Consolidación en arcillas saturadas
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CONSOLIDACIN CONSOLIDACIN
UNIDIMENSIONAL DE SUELOSUNIDIMENSIONAL DE SUELOS
-
Contenidos:
1. Teora de la consolidacin de suelos
2. Trminos referidos a la consolidacin de suelos
3. Ensayo de consolidacin
4. Relacin entre Cc y otros parmetros
5 Cl l d t i t lid i5. Clculo de asentamientos por consolidacin
6. Tcnicas de tratamiento de mejora de terrenos consolidables
2
-
TEORA DE LA CONSOLIDACIN DE SUELOS
DefinicinDefinicin
Asiento producido en suelos
compresibles y saturados, debido a las
deformaciones volumtricas a lo largo
del tiempo, ante la disipacin por
drenaje de las presiones transmitidas
al agua intersticial por una carga
aplicada y por la reduccin de los
3
p y p
poros del suelo.
-
TEORA DE LA CONSOLIDACIN DE SUELOS
La disipacin del fluido intersticial es la que genera el fenmeno de
consolidacin, provocando reduccin del volumen de vacos y del
volumen total de suelo, incrementando su resistencia al corte debido
al aumento del esfuerzo efectivo.
S = 100%S = 100% Tiempo
VwVw
VsVsHiHi
VwVw = 0= 0
VsVsHfHf
HH
4
HfHf
-
TEORA DE LA CONSOLIDACIN DE SUELOS
5
-
TEORA DE LA CONSOLIDACIN DE SUELOS
Ejemplos de consolidacin de suelos
6
-
TEORA DE LA CONSOLIDACIN Hiptesis de la teora de consolidacin (Terzaghi):
Se supone al suelo homogneo, compresible ysaturado.
La compresin del suelo in situ es unidimensional.
La variacin de volumen tiene su origen en la relajacindel exceso de presin de poros.
El flujo es unidimensional.
7 El Coeficiente de Consolidacin Cv y Permeabilidad K,
permanecen constantes a lo largo del proceso.
-
TEORA DE LA CONSOLIDACIN
Factores que influyen en el proceso de consolidacinq f y p
Coeficiente de permeabilidad
Grado de saturacin del suelo
Propiedades del fluido existente en los poros
Longitud de trayectoria que debe recorrer el fluido
Condiciones de drenaje
Magnitud de la sobrecarga
8
-
TRMINOS REFERIDOS A LA CONSOLIDACIN Arcilla Normalmente Consolidada
Es aquella que nunca ha tenido una fatiga de consolidacin mayor a laNF
existente en el momento actual.
hw3
4
Arcilla Preconsolidada A1
2
Z1 Z2Z3Z4
Es aquella que ha tenido una fatiga de consolidacin mayor a la actual (por
9erosin, descenso del nivel fretico, desecacin, entre otros).
-
TRMINOS REFERIDOS A LA CONSOLIDACIN
Fatiga Mxima de ConsolidacinFatiga Mxima de Consolidacin
Es la fatiga mxima de consolidacin que ha actuado alguna vez en el suelo.
Razn de Preconsolidacin (RPC = vmx / vc )
Es el cuociente entre la vmx de consolidacin que ha sufrido el suelo en un
tiempo t y la fatiga de consolidacin actual.
10
-
9 C fi i t d P lid i d C ibilid d ( )
TRMINOS REFERIDOS A LA CONSOLIDACIN
9 Coeficiente de Preconsolidacin o de Compresibilidad (av)
vea'
=9 ndice de Compresin o Compresibilidad (Cc)
vv '
vc
eC'log
= Cc = 0,009 ( LL - 10 )Cc = 0,30 ( eo - 0,27 ) arcillas limosas orgnicas
9 Coeficiente de Consolidacin (Cv)
( )eK + 111
( )wv
vv a
eKC += 1
-
ENSAYO DE CONSOLIDACIN
El d lid i ti fi lid d d t i l l id dl id d FINALIDADFINALIDAD::El ensayo de consolidacin tiene por finalidad determinar la velocidadvelocidady gradogrado dede asentamientoasentamiento que experimentar una muestra de sueloarcilloso saturado, al someterlo a una serie de incrementos de cargabajo condiciones de flujo unidimensional.
