03 - doc. complementario - consolidacion en suelos saturados

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¿CÓMO SE DEFORMA EL SUELO SATURADO? ¿CÓMO SE DEFORMA EL SUELO SATURADO? INTRODUCCIÓN A LA CONSOLIDACIÓN INTRODUCCIÓN A LA CONSOLIDACIÓN Por su historia geológica el suelo tiene una estructura A efectos prácticos tanto las partículas del suelo como A efectos prácticos, tanto las partículas del suelo como el agua son indeformables, de forma que los cambios de volumen o las distorsiones del suelo se deben a una reordenación de sus partículas, que giran y/o deslizan unas sobre otras: Tomadas de González Vallejo, L. et al (2000) MATERIAL Compresibilidad volumétrica C (m 2 /MN) C/C w Partículas de suelo 1,5 - 3,0.10 -5 0,03 – 0,06 ' CV Agua 0,0005 1 Esqueleto sólido del suelo Baja compresibilidad 0,05 100 Alta compresibilidad 1,5 300 Si l l t d ' CV σ = Si el suelo essaturado: Compresión: No es más que una reducción de huecos y un reordenamiento de las Compresión: No es más que una reducción de huecos y un reordenamiento de las partículas hacia una estructura más densa partículas hacia una estructura más densa Luis Ortuño partículas hacia una estructura más densa partículas hacia una estructura más densa Hinchamiento: Aumento de huecos, con reordenamiento de partículas hacia una Hinchamiento: Aumento de huecos, con reordenamiento de partículas hacia una estructura más abierta (menos densa) estructura más abierta (menos densa) ¿CÓMO SE DEFORMA EL SUELO SATURADO? ¿CÓMO SE DEFORMA EL SUELO SATURADO? INTRODUCCIÓN A LA CONSOLIDACIÓN INTRODUCCIÓN A LA CONSOLIDACIÓN En definitiva: Para que el SUELO SATURADO REDUZCA SU VOLUMEN se han de reducir los Para que el SUELO SATURADO REDUZCA SU VOLUMEN se han de reducir los huecos, es decir, SE HA DE EXPULSAR AGUA. Las partículas se reordenan en una estructura más densa (más resistente) Para que el SUELO SATURADO AUMENTE SU VOLUMEN han de aumentar los huecos, es decir, HA DE ENTRAR AGUA. Las partículas se reordenan en una estructura más abierta (menos resistente) estructura más abierta (menos resistente) PERO….. PERO….. u ¡¡¡¡ EL AGUA SÓLO SE MUEVE POR ¡¡¡¡ EL AGUA SÓLO SE MUEVE POR DIFERENCIAS EN ALTURA DIFERENCIAS EN ALTURA PIEZOMÉTRICA !!!! PIEZOMÉTRICA !!!! w γ u z h + = Luis Ortuño

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Page 1: 03 - Doc. Complementario - Consolidacion en Suelos Saturados

¿CÓMO SE DEFORMA EL SUELO SATURADO? ¿CÓMO SE DEFORMA EL SUELO SATURADO? INTRODUCCIÓN A LA CONSOLIDACIÓNINTRODUCCIÓN A LA CONSOLIDACIÓN

Por su historia geológica el suelo tiene una estructura

A efectos prácticos tanto las partículas del suelo comoA efectos prácticos, tanto las partículas del suelo comoel agua son indeformables, de forma que los cambiosde volumen o las distorsiones del suelo se deben a unareordenación de sus partículas, que giran y/o deslizanp , q g yunas sobre otras:

Tomadas de González Vallejo, L. et al (2000)

MATERIALCompresibilidad volumétrica C

(m2/MN)C/Cw

Partículas de suelo 1,5 - 3,0.10-5 0,03 – 0,06

'C∆∆V

Agua 0,0005 1

Esqueleto sólido del suelo

Baja compresibilidad 0,05 100Alta compresibilidad 1,5 300

Si l l tá t d

'C∆V

V σ=

Si el suelo está saturado:

Compresión: No es más que una reducción de huecos y un reordenamiento de las Compresión: No es más que una reducción de huecos y un reordenamiento de las partículas hacia una estructura más densapartículas hacia una estructura más densa

Luis Ortuño

partículas hacia una estructura más densapartículas hacia una estructura más densa

Hinchamiento: Aumento de huecos, con reordenamiento de partículas hacia una Hinchamiento: Aumento de huecos, con reordenamiento de partículas hacia una estructura más abierta (menos densa)estructura más abierta (menos densa)

¿CÓMO SE DEFORMA EL SUELO SATURADO? ¿CÓMO SE DEFORMA EL SUELO SATURADO? INTRODUCCIÓN A LA CONSOLIDACIÓNINTRODUCCIÓN A LA CONSOLIDACIÓN

En definitiva:

