MECANICA DE SUELOS UNIDAD 5

1. CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL
Los suelos al igual que los otros materiales usados en la construcción, sufren deformaciones
bajo el efecto de un esfuerzo aplicado sobre ellos. La deformación que sufre un suelo bajo la
acción de una carga no se presenta inmediatamente después de la aplicación del esfuerzo, ya
que para el reacomodamiento de las partículas que es la parte principal de la deformación
necesita expulsar parte de los fluidos que contiene el suelo y si el suelo es poco permeable, la
expulsión requiere mucho tiempo.
La CONSOLIDACIÓN es un proceso de disminución de volumen, que tiene lugar en un lapso,
provocado por un aumento de cargas sobre el suelo
La compresión y por tanto la disminución de volumen es causada por:
a) Deformación de las partículas de suelo
b) Reacomodo de las partículas de suelo
c) Expulsión de agua o aire de los espacios vacios.
Las pruebas de consolidación se utilizan para determinar la velocidad y magnitud de la
consolidación de un suelo cuando está confinado lateralmente y cargado axialmente. Estos
datos se requieren para cualquier cimentación o camino en ingeniería de suelos. De hecho la
velocidad y grado de asentamiento que se puede estimar para una estructura en particular,
proviene generalmente de los resultados de las pruebas de laboratorio realizadas a muestras
del suelo subyacente.
En general, el asentamiento del suelo causado por cargas, se divide en tres categorías:
1. ASENTAMIENTO INMEDIATO, provocado por la deformación elástica del suelo seco y
de suelos húmedos y saturados sin ningún cambio en el contenido de agua. Los
cálculos de los asentamientos inmediatos se basan, generalmente, en ecuaciones
derivadas de la teoría de la Elasticidad.
2. 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.
3. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN SECUNDARIA, se observa en suelos
saturados cohesivos y es resultado del ajuste plástico de la estructura del suelo. Este
sigue al asentamiento por consolidación primaria bajo un esfuerzo efectivo constante.
5.1 DISTRIBUCION DE PRESIONES: EFECTIVAS, NEUTRAS Y TOTALES.
La naturaleza de las presiones en la masa de los suelos que se manejan en el fenómeno de la
Consolidación y, en general, en todos los problemas de Mecánica de Suelos, se refiere a:
a) Presiones Intergranulares ó Efectivas. Son aquellas que se trasmiten directamente
de grano a grano del suelo.
b) Presiones Neutras, Neutrales ó Presiones de Poro. Son las que actúan contra el
fluido que llena los poros del suelo, usualmente agua.
c) Presión Total. Es la suma de la presión efectiva mas la presión neutra.

2. Solo las presiones Intergranulares producen cambios de volumen en la masa del suelo.
El esfuerzo total σ en la elevación del punto A se obtiene a partir del peso específico saturado
del suelo y del peso específico del agua arriba de él.
Problema No. 5.1
En la siguiente figura se muestra el perfil de un suelo. Calcule el Esfuerzo Total, la Presión de
poro del agua y el esfuerzo efectivo en los puntos A, B, C y D.

3. 5.2 Teoría de Consolidación (Analogía Mecánica de Terzaghi)
5.3 Prueba de Consolidación Unidimensional
Consolidación (Flujo No Establecido). Es el cambio de volumen que sufre un suelo por la
aplicación de una carga constante, mediante la expulsión de agua, aire y el reacomodo plástico
de las partículas de suelo.
Con el fin de establecer la relación entre la presión aplicada de un suelo y su reducción de
volumen, y entre esta deformación y el tiempo necesario para que se verifique, se recurre en el
laboratorio a la prueba de consolidación unidimensional, originalmente ideada por el Dr. Kart
Von Terzaghi a quien se debe la teoría de la Consolidación.
Prueba de Consolidación Unidimensional en Laboratorio
El procedimiento de prueba de la consolidación unidimensional se efectúa en un
consolidómetro (llamado también odómetro). La siguiente figura es un diagrama esquemático
de un consolidómetro. El espécimen de suelo se coloca dentro de un anillo metálico con dos
piedras porosas, una en la parte superior y la otra en la parte inferior. Los especímenes son
usualmente de 63.5 mm de diámetro y 25.4 mm de espesor. La carga sobre la probeta 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 24 horas. Después se duplica la presión sobre la probeta y se continúa la
medición de la compresión. Este procedimiento continúa hasta que se alcanza el límite
deseado de esfuerzo.
Con base en pruebas de laboratorio, se traza una gráfica que muestre la variación de la
relación de vacíos (  ) al final de la consolidación, contra el esfuerzo vertical correspondiente p
(gráfica semilogarítmica:  sobre la escala aritmética y p sobre la escala logarítmica.
Al final se determina el peso seco del espécimen de la prueba.
La forma general de la gráfica de deformación del espécimen versus tiempo para un
incremento dado de carga se muestra en la figura 6.3, en la gráfica se observan tres etapas
distintas, que se describen a continuación:

