Compresión Edométricad S lde Suelos

(64.08) Mecánica de SuelosFIUBA

Índice

• Definición de compresión edométrica• Ensayo edométrico

dom

étric

a

• Modelo de compresión de arcillas– Recarga

ompr

esió

n ed

– Primera carga– Compresión secundaria

Cálculo de la deformación

Co

– Cálculo de la deformación• Arcillas naturales• Compresión de arenas• Compresión de arenas

2

Compresión de suelos

Δσvσv0

dom

étric

a

H

ΔHv

σv0′

ompr

esió

n ed

Co

vacíosVv = eVs

Δ e

vacíos

sólidos

v s

Vs

Vv = (e - Δ e)Vs

Vs sólidos

3Antes Después

Índice

• Definición de compresión edométrica• Ensayo edométrico

dom

étric

a

• Modelo de compresión de arcillas– Recarga

ompr

esió

n ed

– Primera carga– Compresión secundaria

Cálculo de la deformación

Co

– Cálculo de la deformación• Arcillas naturales• Compresión de arenas• Compresión de arenas

4

Ensayo edométricoEquipo

dom

étric

aom

pres

ión

edC

o

5

Ensayo edométricoEquipo

dom

étric

aom

pres

ión

edC

o

Tradicional Moderno

6

(flexímetro, brazo de palanca, captura manual)

(LVDT, celda de carga, captura digital)

Ensayo edométricoProcedimiento

21 5

Escalones de carga, descarga, recarga, descarga final

dom

étric

a

21,0

21,5

ompr

esió

n ed

20,0

20,5

azam

ient

o

1 15

Co

19,0

19,5

Des

pla

1 00

1,05

1,10

1,15e

18,0

18,5

0 85

0,90

0,95

1,00

7

17,50,1 1 10 100 1000

Log (t)

0,80

0,85

0,10 1,00 10,00Presion

Ensayo edométricoProcedimiento

21 5

Escalones de carga, descarga, recarga, descarga final

dom

étric

a

21,0

21,5

ompr

esió

n ed

20,0

20,5

azam

ient

o

1 15

Co

19,0

19,5

Des

pla

1 00

1,05

1,10

1,15e

18,0

18,5

0 85

0,90

0,95

1,00

8

17,50,1 1 10 100 1000

Log (t)

0,80

0,85

0,10 1,00 10,00Presion

Ensayo edométricoProcedimiento

21 5

Escalones de carga, descarga, recarga, descarga final

dom

étric

a

21,0

21,5

ompr

esió

n ed

20,0

20,5

azam

ient

o

1 15

Co

19,0

19,5

Desp

la

1 00

1,05

1,10

1,15e

18,0

18,5

0 85

0,90

0,95

1,00

9

17,50,1 1 10 100 1000

Log (t)

0,80

0,85

0,10 1,00 10,00Presion

Ensayo edométricoProcedimiento

21 5

Escalones de carga, descarga, recarga, descarga final

dom

étric

a

21,0

21,5

ompr

esió

n ed

20,0

20,5

azam

ient

o

1 15

Co

19,0

19,5

Desp

la

1 00

1,05

1,10

1,15e

18,0

18,5

0 85

0,90

0,95

1,00

10

17,50,1 1 10 100 1000

Log (t)

0,80

0,85

0,10 1,00 10,00Presion

Ensayo edométricoProcedimiento

21 5

Escalones de carga, descarga, recarga, descarga final

dom

étric

a

21,0

21,5

ompr

esió

n ed

20,0

20,5

azam

ient

o

1 15

Co

19,0

19,5

Desp

la

1 00

1,05

1,10

1,15e

18,0

18,5

0 85

0,90

0,95

1,00

11

17,50,1 1 10 100 1000

Log (t)

0,80

0,85

0,10 1,00 10,00Presion

Ensayo edométricoProcedimiento

21 5

Escalones de carga, descarga, recarga, descarga final

dom

étric

a

21,0

21,5

ompr

esió

n ed

20,0

20,5

azam

ient

o

1 15

Co

19,0

19,5

Des

pla

1 00

1,05

1,10

1,15e

18,0

18,5

0 85

0,90

0,95

1,00

12

17,50,1 1 10 100 1000

Log (t)

