MECNICA DE SUELOS
COMPRESIN VERTICAL
COMPRESIN VERTICAL
Compresin vertical del subsuelo Compresin
vertical de un estrato de suelo
Compresin de un elemento de suelo
COMPRESIN VERTICAL
Las partculas de suelo se mueven unas contra otras.
Compresin:
Compresin se produce casi exclusivamente por reordenamiento de las partculas en una estructura ms densa.
MEDICIN Y REPRESENTACIN DE LA COMPRESIBILIDAD
Ensayo de Compresin (Consolidacin):
Altura de la muestra: entre 1/6 y 1/4 de su dimetro; mnimo entre 5 y 10 veces el dimetro del mayor tamao de de partcula. Acostumbrado: alturas de 1 cm.
Trayectoria del esfuerzo de compresin y de la deformacin unitaria con el tiempo en un
ensayo de compresin
= FA = sd
Dependencia tpica de la compresin con respecto al esfuerzo efectivo
Es =d 'd
Es = Mdulo de Rigidez
Variacin de la relacin de vacos e con el esfuerzo efectivo
0 = Esfuerzo de referenciae0 = Relacin de vacos inicialCc = Coeficiente de compresin
e e0 1+ e0( )Cc = de
d Ln ' 0
0 = 10kKm2
Variacin de la relacin de vacos e con el esfuerzo efectivo
De acuerdo con las graficas anteriores:
e = e0 Cc Ln ' 0
Es = ' 1+ e( )Cc
Arcillas Normalmente Consolidadas y Preconsolidadas
Normalmente consolidada: Cuando el esfuerzo efectivo de sobrecarga presente, es el esfuerzo mximo al que el suelo ha sido sometido en toda su historia de esfuerzos.
En este caso la curva edomtrica comienza segn una rama de compresin virgen.
Arcillas Normalmente Consolidadas y Preconsolidadas
Preconsolidada: Cuando el esfuerzo efectivo de sobrecarga presente, es menor que aquel que el suelos a tenido en su historia de esfuerzos.
El esfuerzo mximo en el pasado se llama esfuerzo de preconsolidacin.
Arcillas Normalmente Consolidadas y Preconsolidadas
Ejemplo:Estudiar la trayectoria de una partcula que est a una profundidad de 10.0 m bajo la superficie del terreno que se deposit en una condicin seca.
Posteriormente, se presenta un acenso del nivel fretico y llega a una profundidad de 2.0 m bajo la superficie del terreno.
Estudiar en que momento su trayectoria es NC y pasa a ser PC.
Estudiar en que momento su trayectoria cambia de nuevo de PC a NC.
Relacin de Preconsolidacin
La relacin de preconsolidacin OCR para un suelo se define como:
c: Esfuerzo de preconsolidacin
OCR = 'c '
: Esfuerzo vertical efectivo presente
Suelos Normalmente Consolidados y Sobreconsolidados
Comportamiento en Descarga y Recarga
Descarga:
'v :Esfuerzo de precarga
Comportamiento en Descarga y Recarga
La muestra reacciona con una expansin ante una descarga:
e = ev Cs Ln ' 'v
ev :Relacin de vacos correspondientes al esfuerzo de precarga 'vCs :Coeficiente de expansin o recompresin
Comportamiento en Descarga y Recarga
Recarga:
'v :Esfuerzo de precarga
Comportamiento en Descarga y Recarga
La muestra reacciona con una trayectoria definida por una ecuacin igual a la descarga:
e = ev Cs Ln ' 'v
ev :Relacin de vacos correspondientes al esfuerzo de precarga 'vCs :Coeficiente de expansin o recompresin
Comportamiento en Descarga y Recarga
El mdulo de elasticidad se calcula:
Es = ' 1+ e( )Cs
Comportamiento en Descarga y Recarga
Cuando la recarga se ha alcanzado completamente (es decir se ha alcanzado de nuevo el valor de v) termina la trayectoria de la ecuacin:
e = ev Cs Ln ' 'v
Para incrementos de carga por encima de v vuelve a ser vlida la ecuacin:
e = e0 Cc Ln ' 0
Estimacin emprica de los valores de Cc y Cs
Segn Skempton, el ndice de compresin est relacionado con el lmite lquido segn la ecuacin:
En cuanto al ndice de recompresin o expansin Cs, est comprendido entre 1/4 y 1/10 de Cc.
Cc = 0.007 LL 10( )
ENSAYO DE CONSOLIDACIN
ENSAYO DE CONSOLIDACIN
Esfuerzo de preconsolidacin c:
Corresponde al mximo esfuerzo efectivo a la que el suelo ha estado sometido en toda su historia de esfuerzos.A partir del punto de mxima curvatura, A, se traza la tangente a la curva edomtrica AB y la horizontal AC.Se halla la bisectriz, AD, del ngulo formado por estas dos rectas. La interseccin de esta bisectr iz con la prolongacin hacia atrs de la rama de consolidacin virgen da el punto, E, cuya abscisa es la presin de preconsolidacin 'c
ENSAYO DE CONSOLIDACIN
ENSAYO DE CONSOLIDACIN
Corresponde al mximo esfuerzo efectivo a la que el suelo ha estado sometido en toda su historia de esfuerzos.