12
-
ENSAYO DE CONSOLIDACIN
13
-
ENSAYO DE CONSOLIDACIN
14
-
ENSAYO DE CONSOLIDACIN
15
-
ENSAYO DE CONSOLIDACIN
Etapa I: Compresin inicial causada por la carga
Por cada incremento (escaln) de carga:
Etapa I: Compresin inicial, causada por la carga.
Etapa II: Consolidacin primaria, exceso de presin intersticial
transferido a esfuerzos efectivos por expulsin del agua.
16Etapa III: Consolidacin secundaria, debido al reajuste plstico de la
estructura del suelo.
-
RESULTADOS DE ENSAYO DE CONSOLIDACIN
17
-
Ensayo de Consolidacin
DETERMINACINDETERMINACIN DEDE pcpc::
RESULTADOS DE ENSAYO DE CONSOLIDACIN
1
3
DETERMINACINDETERMINACIN DEDE pcpc::
1. Ubicar punto de mximacurvatura.
a
c
o
s
,
e
[
]
42. Trazar recta tangente en el
punto 1.
3. Trazar recta horizontal en el
I
n
d
i
c
e
d
e
v
a
2
3. Trazar recta horizontal en elpunto 1.
4. Trazar bisectriz entre rectatangente y horizontal.
56
g y
5. Prolongar recta de la curvaNC.
6 Interseccin entre 4 y 5
180.1 1 10 100
Tensin Vertical Efectiva, v ' [kg/cm]
pc'6. Interseccin entre 4 y 5,
proyectando en abscisas:pc
-
RESULTADOS DE ENSAYO DE CONSOLIDACINMtodo de Casagrande o logaritmo del tiempo: curva para cada escaln de
carga
D50 = ( D0 + D100 ) /2
t50
Coeficiente de consolidacin vertical:
2197,0t
HCv=
19
50t
-
DETERMINACINDETERMINACIN DEDE CvCv::
RESULTADOS DE ENSAYO DE CONSOLIDACIN
1. En parte inicial de curvamarcar t1.
2. Marcar t2 = 4 t1. Donde t1 y t2evaluados en curva definendistancia
Grfico Deformacin - Log(tiempo)
P2D0
3
distancia .3. Dibujar distancia 2 y
encontrar D0 en eje deordenadas.
4 Dib j i h i l
[
m
m
]
MuestraLo
1
2
4. Dibujar proyeccin horizontaldel final de curva dedeformacin e interceptarlacon eje de ordenadas: D100.
5 Encontrar D como distancia
L
=
L
o
-
D501
5 6
5. Encontrar D50 como distanciapromedio entre D0 y D100.
6. Proyectar D50 en curva dedeformacin y encontrar t50en eje de abscisas.
sv' = 0.1 kg/cm
D100
4
20
j7. Calcular Cv (frmula anterior)
1 10 100 1000
Tiempo
t50 t100t2t1
-
RESULTADOS DE ENSAYO DE CONSOLIDACINMtodo de Taylor o raz cuadrada del tiempo: curva para cada escaln de carga
2848,0 HC 90t
Cv =
H = 1/2 altura inicial de lamuestra
Tv = 0.848, corresponde al 90%de la consolidacin
21
-
DETERMINACINDETERMINACIN DEDE CvCv::
RESULTADOS DE ENSAYO DE CONSOLIDACIN
1. Trazar la mejor recta que pasapor los primeros puntos delgrfico.
2 La interseccin entre la recta 1
Grfico Deformacin en funcin del Tiempo
P2. La interseccin entre la recta 1y el eje de las abscisas defineuna distancia a.
3 Se dibuja en el eje de lasm
m
]
4
Muestra
P
Lo
0'
3. Se dibuja en el eje de lasabscisas la distancia 1.15a(punto A).
4. Se une el punto O y A.
L
=
L
o
-
[
m
1
4
p y
5. La interseccin de esta rectacon la curva define el valor t90en el eje de las abscisas.
sv ' = 0.1 Kg/cm1
5t90
3
226. Obtener Cv (frmula anterior).
tiem po
a
1.15 a2 A
-
Ensayo de Consolidacin
DETERMINACINDETERMINACIN DEDE CcCc::
RESULTADOS DE ENSAYO DE CONSOLIDACIN
2( vo' , eo)
1
DETERMINACINDETERMINACIN DEDE CcCc::
1 Ubicar pc
Para suelos NC (vo > pc):
c
o
s
,
e
[
]
4
'v2v1
21c log - ' log
e - e C
=
1. Ubicar pc.2. Ubicar el punto (vo, eo).3. Ubicar el punto 0,4 eo en la
I
n
d
i
c
e
d
e
v
a
p ,prolongacin de la recta decarga NC.
