magnitud del asentamiento que tendrá lugar debido a la deformación del suelo. Para esto se realiza la prueba de consolidación, o también llamada prueba de compresión confinada, la cual consiste en someter a un esfuerzo de compresión axial a una muestra inalterada del suelo en estudio. La muestra deberá ser inalterada, porque como ya se mencionó, la consolidación depende de la estructura del suelo.
  • 39. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 39 La muestra a utilizar en el ensayo es cilíndrica con una altura pequeña en comparación al diámetro de la misma. Esta muestra se coloca dentro de un anillo metálico que impide la deformación transversal de la misma, por lo tanto el cambio de volumen viene dado únicamente por la disminución de la altura de la muestra. Dicho anillo, a su vez es colocado entre dos piedras porosas que permiten el drenaje por ambas caras. El anillo con la muestra y las piedras porosas, es colocado en un recipiente con agua, para asegurar que la muestra esté saturada durante la totalidad del ensayo. En contacto con el dispositivo descripto, llamado consolidómetro, se coloca un flexímetro o LVDT (Transductor diferencial de variación lineal) que mide la deformación en sentido vertical. El conjunto se ubica en un marco de carga. La aplicación de la carga se realiza a través de un brazo de palanca. Se somete a la probeta a distintos escalones de carga, manteniendo cada uno de ellos el tiempo necesario hasta que la velocidad de deformación se reduzca a un valor despreciable. Para cada escalón de carga, se realizan mediciones de la deformación para diversos tiempos, y luego se traza con los datos obtenidos la gráfica deformación versus el logaritmo del tiempo o la gráfica deformación versus raíz del tiempo. Dichas gráficas son las llamadas curvas de consolidación. Al finalizar el ensayo se tienen tantas curvas de consolidación como escalones de carga aplicados. Antes de aplicar un nuevo escalón de carga, se registra el valor final de la deformación. Con este dato, con la altura inicial, y con el peso seco de la muestra puede determinarse el valor de la relación de vacíos correspondiente al escalón de carga en cuestión. Este proceso se repite para cada incremento de carga. Al final del ensayo se tiene, para cada uno de ellos, un valor de relación de vacíos y, con estos datos, se puede trazar una gráfica en la cual en las abscisas se colocan los valores de presiones (carga sobre el área de la muestra) correspondientes a cada escalón de carga en escala logarítmica, y en las ordenadas las relaciones de vacío correspondientes. Esta curva es llamada la curva de compresibilidad. Con las curvas de consolidación y de compresibilidad se determinan los parámetros necesarios para realizar los cálculos de tiempos de consolidación (Cr)
  • 40. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 40 y asentamientos (Cc; Cr). Estos cálculos se desarrollarán en los puntos siguientes. Tiempo de consolidación Método de Casagrande A partir de las expresiones obtenidas al resolver la ecuación diferencial, se determina la gráfica del grado de consolidación Uv (%) en función del factor de tiempo en escala logarítmica. Esta curva se denomina la curva teórica de consolidación y además puede demostrarse que la curva obtenida en el intervalo comprendido entre el 0 y el 50 % de la consolidación se aproxima a una parábola. Entonces, con la realización de los ensayos podemos determinar la curva de consolidación real, la cual, si el suelo fuese ideal y cumpliese con todas las hipótesis planteadas en la teoría, coincidiría con la curva teórica a excepción de un cambio de escala (la curva teórica está expresada en valores adimensionales como son el grado de consolidación Uv y el factor de tiempo, y la curva real está expresada en acortamiento vertical (mm) y tiempo (min)). Respondiendo a esta relación, es que se traza la curva de consolidación con los datos obtenidos del laboratorio en forma descendente, desde el 0% de la consolidación al 100%, volcando los valores del acortamiento de la muestra medidos a través del tiempo. Para determinar el coeficiente de consolidación Cv, Casagrande propuso un método gráfico, partiendo de los datos obtenidos del ensayo de consolidación. En primer lugar debe trazarse para el escalón de carga que represente la situación in situ del estado de tensiones impuesto, la curva Deformación vs log t. Para determinar el escalón de carga a utilizar debe calcularse previamente la carga de tapada o´O a la cual se encuentra sometido el estrato compresible así como también la sobrecarga a aplicarse ∆o´. El escalón de carga deberá ser tal que se aproxime a la suma de ambas presiones. Para estar del lado de la seguridad se utilizará el escalón de carga que supere a o´O+∆o´. Una vez dibujada la curva de consolidación en escala semi logaritmica, el método consiste básicamente en determinar sobre esa curva el tiempo en el cual se
