cómo se deforma el suelo saturado?
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cómo se deforma el suelo saturado?
¿CÓMO SE DEFORMA EL SUELO SATURADO? INTRODUCCIÓN A LA CONSOLIDACIÓN Por su historia geológica el suelo tiene una estructura A efectos prácticos, 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 partículas,, q que g giran yy/o deslizan reordenación de sus p unas sobre otras: Tomadas de González Vallejo, L. et al (2000) MATERIAL Compresibilidad volumétrica C (m2/MN) C/Cw Partículas de suelo Agua Baja compresibilidad Esqueleto sólido del suelo Alta compresibilidad 1,5 - 3,0.10-5 0,0005 0,05 1,5 0,03 – 0,06 1 100 300 ∆V V = C∆σ ' V Si ell suelo l está tá saturado: t d Compresión: No es más que una reducción de huecos y un reordenamiento de las partículas hacia una estructura más densa Hinchamiento: Aumento de huecos, con reordenamiento de partículas hacia una estructura más abierta (menos densa) Luis Ortuño ¿CÓMO SE DEFORMA EL SUELO SATURADO? INTRODUCCIÓN A LA CONSOLIDACIÓN En definitiva: 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) PERO….. ¡¡¡¡ EL AGUA SÓLO SE MUEVE POR DIFERENCIAS EN ALTURA PIEZOMÉTRICA !!!! h=z+ u γw Luis Ortuño CONCEPTO DE CONSOLIDACIÓN SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS Luis Ortuño Calle 5 de Mayo. México DF. 1982 y 2007 (extraídas de internet) CONCEPTO DE CONSOLIDACIÓN 1.- Al cargar el terreno se producen cambios inmediatos en las tensiones totales que actúan sobre él ((∆σv )). 2.- Si el suelo se encuentra saturado, el postulado de Terzaghi establece que estos incrementos de tensión total podrán dirigirse a incrementar las tensiones efectivas y/o las presiones intersticiales: Tomada de González á Vallejo, L. et al (2000) ∆σ = ∆σ´+ ∆u 3.- El efecto de una carga no infinitamente extensa está limitado a una cierta zona de influencia (ver figura). En consecuencia, será en esa zona donde el suelo sufrirá los y, en p particular, la eventual sobrepresión p intersticial ((∆u)) g generada cambios de tensión y por la carga. Fuera de ella, las condiciones iniciales de equilibrio (σ0, u0) se mantendrán inalteradas Luis Ortuño CONCEPTO DE CONSOLIDACIÓN 4.- La diferencia de presión intersticial (y de altura p piezométrica h)) así p producidas darán lugar 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 q que el agua g “escape”, p , la sobrepresión intersticial (∆u) irá disminuyendo y la presión efectiva (∆σ’) aumentando en la misma medida (para cumplir en todo momento el postulado de Terzaghi). ∆σ = ∆σ´+ ∆u 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 condiciones de equilibrio que marquen las condiciones hidrogeológicas de contorno (u = u0; ∆u=0 en el caso particular de la figura) Luis Ortuño CONCEPTO DE CONSOLIDACIÓN Con expresiones o ecuaciones simples: Inmediatamente tras la aplicación de la carga: ∆σ = ∆σ´inicial + ∆u inicial Transcurrido un cierto tiempo t: ∆σ = ∆σ t ´+ ∆u t ∆u t < ∆u inicial donde: ⇒ ∆σ´t > ∆σ´inicial Finalmente, al alcanzar el equilibrio: ∆σ = ∆σ´final + ∆ufinal donde: ∆σ' final = ∆σ ⎧ ∆σ ⎨ ⎩ ∆u = 0 Luis Ortuño 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 p de la carga. g el entorno del área de aplicación 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. EL PROCESO DESCRITO DE DISIPACIÓN DE EXCESOS DE PRESIÓN INTERSTICIAL GENERADOS POR UNA APLICACIÓN DE CARGA EN EL TERRENO SE DENOMINA Luis Ortuño CONSOLIDACIÓN. CONCEPTO DE CONSOLIDACIÓN VELOCIDAD DE CONSOLIDACIÓN Como en todo p problema de filtraciones, la mayor y o menor facilidad p para que 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, granular de permeabilidad elevada, 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 CONCEPTO 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 Tomada de González Vallejo, L. et al (2000) Luis Ortuño CONCEPTO DE CONSOLIDACIÓN “CARGA SIN DRENAJE” Y “CARGA CON DRENAJE” De los mecanismos descritos derivan dos conceptos fundamentales de la práctica geotécnica habitual: las condiciones de carga “sin sin drenaje drenaje” (a veces llamada llamada, de forma un tanto confusa 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 la carga. 