View
22
Download
1
Category
Preview:
DESCRIPTION
asas,a,s,as,as,as,sa,as,
Citation preview
MECNICA DE SUELOS
CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL EN LOS
SUELOSIng. MSc. Luz Marina Torrado G.
Ing. MSc. Jose Alberto Rondn
Arcilla saturada
Arena
Arcilla saturada
Arena
Un suelo fino saturado est
sometido a un incremento de
esfuerzos de compresin
debidos a las cargas, la
estructura del mismo
experimenta deformaciones
producidas por estas cargas.
La deformacin d como resultado
reduccin en la relacin de vacos, que
ocurre a medida que el fluido de los
poros se desplaza.
Debido a que los suelos finos tienen
baja permeabilidad el desplazamiento
del fluido de los poros es UN PROCESO
LENTO (dependiente del TIEMPO)
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
CONSOLIDACIN: Proceso de reduccin de volumen de los suelos finos
cohesivos, provocado por las cargas sobre su masa y que ocurre en el
transcurso de un TIEMPO generalmente largo. Producen asentamientos o
hundimientos verticales en las construcciones generando problemas de
inestabilidad de las mismas.
Evala la magnitud y velocidad de los asentamientos
PROCESO DE CONSOLIDACIN Si las
deformaciones totales del suelo
varan en la direccin horizontal
AsentamientoDiferenciales
Si el suelo es altamente
deformable
Asentamientos excesivos
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
En la teora de la consolidacin se hacen varias suposiciones:
1. El suelo es y permanece saturado (S=100%)
2. El agua y los granos del suelo son incompresibles
3. Existe una relacin lineal entre la presin aplicada y el cambio de
volumen
4. El coeficiente de permeabilidad es constante
5. La ley de Darcy es vlida
6. Hay una temperatura constante
7. La consolidacin es unidimensional (vertical)
8. Las muestras son inalteradas
En un suelo limo arenoso, la permeabilidad puede ofrecer asentamientos
rpidos que suelen darse durante la construccin.
Si el suelo es limo arcilloso, los asentamientos pueden prolongarse y darse un
tiempo importante despus de terminada la obra.
eav
kiv
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL O UNIDIRECCIONAL
Durante el proceso de consolidacin permanece esencialmente igual la
posicin relativa de las partculas slidas sobre un mismo plano horizontal.
As, el movimiento de las partculas de suelo puede ocurrir slo en la
direccin vertical.
La consolidacin de un suelo
Es un proceso lento, puede durar meses y hasta aos.
Es un proceso asinttico, es decir, que al comienzo es ms veloz, y se va
haciendo cada vez ms lento, hasta que el suelo llega a una nueva situacin
de equilibro en la que ya no se mueve.
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Modelo mecnico de la distribucin de esfuerzos para explicar el proceso de laconsolidacin de los suelos finos = Idealizacin de las propiedades mecnicas del suelo
Saturado
Resistencia delesqueleto mineral delsuelo
Resistencia al flujo elagua a travs del suelo
a. EJEMPLO FSICO b. ANALOGA HIDROMECNICA
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Suponiendo que se le aplica una carga P al pistn considerado en la analogahidromecnica y que la vlvula se encuentra cerrada
La carga del pistn se distribuye entre elagua y el resorte (de acuerdo a la rigidezde cada uno
c. CARGA APLICADA CON VLVULACERRADA
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Arcilla saturada
Arena
ue
u
Nivel de equilibrio del agua
El agua se escapa
El pistn desciende
El resorte se comprime
Disminuye la presin delagua
El resorte resiste la carga
No se transmite presin alagua
d. DESCENSO DEL PISTN AL APLIAR CARGA
e. EQUILIBRIO SIN MAS ESCAPE DE AGUA
En el suelo, la estructuracin delas partculas slidas puedenconsiderarse representada porlos resortes del modelo, el aguainteresticial libre por el fluidoincompresible de la cmara ylos canales capilares por losorificios del mbolo.
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
PRIMARIA : Cuando cargado el suelo, la reduccin devolumen se debe a la expulsin del agua, fenmeno enel que se transfiere la carga soportada por el agua alesqueleto mineral, esta es la consolidacinpropiamente dicha, tpica del caso de los suelos deCiudad de Mxico y de la Torre de Pisa, y con la quenace la Mecnica de Suelos (Terzaghi, 1925).
