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Mecanica de los suelos II. Consolidación de los SuelosTema
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Consolidacin de los Suelos
Tema N 1
Mecnica de Suelos II
ContenidoMecnica de Suelos II
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on
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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.
Mecnica de Suelos II
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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
Mecnica de Suelos II
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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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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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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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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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Mecnica de Suelos II
3. Analoga Mecnica de Terzaghi.
Orificio
Resorte
P
Orificio
Resorte
P
= Te
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= Esfuerzo del Suelo
=Presin de PorosHidrosttica.=Esfuerzo efectivo (esfuerzo partculas slidas)
Mecnica de Suelos II
3. Analoga Mecnica de Terzaghi.
Orificio
Resorte
P
= +
Orificio
Resorte
P
=
Te
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Mecnica de Suelos II
4. Prueba de Consolidacin Unidimensional.
Consolidmetro o Edmetro
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4. Prueba de Consolidacin Unidimensional.
ConsolidmetroTe
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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
Mecnica de Suelos II
4. Prueba de Consolidacin Unidimensional.
Compresin inicial
Consolidacin
primaria
Consolidacin secundaria
TIEMPO (Escala logartmica)
DE
FO
RM
AC
IN
Curva de consolidacin.
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Mecnica de Suelos II
4. Prueba de Consolidacin Unidimensional.
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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Mecnica de Suelos II
4. Prueba de Consolidacin Unidimensional.
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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Mecnica de Suelos II
4. Prueba de Consolidacin Unidimensional.
Curva de Compresibilidad:
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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Mecnica de Suelos II
4. Prueba de Consolidacin Unidimensional.
Curva de Compresibilidad:
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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Mecnica de Suelos II
4. Prueba de Consolidacin Unidimensional.
Curva de Compresibilidad:
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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.
Mecnica de Suelos II
4. Prueba de Consolidacin Unidimensional.
Curva de Compresibilidad:
Presin efectiva, (Escala logartmica)
Relacin de
Vacos, e
B
A
C
B
A
C
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Mecnica de Suelos II
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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Mecnica de Suelos II
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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Mecnica de Suelos II
D
Presin efectiva, (Escala logartmica)
Rela
ci
n d
e V
aco
s,
e
B
A
Pc
P
/2
/2
5. Presin de Consolidacin.Te
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Mecnica de Suelos II
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:
5. Presin de Consolidacin.Te
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Mecnica de Suelos II
6. Ecuaciones que rigen el proceso de
Consolidacin.
Te
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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
Mecnica de Suelos II
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.
Te
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Mecnica de Suelos II
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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Mecnica de Suelos II
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:
Mecnica de Suelos II
Tem
a N
1. C
onsolid
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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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Mecnica de Suelos II
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
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9. Asentamiento Primario.
1 + eo
e
Slidos
Vacoseo
1
e
Deformacin unitaria =
1 + eo
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Mecnica de Suelos II
9. Asentamiento Primario.
Arcillas Normalmente Consolidadas
e = Cc x [ log (Po + ) - logPo]
Cc x H Po +
H = log
1 + eo Po
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Mecnica de Suelos II
9. Asentamiento Primario.
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 +
Te
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Mecnica de Suelos II
9. Asentamiento Primario.
ndice de Compresin (Cc)
Cc = 0,009 (LL 10)
ndice de Expansin (Cs)
(1/5) Cc Cs (1/10) Cc
Te
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Mecnica de Suelos II
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.
Te
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Mecnica de Suelos II
10. Consolidacin Secundaria.
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)
Te
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Mecnica de Suelos II
10. Consolidacin Secundaria.
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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