  • 41. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 41 desarrolla el 50% de la consolidación primaria. Para esto se sigue el siguiente procedimiento (a lo fines didácticos de este apunte se presenta la determinación del 50% de la consolidación. Curva teórica de consolidación Determinar la deformación teórica correspondiente al 0% de la consolidación (dO%). Para esto debe elegirse un punto A en la parte inicial de la curva de consolidación de abscisa t1 y encontrar el punto correspondiente de la curva para un tiempo t2 = 4t1. Entre ambos puntos se determina la diferencia de ordenadas ∆. Como la curva es esencialmente parabólica se demuestra que para una relación entre abscisas de 4 corresponde una relación de ordenadas de 2 por lo que la ordenada al origen de dicha parábola se ubica a una distancia ∆ por encima del punto A. Es por esto que se traza una línea horizontal a una distancia
  • 42. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 42 ∆ por encima del punto A. La intersección de dicha recta con el eje de las ordenadas representa la deformación correspondiente al 0% de la consolidación (dO%) . Método de Casagrande Determinar la deformación correspondiente al 100% de la consolidación primaria (d1OO%). Para ello extender la recta tangente a la parábola en el punto de inflexión y la recta tangente a los últimos puntos de la curva de consolidación. Ambas rectas se intersecan en un punto B cuya ordenada representa la deformación correspondiente al 100% de la consolidación primaria Determinado el dO% y el d1OO% se determina la mitad de dicha distancia que es la deformación correspondiente al 50% de la consolidación (d5O%). Teniendo este valor como ordenada se obtiene el punto C perteneciente a la curva, cuya abscisa representa el tiempo en que se produce el 50% de la consolidación primaria (t5O).
  • 43. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 43 SIMBOLOGÍA  Cv Coeficiente de consolidación  Cα Coeficiente de compresión secundaria  Ct Pendiente del tramo recto de la curva de consolidación  E Modulo de elasticidad  e Relación de vacíos  2.7182 Base de los logaritmos neperianos  η Porosidad  G% Grado de saturación  H Trayectoria más corta de drenaje en una muestra de suelo de espesor igual a 2H.  k Coeficiente de permeabilidad  Ln Logaritmo natural  LL Límite líquido  LP Límite plástico  IP Índice plástico  mv Coeficiente de compresibilidad volumétrico.  DSI Digital Strain Indicator  σ Esfuerzo  Δσ Incremento de esfuerzo
  • 44. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 44  Ss Densidad de sólidos  t Tiempo  T Factor tiempo de acuerdo con la teoría de consolidación  U% Grado de consolidación.  u Presión de poro.  V Volumen  W% Contenido de agua natural  z Profundidad  β Relación entre compresibilidad primaria y secundaria  γω Peso volumétrico del agua  δi Deformación inicial al 100% de consolidación primaria.  δ100 Deformación final en el 100% de consolidación primaria.  ν Relación de Poisson.  π Relación geométrica entre la circunferencia y el diámetro de un círculo.  ∑ Sumatoria  σy Esfuerzo de fluencia  X1 Tiempo en minutos  Y1 Velocidad de la onda cortante (m/s)  X2 Tiempo en días  Y2 Velocidad de la onda cortante (m/s)
  • 45. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 45 1.3 OBJETIVO E HIPOTESIS 1.3.1 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION 1.3.1.1 OBJETIVO GENERAL Determinar la influencia de las cargas unidimensionales en la consolidación de los suelos del distrito de independencia departamento y provincia de lima -2015. 1.3.2.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS 1.- Identificar las cargas unidimensionales ejercidas en los suelos del distrito de independencia departamento y provincia de lima – 2015. 2.- Hallar el nivel de consolidación de los suelos del distrito de independencia departamento y provincia de lima – 2015. 3.- Determinar el grado de saturación de los suelos. 4.- determinar el tiempo promedio de las cargas unidimensionales 1.3.2 HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN 1.3.2.1 Hipótesis Las cargas unidimensionales si influyen en la consolidación de los suelos en el distrito de independencia, departamento y provincia de lima – 2015 1.3.2.2 Hipótesis nula Las cargas unidimensionales no influyen en la consolidación de los suelos en el distrito de independencia, departamento y provincia de Lima – 2015 .
