Aguas residuales

Consolidación

Capítulo 9

CAPÍTULO 9 CONSOLIDACIÓN DE SUELOS
9.1 Principio de esfuerzo efectivo Perpendicular a un plano cualquiera (oblicuo o no), que pase por el elemento A del terreno, existe un esfuerzo total σ y una presión intersticial o de poros, U, a una profundidad Z. Ahora, el esfuerzo efectivo σ’ se define como el valor de la diferencia entre el esfuerzo total σ y la presión deporos (p.p.) U.

Figura 9.1 Esfuerzos en un punto del suelo.

σ ' = σ −U

(9.1)

En la masa de suelo existen esfuerzos dentro del esqueleto mineral σ’, que actúan interpartícula, y existen esfuerzos U dentro del fluido intersticial que ocupa los poros. La suma de ambos es igual al esfuerzo total σ. En las caras del elemento A, de área a2 , las partículas de suelo ejercen fuerzas endirección normal y tangencial, N y T, como se mu estra en la figura. Los esfuerzos serán, en ambas caras:

Figura 9.2 Esfuerzos interpartícula

σV =

NV N T T ; σ h = 2h ; τ V = V ; τ h = h a2 a a2 a2

(9.2)

Si se carga súbitamente el terreno, toda la masa de suelo se afecta. El agua recibirá las nuevas fuerzas, empezará a fluir, los esfuerzos pasarán, poco a poco, al esqueleto mineral, y cuandodrene el suelo, habrá disminuido U y aumentado σ’.

Figura 9.3 Esfuerzos N y T interpartícula

9.2 Analogía del pistón con orificio estrecho El esqueleto mineral se puede asociar con un resorte o muelle que se comprime por las cargas impuestas al terreno. Conforme al agua sale por el estrecho orificio del pistón, el muelle se deforma; los esfuerzos, antes soportados por el agua, los soportaahora el muelle: Si P = M + W también σ = σ’ + U, donde: σ = Presión total o esfuerzo total. σ’ = Presión intergranular o esfuerzo efectivo. U = Presión de poros o esfuerzo neutro (p.p.) 80

Figura 9.4 Analogía del pistón

Consolidación

Capítulo 9

VARIACIONES EN σ’ POR FLUJO

Aumenta U en ∆U Disminuye σ’ en ∆U

∆U = +γ W h σ = γ SAT * L + γ W * d
Con flujo ascendente (A) CE CP CT -dd 0 -d - L L + d + h h PA – Pa = +h ESFUERZOS en A

U = γ W (L + d ) σ ' = γ '*L σ ' = (γ SAT − γ W )L σ = γ SAT * L + γ W d
Sin flujo (B) CE CP -d d -d - L d+L PB – Pb = 0 ESFUERZOS en B

Disminuye U en ∆U Aumenta σ’ en ∆U

∆U = −γ W h σ = γ SAT L + γ W d
Con flujo descendente (C) CE CP CT -d h h -d -d - L L -d PC –Pc = -h ESFUERZOS en C

PTO A A

PTO B B

CT 0 0

PTO c C

U A= (d + L + h)γ W σ'= γ 'L −γWh
∆ ESFUERZOS en 1

U B = (d + L )γ W σ'= γ 'L
∆ ESFUERZOS en 2

U C = (d + L − h )γ W σ'= γ 'L +γW h
∆ ESFUERZOS en 3

+ ∆U = −∆σ ' = −i * Z * γ W

∆U = ∆σ '= 0

− ∆U = +∆σ ' = +i * Z * γ W

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Consolidación

Capítulo 9

9.3 Presión de percolación. (Pc). Es la presión generada por el flujo al interior del suelo. Su valor es, en flujo vertical,Pc = i * Z * γW . Vectorialmente, la fuerza de infiltración es las líneas de corriente. 9.4 Deformaciones en el suelo (σ = esfuerzo; ε = deformación) Un suelo puede presentar deformaciones permanentes o no, a causa de las cargas que soporta. deformaciones pueden ser: Las

J = iγ W , donde i es el gradiente hidráulico, y su dirección, la de

Elástica

Plástica

Elasto plástica

Plastoelasto plástica

9.4.1 Deformación elástica: El suelo puede recobrar forma y dimensiones originales, cuando cesa la fuerza de deformación. 9.4.2 Deformación plástica: Se da corrimiento de la masa del suelo pero la relación de vacíos permanece más o menos constante. Al retirar las cargas el suelo queda deformado, pero su volumen casi se mantiene. 9.4.3 Deformación compresiva: En este caso, existeReducción de volumen en el suelo sometido a carga, y la deformación se conserva después de esa acción. Esta deformación puede ser por CONSOLIDACIÓN o por COMPACTACIÓN. a) Consolidación: Es la reducción gradual de volumen del suelo por compresión debido a cargas estáticas. También puede darse por pérdida de aire o agua, o por un reajuste de la fábrica textural. b) Compactación: Es la densificación...