MECNICA DE SUELOS

COMPRESIN VERTICAL

COMPRESIN VERTICAL

Compresin vertical del subsuelo Compresin

vertical de un estrato de suelo

Compresin de un elemento de suelo

COMPRESIN VERTICAL

Las partculas de suelo se mueven unas contra otras.

Compresin:

Compresin se produce casi exclusivamente por reordenamiento de las partculas en una estructura ms densa.

MEDICIN Y REPRESENTACIN DE LA COMPRESIBILIDAD

Ensayo de Compresin (Consolidacin):

Altura de la muestra: entre 1/6 y 1/4 de su dimetro; mnimo entre 5 y 10 veces el dimetro del mayor tamao de de partcula. Acostumbrado: alturas de 1 cm.

Trayectoria del esfuerzo de compresin y de la deformacin unitaria con el tiempo en un

ensayo de compresin

= FA = sd

Dependencia tpica de la compresin con respecto al esfuerzo efectivo

Es =d 'd

Es = Mdulo de Rigidez

Variacin de la relacin de vacos e con el esfuerzo efectivo

0 = Esfuerzo de referenciae0 = Relacin de vacos inicialCc = Coeficiente de compresin

e e0 1+ e0( )Cc = de

d Ln ' 0

0 = 10kKm2

Variacin de la relacin de vacos e con el esfuerzo efectivo

De acuerdo con las graficas anteriores:

e = e0 Cc Ln ' 0

Es = ' 1+ e( )Cc

Arcillas Normalmente Consolidadas y Preconsolidadas

Normalmente consolidada: Cuando el esfuerzo efectivo de sobrecarga presente, es el esfuerzo mximo al que el suelo ha sido sometido en toda su historia de esfuerzos.

En este caso la curva edomtrica comienza segn una rama de compresin virgen.

Arcillas Normalmente Consolidadas y Preconsolidadas

Preconsolidada: Cuando el esfuerzo efectivo de sobrecarga presente, es menor que aquel que el suelos a tenido en su historia de esfuerzos.

El esfuerzo mximo en el pasado se llama esfuerzo de preconsolidacin.

Arcillas Normalmente Consolidadas y Preconsolidadas

Ejemplo:Estudiar la trayectoria de una partcula que est a una profundidad de 10.0 m bajo la superficie del terreno que se deposit en una condicin seca.

Posteriormente, se presenta un acenso del nivel fretico y llega a una profundidad de 2.0 m bajo la superficie del terreno.

Estudiar en que momento su trayectoria es NC y pasa a ser PC.

Estudiar en que momento su trayectoria cambia de nuevo de PC a NC.

Relacin de Preconsolidacin

La relacin de preconsolidacin OCR para un suelo se define como:

c: Esfuerzo de preconsolidacin

OCR = 'c '

: Esfuerzo vertical efectivo presente

Suelos Normalmente Consolidados y Sobreconsolidados

Comportamiento en Descarga y Recarga

Descarga:

'v :Esfuerzo de precarga

Comportamiento en Descarga y Recarga

La muestra reacciona con una expansin ante una descarga:

e = ev Cs Ln ' 'v

ev :Relacin de vacos correspondientes al esfuerzo de precarga 'vCs :Coeficiente de expansin o recompresin

Comportamiento en Descarga y Recarga

Recarga:

'v :Esfuerzo de precarga

Comportamiento en Descarga y Recarga

La muestra reacciona con una trayectoria definida por una ecuacin igual a la descarga:

e = ev Cs Ln ' 'v

ev :Relacin de vacos correspondientes al esfuerzo de precarga 'vCs :Coeficiente de expansin o recompresin

Comportamiento en Descarga y Recarga

El mdulo de elasticidad se calcula:

Es = ' 1+ e( )Cs

Comportamiento en Descarga y Recarga

Cuando la recarga se ha alcanzado completamente (es decir se ha alcanzado de nuevo el valor de v) termina la trayectoria de la ecuacin:

e = ev Cs Ln ' 'v

Para incrementos de carga por encima de v vuelve a ser vlida la ecuacin:

e = e0 Cc Ln ' 0

Estimacin emprica de los valores de Cc y Cs

Segn Skempton, el ndice de compresin est relacionado con el lmite lquido segn la ecuacin:

En cuanto al ndice de recompresin o expansin Cs, est comprendido entre 1/4 y 1/10 de Cc.

Cc = 0.007 LL 10( )

ENSAYO DE CONSOLIDACIN

ENSAYO DE CONSOLIDACIN

Esfuerzo de preconsolidacin c:

Corresponde al mximo esfuerzo efectivo a la que el suelo ha estado sometido en toda su historia de esfuerzos.A partir del punto de mxima curvatura, A, se traza la tangente a la curva edomtrica AB y la horizontal AC.Se halla la bisectriz, AD, del ngulo formado por estas dos rectas. La interseccin de esta bisectr iz con la prolongacin hacia atrs de la rama de consolidacin virgen da el punto, E, cuya abscisa es la presin de preconsolidacin 'c

ENSAYO DE CONSOLIDACIN

ENSAYO DE CONSOLIDACIN

Corresponde al mximo esfuerzo efectivo a la que el suelo ha estado sometido en toda su historia de esfuerzos.

