DEFORMACIONAL DE LOS SUELOS

• Tipos de Deformación• Asentamiento

• Consolidación Unidimensional• Teoría de la Consolidación

Unidimensional• Expansión

DEFORMACIÓN DE LOS SUELOS

• Gran deformación para pequeño incremento de tensión

• Deformaciones plásticas para muy bajas

• Comportamiento - no lineal

• Pueden producirse a largo plazo ocasionando daños a estructuras (razón de preverlo en etapa de proyecto)

Compresión

TIPOS DE DEFORMACIÓNDEFORMACIÓNVOLUMÉTRICA

• Cambio de volumen manteniendo forma

• Cambia distancia entre partículas manteniendo posición relativa

Expansión

DEFORMACIÓNDESVIADORA o DISTORSIÓN

• Cambio de forma a volumen constante

• Cambia posición relativa entre partículasDeformación = Def. Volumétrica + Def.

Desviadora

DEFORMACIÓN VOLUMÉTRICA

• Estrictamente no es deformación volumétrica

q

• Hipótesis: – Suelo infinitamente largo en plano horizontal

– Esfuerzos de confinamiento impiden deformación horizontal

– Posición relativa de partículas en plano horizontal es constante

ASENTAMIENTO• Volumen de suelos cambia por:

– Cambio de volumen de partículas minerales: Ocurre a ´ muy altas. Fuera de rango usual de cargas de obras

Partículas minerales = “Sólidos”– Cambio de volumen de vacíos:

Agua y Aire son incompresibles Cambio de volumen de vacíos debido a flujo de agua y aire

ASENTAMIENTOProceso de disminución de volumen por reducción de relación de vacíos debido a eliminación de aire y agua de poros, causado por aumento de esfuerzos verticales

ssssvsv

sv

He1HH.eHHHHH

VVe

oo

o

oo1o

os1sos

o1o

He1eHS

e1e

e1ee

)e1(H)e1(H)e1(H

HHH

Cálculo de Asentamiento (S)

Ho

Sólidos

Hvo

Hs

A

Vacíos

A

Sólidos

Hv1

HsH1

Vacíos

q

Asentamiento

Arenas Seco: asentamiento instantáneo

No saturado Saturado

k alto: asentamiento

instantáneo

Velocidad de AsentamientoTiempo en que se desarrolla asentamiento

• Depende de:– Carga externa (q)– Conductividad hidráulica (k)

Arcillas

Seco: asentamiento instantáneo

No saturado

Saturado

k bajo: asentamiento diferido en tiempo (Consolidación)

• Asentamiento instantáneo: Controlable en tiempo de obra

• Asentamiento diferido: Debe preverse en etapa de proyecto para evitar falla de obra

Velocidad de Asentamiento

CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS

Proceso de reducción de volumen por reducción de relación de vacíos del suelo,

diferido en el tiempo, provocado por incremento de tensiones efectivas

verticales• Consolidación unidimensional = Asentamiento diferido en tiempo propio de arcillas saturadas

• Casos de consolidación:– Torre de Pisa– Ciudad de México– Uruguay: Terraplén de acceso al Puente del Río

Santa Lucía, Ampliación de Pista de Aeropuerto de Carrasco, etc.

Consolidación UnidimensionalEnsayo de Consolidación o Edométrico

(Norma ASTM D2435)

Pistón de carga

Extensómetro

Comparador

Recipiente anular

Piedra porosa

Piedra porosaq

Muestra

Anillo rígido

Consolidación Unidimensional

Muestra cilíndrica de 7 cm de diámetro y 2 cm de altura

Consolidación Unidimensional

Anillo rígidoMuestra

Cazuela

Cabezal

Consolidación Unidimensional

Viga de Carga

Comparador y

Extensómetro

Consolidación Unidimensional

Banco de Edómetros de Facultad

de IngenieríaSistema de aplicación de cargas

Metodología del Ensayo Edométrico• Se aplica q• Se mide deformación vertical en t• Cuando velocidad de consolidación 0 Final del proceso

log (t)

e

Consolidación Inicial

Consolidación

Secundaria

Consolidación Primaria• Determinación de o e en f (t) Curva de Consolidación

• No lineal con t Velocidad de consolidación variable con t

Características de la Curva de Consolidación

• Consolidación Inicial: Reducción de vacíos por eliminación de aire

• Consolidación Primaria: Reducción de vacíos por eliminación de agua

• Consolidación Secundaria: Reacomodo de partículas sólidas con tensión efectiva constante

