Consolidacion

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Consolidacion

  1. 1. UCM Ingeniería en Construcción CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS
  2. 2. UCM Ingeniería en Construcción Consolidación unidimensional de suelos  Definición Asentamiento que experimentan algunos suelos producto del escape del agua debido a sobrecargas
  3. 3. UCM Ingeniería en Construcción Consolidación unidimensional de suelos  Hipótesis fundamentales de la teoría de consolidación 1. Se supone el suelo: Homogéneo, cohesivo y saturado 2. La compresión del suelo IN SITU es unidimensional 3. La variación de volumen tiene su origen en la relajación del exceso de presión de poros 4. El flujo es unidimensional 5. El Coeficiente de Consolidación (Cv) y el de permeabilidad (k) permanecen constante a lo largo del proceso
  4. 4. UCM Ingeniería en Construcción 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
  5. 5. UCM Ingeniería en Construcción Deformación plástica en suelos granulares (grano grueso)  Condiciones en que se presenta: 1. Suelo seco 2. Suelo parcialmente saturado 3. Suelo completamente saturado 4. Carga aplicada al suelo
  6. 6. UCM Ingeniería en Construcción Deformación plástica en suelos granulares (grano grueso)  Condiciones en que se presenta: 1. Suelo seco 2. Suelo parcialmente saturado 3. Suelo completamente saturado 4. Carga aplicada al suelo Deformación prácticamente instantánea
  7. 7. UCM Ingeniería en Construcción Deformación plástica en suelos granulares (grano grueso)  Condiciones en que se presenta: 1. Suelo seco 2. Suelo parcialmente saturado 3. Suelo completamente saturado 4. Carga aplicada al suelo Deformación prácticamente instantánea
  8. 8. UCM Ingeniería en Construcción Deformación plástica en suelos finos  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:
  9. 9. UCM Ingeniería en Construcción Deformación plástica en suelos finos  El tiempo para lograr la deformación plástica y la reducción de vacíos es mucho mayor y dependerá de 1. 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
  10. 10. UCM Ingeniería en Construcción Deformación plástica en suelos finos  El tiempo para lograr la deformación plástica y la reducción de vacíos es mucho mayor y dependerá de 1. 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
  11. 11. UCM Ingeniería en Construcción  Se define consolidación como la deformación plástica debida a la reducción en la relación de vacíos (generalmente llamada asentamiento) la cual es función del tiempo.
  12. 12. UCM Ingeniería en Construcción  La diferencia entre compresión y asentamiento por consolidación es que la consolidación depende del tiempo.
  13. 13. UCM Ingeniería en Construcción Consolidación primaria
  14. 14. UCM Ingeniería en Construcción Consolidación primaria
  15. 15. UCM Ingeniería en Construcción Consolidación primaria
  16. 16. UCM Ingeniería en Construcción Consolidación primaria
  17. 17. UCM Ingeniería en Construcción Consolidación primaria  Diagrama de consolidación de una capa compresible de arcilla
  18. 18. UCM Ingeniería en Construcción Consolidación primaria
  19. 19. UCM Ingeniería en Construcción Definición de términos 1. Arcilla normalmente Consolidada Es aquella que nunca ha tenido una fatiga de consolidación mayor a la existente en el momento actual. 2. Arcilla pre-consolidada (P.C.) Es aquella que ha tenido una fatiga de consolidación mayor a la actual
  20. 20. UCM Ingeniería en Construcción 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 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)
  21. 21. UCM Ingeniería en Construcción Características o parámetros de la consolidación de suelos 1. Índice de compresión o de compresibilidad (Cc) v e Cc σlog∆ ∆− =
  22. 22. UCM Ingeniería en Construcción Características o parámetros de la consolidación de suelos 1. Índice de compresión o de compresibilidad (Cc) v e Cc σlog∆ ∆− = El Cc define características de esfuerzo-deformación del suelo, y se relaciona con cuanta consolidación o asentamiento tendrá lugar.
  23. 23. UCM Ingeniería en Construcción Características o parámetros de la consolidación de suelos 2. Coeficiente de pre-consolidación o de compresibilidad ( ) vc e σ∆ ∆ =av av
  24. 24. UCM Ingeniería en Construcción Características o parámetros de la consolidación de suelos 2. Coeficiente de pre-consolidación o de compresibilidad ( ) vc e σ∆ ∆ =av av
  25. 25. UCM Ingeniería en Construcción Características o parámetros de la consolidación de suelos 2. Coeficiente de pre-consolidación o de compresibilidad ( )av El coeficiente mide la razón de variación de la relación de vacíos con la presión. Y el valor de av depende de la presión actuante sobre el suelo y no es constante del mismo.
  26. 26. UCM Ingeniería en Construcción Características o parámetros de la consolidación de suelos 3. Coeficiente de consolidación vertical w*av )1( γ ek Cv + =
  27. 27. UCM Ingeniería en Construcción Características o parámetros de la consolidación de suelos 3. Coeficiente de consolidación vertical w*av )1( γ ek Cv + = El coeficiente de consolidación se relaciona con el tiempo en que tendrá lugar una determinada cantidad de consolidación.
  28. 28. UCM Ingeniería en Construcción Características o parámetros de la consolidación de suelos 4. Coeficiente de compresibilidad volumétrica e1 av + =vm