Para que el SUELO SATURADO REDUZCA SU VOLUMEN se han de reducir losPara que el SUELO SATURADO REDUZCA SU VOLUMEN se han de reducir los huecos, es decir, SE HA DE EXPULSAR AGUA. Las partículas se reordenan en una estructura más densa (más resistente)

Para que el SUELO SATURADO AUMENTE SU VOLUMEN han de aumentar los huecos, es decir, HA DE ENTRAR AGUA. Las partículas se reordenan en una estructura más abierta (menos resistente)estructura más abierta (menos resistente)

PERO…..PERO…..

u¡¡¡¡ EL AGUA SÓLO SE MUEVE POR ¡¡¡¡ EL AGUA SÓLO SE MUEVE POR

DIFERENCIAS EN ALTURA DIFERENCIAS EN ALTURA PIEZOMÉTRICA !!!!PIEZOMÉTRICA !!!!

uzh +=

Luis Ortuño

Page 2: 03 - Doc. Complementario - Consolidacion en Suelos Saturados

CONCEPTO DE CONCEPTO DE CONCEPTO DE CONCEPTO DE CONSOLIDACIÓNCONSOLIDACIÓN

SUELOS NORMALMENTE SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOSSOBRECONSOLIDADOS

Luis Ortuño

Calle 5 de Mayo. México DF. 1982 y 2007 (extraídas de internet)

CONCEPTO DE CONSOLIDACIÓNCONCEPTO DE CONSOLIDACIÓN

1.- Al cargar el terreno se producen cambios inmediatos en las tensiones totales que actúan sobre él (∆σv ). ( v )

2.- Si el suelo se encuentra saturado, elpostulado de Terzaghi establece que estosincrementos de tensión total podrán dirigirse aincrementos de tensión total podrán dirigirse aincrementar las tensiones efectivas y/o laspresiones intersticiales:

á

u´ ∆+σ∆=σ∆Tomada de González Vallejo, L. et al (2000)

3.- El efecto de una carga no infinitamente extensa está limitado a una cierta zona deinfluencia (ver figura). En consecuencia, será en esa zona donde el suelo sufrirá loscambios de tensión y, en particular, la eventual sobrepresión intersticial (∆u) generada

Luis Ortuño

y p p ( ) gpor la carga. Fuera de ella, las condiciones iniciales de equilibrio (σ0, u0) semantendrán inalteradas

Page 3: 03 - Doc. Complementario - Consolidacion en Suelos Saturados

CONCEPTO DE CONSOLIDACIÓNCONCEPTO DE CONSOLIDACIÓN

4.- La diferencia de presión intersticial (y de altura piezométrica h) así producidas darán p ) plugar a un flujo de agua, que se dirigirá “desde

puntos de mayor h hacia la puntos de menor h”.

En el caso de la figura, al ser ∆u>0 dentro de la zona de influencia, desde el interior de la misma hacia el exterior

5.- A medida que el agua “escape”, la q g p ,sobrepresión intersticial (∆u) irá disminuyendo y la presión efectiva (∆σ’) aumentando en la misma medida (para cumplir en todo momento el postulado de Terzaghi).

u´ ∆+σ∆=σ∆ u∆+σ∆σ∆6.- El proceso será lógicamente transitorio. El flujo cesará cuando desaparezcan las sobrepresiones intersticiales y se alcancen de nuevo en toda la masa de suelo las

Luis Ortuño

sobrepresiones intersticiales y se alcancen de nuevo en toda la masa de suelo las condiciones de equilibrio que marquen las condiciones hidrogeológicas de contorno (u = u0; ∆u=0 en el caso particular de la figura)

CONCEPTO DE CONSOLIDACIÓNCONCEPTO DE CONSOLIDACIÓN

Con expresiones o ecuaciones simples:

Inmediatamente tras la aplicación de la carga:

inicialinicial u´ ∆+σ∆=σ∆carga:

Transcurrido un cierto tiempo t:

u´ ∆+σ∆=σ∆ tt u∆+σ∆=σ∆

inicialtinicialt ´´uu σ∆>σ∆⇒∆<∆

donde:

Finalmente, al alcanzar el equilibrio:

´ ⎧ = ∆σ∆σ'

Luis Ortuño

finalfinal u´ ∆+σ∆=σ∆ donde:⎩⎨⎧

==0∆u

∆σ∆σ final

Page 4: 03 - Doc. Complementario - Consolidacion en Suelos Saturados

CONCEPTO DE CONSOLIDACIÓN (RESUMEN)CONCEPTO DE CONSOLIDACIÓN (RESUMEN)

En resumen, las fases que se dan cita al cargar un suelo saturado son:

1.- La aplicación de carga origina de forma inmediata un incremento de tensión total (∆σ) en una cierta zona del terreno, en el entorno del área de aplicación de la carga. p g

2.- Obedeciendo el postulado de Terzaghi, ∆σ se divide instantáneamente en una cierta combinación inicial de incremento de tensión efectiva, ∆σ’inicial, e incremento de presión intersticial, ∆uinicial (la división depende del tipo de carga)

3.- La aparición de ∆uinicial da lugar a una diferencia de altura piezométrica en el suelo (∆h), y por tanto a un flujo de agua.