  • 46. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 46 II.- METODO DE LA INVESTIGACION 2.1 TIPO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACION 2.1.1 TIPO DE INVESTIGACION El presente proyecto de investigación se pretende reformular investigaciones ya dadas en la realidad y es por ello que nuestra investigación es teórica 2.1.2 DISEÑO DE INVESTIGACION El presente proyecto de investigación es de tipo: No experimental; teórico, transversal correlacional causal 2.2 VARIABLES DE LA INVESTIGACION 2.2.1 variable independiente Cargas unidimensionales 2.2.2 variable dependiente Consolidación 2.2.3 variable intervinientes Grado de saturación del suelo Tiempo
  • 47. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 47 2.3 METODOS ESTADISTICOS DE LA INVESTIGACIÓN. La ley de Darcy y el teorema de Terzagui de logaritmo 2.4 MUESTRA DE LA INVESTIGACION Para la muestra nos basaremos a la norma estándar de ensayo para propiedades de consolidación unidimensional de suelos (ASTM D 2435-80). La muestra es inalterada del segundo estrato. Este método comprende un procedimiento para determinar la velocidad y la magnitud de la consolidación del suelo cuando éste está confinado lateralmente y además está cargado y drenado axialmente. El método requiere que un elemento de suelo sea confinado lateralmente y cargado axialmente mediante incrementos, bajo la aplicación de un esfuerzo constante, hasta que todo el exceso de presiones de poro se haya disipado en cada incremento. Durante el proceso de compresión se toman medidas del decremento en la altura de la muestra, y estos datos son utilizados para calcular los parámetros que determinan la relación entre el esfuerzo efectivo, y la relación de vacíos o la deformación, y para calcular la velocidad a la cual la compresión puede ocurrir. 2.5 INSTRUMENTOS DE INVESTIGACION MATERIAL Y EQUIPO: • Muestra Inalterada de suelo • Torno de labrado • Cútter • Consolidómetro compuesto de: anillo, base con piedra porosa, • Piezómetro calibrado, placa con puente para apoyar micrómetro,
  • 48. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 48 • Balín, piedra porosa y • Micrómetro con soporte. • Banco de consolidación. • Una cuerda de guitarra • 2 vidrios planos • Bascula • Parafina • Brea • Manta de cielo • Nivel de mano o de gota • Agua destilada • Cronometro
  • 49. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 49 2.6 PROCEDIMIENTO Y RECOLECCION DE DATOS 2.6.1 Fichas (1) de ensayo de consolidación DATOS DE LA MUESTRA: Suelo: Arcilla Escalón Nº:…………………. CargaKg:…………………………. Flexímetro: 0,0001 ¨/div. Fecha Hora Tiempo t (min) Log t t Lectura flexímetro Asentamiento 8 seg 15 seg 30 seg 1 min 2 min 4 min 8 min 15 min 30 min 1 hs 2 hs 4 hs 8 hs 16 hs 24 hs
  • 50. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 50 2.6.2 Ficha (2) de ensayo de consolidación DATOS DEL ENSAYO: Anillo Nº Peso del anillo Wa = 1 gr Sección del anillo A = 100 cm2 Altura del anillo H = cm Volumen del anillo V = cm3 Humedad inicial % Peso anillo y muestra húmeda Wa+m = gr P.E. relativo de sólidos Gs = Peso de muestra seca Wd = Gr Altura de sólidos hs = Cm P.E. seco d = gr/cm3 Relación de vacíos inicial e = Fecha Asentamie Altura de Relación Longitud Presión nto la Altura de de de Coeficiente de Efectiva mm) probeta vacíos vacíos (ei) drenaje consolidación (kg/cm2) (Hi) (hvi) (cc)
