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UNIVERSIDAD CATÒLICA SANTA MARÌA LA ANTIGÜA

FACULTAD DE INGENIERÌA Y TECNOLOGÌA ESCUELA DE INGENIERÌA CIVIL

LABORATORIO DE INGENIERÍA GEOTÉCNIA II

PROFESOR
ING. LUIS KING

ENSAYO
PROBLEMAS DE APLICACIÓN; CONSOLIDACIÓN DE LOS SUELOS

INTEGRANTES:

CABALLERO, EDGARDO 4-742-1729

DE LA ROSA, STEPHANY 8-906-2090
GUARÍN ROJAS, MAURICIO AO284809

FECHA DE ENTREGA VIERNES 25 DE JUNIO 2021

Lab. Ingeniería Geotécnia Grupo N01 Ingeniería Civil

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INTRODUCCIÓN

La compresión que sufre un suelo se debe a la disminución del volumen de los poros, ya que
las partículas se asumen incompresibles o de efecto despreciable. En suelos saturados la
compresión ocurre solamente si se presenta drenaje de agua. La compresión gradual de un
suelo por efecto de los esfuerzos originados por la presión que ejercen las estructuras
superpuestas, recibe el nombre de consolidación.
La compresión que sufre un suelo se debe a la disminución del volumen de los poros, ya que
las partículas se asumen incompresibles o de efecto despreciable. En suelos saturados la
compresión ocurre solamente si se presenta drenaje de agua. La compresión gradual de un
suelo por efecto de los esfuerzos originados por la presión que ejercen las estructuras
superpuestas, recibe el nombre de consolidación.
La consolidación es un proceso acoplado de flujo y deformación. Se produce flujo en la
medida en la que hay deformación y viceversa, y todo ello de forma consistente con la
variación que se produzca en las tensiones efectivas como consecuencia de los cambios
correspondientes en las tensiones totales y en las presiones intersticiales.
Una forma simple, aunque sólo aproximada, de interpretar las deformaciones que se
producen en un suelo es hacer referencia al caso de un balón o de un neumático pinchado. Si
se piensa en un balón hinchado al que se le aplica cierta compresión exterior, se aprecia que,
si se le supone perfectamente estanco, dicho balón se deformará instantáneamente y de forma
prácticamente elástica (toda deformación se recuperará si se elimina la carga).

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DESCRIPCIÓN

Ira. Parte – Problemas

Problema No.1 Si la altura inicial de una muestra inalterada es de Hi = 3.0 cm, su relación
de vacíos inicial ei = 1.15, y se somete a la prueba de consolidación unidimensional, la
muestra se reduce a una altura final de Hf = 2.40 cm. ¿Cuál es la relación de vacíos final de
la muestra?
SOLUCIONES:

Hs= Hi = 3.0 = 3.0 = 1.39 cm

1+ꬴi 1+1.15 2.15

ꬴf= Vv = Hf-Hs = 2.40-1.39 = 0.7266

Vs Hs 1.39

Problema No.2 Determinar el coeficiente de compresibilidad volumétrica mv de un estrato

de arcilla de 10 m de espesor, si se conoce que el asentamiento total de un edificio construido
sobre arcilla es de 4.53 cm, bajo un incremento de presión σz sobre la arcilla de 0.52 kg/cm2.

SOLUCIONES:
mv= S = 4.53 = 0.0087 cm2/kg
∆P (0.52)(1000)

Problema No.3
Un estrato de arcilla NC, cuyas características mecánicas se muestran en la figura que sigue,
recibe en su parte media un incremento de carga σz de 1.2 kg/cm2. ¿Cuál es el asentamiento
total del estrato de arcilla?

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SOLUCIONES:

IL = ωn - L.P. = 28-19 = 9 = 0.75

I.P. 12 12

ნz= Cc = Log σo + ∆σ= ∆Zo

1+ꬴ σo

Cc = 0.009 (L.L-10) 0.189

ꬴo= 0.68 σ2= 1.2 kg/cm2 H=180

ˠh= Gs (1+ꝡ)= 2.7 (1.28)= 2.057 t/m3

1+ꬴ0 1.68

σ0= (1.68)(3)+ (2.057)(0.90) 6.89 kg/cm2

ნz= 0.189 log 0.689+1.2 (180)= 0.8087 cm

1+0.68 0.689

Problema No.4 Si en una prueba de consolidación se obtiene que:

Coeficiente de consolidación = Cv = 0.002 cm2 /seg
Coeficiente de compresibilidad = av = 0.029 cm2 /kg
Relación de vacíos = e = 0.85
Determinar el coeficiente de permeabilidad del suelo ensayado.