0,80

0,85

0,10 1,00 10,00Presion

Ensayo edométricoProcedimiento

21 5

Escalones de carga, descarga, recarga, descarga final

dom

étric

a

21,0

21,5

ompr

esió

n ed

20,0

20,5

zam

ient

o

1 15

Co

19,0

19,5

Desp

la

1 00

1,05

1,10

1,15e

18,0

18,5

0 85

0,90

0,95

1,00

13

17,50,1 1 10 100 1000

Log (t)

0,80

0,85

0,10 1,00 10,00Presion

Índice

• Definición de compresión edométrica• Ensayo edométrico

dom

étric

a

• Modelo de compresión de arcillas– Recarga

ompr

esió

n ed

– Primera carga– Compresión secundaria

Cálculo de la deformación

Co

– Cálculo de la deformación• Arcillas naturales• Compresión de arenas• Compresión de arenas

14

Modelo teórico de compresión de arcillas

dom

étric

a

e

1 10

1,15e

ompr

esió

n ed

Cc

0 95

1,00

1,05

1,10

Co

Cr0 80

0,85

0,90

0,95

log[σ]

0,800,10 1,00 10,00

Presion

• Se postulan rectas en escala semilogarítmica

15

p g• Se definen las pendientes Cc y Cr

Modelo teórico de compresión de arcillas

dom

étric

a

e

1 10

1,15e

ompr

esió

n ed

Cc

0 95

1,00

1,05

1,10

Co

Cr0 80

0,85

0,90

0,95

• La máxima presión que el suelo alcanzólog[σ]

0,800,10 1,00 10,00

Presion

p qen su historia de tensiones se denomina“presión de preconsolidación”16 cσ

Compresión primaria: elastoplasticidad

• Es una relación

dom

étric

a

• Es una relacióntensión-deformación

e Cr

log[σ]

ompr

esió

n ed

Cr

Cc CcCr

log[σ]

εCo

• La rama de recargaes “casi elástica”

ε

es casi elástica• La rama de primera carga es “elastoplástica”

log[σ]vfσ0vσ cσ

17

Compresión secundaria: visco-elastoplasticidad

• Es una relación

dom

étric

a

• Es una relacióntensión-deformación

e Cr

log[σ]

ompr

esió

n ed

Cr

Cc CcCr

log[σ]

εCo

• La rama de recargaes “casi elástica”

ε

es casi elástica• La rama de primera carga es “elastoplástica”• Si se mantiene la carga se producen

log[σ]vfσ0vσ cσ

18• Si se mantiene la carga se producen

deformaciones viscoplásticas

Diferencias entre compresión primaria y secundaria

dom

étric

a • Compresión primaria – Es una deformación plástica produci-

da por el cambio de presión efectiva

ompr

esió

n ed da por el cambio de presión efectiva

– Si el agua no tuviera viscosidadsería un fenómeno instantáneo

Co

• Compresión secundaria– Es una def. viscoplástica producida

a presión efectiva constante – Está asociada a un comportamiento

viscoplástico de las arcillas

19

viscoplástico de las arcillas– Explica comportamientos como el de la Torre de Pisa