Coeficiente de Consolidación (Cv )• Coeficiente que expresa velocidad de consolidación • Cv no es constante durante consolidación y depende de sobrecarga y conductividad hidráulica del suelo

Metodología del Ensayo Edométrico

• Se repite metodología de ensayo aplicando incremento de carga (q): Escalón de carga

• Nueva Curva de Consolidación para nuevo escalón de carga

• Para escalón de carga medido en ’ se determina e • Se aplican n escalones de carga: para cada uno se determina relación de vacíos final (e)

• Se aplica decremento de carga (Escalón de descarga) y se mide recuperación elástica de volumen

• Se aplican m escalones de descarga medidos en ’ y se determina relación de vacíos final (e) para cada escalón

Curva de CompresibilidadTramo casi horizontal

al principio y de curvatura creciente

Tramo recto

Tramo de recarga casi horizontal al

principio y de curvatura creciente

Tramo de descarga recto

Tramo recto

Características de la Curva de Compresibilidad

• Tramo de curvatura creciente: cuando ’ de escalón de carga < máxima ’ aplicada en historia Tramo de Recarga

• Tramo recto: cuando ’ de escalón de carga > máxima ’ aplicada en historia Tramo Virgen

• Tramo de descarga: Lineal por recuperación elástica

• “Pendiente” de Tramo de recarga Pendiente de Tramo de descarga

• Coeficiente de Compresibilidad (av ): Pendiente de recta tangente a Curva de Compresibilidad

o

• Pendiente de Tramo virgen: Índice de Compresión (Cc )• Pendiente de Tramo descarga: Índice de

Hinchamiento (Cs )

'v ddea

'vea

'

'

loginicial

final

finalinicialc

eeC

'

'log

final

inicial

inicialfinals

eeC

Características de la Curva de Compresibilidad

Historia de Tensiones de las Arcillas

Comportamiento - ε depende de historia de tensiones

• Arcilla Normalmente Consolidada: Aquélla que nunca estuvo sometida a tensiones efectivas mayores a las actualmente existentes

• Arcilla Sobreconsolidada: Aquélla que alguna vez estuvo sometida a tensiones efectivas mayores a las actualmente existentes

• Tensión de Sobreconsolidación (’p ): Máxima tensión a que ha estado sometido el suelo en su historia

Causas de la Sobreconsolidación

• Procesos de erosión• Zonas que han sufrido avance y retroceso de glaciaciones

• Procesos de desecación y humedecimiento • Fluctuación de nivel freático

RAZÓN DE SOBRECONSOLIDACIÓN (OCR)

'o

'pOCR

Estimación de la Tensión de SobreconsolidaciónMétodo de Casagrande

• Si ’p = ’o: normalmente consolidado

• Si ’p > ’o: sobreconsolidado

Corrección de Curvas de Compresión• Schmertmann propuso realizar correcciones a curvas de compresión

• Para ’laboratorio < ’in situ suelo no debería deformar (tramo de laboratorio horizontal)

Comparando curvas de muestras inalteradas y amasadas:

• Como eo amasada < eo inalt: Curva amasada por debajo de curva inalterada

• Como muestra inalterada tiene remoldeo: curva real debe estar por encima de curva de laboratorio

• Curvas convergen a punto: e = 0,42eo

Corrección para arcilla normalmente consolidada

Curva bi-lineal

Corrección para arcilla sobreconsolidada

log ´

Ce0Relación de

vacíos (e)

0,42e0

B

A

´p´0

Curva tri-lineal