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CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS

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Consolidación unidimensional de suelos 

Definición  Asentamiento que experimentan algunos suelos producto del escape del agua debido a sobrecargas

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Consolidación unidimensional de suelos 

Definición  Asentamiento que experimentan algunos suelos producto del escape del agua debido a sobrecargas

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Consolidación unidimensional de suelos 

Hipótesis fundamentales de la teoría de consolidación 1. 2. 3. 4. 5.

Se supone el suelo: Homogéneo, cohesivo y saturado La compresión del suelo IN SITU es unidimensional La variación de volumen tiene su origen en la relajación del exceso de presión de poros El flujo es unidimensional El Coeficiente de Consolidación (Cv) y el de permeabilidad (k) permanecen constante a lo largo del proceso 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 UCM Ingeniería en Construcción

Deformación plástica en suelos granulares (grano grueso) 

Condiciones en que se presenta: 1. 2. 3. 4.

Suelo seco Suelo parcialmente saturado Suelo completamente saturado Carga aplicada al suelo

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Deformación plástica en suelos granulares (grano grueso) 

Condiciones en que se presenta: 1. 2. 3. 4.

Suelo seco Suelo parcialmente saturado Suelo completamente saturado Carga aplicada al suelo

Deformación prácticamente instantánea UCM Ingeniería en Construcción

Deformación plástica en suelos granulares (grano grueso) 

Condiciones en que se presenta: 1. 2. 3. 4.

Suelo seco Suelo parcialmente saturado Suelo completamente saturado Carga aplicada al suelo

Deformación prácticamente instantánea 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: 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.

2. 3. 4.

Grado de saturación El coeficiente de permeabilidad del suelo Las propiedades del fluido de los poros La longitud de la trayectoria que debe recorrer el fluido expulsado de la muestra para encontrar el equilibrio 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.

2. 3. 4.

Grado de saturación El coeficiente de permeabilidad del suelo Las propiedades del fluido de los poros La longitud de la trayectoria que debe recorrer el fluido expulsado de la muestra para encontrar el equilibrio 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.

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

La diferencia entre compresión y asentamiento por consolidación es que la consolidación depende del tiempo.

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Consolidación primaria

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Consolidación primaria

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Consolidación primaria

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Consolidación primaria

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Consolidación primaria 

Diagrama de consolidación de una capa compresible de arcilla

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Consolidación primaria

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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 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) UCM Ingeniería en Construcción

Características o parámetros de la consolidación de suelos 1.

Índice de compresión o de compresibilidad (Cc) Cc 

 e  log  v

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Características o parámetros de la consolidación de suelos 1.

Cc 

Índice de compresión o de compresibilidad (Cc)

 e  log  v

El Cc define características de esfuerzo-deformación del suelo, y se relaciona con cuanta consolidación o asentamiento tendráá lugar tendr lu gar..

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Características o parámetros de la consolidación de suelos 2.

Coeficiente de pre-consolidación o de compresibilidad ( av )

e av   v c

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Características o parámetros de la consolidación de suelos 2.

Coeficiente de pre-consolidación o de compresibilidad ( av )

e av    v c

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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.

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Características o parámetros de la consolidación de suelos 3.

Coeficiente de consolidación vertical

Cv



k (1  e)

av *   w

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Características o parámetros de la consolidación de suelos 3.

Coeficiente de consolidación vertical

Cv



k (1  e)

av *   w

El coeficiente de consolidación se relaciona con el tiempo en que tendrá lugar una determinada cantidad de consolidación.

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Características o parámetros de la consolidación de suelos 4.

Coeficiente de compresibilidad volumétrica

mv 

av 1 e

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Características o parámetros de la consolidación de suelos 4.

Coeficiente de compresibilidad volumétrica Físicamente expresa la compresibilidad del suelo, relacionándola con su volumen inicial.

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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) UCM Ingeniería en Construcción

Esquema del ensayo de consolidación

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Esquema del ensayo de consolidación

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Determinación del coeficiente de consolidación (Cv) Taylor

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Determinación del coeficiente de consolidación (Cv) Taylor Ds D100=Ds-10/9(Ds-90) 2

cV 

D90

t  Construcción UCM Ingeniería en



T 90 H  t 90

2



0,848 H  t 90

Determinación del coeficiente de consolidación (Cv) Taylor Drenaje

Drenaje simple 2

T 90 H  cV   t 90

H

Drenaje doble Drenaje

T 90 ( H  / 2) 2 cV   t 90

H2 H1

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Determinación del coeficiente de consolidación (Cv) Casagrande D0

t1=4*t2

D100 t  50 

t  100 

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Determinación del coeficiente de consolidación (Cv) Casagrande   D100  D0    D50    2     cV

T50 H 2 0,196 H 2   t 50 t 50 UCM Ingeniería en Construcción

Graficas deformación v/s carga

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Escala natural

av  Relación de vacíos (e)

- e

 v

Presión (σ)

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Escala logarítmica

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Determinación de la preconsolidación

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Determinación de la preconsolidación c

σ 

σv< σc

preconsolidada σv > σc normalmente consolidada UCM Ingeniería en Construcción

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Calculo asentamiento total  Vo

 Vo

H

 Vs

V o



V i

 Vs

V 0  V 1

V  V  s V  s V   V i e H    s   0  V  V  s  V 0 V  s  V 0 1 e  1 0 V  s

e   1 e 

Demostración

V  s

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Calculo asentamiento total Por lo tanto

Recordar

e    H  1  e0

Cc 

e  log  v

 e  Cc log  v

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Calculo asentamiento total  H  

 H 0 1  e0

* Cc log  v

 log  v  log( v0   v 0 )  log  v 0   v0   v0    * log   H   1  e0    v0   Cc * 

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  v0   v0    * log   H   1  e0    v0   Cc * 

• La

formula es conservadora • Los cálculos se realizan al centro del estrato

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Determinación del tiempo de consolidación Estrato arcilloso de espesor 2H, en el cual el agua puede drenar por el extremo superior e inferior.

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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

 U    max UCM Ingeniería en Construcción

Determinación del tiempo de consolidación 

Grado de consolidación U del suelo se expresa como.

U  y 

e0  e e0  e f  

Si u  = 0 entonces U = 100% En los puntos interiores, utilizar la ecuación U y

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Determinación del tiempo de consolidación U  y

 ´v  ´vo  ´vf    ´vo

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

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 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. UCM Ingeniería en Construcción

Grado de consolidación v/s T Esta curva permite obtener el grado de consolidación en diferentes instantes.

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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. 

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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.

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Resumen del método de cálculo 4. Obtención del asentamiento por estrato.   ´v   v  log  i   1  e0 ´ v       Cc * H 

5. Obtención del asiento total por la suma de los distintos estratos.  ΔHtotal = Σ ΔHi 

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