  • 51. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 51 2.6.3 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO DE CONSOLIDACION 1- Se coloca en el interior de la base del molde del consolidómetro la piedra porosa inferior y sobre ésta un papel de filtro. 2- Luego se introduce el anillo que contiene la muestra inalterada del suelo a ensayar, colocándose sobre la muestra papel de filtro y la piedra porosa superior. 3- Posteriormente se fija con los tornillos correspondientes el anillo de sujeción de la piedra porosa superior, el que permite mantener agua sobre la muestra, para evitar pérdida de humedad por evaporación. Para prevenir que las piedras porosas tomen humedad de la muestra, deben estar libres de aire entrampado antes de montar la unidad. Es importante centrar correctamente las piedras porosas para prevenir el atascamiento contra el anillo durante la prueba. 4- Después de armado, el consolidómetro se asienta sobre la plataforma del mecanismo de transmisiónde cargas, ubicando el cabezal de carga sobre la piedra porosa superior, y se llenande agua los tubos laterales que comunican con la piedra porosa inferior, comenzando la saturaciónde la muestra. 5- Cuando está preparado para iniciar el ensayo, el extensiómetro para medir las deformaciones verticales debe ser puesto en cero, y la palanca de aplicación de carga debe estar en posición horizontal. 6- Seaplica una carga enel sistema de tal manera de obtener una presiónde 0,10 o 0,25 Kg/ cm2 ( 10 o 25 KPa) en la muestra de suelo y se comienza a tomar lecturas de tiempo y deformaciones verticales, para conocer la deformación correspondiente a distintos tiempos. Es útil utilizar la siguiente secuencia: 8 seg, 15 seg, 30 seg, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min, 15 min, 30 min, 1 hs, 2 hs, 4hs, 8hs, 16 hs, 24 hs, etc. Cabe recordar que la barra de suspensión frontal tiene una multiplicación mecánica de 1 a 40, mientras que la barra de suspensión posterior tiene una relación de 1 a 10. Las mediciones se realizan hasta que la velocidad de deformación se reduzca prácticamente a cero, o sea cuando se haya sobrepasado la consolidación primaria y se encuentra la consolidación secundaria, lo que podrá determinarse en los gráficos de consolidación, realizados durante la
  • 52. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 52 ejecucióndel mismo. Para la mayoría de las arcillas el período necesario de aplicaciónde la carga para obtener el cien por ciento de consolidación es de 24 hs. 7- Luego de obtenida la lectura final de unescalón, se prosigue el ensayo aplicando cargas en y de deformaciones verticales como en el punto anterior. Se sigue aplicando incrementos de carga hasta que en la gráfica de compresibilidad se esté en el tramo recto o virgen. Luego se podrá descargar en dos o tres decrementos de carga hasta la presión inicial. 8- Posteriormente se recargará hasta llegar a una presiónsuperior a la lograda en la etapa de carga, de manera de ingresar a la prolongacióndel tramo virgencorrespondiente al primer ciclo de carga. 9- Luego de retirada toda la carga, se deja que la muestra expanda hasta que no se registre expansión en el extensiómetro por un período de 24 hs. 10- Al terminar la prueba, se quita el extensiómetro yse desarma el consolidómetro. Se seca el agua del anillo del consolidación y de la superficie de la muestra, para registrar el peso del conjunto. Luego de secado en horno se conoce el peso seco de la muestra (Wd), con lo que se
  • 53. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 53 III RESULTADOS DELA INVESTIGACION 3.1 PRESENTACION DERESULTADOS Para la realización del ensayo se confecciono una probeta en el anillo del consolidometro, se montó el mismo y se calibró el flexímetro con una lectura inicial igual a cero. Posteriormente se cargó con las pesas necesarias para transmitir a la probeta una presión de 40 Kpa y se dejó consolidar totalmente. El día del ensayo, que se indica en la planilla siguiente, se duplicó la carga, registrándose en el instante inicial una lectura de 5 vueltas y 173 divisiones. La información en bruto tomada del consolidometro con una presión total de 80 Kpa se indica a continuación: fecha hora tiempo lectura vuelta s divisione s 17/05/04 17:05 00:00 5 173 6'' 6 20 15'' 6 27 30'' 6 33 1 ' 6 40 2' 6 49 4' 6 63 8' 6 81 17:20 1 5' 6 102 17:35 30' 6 137 18:05 1h 6 190 19:05 2h 7 63 20:30 7 142 18/05/04 10:00 9 78 15:30 9 130 fecha hora tiemp o lectura vueltas divisiones 20:30 9 174 19/05/04 13:30 10 16 1 7:05 10 22 20:30 10 28 20/05/04 13:30 10 46 21/05/04 10:20 10 59 14:00 10 61 20:30 10 65 23/05/04 18:30 10 78 24/05/04 14:00 10 82 20:30 10 84 25/05/04 18:30 10 87 26/05/04 13:30 10 90 19:00 10 92