Relacin de sobreconsolidacin:

CLCULO DE ASENTAMIENTOS

Para suelos normalmente consolidados 0 = c:

H: Espesor del estrato analizado

0: Esfuerzo efectivo inicial del estrato analizado

e0: Relacin de vacos inicial del estrato analizado

s = Cc H1+ e0 log '0+ '

'c

CLCULO DE ASENTAMIENTOS

Para suelos preconsolidados 0 + c:

H: Espesor del estrato analizado

s = Cs H1+ e0 log '0+ '

'0

0: Esfuerzo efectivo inicial del estrato analizado

e0: Relacin de vacos inicial del estrato analizado

CLCULO DE ASENTAMIENTOS

Para suelos preconsolidados 0 < c < (0 + ):

H: Espesor del estrato analizado

0: Esfuerzo efectivo inicial del estrato analizado

e0: Relacion de vacos inicial del estrato analizado

s = Cs H1+ e0 log 'c

'0

+ Cc H1+ e0

log '0+ ' 'c

CLCULO DE ASENTAMIENTOS - ARCILLA NC

Cc = e1 e2log '2

'1

(Para '1 'c )

CLCULO DE ASENTAMIENTOS - ARCILLAS SC

Cs = e3 e4log '4

'3

(Para '4 'c )

CLCULO DE ASENTAMIENTOS

Se va a construir una edificacin que transmite una carga de 1.0 kg/cm2 sobre un estrato de 2 metros d e e s p e s o r q u e t i e n e u n e s f u e r z o d e preconsolidacin de 2.0 kg/cm2 y una relacin de vacos inicial de 1.65. Calcular:

El asentamiento que sufrir el estrato para esfuerzos efectivos iniciales de 2.0, 0.5 y 1.5 kg/cm2.

Ejercicio

CLCULO DE ASENTAMIENTOS

VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN

Si se tiene un estrato de arcilla de espesor Hc, que tiene estratos de arena permeables arriba y abajo.

En cualquier punto A en un tiempo t, despus de la aplicacin de la carga, el exceso de presin de poros esta dado por:

u=h*w

Para estimar el grado de consolidacin de un estrato de arcilla en un tiempo t, despus de la aplicacin de la carga, se requiere conocer la rapidez de la disipacin del exceso de presin de poros del agua.

VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN

VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN

Factor de Tiempo:

Cv: Coeficiente de consolidacin

El factor de tiempo es adimensional

Tv = cv tH 2

H: Longitud de la trayectoria mxima de drenaje

t: Tiempo

VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN

Grado promedio de consolidacin:

St: Asentamiento en el estrato de arcilla en un tiempo t despus de aplicada la carga

Smax: Asentamiento mximo por consolidacin que la arcilla experimentar debido a la carga aplicada

U = StSmax

VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN

Factor de Tiempo:

Tv = 4 U%100

2 Para U = 0% a 60%

Tv = 1.781 0.933 log 100 U%( ) Para U > 60%

VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN

Factor de Tiempo:

En una prueba de laboratorio sobre una arcilla normalmente consolidada, en la rama virgen de consolidacin se encontr:

La muestra de la probeta tena 25.4 mm de espesor y estaba drenada en ambos lados. El tiempo requerido para alcanzar el 50% de la consolidacin fue de 4.5 min.

Ejercicio

VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN

En una capa similar de arcilla de 2.8 m drenada por ambos lados, se somete a un incrementos similar de esfuerzos, es decir de 140 a 212 kN/m2.

Ejercicio

VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN

Determinar e l asentamiento mximo por consolidacin esperado en el campo.

El tiempo necesario para que el asentamiento sea de 40 mm

Una arcilla tiene un coeficiente de consolidacin de 9.0 mm2/min.

Ejercicio 2

VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN

Determinar el tiempo necesario para que ocurra el 90% de consolidacin en un estrato de arcilla de 3.0 m de espesor y que presenta drenaje por un slo costado.

CONSOLIDACIN SECUNDARIA

Una vez termina la consolidacin primaria del suelo, la estructura contina asentandose por algn tiempo, debido a la carga aplicada.

s te asen tamien to es p roduc ido por la consolidacin secundaria del suelo y puede durar muchos aos.

Se han hecho numerosos ensayos especiales en los que se mide la presin intersticial, y, sistemticamente, la presin de agua en esta fase del ensayo es prcticamente nula.

CONSOLIDACIN SECUNDARIA