Fenmeno de Consolidacin

En Suelos Finos Plsticos Saturados

Suelos de baja o muy baja conductividad hidrulica.

Anlisis de un elemento de suelo al que se le somete a incremento en los

esfuerzos de compresin

NF

CH

SC

H

ov ov

Antes de la carga Momento en el que se

coloca la carga

t

Consideraciones:

Por accin de la carga el elemento de suelo se trata de comprimir, pero esta saturado, o sea que esta compuesto por dos fases INCOMPRESIBLES. La fase slida incompresible para los esfuerzos que se pueden aplicar a los suelos antes de que fallen como sistema. Fase lquida tambin incompresible.

Para que el elemento se comprima debe salir agua, cuando sale agua las partculas slidas se reacomodan y el elemento inicia su compresin. Se produce entonces disminucin del volumen de vacos.

Fase slida

Fase Liquida

= Vv Fase Lquida

Suelo 100% saturado

Consideraciones: Continuacin

Para que salga agua del suelo se debe establecer un flujo de agua.

El flujo se establece porque la carga inicialmente la asume la fase liquida convirtindose en presin de poros, exceso de presin de poros, . Este exceso de presin de poro hace que se originen gradientes hidrulicos, condicin indispensable para que se flujo de agua.

Fase

solida

Fase Liquida = Vv

Estrato consolidable

=

Consideraciones: Continuacin

A medida que se va dando el flujo se va disipando el exceso de presin de poros, , disminuye durante el fenmeno de consolidacin.

La carga exterior entonces la va asumiendo el esqueleto mineral y por lo tanto a medida que consolida aumentan los esfuerzos efectivos.

El flujo termina cuando se disipa totalmente el exceso de presin de poros. =0

Fase

solida

Fase Liquida

Vv

Definicin del fenmeno de consolidacin Es el fenmeno que sucede en un suelo fino saturado debido a una expulsin

gradual de agua bajo la accin de una carga constante aplicada, la cual se traduce en una disminucin de volumen de suelo.

En los suelos de conductividades hidrulicas medias altas y muy altas, todo sucede muy rpido por eso se puede afirmar que el cambio volumtricos por

cargas exteriores sucede instantneamente, (suelos no consolidables, suelos filtrantes o drenantes.)

Por ser el estrato consolidable muy extenso en la direccin horizontal, la disminucin de volumen se manifiesta de manera apreciable en la direccin vertical, por esta razn se habla de asentamientos.

En el anlisis del fenmeno adquieren importancia dos aspectos , uno el tiempo en el sucede el fenomeno y el otro el cambio volumtrico (Asentamiento, H).

FENOMENO DE CONSOLIDACIN EVALUACIN CON RELACIN A LA VARIABLE TIEMPO

ECUACIN GENERAL DE LA CONSOLIDACIN EN EL CASO DE SUELOS FINOS PLASTICOS SATURADOS

qx qx+dqx

qy

qy+dqy

qz

qz+dqz

En el problema de flujo en masas durante la consolidacin primara no se cumple el principio de

continuidad, caudal que entra a un elemento de suelo es menor que el caudal que sale.

q entra = qx+qy+qz

q sale = (qx+dqx)+(qy+dqy)+(qz+dqz)

q sale - q entra = Variacin del volumen en unidad de tiempo

dqx + dqy +dqz = dv/dt

dy

dx

dz

q = K i A

qy = Ky iy Ay dqy = Ky diy (dx dz) iy = h / y diy/ dy = 2h / 2y

diy = (2h / y2) dy

dqy = Ky 2h / y2dy dxdz

De igual manera se deducen

dqx = Kx 2h / x2 dx dydz

dqz = Kz 2h / z2 dz dxdy

Kx 2h / x2 dx dydz + Ky 2h / y2 dy dxdz + Kz 2h / z2 dz dxdy = dV/dt=dVv/dt

Kx 2h / x2 + Ky

2h / y2 + Kz 2h / z2 = dVv/dt Se hacen transformaciones para que la ecuacin quede en funcin de exceso de

presin de poro y se considera el suelo isotrpico Kx=Ky=Kz

Cv = K(e+1)/wAv; coeficiente de consolidacin; cm2/s Av=de/d; coeficiente de compresibilidad; cm2/kg

Mv=Av/(1+e); coeficiente de variacin volumtrica; cm2/kg

Cv(2 / x2 +2 / y2+2 / z2) = d/dt

LA ECUACIN DE CONSOLIDACIN GENERAL

Coeficiente de consolidacin, propio de cada suelo para un determinado estado de carga. Se determinan en el ensayo de consolidacin y se utiliza para resolver problemas de tiempos.