4.- A medida que progresa el flujo, disminuye el “exceso de presión intersticial” ∆uinicial en el interior de la zona de influencia, y la tensión efectiva aumenta en la misma medida para seguir cumpliendo el postulado de Terzaghi.

5.- Cuando finalmente se alcanza el equilibrio y desaparece la sobrepresión intersticial (∆u=0), todo el incremento de tensión total aplicado en origen se habrá transformado íntegramente en tensión efectiva.

Luis Ortuño

EL PROCESO DESCRITO DE DISIPACIÓN DE EXCESOS DE PRESIÓN INTERSTICIAL GENERADOS POR UNA APLICACIÓN DE CARGA EN EL TERRENO SE DENOMINA

CONSOLIDACIÓN.

CONCEPTO DE CONSOLIDACIÓNCONCEPTO DE CONSOLIDACIÓN

Como en todo problema de filtraciones, la mayor o menor facilidad para

VELOCIDAD DE CONSOLIDACIÓN

p y pque se produzca el flujo (y, en este caso, la correspondiente disipación de la sobrepresión intersticial) dependerá, entre otras cosas, de la permeabilidad del terreno:

En un suelo granular de permeabilidad elevada el flujo será muy rápido y la disipaciónEn un suelo granular, de permeabilidad elevada, el flujo será muy rápido y la disipación ocurrirá de forma prácticamente simultánea con la aplicación de la carga (consolidará rápidamente).

Por el contrario, en una arcilla de muy baja permeabilidad el flujo será lento, y la disipación se podrá dilatar a lo largo de un periodo de tiempo considerable (consolidará lentamente)lentamente).

Luis Ortuño

Page 5: 03 - Doc. Complementario - Consolidacion en Suelos Saturados

CONCEPTO DE CONSOLIDACIÓNCONCEPTO DE CONSOLIDACIÓN

Con un poco más de generalidad, la mayor o menor rapidez en disipar excesos (o defectos) de presión intersticial dependerá de varios factores, entre los que cabe destacar:

la permeabilidad del terreno

la velocidad de aplicación de la carga

la existencia y proximidad de zonas o capas drenantes

Luis OrtuñoTomada de González Vallejo, L. et al (2000)

CONCEPTO DE CONSOLIDACIÓNCONCEPTO DE CONSOLIDACIÓN

De los mecanismos descritos derivan dos conceptos fundamentales de la práctica geotécnica habitual: las condiciones de carga “sin drenaje” (a veces llamada de forma un tanto confusa

“CARGA SIN DRENAJE” Y “CARGA CON DRENAJE”“CARGA SIN DRENAJE” Y “CARGA CON DRENAJE”

habitual: las condiciones de carga sin drenaje (a veces llamada, de forma un tanto confusa, carga “a corto plazo”), y las condiciones de carga “con drenaje” (también denominada “a largo plazo”).

Diremos que un proceso de carga se produce en condiciones “sin drenaje” cuando las condiciones existentes (velocidad de carga, permeabilidad del terreno, etc) hagan razonable suponer que en el momento de la situación a considerar o calcular, no han comenzado a disiparse los excesos de presión intersticial generados por la aplicación de la carga (final de la construcción de un terraplén sobre arcilla blanda saturada, por ejemplo)

El proceso será “con drenaje” en caso contrario, esto es, cuando para la situación a considerar o calcular pueda suponerse que se han disipado por completo los excesos de presión intersticial generados por lapor completo los excesos de presión intersticial generados por la carga.

Obviamente existirá también toda la gama de situaciones intermedias, con drenaje o disipación parcial de ∆u.

Luis Ortuño

Obviamente existirá también toda la gama de situaciones intermedias, con drenaje o disipación parcial de ∆u. No obstante, en general la situación más desfavorable suele ser alguna de las dos anteriores, lo que facilita los cálculos (no hay que deducir o calcular lo que queda de ∆u en cada momento t).

Page 6: 03 - Doc. Complementario - Consolidacion en Suelos Saturados

Algunas ideas de interés mostradas con ejemplos Algunas ideas de interés mostradas con ejemplos prácticosprácticosDesde el punto de vista de la resistencia o la estabilidad, cuando se construye sobre un sueloarcilloso blando y saturado, la situación más desfavorable suele ser la inicial, justo tras la carga,antes de que haya dado tiempo a que se disipen los excesos de presión intersticial (carga sind j ) D h h i f t d t h di i t tdrenaje). De hecho, no es infrecuente que se produzcan roturas y hundimientos en estascondiciones (Dentro de unas semanas, cuando se estudie la resistencia al corte, se ahondará eneste aspecto).

