El documento trata sobre la capacidad portante de los suelos y la consolidación. Explica que la capacidad portante es la máxima presión que puede soportar el suelo sin fallar o deformarse excesivamente. Luego detalla cómo calcular la capacidad portante de un suelo mediante ensayos de campo y ecuaciones. También describe el proceso de consolidación de los suelos, en el cual el suelo reduce su volumen bajo una carga a través del tiempo debido a la expulsión de agua.

1. SEMANA-6
Capacidad admisible de los
suelos y consolidación

2. Datos/Observaciones
Logro
En esta sesión, el estudiante los detalles y métodos de
cálculo dela capacidad portante de un suelo para fines de
diseño, tomando valores referenciales de otros ensayos
(análisis granulométricos, densidad de campo, etc.) para
fines de cálculo y demostración.
El cálculo de capacidad portante de un suelo es muy
importante ya que determina parámetros de diseño para una
determinada construcción (edificaciones, presas, puentes,
etc.)

3. IMPORTANCIA
En cimentaciones se denomina capacidad portante a la
capacidad del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre
él. Técnicamente la capacidad portante es la máxima presión
media de contacto entre la cimentación y el terreno tal que no
se produzcan un fallo por cortante del suelo o un asentamiento
diferencial excesivo. Por tanto, la capacidad portante admisible
debe estar basada en uno de los siguientes criterios
funcionales:
Si la función del terreno de cimentación es soportar una
determinada tensión independientemente de la deformación, la
capacidad portante se denominará carga de hundimiento.
Si lo que se busca es un equilibrio entre la tensión aplicada al
terreno y la deformación sufrida por éste, deberá calcularse la
capacidad portante a partir de criterios de asiento admisible.

4. Capacidad portante
En cimentaciones se denomina capacidad portante a la capacidad del
terreno para soportar las cargas aplicadas sobre él. Técnicamente la
capacidad portante es la máxima presión media de contacto entre la
cimentación y el terreno tal que no se produzcan un fallo por cortante del
suelo o un asentamiento diferencial excesivo. Por tanto la capacidad
portante admisible debe estar basada en uno de los siguientes criterios
funcionales: Si la función del terreno de cimentación es soportar una
determinada tensión independientemente de la deformación, la capacidad
portante se denominará carga de hundimiento. Si lo que se busca es un
equilibrio entre la tensión aplicada al terreno y la deformación sufrida por
éste, deberá calcularse la capacidad portante a partir de criterios de asiento
admisible. De manera análoga, la expresión capacidad portante se utiliza en
las demás ramas de la ingeniería para referir a la capacidad de una
estructura para soportar las cargas aplicadas sobre la misma.

8. Datos/Observaciones

9. Datos/Observaciones
ANALISIS Y DETERMINACION DE LA CAPACIDAD PORTANTE DEL SUELO
1.- De acuerdo al tipo de suelo predominante en la zona de estudio, de suelo granular semi
compacto,
mezcla de grava, arena y limo, siendo la fraccion fina no plastica: GP - GM, se deduce que la
estructura será cimentada íntegramente en un mismo tipo de suelo, que garantice un mínimo
asentamiento diferencial, sobre todo ante efectos
dinámicos.
2.- Analisis de capacidad de carga:
Considerando que el suelo es una mezcla de grava, arena y limo, angulo de fricción = 32.5º,
peso unitario del suelo = 1.80 tn/m3, sin cohesión, aplicamos la ecuación general
de
capacidad de carga de Terzaghy:

10. Datos/Observaciones
q ult = c Nc Sc + qo Nq + 0.5 B g Ng Sg ......... ( 1 )
Donde :
 : Angulo de friccion
Sc, Sg : Factores de forma
Nc, Nq, Ng : Factores de carga
qo : Presion de sobrecarga ( qo = Df g )
Df : Profundidad de cimentacion
B : Ancho de cimentacion
g : Peso unitario del suelo
C : Componente cohesiva del suelo

11. Datos/Observaciones
Presentandose para el tipo de suelo los siguentes datos:
Sc = 1.30
Sg = 0.80
g = 1.80 tn / m3
 = 32.50
Nc = 46.85
Nq = 31.25
Ng = 29.89
C = 0.00
B = 1.00 m
Df = 0.80 m, 1m, 1.2m y 1.5m.

