consolidaciÓn

CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS

UCM Ingeniería en Construcción

Consolidación unidimensional de suelos

• Definición

Asentamiento que experimentan algunos suelosproducto del escape del agua debido aproducto del escape del agua debido asobrecargas.


Consolidación unidimensional de suelos

• Hipótesis fundamentales de la teoría de consolidación

1. Se supone el suelo: Homogéneo, cohesivo y saturado2. La compresión del suelo IN SITU es unidimensional3. La variación de volumen tiene su origen en la relajación

del exceso de presión de poros3. La variación de volumen tiene su origen en la relajación

del exceso de presión de poros4. El flujo es unidimensional5. El Coeficiente de Consolidación (Cv) y el de

permeabilidad (k) permanecen constante a lo largo del proceso


Deformación Plástica

• Definición

– Es una reducción en la relación de vacíos, bajo un incremento de presión (o carga)


Deformación plástica en suelos granulares

Deformación plástica en suelos finos

Deformación plástica en suelos granulares (grano grueso)

• Condiciones en que se presenta:1. Suelo seco

2. Suelo parcialmente saturado

3. Suelo completamente saturado3. Suelo completamente saturado

4. Carga aplicada al suelo


Deformación plástica en suelos granulares (grano grueso)

• Condiciones en que se presenta:1. Suelo seco

2. Suelo parcialmente saturado

3. Suelo completamente saturado3. Suelo completamente saturado

4. Carga aplicada al suelo


Deformación prácticamente instantánea


• Condiciones en que se presenta:

1. Grano fino saturado parcial o totalmente

• El tiempo para lograr la deformación plástica y la reducción de vacíos es mucho mayor y dependerá de:



• El tiempo para lograr la deformación plástica y la reducción de vacíos es mucho mayor y dependerá de

1. Grado de saturación1. Grado de saturación

2. El coeficiente de permeabilidad del suelo

3. Las propiedades del fluido de los poros

4. La longitud de la trayectoria que debe recorrer el fluido expulsado de la muestra para encontrar el equilibrio


• Se define consolidación como la deformaciónplástica debida a la reducción en la relación devacíos (generalmente llamada asentamiento)la cual es función del tiempo.la cual es función del tiempo.


• La diferencia entre compresión yasentamiento por consolidación es que laconsolidación depende del tiempo.


Consolidación primaria



• Diagrama de consolidación de una capa compresible de arcilla


Definición de términos

1. Arcilla normalmente Consolidada

Es aquella que nunca ha tenido una fatiga deconsolidación mayor a la existente en elmomento actual.momento actual.

2. Arcilla pre-consolidada (P.C.)

Es aquella que ha tenido una fatiga deconsolidación mayor a la actual


Definición de términos

1. Fatiga máxima de consolidación

Es la fatiga máxima de consolidación que ha actuado alguna vez en el suelo

2. Razón de pre-consolidación 2. Razón de pre-consolidación

RPC= σvmáx / σvc

Es el cuociente entre la σvmáx de consolidación que ha sufrido el suelo en un tiempo t y la fatiga de consolidación actual σvc ( 1,5 – 2,0)


Características o parámetros de la consolidación de suelos

1. Índice de compresión o de compresibilidad (Cc)


v

eCc

σlog∆

∆−=

El Cc define características deesfuerzo-deformación del suelo, yse relaciona con cuantaconsolidación o asentamientotendrá lugar.


2. Coeficiente de pre-consolidación o de compresibilidad ( ) av


vc

e

σ∆

∆=av


2. Coeficiente de pre-consolidación o de compresibilidad ( ) av


El coeficiente mide la razón devariación de la relación de vacíoscon la presión.

Y el valor de av depende de lapresión actuante sobre el suelo yno es constante del mismo.


3. Coeficiente de consolidación vertical


w*av

)1(

γ

ekCv

+=


3. Coeficiente de consolidación vertical

El coeficiente de


w*av

)1(

γ

ekCv

+=

El coeficiente deconsolidación serelaciona con el tiempoen que tendrá lugar unadeterminada cantidad deconsolidación.


4. Coeficiente de compresibilidad volumétrica


e1

a v

+=vm


4. Coeficiente de compresibilidad volumétrica

Físicamente expresa la


Físicamente expresa lacompresibilidad del suelo,relacionándola con suvolumen inicial.

Determinación del coeficiente de consolidación (Cv)

• El Cv se determina por ajustes de curvastiempo, experimental y teórica,desarrollándose por alguno de los siguientesmétodos.métodos.

