AL
AL
UMNOS:
UMNOS:
•
•
B
B
UST
UST
AMA
AMA
NTE COLUNCHE JOSUE
NTE COLUNCHE JOSUE
••
CAMPOS RIVERA ARNOLD
CAMPOS RIVERA ARNOLD
••
GUERRERO OLANO RONAL
GUERRERO OLANO RONAL
••
NUÑEZ BUSTAMANTE NELVI
NUÑEZ BUSTAMANTE NELVI
••
TERR
TERR
ONES ESCALA
ONES ESCALA
NTE MARIO
NTE MARIO
DOCENTE:
DOCENTE:
ING. GERSON QUISPE RODRIGUEZ
ING. GERSON QUISPE RODRIGUEZ
TRABAJO:
TRABAJO:
COMPRESIBILIDAD DE SUELOS COHESIVOS
COMPRESIBILIDAD DE SUELOS COHESIVOS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
COMPRESIBILIDAD DE SUELOS
COMPRESIBILIDAD DE SUELOS
COHESIVOS
COHESIVOS
CONSOLIDACIÓN
CONSOLIDACIÓN
CONSOLIDACION
CONSOLIDACION
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PROCESO DE CONSOLIDACION
PROCESO DE CONSOLIDACION
•
•
P
Proceso que se produce en s
roceso que se produce en s
uelos y consiste en la reducción
uelos y consiste en la reducción del
del
volumen total del suelo por la
volumen total del suelo por la
colocación de una carga o el
colocación de una carga o el
drenaje
drenaje
del terreno.
del terreno.
•
•
En
En los
los suelos
suelos saturados
saturados
incremento
incremento de
de presión
presión de
de poros
poros
•
•
El exceso de presión intersticial se disi
El exceso de presión intersticial se disi
pa a una velocidad controlada
pa a una velocidad controlada
por la permeabilidad del suelo (K). El esfuerzo efectivo va
por la permeabilidad del suelo (K). El esfuerzo efectivo va
incrementándose a medida que fluye el agua.
CONSECUENCIAS DE
CONSECUENCIAS DE
LA CONSOLID
LA CONSOLID
ACION
ACION
•
•
Incremento de esfuerzo efectivo
Incremento de esfuerzo efectivo
•
•
R
Reducción de volumen
educción de volumen de huecos
de huecos
•
•
R
Reducción de
educción de volumen total
volumen total
•
•
Asentamientos del terreno
Asentamientos del terreno
•
SUELOS ARENOSOS
SUELOS ARENOSOS
¿QUE PASA?
¿QUE PASA?
Alta
Alta
permeabilidad
permeabilidad
Asientos
Asientos
rápidos
rápidos
Métodos o teoría de
Métodos o teoría de
elasticidad
elasticidad
SUELOS ARCILLOSOS
SUELOS ARCILLOSOS
¿QUE PASA?
¿QUE PASA?
Baja
Baja
permeabilidad
permeabilidad
Asientos
Asientos
lentos
lentos
T
T
eorí
eorí
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e T
erzag
erzag
hi
hi
Asentamientos totales
Asentamientos totales
Velocidad de asientos
El proceso de consolidación se aplica a todos los suelos, pero es
El proceso de consolidación se aplica a todos los suelos, pero es
más importante en aquellos donde la permeabilidad es b
más importante en aquellos donde la permeabilidad es b
aja. Es
aja. Es
necesario predecir:
necesario predecir:
•
•
El asentamiento total de la estructura.
El asentamiento total de la estructura.
•
•
El tiempo o velocidad a la cual se produce dicho asentam
El tiempo o velocidad a la cual se produce dicho asentam
iento
iento
Existe otro fenómeno posterior a la disipación de las presiones
Existe otro fenómeno posterior a la disipación de las presiones
intersticiales, en el cual el suelo en cuestión continua
intersticiales, en el cual el suelo en cuestión continua
deformándose o comprimiéndose, esto se debe a un reajuste en
deformándose o comprimiéndose, esto se debe a un reajuste en
la estructura del suelo. Dicho proceso es llamado consolidación
la estructura del suelo. Dicho proceso es llamado consolidación
secundaria, y depende de las características eslastoplásticas y
secundaria, y depende de las características eslastoplásticas y
del comportamiento viscoso del material que compone al suelo.
del comportamiento viscoso del material que compone al suelo.
