Consolidación en arcillas saturadas

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.


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


5


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


13


14


15


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::


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::


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::


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::


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 ):


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


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


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


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


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


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


34


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.


( ) ( )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

PRECARGA + DRENES

40

PRECARGA + DRENES

Mechas drenantes

Empleadas junto a precarga paraacelerar proceso de consolidacin

Genera drenaje radialPueden ser de arena o geosintticos

41

PRECARGA + DRENES

42

PRECARGA + DRENES

43

PRECARGA + DRENES

44

Consolidación en arcillas saturadas

Documents

Transcript of Consolidación en arcillas saturadas