12. Datos/Observaciones
Aplicando la ecuacion ( 1 ), se obtiene las siguientes capacidades de carga ultima:
q ult = 6.652 kg/cm2 Df = 0.80 m
q ult = 7.777 kg/cm2 Df = 1.00 m
q ult = 8.902 kg/cm2 Df = 1.20 m
q ult = 10.590 kg/cm2 Df = 1.50 m

13. Datos/Observaciones
Considerando un factor de seguridad F.S. = 3 ( Reglamento Nacional de Construcciones), se considera los
siguientes valores de presion admisible para el diseño final de la cimentacion de la estructura a ejecutar:
q adm = q ult / 3
Profundidad de fondo de cimentacion (Df) Presion Admisible de Diseño (q adm)
( metros ) ( kg/cm2 )
0.80 2.217
1.00 2.592
1.20 2.967
1.50 3.530

14. CONSOLIDACIÓN
Concepto
Es un proceso de disminución de volumen del suelo en un tiempo dado por la
aplicación de una carga, produciéndose un asentamiento por la disipación del
exceso de la presión intersticial debida a la expulsión del agua a través del suelo.
Suelo Saturado
Por lo tanto, cuando un suelo se consolida ante la aplicación de una carga, se
produce una disminución de la relación de vacíos y un incremento del esfuerzo
efectivo.
Vacíos
Sólido
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
P

15. COMPRESIBILIDAD
Es que la propiedad que tiene el suelo para de reducir su tamaño ante
la aplicación de una fuerza de compresión. Cuando a un suelo se le
aplica una fuerza de compresión, con la finalidad de reducir su tamaño,
lo que en realidad se reduce son los espacios vacíos por reacomodo de
sus partículas, por lo que si se trata de un suelo saturado, la
compresión producida es debida a la expulsión del agua de los vacíos,
y como el agua fluye lentamente, es un proceso diferido con el tiempo.
Si por el contrario se trata de un suelo parcialmente saturado, la
compresión producida es debida a la expulsión del aire, por lo que el
fenómeno ocurre de forma casi instantánea, es decir que toma poco
tiempo.
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO

16. Suelos no cohesivos como las gravas y arenas, se comprimen
en un tiempo relativamente corto debido a que su permeabilidad
es relativamente alta, por lo que los asentamiento en este tipo de
suelos ocurre durante la fase de construcción de la estructura
(horas o días).
Suelos cohesivos, como las arcillas, presentan alta
compresibilidad, pero como tienen baja permeabilidad, se
comprimen en un tiempo más largo que los no cohesivos, por lo
que el fenómeno puede durar años, e incluso siglos.
COMPRESIBILIDAD
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO

17. ¿PARA QUÉ SE ESTUDIA LA
CONSOLIDACIÓN?
Objetivo
El desarrollo de la consolidación de un suelo es para dar
respuesta a dos preguntas:
1. ¿Cuánto se deforma el suelo?
2. ¿En cuánto tiempo ocurre la deformación total?
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO

18. Datos/Observaciones
Compresión inicial: Deformación inmediata producto de la
aplicación de una carga, sin ningún cambio en el contenido de agua
del suelo.
Consolidación primaria: Resultado de un cambio de volumen en
suelos saturados cohesivos debido a la expulsión del agua que
ocupa los espacios vacíos.
Consolidación secundaria: Resultado del ajuste plástico de la
estructura de suelo. Deformación plástica de las partículas que
componen el suelo.
El estudio de las relaciones esfuerzo – deformación de los suelos
ha dado como resultado un comportamiento elasto – plasto –
viscoso, muy alejado de las hipótesis de ser un material
linealmente elástico o linealmente plástico, y debido a esa
naturaleza se ha determinado que cuando a un suelo se le aplica
una fuerza, la deformación que se produce es función del tiempo.
FASES DE LA CONSOLIDACIÓN
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO

19. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
• Suelo está totalmente saturado y es homogéneo.
• Tanto el agua como las partículas de suelo son
incompresibles.
• La Ley de Darcy aplica para el flujo de agua.
• La variación de volumen es unidimensional en la
dirección del esfuerzo aplicado.
• El coeficiente de permeabilidad en esta dirección
permanece constante.
• La variación de volumen corresponde al cambio en la
relación de vacíos.
Hipótesis de la
Teoría de
Consolidación
Unidimensional

20. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
El movimiento de las partículas de suelos ocurre sólo en dirección vertical.
Analogía de Terzaghi (Transmisión de los esfuerzos externos a esfuerzos
efectivos)
Orificio
Pistón sin fricción
Cilindro de sección A
Resorte

21. ECUACIÓN DE CONSOLIDACIÓN
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
𝜕𝑢
𝜕𝑡
= 𝐶𝑣
𝜕2𝑢
𝜕𝑧2
Define que la variación de la presión de poro en el tiempo va a ser una función de un valor
constante (Cv) afectado de la variación de segundo orden de la presión de poro con respecto
a la posición dentro del estrato compresible.
𝐶𝑣 = Coeficiente de Consolidación
𝐶𝑣 =
𝑘(1 + 𝑒)
𝑎𝑣𝛾𝑤
k = Permeabilidad
e = relación de vacíos
𝑎𝑣= Coeficiente de compresibilidad (mide la razón de variación de la relación de
vacíos con la presión)
𝑎𝑣 =
𝑑𝑒
𝑑𝑝
𝛾𝑤= Peso específico del agua destilada a 4 ºC
𝑢 = 𝑓 𝑧, 𝑡 Presión neutra y es función de la profundidad z y el tiempo t

22. Datos/Observaciones
ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
Ensayo de Consolidación
Carga
Anillo de
confinamiento
Agua
FINALIDAD DEL ENSAYO:
1. ¿Cuánto se deforma? Curva de compresibilidad
2. ¿En cuánto tiempo? Curva de consolidación
Muestra de suelo

23. CURVA DE CONSOLIDACIÓN
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
Una curva para cada carga aplicada y se obtiene el parámetro de Cv
U (%)

24. CURVA DE CONSOLIDACIÓN
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
Es una gráfica que relaciona el grado de consolidación U(%) con
el tiempo(t). En las ordenas en escala aritmética y en las
abscisas en escala aritmética o semilogarítimica,
respectivamente.
U(%) es la relación entre la consolidación que ya ha tenido lugar
a esa profundidad y la consolidación total que ha de producirse
bajo el incremento de carga impuesto.
La curva es asintótica debido a que llega un punto en que a
medida que pasa el tiempo, el grado de consolidación
permanece constante.

25. CURVA DE COMPRESIBILIDAD
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
Tramo de Recompresión
Tramo Virgen
Tramo de Descarga

26. CURVA DE COMPRESIBILIDAD
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
Es una curva que establece la relación de presión – relación de vacíos. En las abscisas en
escala natural o logarítmica y en las ordenadas en escala natural. Se obtiene una de cada
prueba de consolidación completa. Generalmente una curva de compresibilidad tiene 3
tramos, el A es un tramo curvo que comienza en forma casi horizontal y cuya curvatura es
progresiva, alcanzado su máximo en la proximidad de su unión con el tramo B. El tramo B
es generalmente un tramo recto y con él se llega a la etapa final de carga de la prueba de
consolidación, al aplicar el máximo incremento de carga, que corresponde a la máxima
presión sobre la muestra. A partir de ese punto es común someter a la muestra a una
segunda etapa, ahora de descarga, en la que se sujeta al espécimen a cargas decrecientes,
dejando un tiempo prudencial hasta que la velocidad de deformación se reduzca
prácticamente a cero; en esta etapa se tiene una recuperación del espécimen, sabiendo que
este nunca llega nuevamente a su relación de vacíos inicial; el tramo c corresponde a la
segunda etapa, con el espécimen llevado a carga nula.
El tramo A se llama tramo de recompresión, el tramo B tramo virgen y el c tramo de
descarga.