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). Luis Ortuño Algunas ideas de interés mostradas con ejemplos prácticos Desde el punto de vista de la resistencia o la estabilidad, cuando se construye sobre un suelo arcilloso 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 sin d drenaje). j ) De D hecho, h h no es infrecuente i f t que se produzcan d roturas t y hundimientos h di i t en estas t condiciones (Dentro de unas semanas, cuando se estudie la resistencia al corte, se ahondará en este aspecto). Ejemplo de rotura “sin drenaje”. Terraplén sobre marisma (Variante de Lebrija, Sevilla). Cuando la resistencia y la estabilidad constituyen un problema, se puede reforzar el terreno (aunque a veces es suficiente llevar a cabo una construcción lenta, por etapas (ver más adelante en el curso) Unos silos de la bibliografía (En estas construcciones las condiciones de carga rápida se cumplen con facilidad por las pruebas de estanqueidad) Luis Ortuño Algunas ideas de interés mostradas con ejemplos prácticos Solución 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 “Doble estribo” lado Lebrija . Luis Ortuño Algunas ideas de interés mostradas con ejemplos prácticos A 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 recorridos id d dell agua”” y por llo ttanto t aceleran l lla consolidación lid ió ((esto t es muy iintuitivo, t iti pero llo d dejamos j por ahora ahí) Drenes hincados (drenan) Columnas de grava. Drenan y refuerzan Luis Ortuño CARGA SIN DRENAJE SOBRE SUELO SATURADO. DISTRIBUCIÓN DE TENSIONES INICIALES Resulta evidente el interés en conocer cómo se reparten ∆σ´ y ∆u durante todo el proceso transitorio que nace tras la aplicación de una carga, carga ya que en función de su evolución el suelo sufrirá efectos perceptibles (deformación, cambios en resistencia, etc). Se ha visto que, en el caso de suelos de baja permeabilidad, un instante de particular interés es el “inmediatamente” inmediatamente posterior a la aplicación del incremento de tensión total, total para el que frecuentemente pueden asumirse “condiciones sin drenaje”. La reproducción en laboratorio de estas condiciones es bastante sencilla, ya que basta con emplear ensayos en los que se impida que el agua entre o salga de la probeta de suelo. suelo Alternativamente también se puede acudir a realizar ensayos “rápidos”, de manera que la velocidad de aplicación de la carga permita asegurar la práctica ausencia de drenaje. La dificultad principal 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 de carga” más habituales, tanto en ensayos de laboratorio como en situaciones prácticas y sus condiciones 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 tensión cuando se impide el drenaje (y el cambio de volumen). Texto y figuras extraídos de González Vallejo, L. et al (2000) Luis Ortuño CARGA SIN DRENAJE SOBRE SUELO SATURADO. DISTRIBUCIÓN DE TENSIONES INICIALES Carga aplicada Tensiones Observaciones Compresión ó isótropa ∆σ1= ∆σ2= ∆σ3= ∆σ ∆u=∆σ→∆σ’=0 En general, ∆u=B∆σ Para suelo saturado, B=1 Compresión unidimensional o edométrica ∆u=∆σ ∆u ∆σ1→ ∆σ ∆σ’1=0 0 Compresión uniaxial ∆u=A·∆σ1 Compresión triaxial ∆u=∆σ3 +A·(∆σ ( 1-∆σ3 ) A> 0,5 en suelos blandos A< 0,5 en suelos rígidos En general ∆u=B·∆σ3 +A·(∆σ1-∆σ3 ) Para suelo saturado, B=1 Luis Ortuño LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS Conceptos básicos sobre el proceso natural de consolidación A continuación se describe de forma sencilla la historia geológica que podría presentar una arcilla a medida que se produce su sedimentación o erosión. En todos los casos se supondrá que el área es muy extensa, indefinida a efectos prácticos, lo que implica que las presiones verticales y horizontales son principales y que sólo se producen deformaciones verticales (no horizontales). La figura muestra la historia del elemento de suelo (A), sometido a cambios tensionales por 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 poros vertical, (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 que soporta en el momento de la observación: ESTÁ NORMALMENTE CONSOLIDADO (NC) La curva 1 1, 2 2, 3 3, 4 se llama “curva curva o línea de compresión noval (LCN)” o VCL (de ”virgin consolidation line”). Tomada de González Vallejo, L. et al (2000) Luis Ortuño LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS 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 MAYOR ES SU NIVEL INICIAL DE TENSIONES (o menor su índice de poros, o está más profundo y confinado, o es