- Raíz cuadrada del tiempo (Taylor)

- Logaritmo del tiempo (Casagrande)


Esquema del ensayo de consolidación


Determinación del coeficiente de consolidación (Cv) Taylor

2

90

t

HTcV =

Drenaje simple

H

Drenaje

90t

90

2

90 )2/(

t

HTcV =


Drenaje doble

H1

H2

Drenaje

Graficas deformación v/s carga


Escala natural

v

e-a

σ∆

∆=v


Relación de

vacíos (e)

Presión (σ)

va

σ∆=v

Escala logarítmica


Determinación de la preconsolidación


Determinación de la preconsolidación

σc


σv< σc preconsolidada

σv > σc normalmente consolidada

Calculo asentamiento total

Vo

HVi

Η

∆Η=

+

∆

e

e

1


Vs Vs

Η+ e1

Η

∆=

+

−=

+

−

=

+

−

=+

∆ H

VV

VV

V

VV

V

VV

V

V

V

V

V

V

e

e

s

i

s

s

s

s

s

i

s

o

0

0

0

10

011

Demostración


Por lo tanto

01 e

eH

+

∆=∆Η


vCcev

eCc σ

σlog

log∆=∆⇒

∆

∆=

Recordar


vCce

HH σlog*

1 0

0 ∆+

=∆


000 log)log(log vvvv σσσσ −∆+=∆

∆+

+

Η=∆

0

00

0

log*1

*

v

vv

e

CcH

σ

σσ

′

∆+′

+

Η=∆

0

00

0

log*1

*

v

vv

e

CcH

σ

σσ


• La formula es conservadora

• Los cálculos se realizan al centro del estrato

Determinación del tiempo de consolidación

Estrato arcilloso de espesor 2H, en el cual el agua puede drenar por el extremo superior


drenar por el extremo superior e inferior.


• Grado de consolidación U del suelo se expresa como.

U = Asentamiento en el instante T

Asentamiento al final de la consolidación


max∆Η

∆Η=U


• Grado de consolidación U del suelo se expresa como.

eeU

−= 0

Si u = 0 entonces U = 100%


f

yee

eeU

−

−=

0

0En los puntos interiores, utilizar la ecuación Uy


vovf

vov

yU´´

´´

σσ

σσ

−

−=

El porcentaje de consolidación, U, se definecomo el porcentaje promedio del esfuerzoadicional ∆σ, que es soportado por elaumento del esfuerzo efectivo y representa el

vovf


aumento del esfuerzo efectivo y representa elporcentaje de la compresión total o máximaque ya ha ocurrido en el estrato


Además de los valores del grado de consolidación Uy, también es necesario calcular el grado promedio de consolidación U*y. Este refleja el asentamiento en la superficie de la carga.

Grado de consolidación v/s T

Esta curva permite obtener el grado de consolidación en


grado de consolidación en diferentes instantes.


� La permeabilidad del suelo, que rige la velocidad de filtración delagua.

� El espesor del estrato, que influye en el gradiente hidráulico y en elvolumen de agua que debe filtrarse como en la distancia que debe


volumen de agua que debe filtrarse como en la distancia que debeatravesar.

� El número de fronteras permeables del estrato, por las cuales puedael agua salir, lo cual influye en la distancia que el agua debe atravesar yen el gradiente hidráulico.

� La relación de vacíos y la velocidad con que ésta cambio con lapresión, lo cual influye en el volumen de agua y en la manera como lapresión neutra disminuye con la pérdida de agua.

Resumen del método de cálculo

1. Toma de muestra representativa de cada estrato.

2. Realización de ensayos edométricos.

Determinación de parámetros iniciales Cc y e0.


Determinación de parámetros iniciales Cc y e0.

3. Cálculo de las tensiones efectivas iniciales verticales

existentes en cada punto (σ), y los incrementos en

la tensión debido a la carga aplicada ∆σ.


4. Obtención del asentamiento por estrato.

5. Obtención del asiento total por la suma de los distintos

∆+

+=∆Η

v

vv

e

HCci

´

´log

1

*

0 σ

σσ

5. Obtención del asiento total por la suma de los distintos

estratos.

ΔHtotal = Σ ΔHi



6. Determinar el tiempo de asentamiento.

T = factor de tiempo adimensional

H = Espesor del estrato

=> H drenaje simple => H drenaje simple

=> H/2 drenaje doble


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