27. Datos/Observaciones
CURVA DE COMPRESIBILIDAD
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
El tramo A recibe ese nombre porque en experimentos realizados a
muestras a las que se les ha aplicado ciclos de carga y descarga
consecutivos, una vez que culmina la descarga del primer ciclo y empieza
la carga del segundo, a una presión mayor que la máxima alcanzada en el
primer ciclo, el tramo A del segundo ciclo se extiende hasta la máxima
presión a la que se cargó el suelo en el primer ciclo, mientras que el tramo
B se define como una prolongación del tramo virgen del ciclo anterior y el
tramo c resulta similar al del primer ciclo.
De esto se concluye que el tramo A se produce cuando a una muestra de
suelo se le aplican presiones que ya ha soportado en épocas anteriores,
mientras que el tramo B resulta de aplicar presiones que la muestra nunca
antes ha soportado, de manera que los nombres asignados para cada
tramo es lógico.

28. SUELOS PRE CONSOLIDADOS Y NORMALMENTE
CONSOLIDADOS
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
Suelos Pre consolidados
• Suelos que están sometidos a presiones
menores que las soportadas a lo largo de su
historia geológica.
Suelos Normalmente consolidados
• Suelos que están sometidos a la máxima
presión que han soportado.

29. CÁLCULO DE ASENTAMIENTOS
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
∆𝐻 =
∆𝑒
1 + 𝑒1
𝐻

30. CÁLCULO DE ASENTAMIENTOS
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
Ejercicio: En una prueba de consolidación de una muestra de arcilla
inalterada se obtuvieron los siguientes resultados:
𝑝1 = 1,65
𝐾𝑔
𝑐𝑚2 ; 𝑒1 = 0,895
𝑝2 = 3,10
𝐾𝑔
𝑐𝑚2 ; 𝑒2 = 0,732
Determine el asentamiento total de un estrato de esta arcilla de 10 m de
espesor.
∆𝐻 =
∆𝑒
1 + 𝑒1
𝐻
∆𝐻 =
0,163
1,895
10 𝑚
∆𝐻 = 0,86 𝑚

31. CÁLCULO DE ASENTAMIENTOS
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
Ejercicio: En una prueba de consolidación de una muestra de arcilla
inalterada se obtuvieron los siguientes resultados:
𝑝1 = 1,65
𝐾𝑔
𝑐𝑚2 ; 𝑒1 = 0,895
𝑝2 = 3,10
𝐾𝑔
𝑐𝑚2 ; 𝑒2 = 0,732
Determine el asentamiento total de un estrato de esta arcilla de 10 m de
espesor.
Para una arcilla consolidada.
C𝑐 =
0.895−0.73
log(
3.10
1.65
)
=0.595
S =
𝐶𝑐𝐻𝑐
1 + 𝑒1
𝑙𝑜𝑔
𝑃𝑜 + ∆𝑝
𝑃𝑜
C𝑐 =
𝑒1 − 𝑒2
log(
𝑝2.
𝑝1
)
S =
(0.595)(10)
1+0.895
𝑙𝑜𝑔
3.10
1.65
= 0.86 m

32. Ejemplo 2:
Un ensayo de consolidación en laboratorio de arcilla normalmente
consolidada se obtiene los siguientes datos:
Una carga de 160 KN/m2 y 240 KN/m2 con una relación de vacíos al final
de consolidación de 0.98 y 0.78. si una capa similar de arcilla en el campo
de 3.20 metros de espesor y se somete a la presión mencionada.
Encontrar el asentamiento máximo por consolidación esperado en el
campo.

33. Conclusiones
Debido a la importancia que cobra la cimentación, la misma
esta forzada a cumplir con ciertos parámetros geométricos,
de presión, de conformación que responden a las
características del suelo y de las cargas de la estructuras y
los cuales se esbozaron a lo largo del trabajo. Por lo tanto
el diseño de una cimentación no es algo que se realiza de
manera intuitiva sino que cumple con una metodología de
diseño que evalúa desde la forma de la cimentación hasta
la profundidad que esta va comprender, así como también
las características naturales del suelo.

34. GRACIAS!!