CARGA DE PRECONSOLIDACION Todo suelo tiene una historia geológica de esfuerzos que puede investigarse en las curvas del ensayo de consolidación. En la figura 9.12.A se tiene un set que muestra comportamientos diferentes entre suelos remoldeados (IV) e inalterados (II); la figura 9.12.B permite diferenciar, en un ciclo CARGA – DESCARGA, el tramo de recompresión y el tramo virgen de la curva e – (log), que se corresponden con dos situaciones así: Presiones ya soportadas por el suelo y nunca antes sobrellevadas por él, de conformidad con lo discutido en el ejercicio 9.2 (comentarios a la curva). Arturo Casagrande desarrolló el método para conocer la PRESIÓN DE PRECONSOLIDACIÓN
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Ubicar punto 1, punto de máxima curvatura Trazar la recta 2, tangente por el punto 1 Trazar la recta 3, horizontal por el punto 1 Trazar la bisectriz de la recta tangente 2 y la horizontal 3 Prolongar recta de la curva virgen o curva normalmente consolidada La intersección de las rectas 4 y 5 determina en abscisas el valor de σ pc’
FIGURA 1. CURVA DE CONSOLIDACION (Fin de Consolidación Primaria) Determinación Gráfica de la Presión de Preconsolidación, σ pc ’
a) ARCILLA PRECONSOLIDADA: Es aquella que recibe hoy cargas menores de las que en su historia geológica ha tenido. Esta arcilla es más dura.
b) ARCILLA NORMALMENTE CONSOLIDADA: Es aquella que nunca en su historia geológica ha soportado las cargas actuales. Esta es más compresible.
Si RS > 1, estaremos con cargas superiores a la presión de preconsolidación P0 y el suelo se comporta como blando (situación 2). Obsérvese que para un incremento de esfuerzo P = P1 = P2, la deformación del suelo e1 es menor que la deformación e2.
Consolidacion primaria de un estrato arcilloso y determinacion de los coeficientes de compresibilidad, variacion volumetrica unitaria, consolidacion, permeabilidad y factor tiempo, necesarios para el analisis de asentamientos
CONSOLIDACION PRIMARIA De acuerdo a los resultados del ensayo, se obtiene la curva de consolidación, (ver figura 1). Esta curva representa el fin de la transferencia de cargas desde los excesos de presión neutra a la estructura de suelo, o en otras palabras, el fin del proceso de consolidación
primaria. A partir de esta curva – siempre que ella sea representativa del estrato de suelo, por lo que suele ser el resultado de varios ensayos de consolidación sobre diferentes muestras inalteradas del mismo estrato -se puede calcular el asentamiento final de un estrato de arcilla saturada normalmente consolidada sometida a un incremento de carga Δq . El asentamiento está dado por:
S
' ' Log vo 1 eo 'vo
H C
Donde: S: asentamiento del estrato de suelo (arcilla o suelo fino saturado) H: espesor del estrato de suelo eo: índice de vacíos inicial σ’vo : tensión vertical efectiva inicial (antes de la aplicación de sobrecarga) ': incremento de tensión efectiva (o sobrecarga), la cual producirá la consolidación C = Cc índice de compresibilidad que es la inclinación de la recta virgen de la curva de consolidación en escala semi-logarítmica Para el caso de un estrato de arcilla preconsolidada, existirán dos casos posibles: (a) El primero corresponde a un incremento de carga tal, que sumado a la tensión vertical efectiva existente (a la profundidad que se obtuvo la muestra) no supera la presión de preconsolidación (calculada gráficamente como se indica en Figura 1). En este caso se utiliza la misma fórmula anterior, pero con el valor de C = Cr (índice de recompresión) (b) El segundo caso se refiere a un incremento de carga que sumado a la tensión vertical efectiva existente (a la profundidad de la muestra), supera la presión de preconsolidación. En este caso la fórmula contendrá dos términos, uno que corresponde a la deformación según la curva de recompresión y el otro a la deformación según la curva virgen. La consolidación secundaria tiene lugar después de la consolidación primaria a consecuencia de procesos más complejos que el simple flujo de agua como pueden ser la reptación, la viscosidad, la materia orgánica, la fluencia o el agua unida mediante enlace químico algunas arcillas. En arenas el asiento secundario es imperceptible pero puede llegar a ser muy importante para otros materiales como la turba. La consolidación secundaria se puede aproximar mediante la siguiente fórmula:
Donde:
H0 es la altura de consolidación media e0 es el índice inicial de vacíos Ca es el índice secundario de compresión
CONSOLIDACION SECUNDARIA Es a la que ya se le a estado haciendo referencia, es un fenómeno de flujo viscoso. El efecto se atribuye hoy, generalmente, al deslizamiento progresivo diferido en el tiempo, entre las partículas de material que se reacomodan, teniendo a estados mas compactos, para adaptarse a la nuevas condiciones de carga. Posiblemente puede contribuir también alguna clase de flujo plástico de las partículas laminares constitutivas de los suelos arcillosos. Cuando las deformaciones plásticas de las partículas aisladas o los deslizamientos relativos entre ellas se hacen comparables a la velocidad de expulsión del agua del volumen decreciente de los vacios entre las partículas, es cuando el efecto se hace notable y este se refleja en la curva de consolidación dando lugar al tramo final típico, sensiblemente recto en trazado semilogaritmico.
ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION SECUNDARIA Durante la consolidación primaria, suponemos que el exceso de presión instersticial o neutra generada por la carga aplicada, se disipa totalmente al alcanzar el 100 % 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 Consolidación Secundaria y se cree que los mismos se generan por un fenómeno de creep en los suelos.
