Consolidación Unidimensional de los Suelos

Proceso de disminución de volumen por reducción de relación de vacíos del suelo, diferido en el tiempo, provocado por incremento de tensiones efectivas

verticales

• La consolidación unidimensional es un asentamiento diferido en el tiempo que se desarrolla en arcillas saturadas

• Casos de consolidación:– Torre de Pisa– Ciudad de México

– Uruguay: Terraplén de acceso al Puente del Río Santa Lucía, Ampliación de Pista de Aeropuerto de Carrasco, etc.

Estudio de la Consolidación UnidimensionalEnsayo de Consolidación o Edométrico (Norma ASTM D2435)

Pistón de carga

Extensómetro

Comparadorq

Recipiente anular

Muestra

Anillo rígido

Piedra porosa

Piedra porosa

Metodología del Ensayo Edométrico

• Muestra saturada• Se aplica carga (q)• Se mide deformación vertical a lo largo del tiempo

• Cuando velocidad de consolidación ≈ 0 Final del proceso

• Se determina deformación unitaria (ε) o relación de vacíos (e) en función del tiempo (t) Curva de Consolidación

log (t)

e Curva de Consolidación

• No es lineal con el tiempo La velocidad de la consolidación es variable con el tiempo

Consolidación Inicial Consolidación

Secundaria

Consolidación Primaria

Características de la Curva de Consolidación

• Consolidación Inicial: Reducción de vacíos por eliminación de aire

• Consolidación Primaria: Reducción de vacíos por eliminación de agua

• Consolidación Secundaria: Reacomodo de las partículas sólidas bajo tensión efectiva constante

• La velocidad de consolidación se expresa mediante el Coeficiente de Consolidación (Cv )

• Cv no es constante durante la consolidación y depende de la sobrecarga aplicada y de la conductividad hidráulica del suelo

Metodología del Ensayo de Consolidación

• Se repite metodología de ensayo aplicando un incremento de carga (∆q): Escalón de carga

• Se obtiene Curva de Consolidación para nuevo escalón de carga

• Para el escalón de carga medido en tensión efectiva (σ’) se determina la Relación de vacíos final (e)

• Se aplican varios escalones de carga: para cada uno se determina nueva relación de vacíos (e)

• Se aplica decremento de carga (Escalón de descarga) y se mide la recuperación elástica de volumen

• Se aplican escalones de descarga medidos en tensión efectiva (σ’) y se determina la Relación de vacíos final (e) para cada escalón

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

Características de la Curva de Compresibilidad

• Tramo de curvatura creciente: Se presenta cuando σ’ aplicada < σ’ históricamente sufridas Tramo de Recarga

• Tramo recto: Se presenta cuando σ’ aplicada > σ’ históricamente sufridas Tramo Virgen

• Tramo de descarga: Lineal porque recuperación es elástica

• “Pendiente” de Tramo de Recarga ≈ Pendiente de Tramo de descarga

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

o

• Pendiente del Tramo virgen: Índice de Compresión (Cc )

• Pendiente del Tramo descarga: Índice de Hinchamiento (Cs )

'vd

dea

σ−=

've

aσ∆

∆−=

−

=

'

'

loginicial

final

finalinicialc

eeC

σσ

−

=

'

'

logfinal

inicial

inicialfinals

eeC

σσ

Características de la Curva de Compresibilidad

Historia de Tensiones de las Arcillas

Comportamiento σ - ε depende de historia de tensiones

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

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

• Tensión de Preconsolidación (σ’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

• Razón de Sobreconsolidación (OCR)

'o

'pOCR

σ

σ=

Estimación de la Tensión de Sobreconsolidación

• Método de Casagrande

• Si σ’p = σ’o: suelo normalmente consolidado

• Si σ’p > σ’o: suelo sobreconsolidado

Corrección de las Curvas de Compresión• Schmertmann propuso realizar correcciones a las curvas de

compresión

• Para σ’laboratorio < σ’in situ no deberían producirse deformaciones (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

Corrección para arcilla sobreconsolidada

log σ´

Ce0R

elac

ión

de

vací

os (

e)

0,42.e0 B

A

σ´pσ´0