Ejemplo de rotura “sin drenaje”. Terraplén sobre marisma (Variante de Lebrija, Sevilla).

Cuando la resistencia y la estabilidad constituyen un

Luis Ortuño

Unos silos de la bibliografía (En estas construcciones las condiciones de carga rápida se cumplen con facilidad por las pruebas de estanqueidad)

Cuando la resistencia y la estabilidad constituyen unproblema, se puede reforzar el terreno (aunque a veceses suficiente llevar a cabo una construcción lenta, poretapas (ver más adelante en el curso)

Algunas ideas de interés mostradas con ejemplos Algunas ideas de interés mostradas con ejemplos prácticosprácticosSolución dada al terraplén anterior (caso extremo y muy poco habitual, por cierto):

EPS “porexpan”. Si no pesa, difícilmente se hunde ¿no?

Tomada de internet. www.mansonvilleplastics.com

Luis Ortuño“Doble estribo” lado Lebrija .

Page 7: 03 - Doc. Complementario - Consolidacion en Suelos Saturados

Algunas ideas de interés mostradas con ejemplos Algunas ideas de interés mostradas con ejemplos prácticosprácticosA veces el problema no es la resistencia del terreno y su eventual rotura “sin drenaje”, sino la magnitud del asiento y el tiempo que habría que esperar para su producción. Cuando resultan excesivos, se puede optar por instalar elementos de drenaje en el terreno, que “acortan los

id d l ” l t t l l lid ió ( t i t iti l d jrecorridos del agua” y por lo tanto aceleran la consolidación (esto es muy intuitivo, pero lo dejamos por ahora ahí)

Drenes hincados (drenan)Drenes hincados (drenan)

Columnas de grava. Drenan y refuerzan

Luis Ortuño

CARGA SIN DRENAJE SOBRE SUELO SATURADO. CARGA SIN DRENAJE SOBRE SUELO SATURADO. DISTRIBUCIÓN DE TENSIONES INICIALESDISTRIBUCIÓN DE TENSIONES INICIALES

Resulta evidente el interés en conocer cómo se reparten ∆σ´ y ∆u durante todo el procesotransitorio que nace tras la aplicación de una carga ya que en función de su evolución el suelotransitorio que nace tras la aplicación de una carga, ya que en función de su evolución el suelosufrirá efectos perceptibles (deformación, cambios en resistencia, etc).

Se ha visto que, en el caso de suelos de baja permeabilidad, un instante de particular interés esel “inmediatamente” posterior a la aplicación del incremento de tensión total para el queel inmediatamente posterior a la aplicación del incremento de tensión total, para el quefrecuentemente pueden asumirse “condiciones sin drenaje”.

La reproducción en laboratorio de estas condiciones es bastante sencilla, ya que basta conemplear ensayos en los que se impida que el agua entre o salga de la probeta de sueloemplear ensayos en los que se impida que el agua entre o salga de la probeta de suelo.Alternativamente también se puede acudir a realizar ensayos “rápidos”, de manera que lavelocidad de aplicación de la carga permita asegurar la práctica ausencia de drenaje. La dificultadprincipal radica sin embargo en que el reparto inicial de tensiones depende del sistema de carga.

Para aclarar este concepto, en la diapositiva siguiente se han representado los “sistemas decarga” más habituales, tanto en ensayos de laboratorio como en situaciones prácticas y suscondiciones de contorno principales (en tensiones o deformaciones, dependiendo del caso).

Junto a los sistemas de carga se incluye una tabla que resume los repartos iniciales de tensióncuando se impide el drenaje (y el cambio de volumen).

Luis OrtuñoTexto y figuras extraídos de González Vallejo, L. et al (2000)

Page 8: 03 - Doc. Complementario - Consolidacion en Suelos Saturados

CARGA SIN DRENAJE SOBRE SUELO SATURADO. CARGA SIN DRENAJE SOBRE SUELO SATURADO. DISTRIBUCIÓN DE TENSIONES INICIALESDISTRIBUCIÓN DE TENSIONES INICIALES

Carga aplicada Tensiones Observaciones

óCompresión isótropa

∆σ1= ∆σ2= ∆σ3= ∆σ∆u=∆σ→∆σ’=0 En general, ∆u=B∆σ

Para suelo saturado, B=1

Compresión unidimensional o ∆u=∆σ1→ ∆σ’1=0

edométrica∆u ∆σ1→ ∆σ 1 0

Compresión uniaxial ∆u=A·∆σ1

A> 0,5 en suelos blandosA< 0,5 en suelos rígidos

( )

Luis Ortuño

Compresión triaxial ∆u=∆σ3 +A·(∆σ1-∆σ3 ) En general ∆u=B·∆σ3 +A·(∆σ1-∆σ3 )

Para suelo saturado, B=1

LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOSCONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS

A continuación se describe de forma sencilla la historia geológica que

Conceptos básicos sobre el proceso natural de consolidación

podría presentar una arcilla a medida que se produce susedimentación o erosión. En todos los casos se supondrá que el áreaes muy extensa, indefinida a efectos prácticos, lo que implica que laspresiones verticales y horizontales son principales y que sólo seproducen deformaciones verticales (no horizontales). La figura muestrala historia del elemento de suelo (A), sometido a cambios tensionalespor sedimentación y erosión con la siguiente secuencia temporal: 1, 2,3, 4 (carga), 3’, 2’ (descarga).