  • 54. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 54 En las planillas siguientes se ha volcado los datos resultantes del ensayo necesarios para la confección de las curvas; ellos son: tiempo - lecturas del flexímetro (son las columnas exteriores); en la 2S columna se agrega logaritmo del tiempo en segundos y en la 3S se sustrae de las lecturas un número constante para "colgar" las mismas de una referencia Luego de estabilizado el sistema se procede a desmontar todo el aparato. Se pesa el anillo con la probeta adentro: Wan +Sh =2.326,77g t (seg.) log. t lect. lect. flex. 0 1 ,173 6 0.778 980 1 ,220 15 1.176 973 1 ,227 30 1 .477 967 1 ,233 60 1 .778 960 1 ,240 120 2.079 951 1 ,249 240 2.380 937 1 ,263 480 2.681 919 1 ,281 900 2.954 898 1 ,302 1 ,800 3.255 863 1 ,337 3,600 3.556 810 1 ,390 7,200 3.857 737 1 ,463 12,300 4.090 658 1 ,542 t (seg.) log. t lect. lect. flex. 98,700 4.994 226 1 ,974 159,900 5.204 184 2,016 172,800 5.238 178 2,022 185,100 5.267 172 2,028 246,300 5.391 154 2,046 321 ,300 5.507 141 2,059 334,500 5.524 139 2,061 357,900 5.554 135 2,065 437,100 5.641 122 2,078 507,300 5.705 118 2,082 530,700 5.725 116 2,084 609,900 5.785 113 2,087 678,300 5.831 110 2,090 60,900 4.785 322 1 ,878 80,700 4.907 270 1 ,930 698,100 5.844 108
  • 55. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 55 Se lleva anillo y probeta a estufa hasta conseguir peso constante, el que resulta: Wan + Ss = 2.128,63g Y el peso del anillo vacío: Wan = 1.728,63 La humedad final del suelo resulta: ω = 2.326,77 - 2.128,63 = 0.4953 = 49.53% 2.128,63 - 1.728,63 Aplicando lo visto en teoría, y asumiendo que la saturación de la probeta es total, la relación de vacíos final será: e = ω × G = 0,4953 = 2,65 = 1,31 Además de la relación de vacíos final se puede calcular la que tenía el suelo cuando sobre el mismo actuaba una presión efectiva de: 80 KPa; 40 Kpa y 0 ya que para esas presiones se cuenta con las respectivas deformaciones. Es, (sabiendo que la constante del flexímetro es 0,0001"/div.) : p' (Kpa) lect. def. (mm) 0 10 v. 63div 5.2400 80 10 v. 92div 5.3137 40 5 v. 173 div 2.9794 0 0 v. 0 div 0.0000
  • 56. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS [Seleccione la fecha] Ing. Fernando UCHUYPOMA MONTES Página 56 En la tabla anterior el orden es: La probeta luego de la descarga La última lectura del escalón realizado La última lectura antes de cargar para el escalón del ensayo La lectura inicial antes de cargar con 40 Kpa Sabiendo que (ver teoría) ∆e = ∆ δ/ ∆ hsól Hsól=h/1+e Hsol=25.4-5.24/1+1.31= 8.73mm y las relaciones devacíos: Para 80 Kpa: e1= 1.31- ((5.3137-5.2400)/8.73)=1.31-0.0084=1.3016 Para 40 Kpa: e2=1.3016+((5.313-2.9794)/8.73)=1.5690 Antes de cargar ei=1.5690+((2.9794-0)/8.73)=1.5690
  • 57. Consolidación unidimensional de suelos ING.UCHUYPOMA Página 57 los valores anteriores puede calcularse la permeabilidad del suelo ensayado cuando éste está sometido a una sobrepresion entre 40 y 80 KPa: k = Cv * mv * γw y = Cv = T *H^2/ t Cv se calcula para el tiempo correspondiente al 50% de consolidación del escalon aplicado; para ello se determina en la curva el 0% y 100% de consolidación y consecuentemente el tiempo para el que se cumplía la mitad del proceso (50%) El factor tiempo T para ese porcentaje de consolidación es teórico y • vale 0,197; el valor H es el espesor efectivo, en este caso la mitad del espesor de la probeta, por lo que es posible calcular: Mv=∆e/∆P X 1/(1+e)=(1.5690-1.3016)/(0.4 kg/cm2 x (1+1.5690))=0.26 cm2/kg Lo que resta entonces es trabajar con la curva de consolidación lo que depende de cada caso en particular.
