La presión de preconsolidación es la tensión de sobrecarga vertical máxima efectiva que una muestra de suelo en particular ha sufrido en el pasado. [1] Esta cantidad es importante en la ingeniería geotécnica , particularmente para encontrar el asentamiento esperado de cimientos y terraplenes. Los nombres alternativos para la presión de preconsolidación son estrés de preconsolidación , la tensión pre-compresión , tensión pre-compactación , y la tensión de precarga . [2] Un suelo se denomina sobreconsolidado si la tensión efectiva actual que actúa sobre el suelo es menor que el máximo histórico.
La presión de preconsolidación puede ayudar a determinar la mayor presión de sobrecarga que se puede ejercer sobre un suelo sin un cambio de volumen irrecuperable. Este tipo de cambio de volumen es importante para comprender el comportamiento de la contracción, la formación de grietas y estructuras y la resistencia a los esfuerzos cortantes. [3] Las tensiones anteriores y otros cambios en la historia de un suelo se conservan dentro de la estructura del suelo. [4] Si se carga un suelo más allá de este punto, el suelo no puede soportar el aumento de carga y la estructura se romperá. [4] Esta descomposición puede causar una serie de cosas diferentes según el tipo de suelo y su historia geológica.
La presión previa a la consolidación no se puede medir directamente, pero se puede estimar utilizando varias estrategias diferentes. Las muestras tomadas del campo se someten a una variedad de pruebas, como la prueba de tasa constante de deformación (CRS) o la prueba de carga incremental (IL). Estas pruebas pueden resultar costosas debido a los costosos equipos y al largo período de tiempo que requieren. Cada muestra debe estar intacta y solo se puede someter a una prueba con resultados satisfactorios. [5] Es importante ejecutar estas pruebas con precisión para garantizar un gráfico resultante preciso. Existen varios métodos para determinar la presión de preconsolidación a partir de datos de laboratorio. Los datos generalmente se organizan en una gráfica semilogarítmica de la tensión efectiva (frecuentemente representada como σ ' vc ) versus la relación de vacíos . Este gráfico se denomina comúnmente curva e log p o curva de consolidación .
Métodos
La presión de preconsolidación se puede estimar de varias formas diferentes, pero no se puede medir directamente. Es útil conocer el rango de valores esperados según el tipo de suelo que se analiza. Por ejemplo, en muestras con contenido de humedad natural en el límite de líquido (índice de liquidez de 1), la preconsolidación varía entre aproximadamente 0,1 y 0,8 tsf, dependiendo de la sensibilidad del suelo (definida como la relación entre la resistencia al corte no drenada máxima no perturbada y la resistencia al corte sin drenaje totalmente remoldeada). ). [5] Para la humedad natural en el límite plástico (índice de liquidez igual a cero), la preconsolidación varía de aproximadamente 12 a 25 tsf. [5]
Consulte los límites de Atterberg para obtener información sobre las propiedades del suelo, como el índice de liquidez y el límite de líquido.
El método gráfico de Arthur Casagrande
Usando una curva de consolidación :( Casagrande 1936) [6]
- Elija a ojo el punto de máxima curvatura en la curva de consolidación.
- Dibuja una línea horizontal desde este punto.
- Dibuja una línea tangente a la curva en el punto que se encuentra en la parte 1.
- Biseca el ángulo formado por la línea horizontal en la parte 2 y la línea tangente en la parte 3.
- Extienda la "porción recta" de la curva de compresión virgen (tensión efectiva alta, relación de vacíos baja: casi vertical a la derecha del gráfico) hasta la línea bisectriz en la parte 4.
El punto donde las líneas de la parte 4 y la parte 5 se cruzan es la presión de preconsolidación. [7]
Gregory y col. [8] propuso un método analítico para calcular la tensión previa a la consolidación que evita interpretaciones subjetivas de la ubicación del punto de curvatura máxima (es decir, radio de curvatura mínimo). Tomás et al. [9] utilizó este método para calcular la presión de preconsolidación de 139 muestras de suelo no perturbado para generar mapas de presión de preconsolidación de la Vega Baja del Segura (España).
Estimación de la presión previa a la consolidación "más probable"
Usando una curva de consolidación, cruce la porción horizontal de la curva de recompresión y una línea tangente a la curva de compresión. Este punto se encuentra dentro del rango de presiones probables previas a la consolidación. [4] Se puede utilizar en cálculos que requieran menos precisión o si todo lo que se requiere es una estimación aproximada.
Consulte "Modelado del cambio de volumen y propiedades mecánicas con modelos hidráulicos", de la Soil Science Society of America (enlace en las referencias) para obtener un modelo matemático más complejo basado en el método de Casagrande que combina principios de la mecánica del suelo y la hidráulica.
