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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