Proceso de sedimentación (carga): 1, 2, 3, 4:

A medida que va aumentando la tensión efectiva vertical el suelo va reduciendo su índice de porosvertical, el suelo va reduciendo su índice de poros (disminuye de volumen) y se hace más denso.

En los estados 1, 2, 3 y 4 el elemento de suelo no ha soportado mayores tensiones efectivas que las quesoportado mayores tensiones efectivas que las que soporta en el momento de la observación: ESTÁESTÁNORMALMENTE CONSOLIDADONORMALMENTE CONSOLIDADO (NC)

La curva 1 2 3 4 se llama “curva o línea de

Luis Ortuño

La curva 1, 2, 3, 4 se llama curva o línea de compresión noval (LCN)” o VCL (de ”virgin consolidationline”). Tomada de González Vallejo, L. et al (2000)

Page 9: 03 - Doc. Complementario - Consolidacion en Suelos Saturados

LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOSCONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS

Observación de interés: Observación de interés:

La curva de la figura muestra el estado inicial de dos elementos de suelo normalmente consolidado (A y B en la VCL).

Si se aplica sobre ambos el mismo incremento de tensión

efectiva (∆σ’v), se observa que la reducción del índice de poros (la compresión) de A es mayor que la de B:

UN SUELO NC ES MÁS RÍGIDO CUANTO UN SUELO NC ES MÁS RÍGIDO CUANTO MAYOR ES SU NIVEL INICIAL DE MAYOR ES SU NIVEL INICIAL DE

TENSIONES TENSIONES

(o menor su índice de poros, o está más profundo y(o menor su índice de poros, o está más profundo y(o menor su índice de poros, o está más profundo y (o menor su índice de poros, o está más profundo y confinado, o es más denso…… que todo viene a ser lo confinado, o es más denso…… que todo viene a ser lo

mismo )mismo )

Luis Ortuño

Tomada de González Vallejo, L. et al (2000)

INCISO: Una observación de interésINCISO: Una observación de interés

Expresión de la deformación volumétrica (δv)

El cambio de volumen se puede expresar en función del índice de poros:

ff eVeV +=+= 1;1 00

El cambio de volumen se puede expresar en función del índice de poros:

0 eeV f−=

0

0

0

0

0

0

11

)1()1(

e

ee

e

ee

V

VVv fff

+−

=+

+−+−=

−−=δ 00 1 eV +

=

Para el caso particular de condiciones “unidimensionales”, o de deformación lateral nula (carga muy extensa en comparación con el espesor de suelo compresible) sólo puede haber deformación y p p p ) pvertical, luego la deformación volumétrica ha ser igual a la vertical:

vV

V

SH

SH

H

Hv δδε =

∆=

∆=

∆=

00

0

0 ·

·

0

0

00 1 e

ee

V

V

H

H f

+−

=∆

=∆

Luis Ortuño

000 000

Page 10: 03 - Doc. Complementario - Consolidacion en Suelos Saturados

LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOSCONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS

Si se produce una descarga (erosión) desde un estado (4)

Cambio de situación: Descarga (4, 3’,2’)

g ( ) ( )cualquiera de la VCL, se observa:

El recorrido de tensiones no vuelve por el mismo camino, sino que lo hace por otra curva, que llamaremos “rama de descarga” (RD) 4, 3’, 2’.

La pendiente de RD es menor que la de VCL, lo que indica que el suelo es más rígido en la descarga que en la compresión noval. De hecho, comparando dos estados de igual tensión, 2 y 2’, se observa que el suelo en 2’ es más denso que en 2.

e2’<e2

En los estados 3’ y 2’ (RD), la tensión efectiva es inferior a la máxima soportada a lo largo de la historia del elementola máxima soportada a lo largo de la historia del elemento (tuvo la correspondiente al estado 4) y:

SE DICE QUE EL SUELO ESTÁ SE DICE QUE EL SUELO ESTÁ SOBRECONSOLIDAD0 (SC ó OC)SOBRECONSOLIDAD0 (SC ó OC)

Luis Ortuño

SOBRECONSOLIDAD0 (SC ó OC)SOBRECONSOLIDAD0 (SC ó OC) Tomada de González Vallejo, L. et al (2000)

LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOSCONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS

PARAMETROS DE LA SOBRECONSOLIDACIÓN

PRESIÓN DE SOBRECONSOLIDACIÓN

También llamada presión de “preconsolidación” (σ’P) . ( P)Es la tensión efectiva vertical máxima del elemento de suelo a lo largo de su historia geológica

Es la relación entre la presión de preconsolidación y la

GRADO DE SOBRECONSOLIDACIÓN

ytensión efectiva vertical actual

actualv

P

''

OCRσσ

=

Luis Ortuño

Tomada de González Vallejo, L. et al (2000)

actualv

OCR: Overconsolidation Ratio

Page 11: 03 - Doc. Complementario - Consolidacion en Suelos Saturados

LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOSCONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS

Ejemplos

1'

)1(1vOCR

σ

1'

)2(

1'

)1(

2

2

1

==

==

v

v

v

OCR

OCR

σ

σ

1'

')3(

')(

3

3

2

== v

v

OCRσσ

σ

1'

')4(

4

4

==v

v

v

OCRσσ

σ

44v '';1'

)'3(OCR σ=σ>σ

=

4vp'2

4v

vp'3v

'');'3(OCR''

)'2(OCR

;1'

)3(OCR

σ=σ>σσ

=

σ=σ>σ

=

Luis Ortuño

Tomada de González Vallejo, L. et al (2000)

LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOSCONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS

Procesos de consolidación (G&C I, págs. 173 y 174)

Además de la descarga por erosión, el suelo puede sobreconsolidar por:

Retirada de mantos de hielo (arcilla glaciar, morrenas)

Desecación por exposición temporal en superficie. En estas condiciones l f t i d d ió ( it ió tí i dsuele formarse una costra superior de desecación (situación típica: capa dura

arriba y debajo capa blanda)

al descender el nivel freático y volver a elevarse aunque el suelo no llegueal descender el nivel freático y volver a elevarse, aunque el suelo no llegue a desecarse por efecto de la capilaridad.

Por flujo descendente durante un periodo de tiempo suficientemente j p pprolongado

Luis Ortuño

Page 12: 03 - Doc. Complementario - Consolidacion en Suelos Saturados

LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOSCONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS

Si al llegar a 2’ finaliza la erosión y comienza de nuevo la

Cambio de situación: Recarga

Si al llegar a 2 finaliza la erosión y comienza de nuevo la sedimentación, se observa:

’ ’’ ’’En el tramo 2’, 3’’, 4’’, el recorrido de tensiones sigue una nueva curva, llamada “rama de recarga (RR)”.

RR no coincide con RD, pero se aproximan mucho, al d i di (4 2’) Emenos para descargas previas discretas (4 - 2’). En este

caso además la tensión en 4’’ es muy parecida a la de 4.

En el tramo 4’’, 5, 6, a medida que el estado tensional l l ió d lid ió l b l

Tomada de González Vallejo, L. et al (2000)

alcanza la presión de preconsolidación y la sobrepasa, el recorrido de tensiones se incorpora nuevamente a la VCL, y el suelo vuelve a estar normalmente consolidado.

En estas circunstancias el suelo va perdiendo “la memoria” y “no recuerda” haber sido descargado y

d E 5 6 t i

Luis Ortuño

recargado. En 5 y en 6 ya se comporta como si no hubiera habido descargas intermedias (NC).

Observación de interésObservación de interés

Observación de interés:Observación de interés:

Si desde dos estados de partida 2 y 2’ con la misma presión efectiva inicial σ’2 se aplica elSi desde dos estados de partida, 2 y 2 con la misma presión efectiva inicial σ 2v se aplica el

mismo incremento de presión, el suelo OC asienta menos que el NC.

A IGUALDAD DEL RESTO DE FACTORES, UN SUELO

SOBRECONSOLIDADO ES MENOS DEFORMABLE QUE UNO

NORMALMENTE CONSOLIDADONORMALMENTE CONSOLIDADO

eV ∆∆

Luis Ortuño

00 1 eV +=

Page 13: 03 - Doc. Complementario - Consolidacion en Suelos Saturados

EJEMPLO PRÁCTICO (a resolver por los alumnos)EJEMPLO PRÁCTICO (a resolver por los alumnos)

En una zona de marisma se sabe que el nivel freático ha oscilado históricamente entre la superficie y una profundidad de 4 m. Suponiendo que, aun con el nivel freático deprimido el suelo sigue saturado, estimar la variación del grado de sobreconsolidación con la profundidad. (Tomar γsat=21 kN/ 3 l ill 10 kN( 3 l )kN/m3 para la arcilla γw=10 kN(m3 para el agua).

