Consolidación de los Suelos

Consolidacin de los Suelos

Tema N 1

Mecnica de Suelos II

ContenidoMecnica de Suelos II

Te

ma N

1. C

on

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aci

n d

e l

os S

uelo

s 1. GENERALIDADES.

2. DEFINICIN.

3. ANALOGA MECNICA DE TERZAGHI.

4. PRUEBA DE CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL EN

LABORATORIO.

5. PRESIN DE PRECONSOLIDACIN.

6. ECUACIONES QUE RIGEN EL PROCESO DE CONSOLIDACIN.

- Factores que influyen en el Tiempo de

Consolidacin.

7. OBTENCIN DEL 100%, 50% Y 0% DE CONSOLIDACIN

PRIMARIA.

8. DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD A

TRAVES DE LOS DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA.

9. ASENTAMIENTO PRIMARIO.

10. CONSOLIDACIN SECUNDARIA.

1. Generalidades.


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s

1. Generalidades.

CONSOLIDACIN

Consecuencias

REDUCCIN DEL

VOLUMEN DE POROS

INCREMENTO DE LA

RESISTENCIA AL CORTE

Disminucin de la Relacin de Vacos

Aumento del esfuerzo efectivo


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s

Generalidades

EL PROCESO DE CONSOLIDACIN DE UN SUELO SE PRODUCE CUANDO SESOMETE AL MISMO A UN INCREMENTO DE LOS ESFUERZOS TOTALESPRODUCIDOS POR EJEMPLO POR LA CONSTRUCCIN DE UNA OBRA CIVIL.ESTO SE TRADUCE EN DOS CONSECUENCIAS BSICAS:

A.-CONDUCE A UNA REDUCCIN DEL VOLUMEN DE POROS Y POR TANTO AUNA REDUCCIN DEL VOLUMEN TOTAL DE LA MASA, LO CUAL SEMANIFIESTA EN EL ASENTAMIENTO DE LA SUPERFICIE DEL TERRENO Y PORCONSIGUIENTE EN UN ASENTAMIENTO DE LA ESTRUCTURA.

B.- DURANTE LA DISIPACIN DEL EXCESO DE PRESIN INTERSTICIAL ELESFUERZO EFECTIVO EN LA MASA DE SUELO AUMENTA Y POR TANTO SEINCREMENTA SU RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE.

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1. Generalidades.

Permeabilidad del Suelo


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s

1. Generalidades.

Suelos No Cohesivos Suelos Cohesivos

Alta permeabilidad Baja permeabilidad

Rpida disipacin Presin

Intersticial

Asentamiento Inmediato

Muy lenta disipacin

Presin Intersticial

Asentamiento

prolongado

Estructuras cimentadas en depsitos de arcilla


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s

2. Definicin.

Proceso de disminucin de volumen, que tiene lugar en un lapso de tiempo, provocado por un aumento de las cargas sobre la masa de suelo

Deformacin elastoplstica

Permanente reduccin

de la Relacin de Vacos


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s

2. Definicin.

a. El suelo es, y permanece, saturado (S = 100%).

b. El agua y los granos del suelo son incompresibles.

c. Hay una relacin lineal entre la presin aplicada y

el cambio de volumen.

d. El coeficiente de permeabilidad K es una

constante.

e. La Ley de Darcy es vlida.

f. Hay una temperatura constante.

g. La consolidacin es unidimensional (vertical),

esto es, que no hay flujo lateral del agua o

movimiento lateral del suelo.

h. Las muestras son imperturbadas.

Suposiciones de la teora de consolidacin.


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3. Analoga Mecnica de Terzaghi.

Orificio

Resorte

P

Orificio

Resorte

P

= Te

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s

= Esfuerzo del Suelo

=Presin de PorosHidrosttica.=Esfuerzo efectivo (esfuerzo partculas slidas)


3. Analoga Mecnica de Terzaghi.

Orificio

Resorte

P

= +

Orificio

Resorte

P

=

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4. Prueba de Consolidacin Unidimensional.

Consolidmetro o Edmetro

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s



ConsolidmetroTe

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s

LAS CARACTERISTICAS DE

COSOLIDACIN DE UN SUELO

SON EL INDICE DE

COMPRESIBILIDAD Cc Y EL

COEFICIENTE DE

CONSOLIDACIN Cv.

El PRIMERO SE RELACIONA CONCUANTA CONSOLIDACIN O

ASENTAMIENTO TENDR LUGAR.