  29. 29. UCM Ingeniería en Construcción Características o parámetros de la consolidación de suelos 4. Coeficiente de compresibilidad volumétrica Físicamente expresa la compresibilidad del suelo, relacionándola con su volumen inicial.
  30. 30. UCM Ingeniería en Construcción Determinación del coeficiente de consolidación (Cv)  El Cv se determina por ajustes de curvas tiempo, experimental y teórica, desarrollándose por alguno de los siguientes métodos. - Raíz cuadrada del tiempo (Taylor) - Logaritmo del tiempo (Casagrande)
  31. 31. UCM Ingeniería en Construcción Esquema del ensayo de consolidación
  32. 32. UCM Ingeniería en Construcción Esquema del ensayo de consolidación
  33. 33. UCM Ingeniería en Construcción Determinación del coeficiente de consolidación (Cv) Taylor
  34. 34. UCM Ingeniería en Construcción Determinación del coeficiente de consolidación (Cv) Taylor t90 D100=Ds-10/9(Ds-90) Ds D90 90 2 90 2 90 848,0 t H t HT cV ==
  35. 35. UCM Ingeniería en Construcción Determinación del coeficiente de consolidación (Cv) Taylor 90 2 90 t HT cV = Drenaje simple 90 2 90 )2/( t HT cV = Drenaje doble H Drenaje H1 H2 Drenaje
  36. 36. UCM Ingeniería en Construcción Determinación del coeficiente de consolidación (Cv) Casagrande t100t50 D100 t1=4*t2 D0
  37. 37. UCM Ingeniería en Construcción
  38. 38. UCM Ingeniería en Construcción Determinación del coeficiente de consolidación (Cv) Casagrande 50 2 50 2 50 V t H196,0 t HT c ==       − = 2 0100 50 DD D
  39. 39. UCM Ingeniería en Construcción Graficas deformación v/s carga
  40. 40. UCM Ingeniería en Construcción Escala natural Relación de vacíos (e) Presión (σ) v e- a σ∆ ∆ =v
  41. 41. UCM Ingeniería en Construcción Escala logarítmica
  42. 42. UCM Ingeniería en Construcción Determinación de la preconsolidación
  43. 43. UCM Ingeniería en Construcción Determinación de la preconsolidación σc σv< σc preconsolidada σv > σc normalmente consolidada
  44. 44. UCM Ingeniería en Construcción
  45. 45. UCM Ingeniería en Construcción Calculo asentamiento total Vo Vs H Vs Vo Η ∆Η = + ∆ e e 1 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 0 1 1 Demostración
  46. 46. UCM Ingeniería en Construcción Calculo asentamiento total Por lo tanto 01 e e H + ∆ =∆Η vCce v e Cc σ σ log log ∆=∆⇒ ∆ ∆ =Recordar
  47. 47. UCM Ingeniería en Construcción Calculo asentamiento total vCc e H H σlog* 1 0 0 ∆ + =∆ 000 log)log(log vvvv σσσσ −∆+=∆       ∆+ + Η =∆ 0 00 0 log* 1 * v vv e Cc H σ σσ
  48. 48. UCM Ingeniería en Construcción       ′ ∆+′ + Η =∆ 0 00 0 log* 1 * v vv e Cc H σ σσ • La formula es conservadora • Los cálculos se realizan al centro del estrato
  49. 49. UCM Ingeniería en Construcción
  50. 50. UCM Ingeniería en Construcción Determinación del tiempo de consolidación Estrato arcilloso de espesor 2H, en el cual el agua puede drenar por el extremo superior e inferior.
  51. 51. UCM Ingeniería en Construcción Determinación del tiempo de consolidación  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
  52. 52. UCM Ingeniería en Construcción Determinación del tiempo de consolidación  Grado de consolidación U del suelo se expresa como. f y ee ee U − − = 0 0 Si u = 0 entonces U = 100% En los puntos interiores, utilizar la ecuación Uy
  53. 53. UCM Ingeniería en Construcción Determinación del tiempo de consolidación vovf vov yU ´´ ´´ σσ σσ − − = El porcentaje de consolidación, U, se define como el porcentaje promedio del esfuerzo adicional Δσ, que es soportado por el aumento del esfuerzo efectivo y representa el porcentaje de la compresión total o máxima que ya ha ocurrido en el estrato
  54. 54. UCM Ingeniería en Construcción
  55. 55. UCM Ingeniería en Construcción
  56. 56. UCM Ingeniería en Construcción 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.
  57. 57. UCM Ingeniería en Construcción Grado de consolidación v/s T Esta curva permite obtener el grado de consolidación en diferentes instantes.
  58. 58. UCM Ingeniería en Construcción
  59. 59. UCM Ingeniería en Construcción Determinación del tiempo de consolidación  La permeabilidad del suelo, que rige la velocidad de filtración del agua.  El espesor del estrato, que influye en el gradiente hidráulico y en el volumen de agua que debe filtrarse como en la distancia que debe atravesar.  El número de fronteras permeables del estrato, por las cuales pueda el agua salir, lo cual influye en la distancia que el agua debe atravesar y en el gradiente hidráulico.  La relación de vacíos y la velocidad con que ésta cambio con la presión, lo cual influye en el volumen de agua y en la manera como la presión neutra disminuye con la pérdida de agua.
  60. 60. UCM Ingeniería en Construcción 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. 3. Cálculo de las tensiones efectivas iniciales verticales existentes en cada punto (σ), y los incrementos en la tensión debido a la carga aplicada Δσ.
  61. 61. UCM Ingeniería en Construcción Resumen del método de cálculo 4. Obtención del asentamiento por estrato. 5. Obtención del asiento total por la suma de los distintos estratos. ΔHtotal = Σ ΔHi       ∆+ + =∆Η v vv e HCc i ´ ´ log 1 * 0 σ σσ
  62. 62. UCM Ingeniería en Construcción Resumen del método de cálculo 6. Determinar el tiempo de asentamiento. T = factor de tiempo adimensional H = Espesor del estrato => H drenaje simple => H/2 drenaje doble

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