4. 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 del agua de poro.
Etapa III: Consolidación secundaria, ocurre después de la total disipación del exceso de
presión de poro del agua cuando alguna deformación del espécimen tiene lugar debido al
ajuste plástico de la estructura del suelo.
Gráfica Tiempo-Deformación durante la Consolidación para un incremento
dado de carga

5. Método de Casagrande (método logarítmico): El método consiste en encontrar el 50% de
consolidación para lo cual se determina el 0% y el 100% de ella.
Para el 100% de consolidación: La curva presenta un tramo recto al final, el cual se lo prolonga.
Se obtiene el punto A, como la intersección del tramo recto y la tangente en la parte curva en
su punto de inflexión, este punto representa el 100% de consolidación.
Para el 0% de consolidación: Se escoge un tiempo t1 arbitrario que corresponde a B, en la
curva, debe estar situado antes del 50% de consolidación de manera notoria. Se obtiene el
punto C, correspondiente a t1/4 y se determina la diferencia de ordenada 'a', la distancia entre B
y C es 'a'. Se traza una línea horizontal a una distancia 'a', arriba de C y esta línea
corresponde al 0% de consolidación.
Para el 50% de consolidación: Se divide el tramo comprendido entre el 0% y el 100% de
consolidación en dos partes iguales.
50
2
*197.0
t
H
Cv 
Consolidación primaria: La compresión de un estrato de suelo no ocurre bruscamente, al
contrario, el asentamiento empieza rápidamente y se hace más lento a medida que pasa el
tiempo.
La consolidación primaria o hidrodinámica está regida por la evacuación del agua de los poros
del suelo. A medida que el agua fluye y se escapa el suelo se comprime, la estructura de los
granos soporta la carga y la presión neutra llega a 0.
Consolidación secundaria: Después del exceso de presión hidrostática la compresión en 0 no
se ha disipado sino que continúa decreciendo muy lentamente por espacio de un tiempo
indefinido, parece ser el resultado de un reajuste plástico de los granos del suelo a los nuevos
esfuerzos.
La duración de la consolidación es máxima para suelos muy plásticos y especialmente para
suelos orgánicos.
La duración de la consolidación secundaria es máxima para suelos muy plásticos y
especialmente para suelos orgánicos.
Curva de compresibilidad (e vs log s`): Esta curva es muy importante y nos da una visión de la
historia del comportamiento del suelo.

6. AB  Tramo de carga
BB'  Tramo de descarga (Expansión o hinchamiento)
B'C  Recarga: Se reanuda la cara y es ligeramente paralelo a AB
Procedimiento gráfico para obtener el máximo esfuerzo (carga) que ha soportado un suelo en
toda su historia (Casagrande):
Casagrande logra determinar la máxima carga que ha tenido un suelo en toda su historia. La
curva presenta un tramo recto donde la relación de vacíos es lineal, este tramo se llama "Rama
Virgen".
 Se halla el punto de mayor curvatura C, por el que se traza una tangente a la curva
y allí mismo una horizontal; las que entre sí forman un ángulo . Se obtiene la
bisectriz de dicho ángulo y se prolonga la rama virgen.
 El punto donde se intercepta la rama virgen con la bisectriz, lo proyectamos hacia el
eje de las abscisas y obtenemos el máximo esfuerzo efectivo ('c máx.), que ha
soportado el suelo.