Relacin de sobreconsolidacin:
CLCULO DE ASENTAMIENTOS
Para suelos normalmente consolidados 0 = c:
H: Espesor del estrato analizado
0: Esfuerzo efectivo inicial del estrato analizado
e0: Relacin de vacos inicial del estrato analizado
s = Cc H1+ e0 log '0+ '
'c
CLCULO DE ASENTAMIENTOS
Para suelos preconsolidados 0 + c:
H: Espesor del estrato analizado
s = Cs H1+ e0 log '0+ '
'0
0: Esfuerzo efectivo inicial del estrato analizado
e0: Relacin de vacos inicial del estrato analizado
CLCULO DE ASENTAMIENTOS
Para suelos preconsolidados 0 < c < (0 + ):
H: Espesor del estrato analizado
0: Esfuerzo efectivo inicial del estrato analizado
e0: Relacion de vacos inicial del estrato analizado
s = Cs H1+ e0 log 'c
'0
+ Cc H1+ e0
log '0+ ' 'c
CLCULO DE ASENTAMIENTOS - ARCILLA NC
Cc = e1 e2log '2
'1
(Para '1 'c )
CLCULO DE ASENTAMIENTOS - ARCILLAS SC
Cs = e3 e4log '4
'3
(Para '4 'c )
CLCULO DE ASENTAMIENTOS
Se va a construir una edificacin que transmite una carga de 1.0 kg/cm2 sobre un estrato de 2 metros d e e s p e s o r q u e t i e n e u n e s f u e r z o d e preconsolidacin de 2.0 kg/cm2 y una relacin de vacos inicial de 1.65. Calcular:
El asentamiento que sufrir el estrato para esfuerzos efectivos iniciales de 2.0, 0.5 y 1.5 kg/cm2.
Ejercicio
CLCULO DE ASENTAMIENTOS
VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN
Si se tiene un estrato de arcilla de espesor Hc, que tiene estratos de arena permeables arriba y abajo.
En cualquier punto A en un tiempo t, despus de la aplicacin de la carga, el exceso de presin de poros esta dado por:
u=h*w
Para estimar el grado de consolidacin de un estrato de arcilla en un tiempo t, despus de la aplicacin de la carga, se requiere conocer la rapidez de la disipacin del exceso de presin de poros del agua.
VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN
VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN
Factor de Tiempo:
Cv: Coeficiente de consolidacin
El factor de tiempo es adimensional
Tv = cv tH 2
H: Longitud de la trayectoria mxima de drenaje
t: Tiempo
VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN
Grado promedio de consolidacin:
St: Asentamiento en el estrato de arcilla en un tiempo t despus de aplicada la carga
Smax: Asentamiento mximo por consolidacin que la arcilla experimentar debido a la carga aplicada
U = StSmax
VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN
Factor de Tiempo:
Tv = 4 U%100
2 Para U = 0% a 60%
Tv = 1.781 0.933 log 100 U%( ) Para U > 60%
VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN
Factor de Tiempo:
En una prueba de laboratorio sobre una arcilla normalmente consolidada, en la rama virgen de consolidacin se encontr:
La muestra de la probeta tena 25.4 mm de espesor y estaba drenada en ambos lados. El tiempo requerido para alcanzar el 50% de la consolidacin fue de 4.5 min.
Ejercicio
VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN
En una capa similar de arcilla de 2.8 m drenada por ambos lados, se somete a un incrementos similar de esfuerzos, es decir de 140 a 212 kN/m2.
Ejercicio
VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN
Determinar e l asentamiento mximo por consolidacin esperado en el campo.
El tiempo necesario para que el asentamiento sea de 40 mm
Una arcilla tiene un coeficiente de consolidacin de 9.0 mm2/min.
Ejercicio 2
VELOCIDAD DE CONSOLIDACIN
Determinar el tiempo necesario para que ocurra el 90% de consolidacin en un estrato de arcilla de 3.0 m de espesor y que presenta drenaje por un slo costado.
CONSOLIDACIN SECUNDARIA
Una vez termina la consolidacin primaria del suelo, la estructura contina asentandose por algn tiempo, debido a la carga aplicada.
s te asen tamien to es p roduc ido por la consolidacin secundaria del suelo y puede durar muchos aos.
Se han hecho numerosos ensayos especiales en los que se mide la presin intersticial, y, sistemticamente, la presin de agua en esta fase del ensayo es prcticamente nula.
CONSOLIDACIN SECUNDARIA