4 Unir con una recta los3
0.4 eo
4. Unir con una recta lospuntos 2 y 3, el valorabsoluto de la pendiente deesta curva es el coeficiente
230.1 1 10 100
Tensin Vertical Efectiva, v ' [kg/cm]
pc'esta curva es el coeficientede compresin, Cc.
-
Relacin entre lmite lquido y Cc ( Skempton ):
RESULTADOS DE ENSAYO DE CONSOLIDACIN
Cc = 0,007 ( LL - 10 ) Muestras amasadas (remoldeadas)
Cc = 0,009 ( LL - 10 ) Arcillas normalmente consolidadas (inalteradas)
Cc = 0,85 W 3/2 Arcillas blandas ( Helenelund )
Cc = W Turbas
Cc = 0 0097 ( LL - 16 4 ) Suelos espaoles NC o ligeramente SCCc = 0,0097 ( LL - 16,4 ) Suelos espaoles NC o ligeramente SC
Cc = 0,99 W 1,315 Suelos espaoles NC o ligeramente SC
24
Cc = 0,2343 Gs (LL(%)/100) Nagaraj y Murty (1985)
-
DETERMINACINDETERMINACIN DEDE CrCr:: Ensayo de Consolidacin
RESULTADOS DE ENSAYO DE CONSOLIDACIN
DETERMINACINDETERMINACIN DEDE CrCr::
1. Ubicar pc.2 Ubicar el punto (vo eo)
Para suelos PC (vo < pc) :2
( vo' , eo) 1
42. Ubicar el punto ( vo, eo).3. Trasladar recta de curva de
descarga paralelamente hastainterceptar punto 2.
4 I i i l c
o
s
,
e
[
]
3
4
674. Interseccin entre recta verticalque pasa por pc y curva dedescarga desplazada,determinando punto 4.
5 Ubicar el punto 0 4eo la
I
n
d
i
c
e
d
e
v
a
c 67
'v2v1
21c log - ' log
e - e C
=
'v4v3
43R log - ' log
e - e C
=
5. Ubicar el punto 0,4eo laprolongacin de la recta de cargaNC.
6. Unir con una recta los puntos 4 y5, el valor absoluto de la pendiente
0.4 eo5
25
, pde esta curva es el coeficiente decompresin, Cc.
7. El valor absoluto de la pendientede descarga es el coeficiente Cr.
0.1 1 10 100
T ensin Vertical Efectiva, v ' [kg/cm]
pc'
-
RELACIN ENTRE COEFICIENTES
Lmite Lmite ndice de ndice de Suelo
mite lquido
mite plstico
dice de compresin,
Cc
dice de expansin, Cs
Arcilla azul de Boston
41 20 0.35 0.07Boston
Arcilla de Chicago 60 20 0.4 0.07
Arcilla de Georgia 51 26 0 12Arcilla de Georgia 51 26 0.12 ---
Arcilla de Nueva Orleans
80 25 0.3 0.05
Arcilla de Montana
60 28 0.21 0.05
11
26cs CaC 10
151
-
Mdulo edomtrico (Em), Mdulo de deformacin (E) y Mdulo de
RELACIN ENTRE COEFICIENTES
compresin volumtrica (mv)
vE = 'v
mE =
( ) 21 2E ( )
= 1
21mEE
vm =v
vm '=
( )aC 27
( )( )e
aCK vwvv += 1
-
,
Coeficiente de consolidacin secundaria (c)
CONSOLIDACIN SECUNDARIA
e t c28
( )12log tteC =
=
2
1log'ttHCSS
PecC += 1'
-
ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIN
Clculo asentamiento por consolidacin:
Altura total del elemento 1 + e0
Clculo asentamiento por consolidacin:
Si la relacin de vacos disminuye una cantidad
e debido a la consolidacin la deformacinNo se puede mostrar la imagen. Puede que su equipo no tenga suficiente memoria para abrir la imagen o que sta est daada. Reinicie el equipo y, a continuacin, abra el archivo de nuevo. Si sigue apareciendo la x roja, puede que tenga que borrar la imagen e insertarla de nuevo.
