Cap 06 ConsolidacionColapso Parte 01 2014

CONSOLIDACIÓN Y COLAPSO 1

COMPRESIBILIDAD DE LOS SUELOS

Todos los materiales sufren deformaciones al ser sometidos a presiones.En LOS SUELOS (materiales) también se producen deformaciones.

Deformaciones importantesDeformaciones con cambio de volumenEn función del tiempo (reológicas)

TIPO DE SUELOSASENTAMIENTOS

TIPOS DE ASENTAMIENTOS

)'( σ∆= fs

Asentamientos inmediatos

Asentamientos por consolidación

Asentamientos por consolidación secundaria

csci ssss ++=

TipoArenas Arcillas

SemiSaturadas

SaturadasSemi

saturadasSaturadas

Blandas Duras

Asentamiento Inmediato SI SI SI + ó - SI

Asentamiento por Consolidación NO NO NO SI + ó -

Asentamiento por Consolidación Secundaria

NO NO NO SI NO

Suelo SaturadoBaja permeabilidad

∆u

¿Cuánto vale ∆u?

¿Igual al ∆σ?

AQ

=∆σ

Q

A

¿Hay asentamientos?

∆u

Q

A

Válvulacerrada

Tiempo = 0

• No hay asentamientos

• Todo el incremento de presión lo toma el agua

∆u

Q Válvulaabierta

Tiempo ≠ 0

• Disminuye ∆u• Se producen asentamientos• Se carga el resorte

∆u

QVálvulaabierta

Tiempo = t100

• ∆u = 0• Se producen nuevos asentamientos• Y el resorte se carga a una tensión igual

a:

AQ

=∆ 'σ

ARCILLA

ARENA

ARENA

σσ0

H

u0

ARCILLA

ARENA

ARENA

σ

∆σ

H

H

Presiones totales σ Presiones del agua u

σ0 ∆σ

Presiones efectivas σ’

H


u0


∆u =∆σσ0 ∆σ σ0

Tiempo = 0

H


u0


σ0 ∆σ σ0

Tiempo ≠ 0

∆u

H


u0


σ0 ∆σ σ0

Tiempo = t100 de consolidación

∆σ

CALCULAR:

Magnitud de los asentamientosTiempo en que se producen

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

σε

SUELO AROPIEDRAS POROSAS

CABEZAL

VÁSTAGO

ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

Tiempo

Deformaciones [ε]

Tiempo 100%

Consolidación

Curva de consolidación

Curva de consolidación

Presión constante

Cv = Coeficiente de consolidación

=

díasm

tH.TCv

22

PRESIONESINICIAL = 0,125 kg/cm2

Duplican las presiones 0,250 kg/cm2

0,500 kg/cm2

1,000 kg/cm2.

16,000 kg/cm2

10 100 1000Presión σ’ [kN/m2]

σC Presión de preconsolidación

σ0 Presión de tapada

Tramo virgen

Relac

ión

de va

cíos e

Tramo recarga

Tramo de descarga

σ0 = σC

ARCILLAS ARCILLAS NORMALMENTE NORMALMENTE CONSOLIDADASCONSOLIDADAS

σ0 < σC

ARCILLAS ARCILLAS PRECONSOLIDADASPRECONSOLIDADAS

Cc = Índice de Compresibilidad

Cc

1

0

Flog

eCc

σσ

∆=

σσ’’PRESION AXIAL (Escala log)

REL

ACIÓ

N D

E VA

CIO

S]

Curva de reconsolidación en Laboratorio

Curva de compresión in situ

σσ’’00= = σσ’’CC

INFLUENCIA DE LA DESCARGA Y DEL MUESTREO

RECONSTRUCCIÓN DE LA CURVA DE COMPRESIBILIDAD IN SITU(Método de Schmertmann, 1955)

Arcillas Normalmente Consolidadas


REL

ACIÓ

N D

E VA

CIO

S]