Mecanismos que provocan la preconsolidación
Varios factores diferentes pueden hacer que un suelo se acerque a su presión previa a la consolidación:
- El cambio en la tensión total debido a la remoción de la sobrecarga puede causar presión de preconsolidación en un suelo. Por ejemplo, la remoción de estructuras o la glaciación causaría un cambio en el estrés total que tendría este efecto.
- Cambio en la presión del agua de poro : Un cambio en la elevación del nivel freático , las presiones artesianas , el bombeo profundo o el flujo hacia los túneles y la desecación debido al secado de la superficie o la vida vegetal pueden llevar el suelo a su presión de preconsolidación. [4] [10] [9]
- Cambio en la estructura del suelo debido al envejecimiento ( compresión secundaria ): con el tiempo, el suelo se consolidará incluso después de que se hayan agotado las altas presiones de la carga y la presión del agua intersticial . [4] [9]
- Cambios ambientales: los cambios en el pH, la temperatura y la concentración de sal pueden hacer que un suelo se acerque a su presión de preconsolidación. [4] [9]
- Envejecimiento químico : diferentes tipos de desgaste químico causarán presión de preconsolidación. La precipitación, los agentes cementantes y el intercambio iónico son algunos ejemplos. [4] [9]
Usos
La presión de preconsolidación se utiliza en muchos cálculos de propiedades del suelo esenciales para el análisis estructural y la mecánica del suelo . Uno de los usos principales es predecir el asentamiento de una estructura después de la carga. [1] Esto es necesario para cualquier proyecto de construcción, como nuevos edificios, puentes, grandes carreteras y vías férreas. Todos estos requieren una evaluación del sitio antes de la construcción. La preparación de un sitio para la construcción requiere una compresión inicial del suelo para preparar la base que se agregará. Es importante conocer la presión previa a la consolidación porque ayudará a determinar la cantidad de carga adecuada para el sitio. También ayudará a determinar si la recompresión (después de la excavación), si las condiciones lo permiten, el suelo puede exhibir expansión volumétrica, recompresión, debido a la eliminación de las condiciones de carga [5] deben ser consideradas.
Ver también
Notas
Referencias
- ^ a b Solanki, CH; Desai, MD (2008). "Presión de preconsolidación del índice de suelo y propiedades de plasticidad". La 12ª Conferencia Internacional de la Asociación Internacional de Métodos Informáticos y Avances en Geomecánica. – Goa, India. – 2008 . CiteSeerX 10.1.1.383.7352 .
- ^ Dawidowski, JB; Koolen, AJ (1994). "Determinación computarizada de la tensión de preconsolidación en pruebas de compactación de muestras de testigos de campo". Investigación de suelos y labranza . 31 (2): 277–282. doi : 10.1016 / 0167-1987 (94) 90086-8 .
- ^ Baumgartl, Th. Y B. Köck. "Modelado de cambios de volumen y propiedades mecánicas con modelos hidráulicos".
- ^ a b c d e f g Holtz, Robert D. Kovacs, William D. "Introducción a la ingeniería geotécnica".
- ^ a b c d UFC. "Mecánica de suelos." Manual de reparación y mantenimiento.
- ^ Casagrande, Arthur (1936). "La determinación de la carga previa a la consolidación y su significado práctico". Actas de la conferencia internacional sobre mecánica de suelos e ingeniería de cimentaciones . 3 . Universidad de Harvard, Cambridge. págs. 60–64.
- ^ Mesri, G. Peck, R B. Terzaghi , K. "Mecánica del suelo en la práctica de la ingeniería". John Wiley & Sons, Inc. (1996). Nueva York. (pág. 195).
- ^ Gregory, AS; Whalley, WR; Watts, CW; Bird, NRA; Hallett, PD; Whitmore, AP (1 de agosto de 2006). "Cálculo del índice de compresión y tensión de precompresión a partir de los datos de la prueba de compresión del suelo". Investigación de suelos y labranza . 89 (1): 45–57. doi : 10.1016 / j.todavía.2005.06.012 .
- ^ a b c d e Tomás, R .; Domenech, C .; Mira, A .; Cuenca, A .; Delgado, J. (22 de mayo de 2007). "Estrés de preconsolidación en las zonas de Vega Baja y Media del río Segura (SE España): Causas y relación con cambios de nivel piezométrico". Geología de la ingeniería . 91 (2-4): 135-151. doi : 10.1016 / j.enggeo.2007.01.006 .
- ^ Tomás, R .; Domenech, C .; Mira, A .; Cuenca, A .; Delgado, J. (22 de mayo de 2007). "Estrés de preconsolidación en las zonas de Vega Baja y Media del río Segura (SE España): Causas y relación con cambios de nivel piezométrico". Geología de la ingeniería . 91 (2-4): 135-151. doi : 10.1016 / j.enggeo.2007.01.006 .