  • 58. Consolidación unidimensional de suelos ING.UCHUYPOMA Página 58 3.3 CONCLUSION.  Podemos concluir cuando a una muestra se somete a un incremento de esfuerzos totales, como resultado de cargas externas aplicadas, se produce un exceso de presión intersticial. Puesto que el agua no resiste al corte la presión neutra se disipa mediante un flujo de agua al exterior, cuya velocidad de drenaje depende de la permeabilidad del suelo.  Los resultados que aquí se obtienen permiten conformar un patrón de comparación entre la vida práctica del ingeniero civil y la teoría pragmática en los respectivos laboratorios de tal manera que se garanticen factores de seguridad en la vida constructiva del ingeniero geotecnista y que propenda a la tranquilidad y/o seguridad manifestada en la estabilidad de las edificaciones que están o estarán siempre sobre la superficie del suelo, y el cual estará o no en capacidad de soportar dichas estructuras para lo cual se realizan ensayos de este tipo y así poder cuantificar de algún modo la máxima capacidad que podría soportar el suelo sin causar inestabilidad en su estructura y de esta forma no se atente en el futuro con la tranquilidad en el entorno, social, cultural y/o ambiental.  Concluimos que las cargas unidimensionales si influyen en la consolidación de los suelos de la población en estudio.  Concluimos que la consolidación es necesaria realizar en suelos saturados para mejorar la calidad de los tipos de suelos para sus usos apropiados tanto en obras viales y hidráulicas.
  • 59. Consolidación unidimensional de suelos ING.UCHUYPOMA Página 59  También podemos plantear que las deformaciones en las masas de suelos son proporcionales a las variables relación de vacíos y esfuerzos efectivo, este esfuerzo efectivo arroja una idea de la capacidad de soportar esfuerzos entre las partículas, para las cuales si este esfuerzo tiende a minimizarse, entonces se pierde esa capacidad de soportar esfuerzos y se desestabiliza la estructura por causa de los asentamientos ocurridos en la masa de suelo por el hecho de haber sobrepasado su capacidad de resistir un determinado esfuerzo que tiende a reconfigurar la estructura de las partículas para compensar dichos esfuerzos y como resultados se presentan los anteriores asentamientos mencionados.
  • 60. Consolidación unidimensional de suelos ING.UCHUYPOMA Página 60 3.4 RECOMENDACIÓN  Recomendamos realizar este tipo de ensayos para determinar los asentamientos a lo largo del tiempo.  Recomendamos que la muestra en sea inalterada, es decir, que mantenga de algún modo sus propiedades intrínsecas de su configuración.  Garantizar la permeabilidad en la muestra de suelo de tal manera que se permita la filtración o expulsión del agua en el proceso de consolidación.  Realizar los respectivos cálculos al final de cada proceso de carga y descarga para garantizar obtener las deformaciones últimas
  • 61. Consolidación unidimensional de suelos ING.UCHUYPOMA Página 61 BIBLIOGRAFÍA 1.- Mecánica de suelos. Tomo I “Fundamentos de la mecánica de suelos”. Eulalio Juárez Badillo - Alfonso Rico Rodríguez (1980). 2.- Propiedades geofísicas de los suelos. Joseph E. Bowles (1982). 3.- Fundamentos de ingeniería geotécnica. Braja M. Das (2001). 4.- Principios Fundamentales de Mecánica de Suelos. Donald W. Taylor (1961). 5.- Mecánica de suelos en la ingeniería práctica. Karl Terzaghi - Ralph B. Peck (1963). 6.- Mecánica de suelos. T. William Lambe, Robert Whitman (1972). 7.- Consolidación de suelos. Silvia Angelone (2002).
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