CURSO DE PRE GRADO:

MECÁNICA DE SUELOS II

CONSOLIDACIÓN DE LOS SUELOS

TEMA : CAMBIO DE VOLUMEN, DEFORMACIÓN Y CONSOLIDACIÓN DE LOS SUELOS

Marzo 2014

1. CONCEPTOS GENERALES

• El suelos no es mas que sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producidas por la desintegración mecánica o la descomposición química de las rocas, independientemente de que tenga no materia orgánica.

Que es el Suelo

Que es la deformación• La deformación es el cambio en el tamaño o forma de un

cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más FUERZAS aplicadas sobre el mismo.

• Todo material experimenta deformación cuando se sujeta aun cambio en sus condiciones de esfuerzo.

La materia sufre deformación

• La deformación en el suelo no seproduce de manera simultanea a laaplicación de la carga . Si no sedesarrolla en el transcurso del tiempo

Como ocurre la deformación en el suelo

• Si por ejemplo se aplica una carga constante a un banco dearcilla y se sostiene esta carga por un largo tiempo. Elresultado será la deformación de la arcilla mostrándose enel edificio como asentamientos laterales y agrietamiento enla estructura

• Palacio de bellas artes

Compresión

Deformación Volumétrica Cambio de volumen

manteniendo forma

Cambia distancia entre partículas manteniendo posición relativa Expansión

Deformación desviadora o distorsión

• Cambio de forma a volumenconstante

• Cambia posición relativa entrepartículas

Deformación = Def. Volumétrica + Def. Desviadora

Volumen de suelos cambia por:◦ El Cambio de volumen en las partículas minerales:

Ocurre a s´ muy altas. Fuera de rango usual que las cargassoportan.

ASENTAMIENTO

Proceso de disminución de volumenpor reducción de relación de vacíosdebido a eliminación de aire yagua de poros, causado poraumento de esfuerzos verticales

◦ Cambio de volumen de vacíos: Agua y Aire son incompresibles Cambio de volumen de vacíos debido a flujo de agua y aire

ssssv

s

v

s

v

He1HH.eHHH

H

H

V

Ve

oo

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He1

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)e1(H

)e1(H)e1(H

H

HH

Cálculo de Asentamiento (S)

Ho

Sólidos

Hvo

Hs

A

Vacíos

A

Sólidos

Hv1

Hs

H1

Vacíos

q

Asentamiento

Arenas

Seco: asentamiento instantáneo

No saturado

Saturadok alto

Tiempo en que se desarrolla asentamiento

• Depende de:

– Carga externa (q)

– Conductividad hidráulica (k)

asentamiento instantáneo

Arcillas

Seco: asentamiento instantáneo

No saturado

Saturadok bajo:

• El Asentamiento instantáneo: Es Controlable en tiempo de obra

• El Asentamiento diferido: Debe preverse en etapa de proyectopara evitar falla de obra

asentamiento diferido en tiempo o lento (Consolidación)

Es el Proceso de reducción de volumen por reducción de la relación de vacíos del suelo, diferido en el tiempo, y provocado por incremento de tensiones efectivas verticales

• Consolidación unidimensional = Asentamiento diferido en tiempo

propio de arcillas saturadas

• Casos de consolidación:

– Torre de Pisa

– Palacio de bellas artes en Ciudad de México

Es el Proceso de reducción de volumen por reducción de la relación de vacíos del suelo, diferido en el tiempo, y provocado por incremento de tensiones efectivas verticales

Ensayo de Consolidación o Edométrico

(Norma ASTM D2435)

Pistón de carga

Extensómetro

Comparador

Recipiente anular

Piedra porosa

Piedra porosa

q

Muestra

Anillo rígido

Cabezal

Consolidación Unidimensional

Viga de Carga

Comparador y Extensómetro

Se aplica q Se mide deformación vertical en t Cuando velocidad de consolidación 0 Final del

proceso

log (t)

e

Consolidación Inicial

Consolidación Secundaria

Consolidación Primaria• Determinación de o e en f (t) Curva de Consolidación

• No lineal con t

Velocidad de

consolidación

variable con t

log (t)

e

Consolidación Inicial Consolidación

Secundaria

Consolidación Primaria

Consolidación Inicial: Reducción de vacíos por eliminación de aire

Consolidación Primaria: Reducción de vacíos por eliminación de agua

Consolidación Secundaria: Reacomodo de partículas sólidas contensión efectiva constante

Coeficiente de Consolidación (Cv )

• Coeficiente que expresa velocidad de consolidación

• Cv no es constante durante consolidación y depende de

sobrecarga y conductividad hidráulica del suelo

• El coeficiente de consolidación esta relacionado Inversamente a la

compresibilidad y directamente a la permeabilidad del medio

poroso.

• Dimensionalmente Cv esta expreso como [m2/s]

o

o

o He

eHSm

1

• Coef. compresibilidad

Curva de Compresibilidad

Tramo casi horizontal al principio y de curvatura creciente

Tramo recto

Tramo de recarga casi horizontal al principio y de curvatura creciente

Tramo de descarga recto

Tramo recto

Curva de CompresibilidadTramo casi horizontal al principio y de curvatura creciente

Tramo recto

Tramo de recarga casi horizontal al principio y de curvatura creciente

Tramo de descarga recto

Tramo recto

Coeficiente de Compresibilidad (av ): Pendiente de recta tangente a Curva de Compresibilidad

o

Pendiente de Tramo virgen: Índice de Compresión (Cc )

Pendiente de Tramo descarga: Índice de Hinchamiento (Cs )

'vd

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'

'

loginicial

final

finalinicial

c

eeC

s

s

'

'

logfinal

inicial

inicialfinal

s

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s

s

Características de la Curva de Compresibilidad

Comportamiento s - ε depende de historia detensiones

• Arcilla Normalmente Consolidada:Aquélla que nunca estuvo sometida a tensiones efectivasmayores a las actualmente existentes

• Arcilla Sobreconsolidada:Aquélla que alguna vez estuvo sometida a tensiones efectivasmayores a las actualmente existentes

• Tensión de Sobreconsolidación (s’p ):Máxima tensión a que ha estado sometido el suelo en su historia

Causas de la Sobreconsolidación

• Procesos de erosión

• Zonas que han sufrido avance y retroceso de glaciaciones

• Procesos de desecación y humedecimiento

• Fluctuación de nivel freático

Método de Casagrande

Si s’p = s’o: normalmente consolidado

Si s’p > s’o: sobreconsolidado

Corrección de Curvas de Compresión

• Schmertmann propuso realizar correcciones a curvas de compresión

• Para s’laboratorio < s’in situ suelo no debería deformar (tramo de

laboratorio horizontal)

Comparando curvas de muestras

inalteradas y amasadas:

• Como eo amasada < eo inalt: Curva

amasada por debajo de curva

inalterada

• Como muestra inalterada tiene

remoldeo: curva real debe estar

por encima de curva de

laboratorio

• Curvas convergen a punto:

e = 0,42eo

Corrección para arcilla normalmente consolidada

Curva bi-lineal

Corrección para arcilla sobreconsolidada

log s´

Ce0

Rela

ció

n d

e v

acío

s

(e)

0,42e0

B

A

s´ps´0

Curva tri-lineal

Curva de Compresibilidad

…¡Gracias!