Consolidacin Prof Johannes Briceo Consolidacin Es la perdida
Consolidación Prof. Johannes Briceño
Consolidación: Es la perdida de volumen de la masa de suelo, debido al incremento de esfuerzos, este cambio de volumen se debe al desalojo del agua presente en los vacios del suelo. Este proceso es lento debido a la impermeabilidad del suelo y las condiciones de drenaje. Este cambio de volumen se traduce en asentamientos. Se Tiene una Masa de Suelo Se le Aplica Carga Se Generan Esfuerzos Se produce Consolidación que se traduce en asentamientos.
Para que se produzca consolidación deben ser suelos cohesivos saturados. La consolidación se traduce en asentamiento, su magnitud se estima. Asentamiento Cambio de Forma, Cambio de Volumen En el proceso se pierde agua ¿ Que pasa cuando el suelo se Consolida? • Disminuye el Volumen. • La relación de vacios (e) disminuye. • Se incrementa el esfuerzo efectivo y la capacidad de carga (aumenta la resistencia al corte).
Asentamiento. St= Asentamiento Total. Se= Asentamiento Instantáneo o Elástico. Sc= Asentamiento por consolidación primaria. Ss= Asentamiento por consolidación secundaria o de Fluencia. ¨Se¨ , predomina en suelos gruesos (gravas y arenas) saturados o no y en arcillas secas. ¨Sc¨, predomina en arcillas saturadas. ¨Ss”, predomina en suelos orgánicos y turbas.
Asentamiento Instantáneo o Elástico (Se): Rápida variación de volumen. Asentamiento por Consolidación Primaria (Sc): Expulsión de agua, reacomodo de partículas, disminución de volumen, proceso lento. Asentamiento por Consolidación Secundaria o de Fluencia (Ss): Continua la expulsión de agua y el reacomodo de partículas, es mas lento. ¿Cuánto se Estima? Asentamiento ¿En que tiempo se produce?
Teoría de La Consolidación Unidimensional: Sobre estima el asentamiento en sentido vertical y no se considera la consolidación en otro sentido, que de por si es mucho mas pequeña. Este condición de análisis unidimensional se logra en el laboratorio confinando la muestra lateralmente y permitiendo solo su deformación vertical. Δσz ΔH Hv Ho Hs Vacios llenos de agua Solidos Δe eo 1+eo 1 Figura 1 Asentamiento Por Consolidación …… ec. (a)
Compresibilidad: • Coeficiente de Compresibilidad (av). e Curva de Compresibilidad …. . Ec. (b) Δe Δσ´ σ´ Figura 2 • Coeficiente de Consolidación Volumétrica (mv). …. . Ec. (c)
Despejando Δe …. . Ec. (d) Sustituyendo Ec(d) en Ec (a) • Coeficiente de Compresión (Cc). Curva de Compresibilidad e Δe …. . Ec. (e) Cc Sustituyendo Ec(e) en Ec (a) Figura 3 LgΔσ´ Lgσ´
• Coeficiente de Re-compresión (Cr): σ´c = Esfuerzo de Pre-consolidación e σ´c Cr Cc Figura 4 Ala Re-compresión Log σ´ Ala Compresión Virgen
• Como hallar La Presión de Pre-consolidación (σ´c). Método de Casagrande e 1. Ubicar punto 1, punto de máxima curvatura, o radio mínimo. 2. Trazar la recta 2, tangente por el punto 1 3. Trazar la recta 3, horizontal por el punto 1 4. Trazar la bisectriz de la recta tangente 2 y la horizontal 3 5. Prolongar recta del ala virgen. 6. La intersección de las rectas 4 y Figura 5 σ´c Logσ´ 5 determina en abscisas el valor de σ´c.
• Material Normalmente Consolidado (NC) o Pre-consolidado (PC) Debemos comparar la presión efectiva inicial de terreno (σ’o) con la presión o esfuerzo de Pre-consolidación (σ’c), para saber si la arcilla está normalmente consolidado (NC) o pre-consolidada (PC). • Material Normalmente Consolidado (NC): Cuando la carga mas grande que ha soportado es a la que esta sometida actualmente. Si σ´o = σ´c NC (Ver Figura 4. )
Material Pre-consolidado (PC): Antes estuvo sometido a una carga mayor que la actual. Si σ´o ≠ σ´c PC (Ver Figura 4. ) Caso 1: σ´f < σ´c, El esfuerzo Final esta en el ala de re-compresión. Ala re-compresión Caso 2: σ´f > σ´c, El esfuerzo final esta en el ala de compresión virgen Ala re-compresión + ala compresión virgen
• Curva de compresibilidad con carga y descarga e Figura 6 Log σ´
• Efectos de la Alteración de la Muestra: La curva de compresibilidad varia y es mas baja mientras mas alterada este la muestra, por tanto hay que corregir la curva de laboratorio. Material Normalmente Consolidado e Curva Corregida Curva Laboratorio 0. 42. eo Figura 7. σ´c Logσ´ 1. Ubicar σ’c. 2. Ubicar el punto (σ’ o, eo), presión efectiva inicial e índice de vacíos inicial. 3. Ubicar el punto 0, 42. eo en la prolongación de la recta de carga normalmente consolidado, también denominada curva virgen. 4. Unir con una recta los puntos 2 y 3. El valor absoluto de la pendiente de esta curva es el Índice de Compresibilidad, Cc.