Solución:

Luis Ortuño

EJEMPLO PRÁCTICO (a resolver por los alumnos)EJEMPLO PRÁCTICO (a resolver por los alumnos)

Una capa de arcilla de 10 m de espesor descansa sobre un estrato permeable de gravas. El nivel freático se encuentra en la superficie, permanentemente alimentado por un curso de agua cercano. Se coloca una tubería piezométrica en el techo de las gravas y se observa que su nivel i ét i tá d i id l ti b b d l l ól b 3piezométrico está deprimido por los continuos bombeos de la zona, y que el agua sólo sube 3 m y

se estabiliza. Se pide:

1.- Dibujar las leyes de presiones verticales, totales y efectivas, en la capa de arcilla. Definir el é i d fl j l l l di trégimen de flujo y calcular el gradiente.

2.- Transcurridos varios años, se deja de bombear agua de la capa de gravas, y su régimen pasa a ser hidrostático, definido por el nivel freático en superficie. En esta condiciones dibujar de nuevo l l d i t i t bl l d d b lid ió d l illlas leyes de presiones anteriores, y establecer el grado de sobreconsolidación de la arcilla.

(Tomar γsat=21 kN/m3 para la arcilla γw=10 kN(m3 para el agua).

Luis Ortuño

Page 14: 03 - Doc. Complementario - Consolidacion en Suelos Saturados

LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOSCONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS

Una suerte: La representación en escala semilogarítmicaPara muchos suelos las curvas anteriores se pueden aproximar a rectas al emplear una escalaPara muchos suelos las curvas anteriores se pueden aproximar a rectas al emplear una escala logarítmica para el eje de presiones efectivas verticales. Esto resulta muy práctico, porque pocas cosas hay más simples que la ecuación de una recta

Suelo NC2

3

32 '

'log v

cceeσσ

=− 00 '

'log·

v

vf

s

cf c

cee

σσ

⎩⎨⎧

=−

Donde cc se conoce como índice de compresión

Suelo OC'2

'3

'3'2 '

'log v

sceeσ

=−232 '

gv

s σ

Donde cs se conoce como índice de

Luis Ortuño

Tomada de González Vallejo, L. et al (2000)s

entumecimiento

Tomada de González Vallejo, L. et al (2000)

LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOSCONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS

Ejemplos de arcillas

Una suerte: La representación en escala semilogarítmica

Ejemplos de arcillas “naturales”

La figura muestra puntos (e, log σ’ ) obtenidos de muchaslog σ’v) obtenidos de muchas muestras de un buen número de arcillas naturales.

NOTA: Los índices de poros seNOTA: Los índices de poros se determinaron en laboratorio, y las presiones efectivas verticales a partir de la profundidad de las muestras y los pesos específicosmuestras y los pesos específicos correspondientes.

Se observa:

Tomada de Skempton, A.W.

Los puntos sucesivos de un mismo suelo se ajustan bien a líneas rectas (peor con presiones b j i á lt i l t )

Luis Ortuño

muy bajas, quizás por alteraciones en la muestra)La pendiente (o índice de compresión cc) de cada suelo aumenta con la plasticidad (a

igualdad de circunstancias, un suelo más plástico es más compresible)

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LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOSCONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS

Estimación empírica de Estimación empírica de cccc (G&C I, (G&C I, págpág 177177--180)180)

Aunque más adelante se verá cómo hallar cc ó cs a partir de ensayos de laboratorio, existen algunas correlaciones empíricas en la literatura que permiten estimar de forma grosera la compresibilidad del terreno a partir de parámetros más o menos sencillos (proporcionan solamente una idea del orden de magnitud. Los valores más fiables deben obtenerse de ensayos)

Skempton. Arcillas amasadas:

)10(0070 wc )10(007,0 −= lc wc

Skempton. Arcillas NC (tixotropía normal)

)10(009,0 −= lc wc

Suelos españoles NC o ligeramente SC (ver “nubes de puntos” y líneas de regresión en páginas178 y 180 del G&C I)y )

)4,16(0097,0 −= lc wc 315,199,0 wcc =

Luis Ortuño

En cuanto a cs, suele oscilar entre ¼ y 1/10 de cc

(Para más detalles, acudir a G&C, I)

LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOSCONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS

Estimación de cc en función de wL

Luis OrtuñoTomada de G&C I

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LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOSCONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS

Estimación de cc en función de w

Luis OrtuñoTomada de G&C I

EJEMPLO PRÁCTICO (a resolver por los alumnos)EJEMPLO PRÁCTICO (a resolver por los alumnos)

Se desea construir un relleno de tierras muy extenso (indefinido a efectos prácticos) sobre un terreno en España que consiste en 12m de arcilla normalmente consolidada , bajo la que se sitúa un sustrato rocoso e indeformable. El nivel freático se encuentra en la superficie. Se extrae una muestra de arcilla de un punto intermedio del estrato, a 6 m de profundidad, y se determina en laboratorio su peso específico saturado, γsat = 20 kN/m3, su índice de poros, e0 = 0,8, y su límite líquido, wL=31,8%. Se pide determinar el asiento que sufrirá la capa de arcilla si el relleno a construir supone un incremento de tensión vertical ∆σ=80 kPaconstruir supone un incremento de tensión vertical ∆σ=80 kPa.