En suelos muy plásticos u orgánicos su contribución final es
ANALOGÍA MECÁNICA DE TERZAGHI
ANALOGÍA MECÁNICA DE TERZAGHI
•
•
Terzaghi propuso un modelo mecánico, que consiste en un cilindro
Terzaghi propuso un modelo mecánico, que consiste en un cilindro
de sección A
de sección A
con un pistón sin fricción en
con un pistón sin fricción en
el cual posee una
el cual posee una
pequeña perforación. Dicho pistón se encuentra unido a un resorte
pequeña perforación. Dicho pistón se encuentra unido a un resorte
y el cilindro en
ANALOGÍA MECÁNICA DE TERZAGHI
En
En el
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unidimensional sobre muestras representativas de suelos obtenidos
unidimensional sobre muestras representativas de suelos obtenidos
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tan inalteradam
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ente como sea posib
posible, lográn
le, lográndose com
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gas
verticales aplicadas.
verticales aplicadas.
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consolidación rápido, hecho que difiere del real el que ocurre a lo
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gobiernan el proceso de consolidación son las mismas. Hipótesis que
gobiernan el proceso de consolidación son las mismas. Hipótesis que
no cumplen cabalmente pero que sin embargo permiten estudiar el
no cumplen cabalmente pero que sin embargo permiten estudiar el
Hipótesis.
Hipótesis.
••
El suelo se supone homogéneo =,
El suelo se sup
one homogéneo =, cohesivo y saturado
cohesivo y saturado
durante la consolidación.
durante la consolidación.
••
El agua y esqueleto solido
El agua y
esqueleto solido son incom
son incompresibles.
presibles.
••
Existe una relación lineal entre increm
Existe una relación
lineal entre incremento de presión y
ento de presión y la
la
deformación
deformación
••
El coeficiente de consolidación C
El coeficiente de consolidación Cv
v, y permeabilidad K,
, y permeabilidad K,
permanecen constantes
En estado natural
En estado natural
En e
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Curva de
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Se dibu
Se dibuja en escal
ja en escala semi
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tmica
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con el tiempo en el
po en el eje de las abs
eje de las abscis
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lectura de extensómetro o deformación en escala natural en el eje e las ordenadas.
lectura de extensómetro o deformación en escala natural en el eje e las ordenadas.
Como el ensayo requiere de progresivos incrementos de presión se obtiene una
Como el ensayo requiere de progresivos incrementos de presión se obtiene una
curva de consolidación por cada incremento de carga.
curva de consolidación por cada incremento de carga.
Por lo tanto se
Por lo tanto se realiza el siguiente procedimiento:
realiza el siguiente procedimiento:
•
•
Esc
Escoge
oger un punto q
r un punto que teng
ue tenga noto
a notoria
riamen
mente men
te menos del
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50
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de consolidación
(A).
(A).