más denso…… que todo viene a ser lo mismo ) Tomada de González Vallejo, L. et al (2000) Luis Ortuño INCISO: Una observación de interés Expresión de la deformación volumétrica (δv) El cambio de volumen se puede expresar en función del índice de poros: V0 = 1 + e0 ; V f = 1 + e f δv = − V f − V0 V0 =− (1 + e f ) − (1 + e0 ) 1 + e0 = e0 − e f 1 + e0 ∆V e0 − e f = V0 1 + e0 Para el caso particular de condiciones “unidimensionales”, o de deformación lateral nula (carga p con el espesor p de suelo compresible) p ) sólo p puede haber deformación muyy extensa en comparación vertical, luego la deformación volumétrica ha ser igual a la vertical: ∆H ∆H · S 0 ∆V δε v = = = = δv V0 H0 H ·S 0 ∆H ∆V e0 − e f = = H0 V0 1 + e0 Luis Ortuño LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS Cambio de situación: Descarga (4, 3’,2’) Si se produce una descarga g ((erosión)) desde un estado ((4)) 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 elemento (tuvo la correspondiente al estado 4) y: SE DICE QUE EL SUELO ESTÁ SOBRECONSOLIDAD0 (SC ó OC) Tomada de González Vallejo, L. et al (2000) Luis Ortuño LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS PARAMETROS DE LA SOBRECONSOLIDACIÓN PRESIÓN DE SOBRECONSOLIDACIÓN También llamada presión de “preconsolidación” ((σ’P) . Es la tensión efectiva vertical máxima del elemento de suelo a lo largo de su historia geológica GRADO DE SOBRECONSOLIDACIÓN Es la relación entre la presión de preconsolidación y la tensión efectiva vertical actual OCR = σ'P σ'v actual OCR: Overconsolidation Ratio Tomada de González Vallejo, L. et al (2000) Luis Ortuño LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS Ejemplos σ '1v OCR(1) = 1 = 1 σ 'v OCR( 2) = σ '2v =1 σ '2v OCR(3) = σ '3v =1 σ '3v σ '4v OCR( 4) = 4 = 1 σ 'v OCR(3' ) = σ'4v > 1; σ'3v' OCR(2' ) = σ'4v > OCR(3' ); σ'2v' σ'p = σ'4v σ'p = σ'4v Tomada de González Vallejo, L. et al (2000) Luis Ortuño LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS 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 suele l fformarse una costra t superior i d de d desecación ió ((situación it ió tí típica: i capa d dura arriba y debajo capa blanda) al descender el nivel freático y volver a elevarse elevarse, aunque el suelo no llegue a desecarse por efecto de la capilaridad. j descendente durante un p periodo de tiempo p suficientemente Por flujo prolongado Luis Ortuño LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS Cambio de situación: Recarga Si al llegar a 2’ 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 menos para descargas d previas i di discretas (4 - 2’). 2’) E 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 alcanza l lla presión ió d de preconsolidación lid ió y lla sobrepasa, b ell recorrido de tensiones se incorpora nuevamente a la VCL, y el suelo vuelve a estar normalmente consolidado. Tomada de González Vallejo, L. et al (2000) En estas circunstancias el suelo va perdiendo “la memoria” y “no recuerda” haber sido descargado y recargado. d E En 5 y en 6 ya se comporta t como sii no hubiera habido descargas intermedias (NC). Luis Ortuño Observación de interés Observación de interés: Si desde dos estados de partida partida, 2 y 2’ 2 con la misma presión efectiva inicial σ’22v 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 CONSOLIDADO ∆V ∆e = V0 1 + e0 Luis Ortuño 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 para la kN/m l arcilla ill γw=10 10 kN(m kN( 3 para ell agua). ) Solución: Luis Ortuño 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 piezométrico i ét i está tá d deprimido i id por llos continuos ti b bombeos b d de lla zona, y que ell agua sólo ól sube b 3my se estabiliza. Se pide: 1.