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Consolidación de suelos

(84.07) Mecánica de Suelos y Geología

Alejo O. Sfriso: asfriso@fi.uba.ar

Índice

• Definición de consolidación unidimensional

• Teoría de la consolidación unidimensional

• Compresión vs consolidación

• Consolidación radial

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Con

solid

aci

ón d

e s

ue

los

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Con

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aci

ón d

e s

ue

los

Ensayo edométrico¿dónde entra el tiempo?

17,5

18,0

18,5

19,0

19,5

20,0

20,5

21,0

21,5

0,1 1 10 100 1000

De

sp

laza

mie

nto

Log (t)

Escalones de carga, descarga, recarga, descarga final

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

0,10 1,00 10,00

e

Presion

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ón d

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los

El problema de la consolidación

Índice

• Definición de consolidación unidimensional

• Teoría de la consolidación unidimensional

• Compresión vs consolidación

• Consolidación radial

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Teoría de la consolidación

Hipótesis

• Granos y agua incompresibles

• Suelo saturado

• Flujo y movimiento unidireccionales

• Ley de Darcy

• Permeabilidad y rigidez constantes en todo el proceso

∆��

�� = 0 ��

∆�

Teoría de la consolidación

En un instante dt ocurren a la vez

• Se expulsa agua dVl

• El cuadrado disminuye su volumen dVs

Líquido: Por continuidad + Darcy

Sólido: La reducción de volumen produce un incremento de tensión efectiva vertical

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Con

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los

dz

v

v+dv

�� =��

���� � �� = �

��

���� � �� = �

��ℎ

����� � �� =

�

��

���

����� � ��

�� =��

���� � �� =

1

����

����

���� � ��

Teoría de la consolidación

Como la tensión total es constante

Por lo que el equilibrio de la fase sólida queda como

Como los volúmenes son iguales (suelo saturado) queda

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�����

=���

�

��+��

��= 0

�� =��

���� � �� =

1

����

��

���� � ��

�� =�

��

���

����� � �� =

1

����

��

���� � �� → ��

���

���=��

��

�� =� � ������

dz

v

v+dv

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Teoría de la consolidación

El grado de consolidación instantáneo U es el cociente entre el asentamiento y el asentamiento final

El tiempo requerido para alcanzar un grado de consolidación depende de la máxima distancia hf

que debe recorrer el agua

U=0%Toda la tensión está en el agua

U=50% La mitad

de la tensión la toma el suelo,

al otra mitad todavía está

en el agua

∆��

ℎ�

u s’ e k

Variación en z(m) y t(seg)

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U%: Área bajo las curvas

Teoría de la consolidaciónSolución de Taylor (1961)

�% =100

∆��� ∫ � � �� = � ��

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Teoría de la consolidaciónSolución de Taylor (1961)

�% < 60% → �� ≅�

4��

�% > 60% → �� ≅ −0.932 log 1 − � − 0.0851

� =��ℎ�

�

��

El grado de consolidación instantáneo Ues el cociente entre el asentamiento y el asentamiento final

El tiempo requerido para alcanzar un grado de consolidación dado se calcula con

�% ��0 025 0.04950 0.19775 0.47790 0.84895 1.129~99 ~3100 ∞

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Teoría de la consolidaciónSolución de Taylor (1961)

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Tabla de ensayo

Tabla

Escalón de carga

s´ DH DHac H De e H/2 t50 Cv av mv k

(kPa) (mm) (mm) (Ho-DHac) (DHac/Hs) (eo-De) (mm) (seg) (cm2/seg) (kPa

-1) (kPa

-1) (cm/seg)

470

480

490

500

510

520

530

540

550

560

1 1000 1000000

Log T

Lectu

ra

Ecuaciones

�� =���

�2

�

���

���� = 1 + ��∆�

∆�

� =��������

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Determinación gráfica de 0% y 100%

Fin de consolidaciónprimaria (U=100%)

Comienzo de consolidación primaria(U=0%)

Índice

• Definición de consolidación unidimensional

• Teoría de la consolidación unidimensional

• Compresión vs consolidación

• Consolidación radial

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Compresión vs. consolidación

La compresión primaria es un fenómeno elastoplástico acrónico

La consolidación es un fenómeno de flujo cuyavelocidad depende dela permeabilidad del suelo

��� ��� log �

���

��

��

log �

�

��

Ejercicios

• Cálculo de coeficientes Cv , k (pizarrón)

• Tiempo de consolidación de un depósito que drena por ambos lados

• Tiempo de consolidación de un depósito que drena por un solo lado

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Índice

• Definición de consolidación unidimensional

• Teoría de la consolidación unidimensional

• Compresión vs consolidación

• Consolidación radial

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Con

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los

Drenes verticales

Para acelerar el proceso de consolidación se pueden instalar drenes verticales que inducen flujo radial

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los

Drenes verticales

Para acelerar el proceso de consolidación se pueden instalar drenes verticales que inducen flujo radial

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e s

ue

los

núcleo

camisa

Drenes verticales

Para acelerar el proceso de consolidación se pueden instalar drenes verticales que inducen flujo radial

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Teoría de consolidación radial

Analogía con la consolidación vertical

Solución (Barron 1942)

Consolidación radial + vertical

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los

�����

���+��

��= 0 → ��

���

���+1

�

��

��+��

��= 0 �� =

�� � �

��

�� = 1 − ������� �� =

�� � �

�� �� = ln�

�−3

4

1 − ��� = 1 − �� 1 − ��

Solución gráfica para el diseño de drenes verticales

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ue

los

(Woodward 2005)

Bibliografía

Básica

• Jiménez Salas y otros. Geotecnia y Cimientos. Ed. Rueda

• Powrie. Soil Mechanics. Ed. Spon

Complementaria

• Mitchell. Fundamentals of soil behavior. Wiley.

• Terzaghi, Peck y Mesri. Soil Mechanics in Engineering Practice. Wiley

• USACE. Settlement analysis.

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