•
•
Ubicar un pu
Ubicar un punto B sobre la cur
nto B sobre la curva tal que tB=
va tal que tB= tA/4
tA/4
••
Ubicar
Ubicar el
el 0
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℅℅de consolidación a una distancia '' a '' arriba del punto B
de consolidación a una distancia '' a '' arriba del punto B
••
Repe
Repeti
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ASENTAMIENTOS Y EXPANSIONES DE SUELOS
ASENTAMIENTOS Y EXPANSIONES DE SUELOS
COHESIVOS
COHESIVOS
ASENTAMIENTO
ASENTAMIENTO
D
DEFINICIÓN
DEFINICIÓN
casi siempre se produce un asentamiento del suelo
PROBLEMA
PROBLEMA
Desde que se empezó a
PROBLEMA
PROBLEMA
En nuestro país En nuestro país O Obbrraas s dde e aarrqquuiitteeccttuurraa OObbrraas s dde e iinnggeenniieerríía a cciivviillProbable causa expansi
PROBLEMA
PROBLEMA
En nuestro país En nuestro país O Obbrraas s dde e aarrqquuiitteeccttuurraa OObbrraas s dde e iinnggeenniieerríía a cciivviillProbable causa expansi
CONSECUENCIAS
CONSECUENCIAS
Costo elevados a la sociedad
Costo elevados a la sociedad
O
Obbrraas s dde e aarrqquuiitteeccttuurraa OObbrraas s dde e iinnggeenniieerríía a cciivviill
ALGUNOS FACTORES A TENER
CAUSAS
CAUSAS
•
• ConConsolsolidaidacióciónnsusupropropiopiopespeso.o. •
• DesDesecaecacióciónnnatnaturauralloodebdebidaidaaaalgalgúnúnproprocescesooindindustustriarial.l. •
• Inundaciones.Inundaciones. •
• Ataque Ataquequímico.químico. •
• DeDescscomompoposisiciciónónororgágáninicacananatuturarallooaacacaususaa dedealalgúgúnnagagenenteteexexteternrno.o. •
• HunHundimdimienientotoregregionionalalproprovovocadcadooporporelelbombombeobeodedeaguagua.a. •
• SismSismos,os,volvoladuradurasasoovibrvibracioaciones.nes. •
• Alivio Alivio dede esfuerzosesfuerzos porpor excaexcavaciónvación oo construcciónconstrucción dede unun túneltúnel enen lala
vecindad.
vecindad.
•
• BomBombeobeodedeaguaguaapapararaalgalgunaunaconconstrstrucuccióciónncecercarcana.na. •
• MovimientMovimientosostectónicos.tectónicos. •
• EroErosiósiónnsubsubterterráráneaneaooderrderrumbumbes.es. •
EXPANCIONES
EXPANCIONES
•
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¿CÓMO IDENTIFICAR UN FENOMENO EXPANSIVO?
¿CÓMO IDENTIFICAR UN FENOMENO EXPANSIVO?
Las formas principales de identificación de un suelo
Las formas principales de identificación de un suelo
potencialmente
potencialmente
expansivo son:
expansivo son:
•
•
Identificación
Identificación
Mineralógica.
Mineralógica.
•
•
Determinación de ciertas propiedades básicas de
Determinación de ciertas propiedades básicas de
los suelos.
los suelos.
•
•
Métodos indirectos de determinación del potencial expansivo del suelo.
Métodos indirectos de determinación del potencial expansivo del suelo.
•
FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA EXPANSIÓN
FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA EXPANSIÓN
•
•
Naturaleza y tipo de arcilla:
Naturaleza y tipo de arcilla:
•
•
Humedad inicial
Humedad inicial
•
•
P
P
eso específico
eso específico
seco del suelo
seco del suelo
•
•
Características plásticas del suelo
Características plásticas del suelo
•
TIPOS
TIPOS
DE EXP
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ANCION
ANCION
•
•
Expansión
Expansión
primaria
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ALTERNATIVAS DE SOLUCION
ALTERNATIVAS DE SOLUCION
•
•
Reemplazo de suelo.
Reemplazo de suelo.
•
•
Cimentación flotante.
Cimentación flotante.
•
•
Pilotes excavados.
Pilotes excavados.
•
•
Pre humedecimiento.
Pre humedecimiento.
•
•
Barreras de humedad verticales.
Barreras de humedad verticales.
•
•
Cortinas de inyección de una mezcla de limos
Cortinas de inyección de una mezcla de limos
y cenizas
y cenizas
volátiles.
volátiles.
•
•
Geomembranas.
Geomembranas.
•
1.
1. ASENTASENTAMIENTAMIENTO POO POR R CONSOCONSOLIDACIÓN LIDACIÓN SECUNSECUNDARIADARIA
Durante la consolidación primaria, suponemos que el exceso de presión intersticial o Durante la consolidación primaria, suponemos que el exceso de presión intersticial o neutra generada por la carga aplicada, se disipa totalmente al alcanzar el 100 % de la neutra generada por la carga aplicada, se disipa totalmente al alcanzar el 100 % de la consolidación.
consolidación.