SECUNDARIA: cuando la consolidacin se da porreajuste del esqueleto mineral y luego de que la cargaest casi toda soportada por este y no por el agua.
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
ndice de Compresibilidad Cc : Se relaciona con cunta consolidacino asentamiento tendr lugar.
Coeficiente de consolidacin Cv: Se relaciona con el tiempo en el que tendr lugar una determinada cantidad de consolidacin
ENSAYO DE LABORATORIO
Se obtiene
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
CARGAAPOYO
FUERZA
DRENAJE
Piedra porosaMuestra saturada
H
La muestra de suelo es confinada dentro de la caja del equipo, la presin uniforme en el sueloseAplica a travs del dispositivo de carga y las piedras porosas permiten que el exceso de presinde poro debido al incremento de carga se escape libremente a medida que los vacos del suelose comprimen. Se miden las deformaciones a intervalos variables de tiempo para luegocalcularse los cambios volumtricos.
BRAZO DE PALANCA
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Las cargas se van doblando cada vez y los incrementos se hacen cada 24 horas y se continacon la medicin de la compresin. Finalmente, la descarga se hace gradual y se determina elpeso seco del espcimen de la prueba.
Los resultados de la prueba se grafican. Las graficas de deformacin Vs tiempo para unincremento de carga se realizan y en estas, se pueden observar 3 etapas.
ETAPA I: CONSOLIDACIN INICIAL: causada por la precarga
ETAPA II: CONSOLIDACIN PRIMARIA: el exceso de presin de poros por agua es transferidogradualmente a esfuerzos efectivos, por la expulsin del agua de poro.
ETAPA III: CONSOLIDACIN SECUNDARIA: Ocurre despus de la totalidad de los excesos depresiones de poros cuando se presenta alguna deformacin en el suelo debido al reajusteplstico de la estructura.
Deformacin
Tiempo (esc. Log)
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Masa seca del espcimen : 116,74 gAltura inicial de la muestra: 25,4 mmDimetro de la muestra: 63,5 mmGs : 2,72
PRESIN(KN/m2)
ALTURA INICIAL DEL ESPECIMEN AL FINAL
DE LA CONSOLIDACIN (mm)
0 25,4 11,87 0,873
50 25,19 11,63 0,858
100 25,00 11,44 0,843
200 24,29 10,73 0,791
400 23,22 9,66 0,712
800 22,06 8,50 0,627
mmg
AG
WH
ws
ss 56.13
1*)72,2(*35,6*35,6*)4/1416,3(
74.116
*
=
(mm)s
v
H
He
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
GRFICAS DE PRESIN RELACIN DE VACOS
Calcular la relacin de vacos inicial eo del espcimen del suelo
s
v
s
v
s
vo
H
H
A
A
H
H
V
Ve
Calcular el cambio en la relacin de vacos inicial eo, para la primera carga incrementada 1que causa la deformacin H1 (se obtiene de lectura inicial y final de la carga).
En este tiempo, la presin efectiva sobre el suelo es
Calcular la nueva relacin de vacos e2 despus de la consolidacin causada por el incrementode presin
Para la carga e2
sH
He 11
11
.1 101 eee
sH
Hee 212
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Grfica tpica de e Vs log
Presin efectiva, (Log)1
e0
e1
e2
2
Relacin de vacos , e
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
En una prueba de consolidacin en laboratorio se encontraron lossiguientes resultados:
Masa seca del espcimen : 116,74 gAltura inicial de la muestra: 25,4 mmDimetro de la muestra: 63,5 mmGs : 2,72
Hacer los clculos de Altura de vacos (Hv) y la relacin de vacos (e) y dibujar lagrfica de log Vs e.