No se puede mostrar la imagen. Puede que su equipo no tenga suficiente memoria para abrir la imagen o que sta est daada. Reinicie el equipo y, a continuacin, abra el archivo de nuevo. Si sigue apareciendo la x roja, puede que tenga que borrar la imagen e insertarla de nuevo.
eoNo se puede mostrar la imagen. Puede que su equipo no tenga suficiente memoria para abrir la imagen o que sta est daada. Reinicie el equipo y, a continuacin, abra el archivo de nuevo. Si sigue apareciendo la x roja, puede que tenga que borrar la imagen e insertarla de nuevo.
No se puede mostrar la imagen. Puede que su equipo no tenga suficiente memoria para abrir la imagen o que sta est daada. Reinicie el equipo y, a continuacin, abra el archivo de nuevo. Si sigue apareciendo la x roja, puede que tenga que borrar la imagen e insertarla de nuevo.eeo e debido a la consolidacin, la deformacin
unitaria del elemento es = e/ (1 + eo).11
Por definicin H = * Ho
e29o
o eeHH +
=1
-
ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIN
Clculo asentamiento por consolidacin:Clculo asentamiento por consolidacin:
Para una arcilla normalmente consolidada e l vc
vc Ce
eC 'log'log
==
Considerando
( )
+=+=
vo
vvovovvov '
'log'log'log'log
++
= vvoc HCH'
'log1
Se tiene finalmente
30
+ vooe '1
-
ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIN
Clculo asentamiento por consolidacin:Clculo asentamiento por consolidacin:
Para una arcilla pre-consolidada
+= vvoS HCH 'log
(a) Caso en que vo + v < pc:
+
vooe
H'
log1
(b) Caso en que vo + v > pc:
++
vvoCpcS HCHCH 'l'l
31
++
+= pcvvo
o
C
vo
p
o
S
eeH
'log
1'log
1
-
ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIN
Clculo velocidad de consolidacin:Clculo velocidad de consolidacin:
En un suelo arcilloso saturado, el incremento de tensin efectiva y el asiento
asociado tras la aplicacin de una carga no se producen instantneamente,p g p ,
sino que tardan un cierto tiempo en completarse.
tCT v 2HTv
v =
Drenado Drenado Drenado
z2H
Drenado
H
Drenado
H1
Drenado
32
H2
-
ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIN
Clculo velocidad de consolidacin:Clculo velocidad de consolidacin:El grado de consolidacin de un elemento de suelo representa la cantidad de
esfuerzo efectivo soportado por el suelo. Es funcin de un factor
adimensional de tiempo Tv, de la profundidad al punto medio del estrato
consolidable y de la altura del estrato.
( )
=HzTfU vz ,%
2
4%60 UTU v =<
( ) 085101l93320%60 UTU33
( ) 0851,01log9332,0%60 10 => UTU v
-
ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIN
34
-
ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIN
El asentamiento se expresa por el grado o porcentaje medio deEl asentamiento se expresa por el grado o porcentaje medio deConsolidacin.
HU t=
U puede interpretarse como un rea en el diagrama Uz v/s z
H
zU = U = rea sombreadarea sombreada
rea totalrea total
Dado T
Uz = Razn de consolidacin = Es el cuociente entre el valor delasentamiento por consolidacin en el tiempo t para un elemento
35
asentamiento por consolidacin en el tiempo t para un elementode suelo a la profundidad z y el asentamiento mximo para elelemento de suelo a la misma profundidad y con igual sobrecarga.
-
ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIN
( ) ( )TfU % HU t36
( ) ( )vTfU =% HU t=
-
TCNICAS DE MEJORAMIENTO
37Ledbetter (1985)
-
PRECARGA + DRENES
Precarga
Tcnica empleada para comprimir
un terreno antes de colocar carga
estructuralestructural
Aplicable a todo tipo de suelos
Aumenta resistencia y reduce
asientos postconstructivos
38
-
PRECARGA + DRENES
39
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PRECARGA + DRENES
40
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PRECARGA + DRENES
Mechas drenantes
Empleadas junto a precarga paraacelerar proceso de consolidacin
Genera drenaje radialPueden ser de arena o geosintticos
41
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PRECARGA + DRENES
42
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PRECARGA + DRENES
43
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PRECARGA + DRENES
44