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SOLUCIONES:
K= Cv.Av.ˠw = (0.002)(0.029)(1.0)= 3.13x10-8 cm/seg
(1+ꬴ)1000 (1+0.85)1000

Problema No.5 En un ensayo de consolidación unidimensional realizado con una muestra de

arcilla de 5 cm de alto, se tardaron 18 horas para un determinado asentamiento. ¿En cuánto
tiempo se asentaría un estrato de 5 m de espesor de la misma arcilla, sujeto a las mismas
condiciones de carga y asentamiento?

SOLUCIONES:
t2= (500)^2(18)= 180,000 h 7,500 dias
(5)^2 20.547 años

Problema No.6 Se espera que el asentamiento total de una estructura, debido a la

consolidación de un estrato de arcilla drenado por los dos lados, sea de 10 cm. Calcular los
tiempos en días, necesarios para que se presenten asentamientos de 2, 5 y 7 cm, sabiendo que
el estrato de arcilla deformable es de 4 m de espesor y su coeficiente de consolidación es de
0.0018 cm2 /seg.

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Problema No.7 A continuación se dan los resultados de una prueba de consolidación en

laboratorio sobre un espécimen obtenido en campo: masa seca del espécimen = 116.74 g,
altura del espécimen al inicio de la prueba = 25.4 mm, Gs = 2.72 y diámetro del espécimen
= 63.5 mm.

a) Efectúe los cálculos necesarios y dibuje una curva e-log σ’.

b) Determine la presión de preconsolidación σ’p.
c) Encuentre el índice de compresión Cc.
d) ¿Cuál será la relación de vacíos para una presión de 1000 KN/m2?

SOLUCIONES:
Hs= Ws = 116.74 g = 1.356 cm
Agσˠw /4 (6.35 cm)2 (2.27)(1g/cm3)

PRESION kN/m2 H (mm) Hv=H-Hs ꬴ=Hv/Hs

0 25.4 11.84 0.873
50 25.19 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

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IIda. Parte – Preguntas

1. Describa el ensayo de consolidación unidimensional.

La propiedad que caracteriza las deformaciones volumétricas sufridas por el suelo al
ser cargado es denominada compresibilidad, la cual se caracteriza por:

Una reducción de volumen acentuada con el aumento de la tensión efectiva

Deformaciones no reversibles
El ensayo utilizado es el de compresibilidad edométrica, el cual permite simular de
forma controlada el proceso de consolidación y obtener los parámetros de
compresibilidad y estimar el tiempo necesario para que este proceso ocurra.

Este ensayo se puede realizar sobre dos tipos de muestras:

Muestra remoldeada: Tomar una muestra representativa del material del orden de
100gr y secarla al horno. Conocido Wn, PUSS y el volumen del molde, podemos
determinar el peso del suelo seco a introducir y el agua a agregar.
Muestra poco alterada: Tomar el sacamuestras, colocarle por encima el anillo de
consolidación. Colocar todo en una plataforma con un gato y extraer cuidadosamente
el cilindro de suelo que se introduce en el anillo de consolidación, se deja que el suelo
rebose y se corta y allana ambas superficies.

2. ¿Qué es el coeficiente de consolidación vertical?

El coeficiente de consolidación combina las constantes físicas de un suelo que afectan
su cambio de volumen y la velocidad a la que ocurren dichos cambios.

3. ¿Qué es el coeficiente de compresibilidad volumétrico, mv?

Llamado también módulo edométrico; relación entre el incremento de esfuerzo
compresivo y la deformación volumétrica unitaria en el ensayo de consolidación. mv
= Δσ / Δe (1+eo) ; mv = av / (1+eo).

4. ¿Qué es el Factor de tiempo? ¿Su valor está afectado por el tipo de drenaje del estrato
en estudio?
El factor tiempo es la cuarta dimensión en la que se despliega la materia. ... En el caso
de un médico de cabecera, ese mínimo son 10 minutos en las consultas que no
requieran desplazamiento al domicilio, 15-20 (porque hay que contar el tiempo
invertido en acudir) cuando se visita al enfermo en su casa.

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Las limitaciones de la Mecánica de Suelos tradicional son evidentes cuando se

necesita explicar las deformaciones en suelos no saturados, es por ello que en este
trabajo se presenta la obtención de la variación del tiempo de consolidación cuando
varía la permeabilidad del suelo debido a cambios en el grado de saturación,
empleándose en el análisis el modelo de Rojasy Alanís para la obtención de la
velocidad de deformación y los modelos de Van Genuchteny Fredlundpara la
obtención de la curva de conductividad hidráulica en el suelo no saturado de la
formación Capdevila, a partir de la curva de retención, tomando como caso de estudio
una presa de tierra de 22m de altura.

5. ¿Qué es grado de consolidación o porcentaje de consolidación?