PRESIN(KN/m2)
ALTURA INICIAL DEL ESPECIMEN AL FINAL DE LA CONSOLIDACIN (mm)
0 25,4
50 25,19
100 25,00
200 24,29
400 23,22
800 22,06
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Masa seca del espcimen : 116,74 gAltura inicial de la muestra: 25,4 mmDimetro de la muestra: 63,5 mmGs : 2,72
PRESIN(KN/m2)
ALTURA INICIAL DEL ESPECIMEN AL FINAL DE LA
CONSOLIDACIN (mm)
0 25,4 11,87 0,873
50 25,19 11,63 0,858
100 25,00 11,44 0,843
200 24,29 10,73 0,791
400 23,22 9,66 0,712
800 22,06 8,50 0,627
mmg
AG
WH
ws
ss 56.13
1*)72,2(*35,6*35,6*)4/1416,3(
74.116
*
=
(mm)s
v
H
He
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Presin efectiva, (Log)
1
e1
e2
2
Relacin de vacos , e
Un suelo en campo a cierta profundidad ha estadosometido a cierta presin efectiva mximo en elpasado de su historia geolgica. Esta presinpuede ser igual o mayor que la presin de sobrecarga existente en el tiempo de muestreo.Durante el muestreo del suelo, la presin desobrecarga del suelo es tambin liberada,resultando cierta expansin.
Cuando el suelo est sometido a una prueba deconsolidacin, una pequea cantidad decompresin ocurrir cuando la presin totalaplicada es menor que la presin de sobrecargaefectiva mxima en el campo a la que el suelo fuesometido en el pasado.
Cuando la presin total aplicada sobre elespcimen es mayor que la efectiva mxima en elpasado, el cambio en la relacin de vacios esmayor y la relacin e- log es prcticamentelineal con una pendiente inclinada
Parte superior curva
Relacin lineal de la relacin de vacos
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Curva e vs. (log): Presin de Preconsolidacin
e
(Log)
En el laboratorio se verifica esta relacin cargando el espcimen de manera que se excedala presin de sobrecarga efectiva mxima y luego descargndolo y recargndolo de nuevo.
DEFINICIONESBSICAS DE LAARCILLA CON BASE ENLA HISTORIA DE SUESFUERZO
NORMALMENTE CONSOLIDADA: Lapresin de sobrecarga efectivapresente es la presin mxima a laque el suelo fue sometido en elpasado.
PRECONSOLIDADA: La presin desobrecarga efectiva presente esmenor que la que el sueloexperiment en el pasado. Lapresin efectiva mxima en elpasado se llama esfuerzo depreconsolidacin.
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
DETERMINACIN DE LA PRESIN DE CONSOLIDACIN c (Casagrande 1936)
e
(Log)
Horizontal
Tangente
Bisectriz
c
Tangente a la compresin virgen
o Por observacin visual establecer un punto a endonde la grafica tenga un radio de curvatura mnimo.
oDibujar una lnea horizontal ab.
oDibujar una lnea ac tangente en a.
oDibujar una lnea ad que sea la bisectriz del ngulobac.
oProyectar la porcin recta gh de la grfica hacia atrspara intersectar ad en f. La abscisa del punto f es lapresin de preconsolidacin c .
LA RELACIN DE PRECONSOLIDACIN OCR (OVERCONSOLIDATION RATIO), se define como:
Donde = presin de preconsolidacin de un espcimeny = presin vertical efectiva presente.
a
d
c
f
h
/ cOCR
c
b
1OCR
1OCR
SUELO SOBRECONSOLIDADO: Ha soportado presionesmayores a las que soportaba en el terreno en elmomento de la toma de muestra.
SUELO CONSOLIDADO: La carga soportada in-situ enel momento de la toma de la muestra, es la mx. entoda su historia.
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Se determina a partir de las grficas producto del ensayo delaboratorio
e
(Log)
Compresin virgen(ndice de compresin,
Cc = pendiente, )
Descompresin(ndice de expansin en
descarga, Ce)
Re-compresin
ndice de expansin
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Terzaghi y Peck (1976) propusieron las siguientes expresiones:
PARA ARCILLAS INALTERADAS: Cc = 0.009 (LL-10)
PARA ARCILLAS REMOLDEADAS: Cc = 0.007 (LL-10)
Nagaraj y Murty (1985)
GsLL
Cc100
(%)2343.0
Cs 1/5 a 1/10 Cc
Segn Nagaraj y Murty (1985) GsLL
Cs100
(%)0463.0
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
log
Donde :
o : Presin de sobrecarga efectiva promedio inicial para el subestrato.
: Incremento de la presin vertical para el subestrato.