EL SEGUNDO SE RELACIONACON EL TIEMPO EN EL QUE

TENDR LUGAR UNA

DETERMINADA CANTIDAD DE

CONSOLIDACIN



Compresin inicial

Consolidacin

primaria

Consolidacin secundaria

TIEMPO (Escala logartmica)

DE

FO

RM

AC

IN

Curva de consolidacin.

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Etapas de la Curva de Consolidacin

Etapa I: Compresin inicial, causada

principalmente por la precarga.

Etapa II: Consolidacin primaria, durante la cual el

exceso de presin de poro por agua es gradualmente

transferido a esfuerzos efectivos por la expulsin del

agua de poro.

Etapa III: Consolidacin secundaria, ocurre despus

de la total disipacin del exceso de presin de poro

del agua, cuando alguna deformacin del espcimen

tiene lugar debido al reajuste plstico de la

estructura del suelo.

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a. Calcular la altura de los slidos Hs en el

espcimen de suelo.

b. Calcular la altura inicial de vacos Hv.

c. Calcular la Relacin de Vacos inicial, eo, del

espcimen.

d. Para la primera carga incrementada, 1 (carga

total/rea unitaria del espcimen) que causa la

deformacin, H1, calcular el cambio de la

Relacin de Vacos, e1.

e. Calcular la nueva Relacin de Vacos, e1, despus

de la consolidacin causada por el incremento de

presin 1.

Curva de Compresibilidad:

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s




rea del

espcimen = AH

Hs

Hv = H - Hs

Slidos

Vacos

H1

H2

Ws

=

A x Gs x w

Vv Hv x A Hv

eo = = =

Vs Hs x A Hs

H1

e1 =

Hse1 = eo - e1

H2

e2 = e1 -

Hs

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s




10

Esfuerzo Efectivo Vertical, (kPa)

Relac

in de V

acos

100 10000.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

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s




Te

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s

EN UNA CURVA DE COMPRESIBILIDAD SE DEFINEN TRES

TRAMOS DIFERENTES:

EL A SE DENOMINA TRAMO DE RECOMPRESION ES UN TRAMO CURVO QUE COMIENZA CASI HORIZONTAL Y CUYA

CURVATURA ES PROGRESIVA ALCANZANDO SU MXIMO EN

LA PROXIMIDAD DE SU UNIN CON EL TRAMO B.

EL B SE DENOMINA TRAMO VIRGEN , ES GENERALMENTE UN TRAMO RECTO Y CON EL SE LLEGA AL FINAL DE LA

ETAPA DE CARGA DE PRUEBA AL APLICAR EL MAXIMO

INCREMENTO DE CARGA AL CUAL CORRESPONDE LA

MXIMA PRESION SOBRE LA MUESTRA.

EL C Y EN EL SE OBTIENE RELACIONES DE VACIOS PARA CARGAS DECRECIENTES LOGRANDO RECUPERAR LOS

VALORES DE VACIOS.




Presin efectiva, (Escala logartmica)

Relacin de

Vacos, e

B

A

C

B

A

C

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s


5. Presin de Consolidacin.

Mxima presin que el suelo ha soportado en su historia

geolgica, antes de la ejecucin de la prueba a que se le

est sometiendo para obtener su Curva de

Compresibilidad.

Arthur Casagrande:

1. Una vez obtenida la Curva de Compresibilidad, se

determina el punto de mxima curvatura (D) en la

zona de transicin entre el Tramo de Recompresin

A y el virgen B.

2. Por el punto D trazar una lnea horizontal y una

tangente a la curva.

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s


3. Determinar la bisectriz del ngulo formado por las

lneas trazadas en el paso anterior.

4. Prolongar el tramo virgen hacia arriba, hasta

interceptar a la lnea bisectriz trazada, en el punto P.

5. Este punto de interseccin P tiene como abscisa, la

presin de consolidacin del suelo, Pc.

5. Presin de Consolidacin.Te

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s


D

Presin efectiva, (Escala logartmica)

Rela

ci

n d

e V

aco

s,

e

B

A

Pc

P

/2

/2


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s


Po = 1 x h1 + 2 x h2 + x 3 x h3

Si Pc = Po, entonces:

Arcilla normalmente consolidada existe

equilibrio

Si Pc > Po, entonces:

Arcilla preconsolidada o sobreconsolidada

por lo tanto se

Considera seguro.