Luis Ortuño

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SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS. DETALLES VARIOSSOBRECONSOLIDADOS. DETALLES VARIOS

Observación de interés:Observación de interés:Como se ha señalado, al menos para pequeños ciclos de descarga-recarga, las curvas o ramas de descarga y recarga se aproximan bastante. Puede ser por tanto razonable considerar elasticidad en un suelo OC

Idealización de material elasto-plástico

Luis Ortuño

Tomada de González Vallejo, L. et al (2000)Ensayo real (tomado de Burland, J.B. (1987)

SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS. DETALLES VARIOSSOBRECONSOLIDADOS. DETALLES VARIOS

Ojo!!!. Suponer elasticidad en la rama de descarga y recarga sólo es razonable en todo caso con ciclos de descarga-recarga pequeños.

SISI NONOSISI NONO

Luis Ortuño

Tomada de Burland, J.B. (1987)

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EL ASIENTO DE LOS SUELOS. INTRODUCCIÓNEL ASIENTO DE LOS SUELOS. INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN.INTRODUCCIÓN.

Cuando se aplica una carga sobre el suelo se produce un asiento que, con generalidad, está compuesto por tres términos:

St t l=Si+S +SStotal Si Sc Ss

S A i t i t tá E l t d í d f ió (di t ió ) i•Si =Asiento instantáneo. En un suelo saturado sería una deformación (distorsión) sin cambio de volumen, ya que no ha dado tiempo a drenar.

•S Asiento de consolidación correspondiente al proceso de disipación de los excesos•Sc= Asiento de consolidación , correspondiente al proceso de disipación de los excesos de presión intersticial generados por la carga (tan lento como corresponda)

•S = Asiento de “fluencia” llamado de “consolidación secundaria” que puede seguir

Luis Ortuño

•Ss= Asiento de fluencia , llamado de consolidación secundaria , que puede seguir produciéndose (especialmente en algunos suelos) tras (y durante) la consolidación, a tensión efectiva constante.

Algunos ejemplos “interesantes”Algunos ejemplos “interesantes”

Este asunto del asiento es, en ocasiones, francamente espectacular. Un ejemplo clásico es México DF, construido en parte sobre una laguna colmatada con arcillas muy plásticas

Catedral

¡¡ Los escalones no estaban en 1982!!

Luis OrtuñoBasílica de Guadalupe

Calle 5 de Mayo 1982 y 2007

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Algunos ejemplos “especiales”Algunos ejemplos “especiales”

El Convento de las Capuchinas Convento de las Capuchinas y los pilotes de control (Manuel González Florez), o cómo levantar un edificio 3,50 m

Luis OrtuñoTomadas de pág web de PICOSA Tomada de Nuñez Olías, J.: “Recalces”. KRONSA

Algunos ejemplos “especiales”Algunos ejemplos “especiales”

Las calles de México DF, las “aceras de sacrificio” , las casas con “patio inglés” (y, en definitiva, las apasionantes clases del Profesor Jiménez Salas)

Luis Ortuño

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Algunos ejemplos “especiales”Algunos ejemplos “especiales”

La torre de Pisa, ligeramente enderezada bajo un suave abrazo (y las no menos apasionantes clases del Prof. John B. Burland)

Tomadas de internet (Prof’s. Burland & Jamiolkovski)

Luis Ortuño

Algunos ejemplos “especiales”Algunos ejemplos “especiales”

Claro que hay otros sitios que “…” (esto es

Figure 10.12 Land subsidence in Californiasubsidence in California

Joe Poland, USGS scientist shows subsidence from 1925 and 1977 10

il th t f M d t CA Similes southwest of Mendota, CA. Sign reads "San Joaquin Valley California, BM S661, Subsidence 9M, 1925-1977" From USGS Professional Paper 1401-A "G d t i th C t l V llA, "Ground water in the Central Valley, California- A summary report"Photo by Dick Ireland, USGS, 1977

Luis Ortuño

Tomada de internet

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Algunos ejemplos “especiales”Algunos ejemplos “especiales”

Y muchos más casos:

- Terraplenes sobre marismas y otros suelos blandos (asientos métricos)

- Diques, muelles y otras obras portuarias sobre lechos fangosos (asientos métricos)

- Subsidencia por bombeo de acuíferos (∇u →∆σ’→asiento)-Deltas de Barcelona, Delta Tordera-Delta Tordera,

-Murcia, -México,

- Otros (con muy diversos grados de espectacularidad)

Luis Ortuño

BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA

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Luis Ortuño

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