Sin embargo en ciertos suelos, los asentamientos continúan luego de la consolidación Sin embargo en ciertos suelos, los asentamientos continúan luego de la consolidación primaria. A esta etapa de la generación de asentamientos se la llama
primaria. A esta etapa de la generación de asentamientos se la llama ConsolidaciónConsolidación Secundaria
Secundaria y se cree que los mismos se generan por un fenómeno de crep en los y se cree que los mismos se generan por un fenómeno de crep en los suelos.
Pro
Proceceso so de de CoConsnsololididacacióión n = = TTranransfsfererenencicia a de de prpresesioionenes s neneututraras s a a prepresisiononeses efectivas dentro de la masa del suelo.
efectivas dentro de la masa del suelo. Consecuenci
Inicio Tiempo t = 0
Inicio Tiempo t = 0 →→
σ σ
uu
P
Paarra
a uun
n ttiieem
mppo
o tt
≠
≠
00
→
→
σσ
=
=
σ'u
σ'u
El
El agagua ua emempipiezeza a a a dedespsplalazazarsrsee hhaacciia a llaas s ppiieeddrraas s ppoorroossaass recorriendo un camino Máximo = H recorriendo un camino Máximo = H El tiempo necesario para que u = 0 El tiempo necesario para que u = 0 dependerá de la tensión aplicada, dependerá de la tensión aplicada, de la permeabilidad del suelo y de de la permeabilidad del suelo y de la distancia H.
1.
1. PPorceorcentantaje de je de CoConsolinsolidadación.ción.
U%
U% Presión
Presiónefect
Presióntotal
Presióntotal ×100
efectivivaa
×100
U%
U%
∆p
∆p
∆p
∆p ×100
uu
×100
11 uu∆p∆p ×100
×100
En este punto redefinimos el valor de la En este punto redefinimos el valor de la altura del manto compresible como de altura del manto compresible como de
““22H”H” do dondnde e H H es es ahahorora a el el rerecocorrrrididoo
máximo de una partícula de agua. máximo de una partícula de agua.
a)
a)
Par
Para a un
untie
tiempo t
mpo t
0 0 →
→ ∆p
∆p
uu
b)b)
Pa
Pararaun
untitiem
empo t
po t ≠
≠ 0
0 →
→ ∆p
∆p
pp
uu
c)c)
Pa
Pararaun
untitiem
empo t
po t
0
0 →
→ ∆p
∆p
p′p′
Con éstas hipótesis de partida, podemos plantear una ecuación que nos resuelva el problema del Con éstas hipótesis de partida, podemos plantear una ecuación que nos resuelva el problema del fenómeno de consolidación en los suelos.
fenómeno de consolidación en los suelos.
dh
Derivando respecto de z Derivando respecto de z
v
v
z
z
k k
γ γ
ww
hh
z
z
Analizando el flujo del agua en el elemento de la figura Analizando el flujo del agua en el elemento de la figura anterior, se llega a la siguiente ecuación diferencial anterior, se llega a la siguiente ecuación diferencial
Cv.
H
Hipóteipótesissis dede vavalidelidez:z:
a)
a) El flujo de aEl flujo de agua es solamente gua es solamente vertical por la vertical por la cara superior y cara superior y la cara inferiorla cara inferior.. b)
b) El espesor del El espesor del manto es de 2.manto es de 2.H por lo que eH por lo que el recorrido máximo l recorrido máximo de una partícude una partícula de agua es H.la de agua es H. c)
c) Se suponSe supone por el espesoe por el espesor de la muestra que la prer de la muestra que la presión aplsión aplicadaicada “p”“p” es constante en todo el es constante en todo el
espesor de la misma. espesor de la misma. d)
d) El asentamEl asentamiento que experiento que experimentimenta el a el manto es desprecmanto es despreciabliable frente al espesore frente al espesor, por lo , por lo queque podemos considerar z = cte.
podemos considerar z = cte. e)
e) k es el coek es el coeficiente de permeabilidficiente de permeabilidad de la muestad de la muestra y el escurrimiento ra y el escurrimiento en el suelo cen el suelo cumple con laumple con la ley de Darcy.
ley de Darcy. f)
f) Por estar coPor estar comprenmprendida dentdida dentro de un anillo rígiro de un anillo rígido la deformado la deformación de la muestción de la muestra es solamenra es solamentete en el sentido vertical.