- Dibujar las leyes de presiones verticales, totales y efectivas, en la capa de arcilla. Definir el régimen é i de d flflujo j y calcular l l ell gradiente. di t 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 lleyes d las de presiones i anteriores, t i y establecer t bl ell grado d d de sobreconsolidación b lid ió d de lla arcilla. ill (Tomar γsat=21 kN/m3 para la arcilla γw=10 kN(m3 para el agua). Luis Ortuño LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS Una suerte: La representación en escala semilogarítmica Para 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 σ' ⎧c e0 − e f = ⎨ c · log vf σ 'v 0 ⎩ cs σ '3 Suelo NC e2 − e3 = cc log v σ '2v Donde cc se conoce como índice de compresión Suelo OC σ '3v' e2 ' − e3' = cs logg 2 ' σ 'v Donde cs se conoce como índice de entumecimiento Tomada de González Vallejo, L. et al (2000) Tomada de González Vallejo, L. et al (2000) Luis Ortuño LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS Una suerte: La representación en escala semilogarítmica Ejemplos de arcillas “naturales” La figura muestra puntos (e, log σ’v) ’ ) obtenidos de muchas muestras de un buen número de arcillas naturales. NOTA: Los índices de poros se determinaron en laboratorio, y las presiones efectivas verticales a partir de la profundidad de las muestras 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 muy bajas, b j quizás i á por alteraciones lt i en lla muestra) t ) 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) Luis Ortuño LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS Estimación empírica de cc (G&C I, pág 177177-180) 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: cc = 0,007( wl − 10) Skempton. Arcillas NC (tixotropía normal) cc = 0,009( wl − 10) Suelos españoles NC o ligeramente SC (ver “nubes de puntos” y líneas de regresión en páginas 178 y 180 del G&C I)) cc = 0,0097( wl − 16,4) cc = 0,99 w1,315 En cuanto a cs, suele oscilar entre ¼ y 1/10 de cc (Para más detalles, acudir a G&C, I) Luis Ortuño LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS Estimación de cc en función de wL Tomada de G&C I Luis Ortuño LA HISTORIA DEL SUELO. SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS Estimación de cc en función de w Tomada de G&C I Luis Ortuño 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 kPa. kPa Luis Ortuño SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS. DETALLES VARIOS 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 Ensayo real (tomado de Burland, J.B. (1987) Tomada de González Vallejo, L. et al (2000) Luis Ortuño SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS Y SUELOS SOBRECONSOLIDADOS. DETALLES VARIOS Ojo!!!. Suponer elasticidad en la rama de descarga y recarga sólo es razonable en todo caso con ciclos de descarga-recarga pequeños. SI NO Tomada de Burland, J.B. (1987) Luis Ortuño EL ASIENTO DE LOS SUELOS. INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN. Cuando se aplica una carga sobre el suelo se produce un asiento que, con generalidad, está compuesto por tres términos: Stotal Si+S Sc+S Ss t t l=S •S Si =Asiento A i t instantáneo. i t tá En E un suelo l saturado t d sería í una deformación d f ió (di (distorsión) t ió ) sin i cambio de volumen, ya que no ha dado tiempo a drenar. •Sc= Asiento de consolidación , correspondiente al proceso de disipación de los excesos de presión intersticial generados por la carga (tan lento como corresponda) •Ss= Asiento de “fluencia” fluencia , llamado de “consolidación consolidación secundaria” secundaria , que puede seguir produciéndose (especialmente en algunos suelos) tras (y durante) la consolidación, a tensión efectiva constante. Luis Ortuño 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!! Basílica de Guadalupe Calle 5 de Mayo 1982 y 2007 Luis Ortuño Algunos ejemplos “especiales” El Convento de las Capuchinas y los pilotes de control (Manuel González Florez), o cómo levantar un edificio 3,50 m Tomadas de pág web de PICOSA Luis KRONSA Ortuño Tomada de Nuñez Olías, J.: “Recalces”. 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 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” Claro que hay otros sitios que “…” (esto es Figure 10.12 Land subsidence in California Joe Poland, USGS scientist shows subsidence from 1925 and 1977 10 miles il southwest th t off Mendota, M d t CA. CA Sign Si reads "San Joaquin Valley California, BM S661, Subsidence 9M, 1925-1977" From USGS Professional Paper 1401A "Ground A, "G d water t in i th the C Central t lV Valley, ll California- A summary report" Photo by Dick Ireland, USGS, 1977 Tomada de internet Luis Ortuño 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 -Deltas de Barcelona, -Delta Delta Tordera, Tordera -Murcia, -México, →∆σ’→asiento) - Otros (con muy diversos grados de espectacularidad) Luis Ortuño BIBLIOGRAFÍA Burland, J.B.; Broms, B. & De Mello, V.F.B. 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