Diferencias entre compresión primaria y secundaria

dom

étric

aom

pres

ión

edC

o

20Palacio de Bellas Artes, México

Cálculo del cambio de alturade la muestra

dom

étric

a

Δe1 = Cr logσ c

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥Δh = Δn + Δn( )h

eCr

ompr

esió

n ed

1 r σ v0⎣ ⎦

Δe2 = Cc logσ vf

σ c

⎡

⎣⎢⎢

⎤

⎦⎥⎥

Δh = Δn1 + Δn2( )h

Δn1 =Δe1

1+ e=

Cr

1+ elog

σ c

σ⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

Cc

Co c⎣⎢ ⎦⎥1+ e0 1+ e0 σ v0⎣ ⎦

Δn2 =Δe2

1+ e=

Cc

1+ elog

σ vf

σ

⎡

⎣⎢⎢

⎤

⎦⎥⎥1+ e0 1+ e0 σ c⎣⎢ ⎦⎥

log[σv]0vσ cσ vfσ

21

Cálculo del cambio de alturade la muestra – efecto tiempo

dom

étric

a

Δe1 = Cr logσ c

σ v0

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥e

Δh = Δn + Δn + Δn( )h

ompr

esió

n ed

Δe2 = Cc logσ vf

σ c

⎡

⎣⎢⎢

⎤

⎦⎥⎥

t⎡ ⎤

Δh = Δn1 + Δn2 + Δn3( )h

Δn3 =Δe3

1+ e=

Cα

1+ elog

tt

⎡

⎣⎢⎢

⎤

⎦⎥⎥C

o

Δe3 = Cα log ttp

⎡

⎣⎢⎢

⎤

⎦⎥⎥

1+ e0 1+ e0 tp⎣⎢ ⎦⎥

log[σv]0vσ cσ vfσ

22

Preconsolidación por tiempodo

mét

rica

e• Secuencia

– Se parte de un estado inicial

ompr

esió

n ed estado inicial

Co

log[σv]0vσ

23

Preconsolidación por tiempodo

mét

rica

e• Secuencia

– Se parte de un estado inicial

ompr

esió

n ed estado inicial

– Se recorre la rama preconsolidada

Co p

log[σv]0vσ

24

Preconsolidación por tiempodo

mét

rica

e• Secuencia

– Se parte de un estado inicial

ompr

esió

n ed estado inicial

– Se recorre la rama preconsolidada

Co p

log[σv]0vσ

25

Preconsolidación por tiempodo

mét

rica

e• Secuencia

– Se parte de un estado inicial

ompr

esió

n ed estado inicial

– Se recorre la rama preconsolidada

Co p

– Se recorre la rama normalmente cons.

log[σv]0vσ cσ

26

Preconsolidación por tiempodo

mét

rica

e• Secuencia

– Se parte de un estado inicial

ompr

esió

n ed estado inicial

– Se recorre la rama preconsolidada

Co p

– Se recorre la rama normalmente cons.S l l

log[σv]0vσ cσ vfσ– Se alcanza la

tensión final

27

Preconsolidación por tiempodo

mét

rica

e• Secuencia

– Se parte de un estado inicial

ompr

esió

n ed

10 años

estado inicial– Se recorre la rama

preconsolidada

Co p

– Se recorre la rama normalmente cons.S l l

log[σv]0vσ cσ vfσ– Se alcanza la

tensión final– Pasan 10 años

28

Pasan 10 años

Preconsolidación por tiempodo

mét

rica

e• Secuencia

– Se parte de un estado inicial

ompr

esió

n ed estado inicial

– Se recorre la rama preconsolidada

Co

1000 años

p– Se recorre la rama

normalmente cons.S l l

log[σv]0vσ cσ vfσ– Se alcanza la

tensión final– Pasan 10 años

29

Pasan 10 años– Pasan 1000 años

Preconsolidación por tiempodo

mét

rica

e• El tiempo

preconsolidaA l 10 ñ

ompr

esió

n ed

10 años

– A los 10 años se alcanza el punto

– Al mismo punto se

Co Al mismo punto se

llega si se carga hasta y descarga hasta

σ c10años

σ

log[σv]0vσ cσ vfσ σ c10años

descarga hasta– Entonces, NC con

10 años es

vfσ

30

preconsolidado

Preconsolidación por tiempodo

mét

rica

e• El tiempo

preconsolidaA l 1000 ñ

ompr

esió

n ed

10 años

– A los 1000 años se alcanza el punto

– Al mismo punto se

Co

1000 años

Al mismo punto se llega si se carga hasta y descarga hasta σ

σ c1000años

log[σv]0vσ cσ vfσ σ c1000añosσ c

10años

descarga hasta– Entonces, NC con

1000 años es más

vfσ

31

preconsolidado

Preconsolidación por tiempodo

mét

rica

e• El diagrama e – σv

puede completarse con una serie de

ompr

esió

n ed con una serie de

líneas paralelas que indiquen el efecto

Co indiquen el efecto

del tiempo

log[σv]σ c0 σ c

1000años

32

Ejercicios

• Cálculo de coeficientes Cc, Cr (pizarrón)• Asentamiento de un depósito NC por cambio de

i l f áti ( i ó )dom

étric

a

nivel freático (pizarrón)• Asentamiento de un depósito OC por relleno

fi i l ( i ó )ompr

esió

n ed

superficial (pizarrón)• Asentamiento del mismo depósito a largo plazo

(pizarrón)