Cuya soluci
Cuya solucióón estn estáá dada por la siguiente serie de Fourier dada por la siguiente serie de Fourier ..
u u 4σ
4σ
ππ
=
=
=∞
=∞
11
22nn
11 sen
senሺሺ2n
2n 1
1)π
2H
2H
)πzz
ee
−ሺ
−ሺ
+
+
))
..
.. ൗൗ
Dónde: Dónde:T T cv
cv..II
HH
Es Es el el llamadollamado FFACTACTOROR DEDE TITIEMEMPOPO CCoonn llooss ccooeeffiicciieenntteess eexxttrraaccttaaddooss ddee llaa rreessoolluucciióónn ddee llaa eeccuuaacciióónn ddee c o
c on sn so lo li di daac ic ió nó n p op od ed em om oss r er es os ol vl veerr nnu eu es ts tr or o p rp ro bo blleem am a qqu eu e ees ,s , c ac allc uc ul al arr eell ti
2
2 ….
…. T
T t. t.CCvv
HH
ሺሺ33))……..T
T
ππ
44
UU %%
100
100
11 UU %%
100
100
5,6
5,6 ,5
,5
(Adimensional) (Adimensional) Dónde:Dónde: TT es el es el FFaactoctorr dede TTieiempompo (adimensional) y está vinculado al porcentaje (adimensional) y está vinculado al porcentaje de consolidación
Y además: Y además:
Cv
Cv KK
mm
. γ
. γ
ww
(cm(cm22/seg)/seg)mm
∆
∆
))
∆
∆ሺ
ሺ ++
(cm(cm22/kg)/kg) Coeficiente de consolidaciónCoeficiente de consolidación Coeficiente Coeficiente de de compresibilidad compresibilidad volumétricavolumétrica
aa
∆e
∆e
∆p
∆p
EE
11
Coeficiente de compresibilidad Coeficiente de compresibilidad
1.1.
1.1. Cálculo del coeficiente de consolidación Cv Cálculo del coeficiente de consolidación Cv (Método de Casagrande)(Método de Casagrande)
Representando el factor de tiempo
Representando el factor de tiempo “T”que “T”que es directamente proporcional al tiempo es directamente proporcional al tiempo “t”, “t”, con el % de con el % de
consolidación
consolidación “U”que “U”que es es proporcionproporcional al al al asentaasentamientomiento “S”, “S”, en el mismo gráfico de e en el mismo gráfico de e –– Log (t). Vemos que Log (t). Vemos que
existen algunas diferencias en la forma de la curva teórica (azul) y la práctica (roja). En la primera parte los existen algunas diferencias en la forma de la curva teórica (azul) y la práctica (roja). En la primera parte los desajustes se deben a un ajuste del ensayo al aplicar la carga.
desajustes se deben a un ajuste del ensayo al aplicar la carga.
En la parte final se debe a la existencia de la consolidación secundaria. Sin embargo se aprecia una En la parte final se debe a la existencia de la consolidación secundaria. Sin embargo se aprecia una coincidencia muy importante en la parte central entre las dos curvas. Podemos entonces calcular el tiempo coincidencia muy importante en la parte central entre las dos curvas. Podemos entonces calcular el tiempo para U
para U = 50% = 50% de consolide consolidación con lo que dación con lo que nos queda definido el factor de tiempo que le corresponde T =nos queda definido el factor de tiempo que le corresponde T = 0,197
0,197
U
U == 5500%% →→ T=0,197T=0,197 →→ DDee l al a t at abbl al a II