Material Pre- consolidado e 2´ Curva Laboratorio Curva Corregida 0. 42. eo Figura 8. Logσ´ 1. Ubicar σ’c. 2. Ubicar el punto (σ’ o, eo), presión efectiva inicial e índice de vacíos inicial. 3. Ubicar el punto 0, 42. eo en la prolongación de la recta de carga normalmente consolidado, también denominada curva virgen. 4. Unir con una recta los puntos 2 y 3. y 2´ y 2. El valor absoluto de la pendiente de esta curva es el Índice, Cc y Cr.
Corrección de la curva de laboratorio: Se tiene que: Gs. ω=S. e S=1 e=Gs. ω Al final del ensayo de consolidación e=ef Con la relación: Haciendo una regresión con los valores de ensayo se obtiene “eo”
Distribución de Consolidación en el Tiempo. Va a depender de: 1. Características del suelo. 2. Condición de Drenaje. 3. Asentamiento por consolidación primaria. • Grado de Consolidación (U): Sc(t) = Asentamiento por consolidación ocurrido en un tiempo t. Sc= Asentamiento por consolidación correspondiente al 100% de la consolidación primaria
Distribución de Consolidación en el Tiempo. • Factor Tiempo (Tv): Cv= Coeficiente de consolidación vertical (cm 2/seg) t= Tiempo en años. d= Espesor del estrato, depende de las condiciones de drenaje. Condición de drenaje del estrato: Caso 1: Estrato de arcilla saturado, entre roca impermeable y arena. La distancia mas larga que debe recorrer el agua para drenar del estrato de arcilla en H. Entonces d=H Caso 2: Estrato de arcilla saturado, entre estratos de arena. La distancia mas larga que debe recorrer el agua para drenar del estrato de arcilla en H/2. Entonces d=H/2 Arena Arcilla (Saturada) Roca Impermeable Arena H/2 H Figura 9. Arcilla (Saturada) Arena H
Relación entre U y Tv: • Si U≤ 53 % U • Si U>53% Figura 10. Figura 11. Tv El tipo de grafica va a depender de la condición de disipación de presión de poros (μ)
Métodos de Determinación del Coeficiente de Consolidación (Cv) • Método de Casagrande ( t 50 Tv 50) Lectura extensómetro Lext(0%) Curva de Consolidación Δ 2Δ Lext(50%) Lext(100%) Figura 12. Consolidación Primaria Log t Consolidación Secundaria
Procedimiento: 1. En la parte inicial parabólica de la curva marcar t 1. 2. Marcar t 2 = 4 t 1. Definidos t 1 y t 2 (los cuales deben ser menores a t 50), ellos determinan sobre la curva la distancia vertical Δ. 3. Dibujar la distancia 2Δ, y encontrar el 0% de la consolidación en el eje de las ordenadas. 4. Trazando dos tangentes a la curva, una en la primera parábola y la segunda luego del punto de inflexión, donde se cruzan estas tangentes de halla el 100% de la consolidación primaria y t 100. A la derecha de t 100 se encuentra la consolidación secundaria. 5. Encontrar Lext(50%), como la distancia promedio entre Lext(0%) y Lext(100%) en el eje de las ordenadas. Lext(50%)=(Lext(0%)-Lext(100%))/2 6. Proyectar Lext(50%) en la curva de consolidación y encontrar t 50 en el eje de las abscisas. El cual debe quedar por delante de t 1 y t 2. 7. Calcular cv como:
• Método de Taylor ( t 90 Tv 90): En este caso es difícil definir el 0% y el 100% de la consolidación primaria. Taylor observó que en la curva U vs. Tv se comporta recta hasta un punto cercano al 60% de la consolidación primaria, se observa que la abscisa correspondiente a la línea AC es 1. 15 veces la de la línea AB. U A U 90 % B x 1. 15 X C Figura 13.
Curva de Consolidación Lext A Lext (90%) B Figura 14. C X 1. 15 X
Procedimiento: 1. Trazar la mejor recta que pasa por los primeros puntos del gráfico. Prolongación del tramo evidentemente recto, donde se separa de la curva de consolidación ahí se encuentra el 60% de la consolidación primaria. Donde esta misma recta corta el eje de las ordenadas se encuentra el 0% de la consolidación. 2. La intersección entre la recta definida en 1 con el eje de las abscisas (punto A), define una distancia “x”. 3. Se define en el eje de las abscisas el punto C distanciado del origen en 1. 15 x 4. Se une el punto 0% y C. 5. La intersección de esta recta con la curva define el valor t 90 en el eje de las abscisas y el 90% de la consolidación primaria en las ordenadas. 6. Con este valor de t 90 calcular el coeficiente de consolidación con la fórmula:
Asentamiento por Consolidación Secundaria o de fluencia Al finalizar la consolidación primaria, las arcillas continúan asentándose bajo presión efectiva por el continuo ajuste de sus partículas. La consolidación secundaria es importante en las arcillas plásticas y en los suelos orgánicos.
La consolidación secundaria no depende del espesor del estrato considerado ya que el cambio de volumen por la rata de desalojo del agua intersticial, por lo que el asentamiento por consolidación se puede obtener directamente con los resultados del laboratorio. Δe= Cambio de relación de vacios. Cα= Coeficiente de consolidación secundaria. t 2= Tiempo en el cual se desea estimar la magnitud de la consolidación secundaria. t 1= Tiempo que corresponde al final de la consolidación primaria. Hs= Espesor del estrato al comienzo de la consolidación secundaria. Cα Compresibilidad Secundaria < 0. 002 Muy Baja 0. 004 Baja 0. 016 Alta 0. 032 Muy Alta 0. 064 Extremadamente Alta
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