σσ’’00= = σσ’’CC

A

e0

C 0,42 e0


REL

ACIÓ

N D

E VA

CIO

S] σσ’’CC

C 0,42 e0

D CR

RECONSTRUCCIÓN DE LA CURVA DE COMPRESIBILIDAD IN SITU(Método de Schmertmann, 1955)

Arcillas Preconsolidadas

σσ’’00

He1es

0c +

∆=

donde:SC = Asentamiento por consolidacióne0 = Relación de vacíos inicial∆e = Incremento de la relación de vacíosH = Espesor del estrato considerado

CALCULO DE LOS ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIÓN

sc∆e

H1

e

SUELO

AGUA1+e

01 ee

Hsc

+∆

=

eeσ0’ ∆σ

σσ’’PRESION AXIAL [kg/cm2]

RE

LAC

IÓN

DE

VA

CIO

S

ee00

eeff

∆∆ee

Arcillas Normalmente Consolidadas

0

0

0 ''log

1 σσσ ∆+

+=

eHCs cc



ee σ0’ ∆σ

σσ’’PRESION AXIAL [kg/cm2]

∆∆ee22

Arcillas Preconsolidadas

cc

crc e

HCeHCs

''log

1''log

10

000 σσσ

σσ ∆+

++

+=

σ’c∆∆ee11


∆σt

∆σm

∆σb

( )bmt61

omPr 4 σ∆+σ∆+σ∆=σ∆

TEORÍA DE LA CONSOLIDACIÓNSuelo homogéneoSaturación completaAgua incompresiblePartículas del suelo incompresibleSistema unidimensionalVálida la ley de Darcy

vCzu

yu

2

2

∂∂

=∂∂

∆u

z

t = 0 t ≠ 0 t = 100 %

vCzu

yu

2

2

∂∂

=∂∂

∆u/∆σ= U%

z/Hd

T0 T20 T100 2.

d

v

HtCT =

Calcular el asentamiento de la arcilla normalmente consolidada debido a la construcción del terraplén. Datos: γT = 2,00 t/m3 ; LT = 5,00 m; LA = 2,00 m; γA = 1,90 t/m3; γe = 1,75 t/m3; H = 6,00 m; Cc = 0,25; e0 = 1,051; Cv= 0,0004 m2/días.

ArenaTerraplén

ArenaArcilla normalmente consolidada

∆σ = γT . LT = 2,00 t/m3 . 5,00 m = 10,0 t/m2

σ0 = (γA . LA) + (γe . H/2) = (1,90 t/m3 . 2,00 m) + (1,75 t/m3 . 6,00/2 m) = 14,3 t/m2

σ0’ = σ0 - u = σ0 - γW . (LA + H/2) = 14,3 t/m2 – 5,0 t/m2 = 9,30 t/m2

σF’ = σ0’ + ∆σ = 9,30 t/m2 + 10,0 t/m2 = 19,30 t/m2

∆e = Cc . [log (σF’/ σ0’)] = 0,25 . Log (19,30/9,30) = 0,079

∆H = [∆e /(1 + e0)] . H = [0,079 / 2,051] . 6,00 m = 0,23 m = 23,0 cm

LTLAH

¿Cuántos días son necesarios para que se produzca un asentamiento de 10 cm?.

U % = ∆HX / ∆HT . 100 = 10 cm / 23 cm = 43,0 % T43 = 0,20

t10 cm = (T43 . H2) / Cv = (0,20 . 3,02 m2) / 0,004 m2/días = 450 días

Nota: en este caso H es la longitud de drenaje, o sea 3,00 metros, pues existen dos capas drenantes, una arriba y otra abajo.

¿Cuál será el asentamiento a los cuatro años?.

T = (Cv. t4 años) / H2 = (0,004 m2/días . 4 . 365 días) / 3,02 m2 = 0,65 U % = 85%

∆H4 años = U% . ∆HT = 85 % . 23 cm = 19,50 cm

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