Co

(pizarrón)• Preconsolidación por tiempo (pizarrón)

33

Índice

• Definición de compresión edométrica• Ensayo edométrico

dom

étric

a

• Modelo de compresión de arcillas– Recarga

ompr

esió

n ed

– Primera carga– Compresión secundaria

Cálculo de la deformación

Co

– Cálculo de la deformación• Arcillas naturales• Compresión de arenas• Compresión de arenas

34

Determinación p´c

dom

étric

aom

pres

ión

edC

o

35

Errores experimentales

dom

étric

a • Descarga elástica durante extracciónL d l

ompr

esió

n ed • La curva del ensayo

no sigue el caminode consolidación realC

o de consolidación real• Pérdida de presión

de preconsolidaciónde preconsolidación (buen trato muestras, transporte y manipuleo

36

p y pen laboratorio)

Errores experimentalesMétodo de muestreo

dom

étric

aom

pres

ión

edC

o

37

Suelos sensitivosdo

mét

rica

ompr

esió

n ed

Co

38

Arcillas de México (Rutledge, 1944)

Correlaciones de parámetrosdo

mét

rica • Arcillas

remoldeadas

)(

Índice de compresión vs. Límite líquido

0 55

0.60

0.65Cc [-]

ompr

esió

n ed

• Arcillas en estado

)10(007.0 −≅ Lc wC

Cc = 0.0083(ωl - 18)0.40

0.45

0.50

0.55

Co

natural Cc ≅ 0.009(wL −10) 0.25

0.30

0.35

ω [%]Cr ≅ 0.10Cc

Cα ≅ 0.02Cc

0.2040 50 60 70 80 90 100

ωl [%]

Arcillas del lecho del Río de La Plata

39

Índice

• Definición de compresión edométrica• Ensayo edométrico

dom

étric

a

• Modelo de compresión de arcillas– Recarga

ompr

esió

n ed

– Primera carga– Compresión secundaria

Cálculo de la deformación

Co

– Cálculo de la deformación• Arcillas naturales• Compresión de arenas• Compresión de arenas

40

Compresión isotrópica

Isotropic compression - Toyoura sand

0 75

0.85e

dom

étric

a

0 65

0.75

ompr

esió

n ed

0.55

0.65

Co

0.45[KP ]

e0 = 0.83, 0.77, 0.59

cb = 850 pr = 65

100 1000 10000 100000p [KPa]

Ejemplo de una arena de grano duro41

Compresión isotrópica

Isotropic compression - Sacramento Sand

0 80

0.90e

e0 = 0.87, 0.78, 0.71, 0.61cb = 700 pr = 35

dom

étric

a

0 70

0.80

ompr

esió

n ed

0.60

0.70

Co

0.50[KP ]100 1000 10000 100000p [KPa]

Ejemplo de una arena de grano más deleznable42

Compresión edométrica

1D compression calibration - Nevada Sand

01 10 100 1000 10000p [KPa]

e=0.727dom

étric

a

1

2

e 0.727e=0.661

cb = 600

ompr

esió

n ed

3

pr = 35Co

4

5

ε[%]

En compresión edométrica hay plasticidad aún sin rotura de granos43

Bibliografía

• Básica– Juárez Badillo y otros. Mecánica de Suelos. Ed.

Limusadom

étric

a

Limusa– Powrie. Soil Mechanics. Ed. Spon Press

• Complementariaompr

esió

n ed

Complementaria– Mitchell. Fundamentals of soil behavior. Wiley.– Terzaghi, Peck y Mesri. Soil Mechanics in Engineering

Co

g , y g gPractice. Wiley

44