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Determinacin del Coeficiente de Consolidacin, Cv (Casagrande)
100% CONSOLIDACIN PRIMARIA
Se prolonga el tramo recto de la consolidacin primariaSe prolonga el tramo recto de la consolidacin secundariaEl punto donde se cruza las dos rectas anteriores define el 100% de la consolidacinprimaria
U=100%
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Lecturadel
deformmetro
t (Log)
a
a
0%
100%
t50
0 % CONSOLIDACIN PRIMARIA
Escoger un punto en la parte alta de la curva de consolidacin cuya abcisa ser t1Dividir t1 en 4 = t1/4 y buscar la ordenada correspondiente.La diferencia de ordenadas entre los puntos de la curva que tienen como abcisas t1 y t1/4 ser a.Por encima del punto sobre la curva que tiene como abscisa t1/4 DUPLICAR a y ese punto define el 0% de laconsolidacin primaria.
t1t1/4
Tiempo en el cual haocurrido el 50 % de laconsolidacin primaria
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Determinacin del Coeficiente de Consolidacin, Cv (Casagrande) a partir de los ensayos de consolidacin
Lecturadel
deformmetro
t (Log)
aa 0%
100%
50%
t50
50
2
50
2
50 *197.0*
t
H
t
HTCv
H: Espesor efectivo del estrato de suelo y depende de lascondiciones de drenaje del estrato en campo.
L
2
LH
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Tener en cuenta:
Si tiene drenaje
simple, H se refiere
al espesor total del
estrato.
Si el estrato compresible
tiene doble drenaje , H se
refiere a la mitad del
espesor del estrato.
100XH
SU
T
t
GRADO DE CONSOLIDACIN U
St: asentamiento del estrato producido poruna carga despus de ese cierto tiempo.
HT: asentamiento total primario bajocierta carga
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Determinacin del Coeficiente de Compresibilidad, av
e
eav
Coeficiente de deformacin
volumtrica, mv:
e
am v
v
1
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Existe una relacin numrica entre el grado de consolidacin, U(%) y el factor tiempo, T; pues U vara entre 0 y 100 y a cada valor de U corresponder un valor de T
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
1. El tiempo requerido para el 50% de consolidacin de una muestra dearcilla de 25 mm de espesor (drenada por las dos caras) en ellaboratorio es de 2 min y 20 seg. Qu tiempo le tomar (en das) a unestrato de la misma arcilla en el campo y bajo el mismo incremento depresin alcanzar el 50% de la consolidacin? En campo el estratoarcilloso es de 3 metros y posee un estrato de roca en la parteinferior.
ROCA
ARCILLA 3 m.
25 mm.Arcilla mm
mmH 5,12
2
25
segt 14050
DATOS CALCULOS
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
2. Una muestra de arcilla de 2 cm de espesor alcanz el 50% de laconsolidacin en 5 min en un consolidmetro en el que lamuestra estaba drenada por ambas caras. Esta muestra esrepresentativa de un estrato de la misma arcilla de 3 metros deespesor, drenado por ambas caras que estar bajo un terrapln.En cuanto tiempo alcanzar el estrato el 50% de consolidacinbajo la carga del terrapln?.
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
ARCILLA 3 m.
2 cm.Arcilla
cmcm
H 12
2
segt 300
DATOS CALCULOSSOLUCIN
dassegt 125,786750000
cmmm
H 1505,12
3
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
3. Se espera que el asentamiento total producido por una estructuracimentada sobre un estrato arcilloso drenado por las dos carassea de 10 cm. Calcule los tiempos en das necesarios para paraque se presente asentamientos de 2 cm y 7 cm, sabiendo que elestrato de arcilla tiene 4 m de altura y su coeficiente deconsolidacin Cv= 0.0018cm2/seg.
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
ARCILLA
cmmm
H 20022
4
DATOS
ARENA
ARENA
4 m
a. CUANDO EL ASENTAMIENTO SEA DE 2 cm
100*10
2100*
cm
cm
H
StU
T
%20U )(031,020 tablaT
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
a. CUANDO EL ASENTAMIENTO ES DE 7 cm
100*10
7100*
cm
cm
H
StU
T
%70U )(405,070 tablaT
dassegt 97,789,889.68820
dassegt 17,104000.000.970
Ing. MSc. Luz Marina Torrado G.Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Recommended