Llamada también relación de consolidación, es la relación, expresada como un
porcentaje, entre (a) la magnitud de la consolidación en una masa de suelo en un
momento dado, y (b) la magnitud total de consolidación alcanzable bajo unas
condiciones dadas de esfuerzo.

6. ¿Sobre qué tipo de muestras se ejecuta el ensayo de consolidación?

El propósito fundamental del ensayo de consolidación es determinar ciertos
parámetros que se utilizan para predecir la velocidad y la magnitud del asentamiento
de estructuras fundadas sobre arcillas. Además, el ensayo permite obtener
información acerca de la historia de presiones a que ha sido sometido el suelo.

7. En una curva de consolidación, ¿cuántos tipos de consolidación se pueden reconocer,

a qué se deben?
Dos tipos de ensayo de consolidación, consolidación con anillo fijo y consolidación
con anillo flotante.

8. ¿Qué es el índice de Compresibilidad Cc, el índice de recompresión Cr, y el

coeficiente de compresibilidad av?
Cc
Tangente del ángulo de inclinación de la recta K. coeficiente adimensional que se
mantiene constante en un gran intervalo de presiones.
Cr
La pendiente o tangente de la curva de descarga.

9. Defina esfuerzo de preconsolidación.

Es conocido en geotecnia como el esfuerzo máximo al que ha sido sometido un suelo
particular a lo largo de su historia geológica. El concepto es especialmente importante
para suelos de origen sedimentario.

10. ¿Cómo se definen los suelos preconsolidados y normalmente consolidados?

SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS: son aquellos suelos que nunca
estuvieron sometidos a presiones efectivas mayores que las actuales.

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SUELOS PRECONSOLIDADOS: son aquellos suelos que alguna vez han sufrido
presiones efectivas mayores que las actuales.

11. ¿Cómo se calcula el asentamiento en un suelo normalmente consolidado?

12. ¿Cómo se calcula el asentamiento en un suelo preconsolidado?

13. ¿Qué es Hdr en la fórmula del cálculo del tiempo de consolidación?

Espesor de la capa de arcilla.

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14. ¿Influye la permeabilidad en el comportamiento del suelo?

Permeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua y el aire y es
una de las cualidades más importantes que han de considerarse para la piscicultura.
Un estanque construido en suelo impermeable perderá poca agua por filtración.
Mientras más permeable sea el suelo, mayor será la filtración.

15. ¿Qué tipo de suelo asienta más, uno preconsolidado o normalmente consolidado, por
qué?
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.

16. ¿Cómo instrumentaría un estrato, que ha sido cargado con una carga uniforme de
magnitud “q” (t/m2 ), para seguir el proceso de consolidación in situ y corroborar que
este ha finalizado?
suelos granulares secos. De acuerdo a Lambe y Whitman (1969), el principio de
esfuerzos
efectivos se enuncia del modo siguiente:
a) El esfuerzo efectivo es igual al esfuerzo total menos la presión de poros.
b) El esfuerzo efectivo controla ciertos aspectos del comportamiento del suelo,
especialmente la compresibilidad y la resistencia.
Bishop y Blight (1963) indicaron que existen dos condiciones necesarias y suficientes
para
que la ec. (1) se cumpla rigurosamente para el cambio de volumen y la resistencia de
suelos
saturados o secos:
1) Las partículas del suelo son incompresibles.
2) El esfuerzo de fluencia en la partícula sólida, que controla el área de contacto y la
resistencia cortante intergranular, es independiente del esfuerzo de confinamiento.

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CONCLUSIÓN

Analizando un espécimen típico de un suelo, por ejemplo, de arena arcillosa, su aspecto en

escala magnificada, donde se pueden apreciar las partículas sólidas formadas por gránulos de
arena, partículas de ardua y coloides compactos. A los espacios - entre ellos se los designa
poros o vados, los cuales están colmados de líquido y gas. Se acepta generalmente que el
líquido es agua y que el gas es aire, si bien pueden contener otros ingredientes, tales como
sales minerales en disolución o gases resultantes de la descomposici6n de materias orgánicas
u otros. El volumen y peso de las diferentes fases de la materia en la masa del suelo puede
ser representado donde el volumen total resulta igual.

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REFERENCIAS

✓ Atkinson, J. The mechanics of soils and foundations. Mc Graw-Hill (1993) Barron, R.A.
Consolidation of fine grained soils by drain wells. Transactions of the ASCE, 113, 718-742
(1948) Berry, P.L. and Reid, D.

✓ An Introduction to Soil Mechanics. McGraw-Hill, London (1987) Berry, P.L. y Reid, D.

Mecánica de Suelos. McGraw-Hill Int. Santa Fe de Bogotá, Colombia (1993)

✓ Anonimo; video, canal: Lab de suelos; publicado en año 2020; consolidación en:
https://www.youtube.com/watch?v=cm6DEB2StWQ

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