Si Pc < Po, entonces:

Arcilla no consolidada o subconsolidada se

considera inseguro

h1

h2

ARCILLA

ARENA

ARENA

h3

Condicin de Consolidacin de un estrato de arcilla:


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s


6. Ecuaciones que rigen el proceso de

Consolidacin.

Te

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s

Coeficiente de Compresibilidad

e

av =

()

Coeficiente de

Compresibilidad del Volumen

av

mv =

1 + eo

k

cv =

w x mv

Coeficiente de Consolidacin

cv x t

Tv =

H2

Factor Tiempo


6. Deduccin de la Ecuacin Diferencial de

Consolidacin.U(%) Tv

0 0,000

10 0,008

15 0,018

20 0,031

25 0,049

30 0,071

35 0,096

40 0,126

45 0,159

50 0,197

55 0,238

60 0,287

65 0,342

70 0,405

75 0,477

80 0,565

85 0,684

90 0,848

95 1,127

100

0

20

40

60

80

100

0 0,5 1 1,5 2

GR

AD

O D

E C

ON

SO

LID

AC

ION

(U

%)

0

20

40

60

80

100

0,001 0,01 0,1 1 10

GR

AD

O D

E C

ON

SO

LID

AC

ION

(U

%)

Curva terica de consolidacin.

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s


6. Ecuacin que rigen el proceso de

Consolidacin.

(2n + 1)22Tv

-

n= 8 4

U (%) = 100 x 1 - x e

n=0 (2n + 1)22

Relacin entre la consolidacin que ya ha tenido lugar en ese

tiempo y la consolidacin total que ha de producirse bajo el

incremento de carga impuesto

Grado de consolidacin:

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s


6. Deduccin de la Ecuacin Diferencial de

Consolidacin.

t1 H12

=

t2 H22

a. El tiempo vara en forma directamente proporcional

al cuadrado del espesor efectivo del estrato.

b. El tiempo es inversamente proporcional al

coeficiente de permeabilidad k.

t1 k2

=

t2 k1

c. El tiempo es directamente proporcional al

coeficiente de compresibilidad av.t1 av1

=

t2 av2

Factores que influyen en el tiempo de consolidacin:


Tem

a N

1. C

onsolid

aci

n d

e los S

uelo

s

7. Obtencin del 0%, 50% y 100% de

Consolidacin.

Consolidacin primaria

A

B

Consolidacin secundaria

TIEMPO (Escala logartmica)

DE

FO

RM

AC

IN

Y

YU (0%)

U (100%)

U (50%)

t50Te

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os S

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s


8. Determinacin del Coeficiente de

Permeabilidad.

k x (1 + em) x t

Tv =

av x w x H2

av x w x H2

k = (cm/seg)

5 x (1 + em) x t

Te

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9. Asentamiento Primario.

1 + eo

e

Slidos

Vacoseo

1

e

Deformacin unitaria =

1 + eo

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s



Arcillas Normalmente Consolidadas

e = Cc x [ log (Po + ) - logPo]

Cc x H Po +

H = log

1 + eo Po

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1. C

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os S

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s



e = Cs x [ log (Po + ) logPo]

Cs x H Po +

H = log

1 + eo Po

Cs x H Pc Cc x H Po +

H = log + log

1 + eo Po 1 + eo Pc

Arcillas Preconsolidadas

Si Po + < Pc

Si Po < Pc < Po +

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ndice de Compresin (Cc)

Cc = 0,009 (LL 10)

ndice de Expansin (Cs)

(1/5) Cc Cs (1/10) Cc

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10. Consolidacin Secundaria.

Consolidacin

Primaria Secundaria

Cuando cargado el suelo,

la reduccin de volumen

se debe a la expulsin del

agua, fenmeno en el que

se transfiere la carga

soportada por el agua al

esqueleto mineral

Cuando la consolidacin

se da por reajuste del

esqueleto mineral y luego

de que la carga est casi

toda soportada por ste y

no por el agua.

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Disminuir gradualmente con el tiempo.

Continuar a una velocidad proporcional al

logaritmo del tiempo.

Experimentar un crecimiento sorpresivo en la

velocidad de compresin.

La consolidacin secundaria puede:

Especialmente requerida en suelos orgnicos (turba)

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e e

C = =

logt2 logt1 log(t2/t1)

t2

Hs = C x H x log

t1

C

C =

1 + ep

ndice de Compresin

Secundaria

Te

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Consolidación de los Suelos

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