CONSOLIDACIN UNIDIMENSIONAL

Cv(2 / y2) = d/dt

El agua disipada sigue una trayectoria lineal

SW

SW

CH

Problema de campo estrato consolidable en medio de dos capas permeables de arena

Ensayo de consolidacin

NF

Terzaghi solucion la ecuacin de consolidacin unidimensional bajo las siguientes consideraciones:

1. El agua ubicada al lado de las fronteras drenantes disipa instantneamente el exceso de

presin de poros U. 2. El diagrama de U versus profundidad es rectangular. 3. Se define H o H de drenaje como la distancia mayor que debe recorrer el agua hasta la

frontera drenante, considerando que siempre se dirige a la frontera mas prxima , para disipar el exceso de presin de poro .

4. Se define porcentaje de consolidacin a la relacin entre el valor del exceso de presin de poros disipada en un momento dado y el valor del incremento de , expresada en porcentaje. Tambin se puede afirmar que el % que ha ganado de esfuerzo efectivo respecto a

5. No manejo el tiempo directamente, defini un factor tiempo, T o

La solucin son las funciones U% versus

Anlisis del Fenmeno de consolidacin con relacin al tiempo

%

Para un tiempo, t se puede determinar el %U utilizando la solucin de TERZAGHI

% ` %

% =

Tiempo

t

Ensayo de Consolidacin

Objetivos: 1. Evaluar la compresibilidad del suelo. Mediante

la recoleccin de informacin para encontrar la curva de compresibilidad. Con la curva se encuentran Cc, Cs y c (Pc)

2. Determinar el coeficiente de consolidacin Cv para diferentes estados de carga.

3. Encontrar la conductividad hidrulica, k para las diferentes condiciones volumtricas de suelo correspondientes a los distintos estados de carga

Curva de compresibilidad

1 Punto de mxima curvatura

2 Tangente en el punto de mxima curvatura

3 Horizontal trazada en el punto de mxima curvatura 4 Bisectriz del ngulo formado por la horizontal y la tangente

5 Prolongacin rama virgen

6 Proyeccin en el eje de las abscisas del punto de interseccin entre la bisectriz y la prolongacin de la rama virgen

Construccin de Casagrande para determinar la presin efectiva mxima de pre consolidacin

Suelos N.C.

Muestra antes de la investigacin Geotcnica

~

Punto de terreno

Correccin de la curva de compresibilidad por condiciones de

terreno Si no existieran imprecisiones deba estar ubicado el punto 2 en la lnea vertical punteada

1 Vertical trazada por

2 Punto de terreno

3 Punto de la rama virgen correspondiente a 0.42

Suelos S.C.

Muestra antes de la investigacin Geotcnica

>

Punto de terreno

Correccin de la curva de compresibilidad por condiciones del terreno suelos S.C.

=

A Punto terreno

C Punto de la rama virgen correspondiente a 0.42

B Punto de interseccin entre Vertical trazada por y una paralela a la rama de descarga trazada por el punto A

Consolidmetro o edmetro

Montaje de la muestra en la caja del equipo de consolidacin

Montaje con doble piedra porosa

=

Construcin de Casagrande , para determinar 50 requerido para calcular

en un escaln de carga

Construcin de Casagrande , para determinar 50 requerido para calcular

Determinacin de , 100 50

=0.197= T= 50

2

A= diferencia de ordenada entre 1 2

Construcin de Taylor , para determinar 90 y 90 requerido para

calcular

5 90

1 Prolongacin de la parte recta inicial de la curva

2 Segmento ( a) en el eje de las abscisas , encontrado con la prolongacin de la recta inicial

A Segmento a multiplicado por 1.15

4 Recta trazada entre 0 y el punto A

0 Corte en el eje de las ordenas de la prolongacin de la parte inicial de la recta

Construcin de Taylor , para determinar 90 y 90 requerido para

calcular

0.848 = 90

2 % = 90 = 0.848