Presión de preconsolidación

La presión de preconsolidación es la tensión vertical máxima efectiva de sobrecarga que una muestra de suelo determinada ha soportado en el pasado. ^{[ 1 ]} Esta magnitud es importante en ingeniería geotécnica , particularmente para determinar el asentamiento esperado de cimentaciones y terraplenes. Otros nombres para la presión de preconsolidación son tensión de preconsolidación , tensión de precompresión , tensión de precompactación y tensión de precarga . ^{[ 2 ]} Un suelo se denomina sobreconsolidado si la tensión efectiva actual que actúa sobre él 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 irreversible. Este tipo de cambio de volumen es importante para comprender el comportamiento de la retracción, la formación de grietas y estructuras, y la resistencia a los esfuerzos cortantes. ^{[ 3 ]} Los esfuerzos previos y otros cambios en la historia de un suelo se conservan dentro de la estructura del suelo. ^{[ 4 ]} Si un suelo se carga más allá de este punto, el suelo no puede soportar la carga aumentada y la estructura se romperá. ^{[ 4 ]} Esta ruptura puede causar una serie de cosas diferentes dependiendo del tipo de suelo y su historia geológica.

La presión de preconsolidación 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 velocidad de deformación constante (CRS) o la prueba de carga incremental (IL). Estas pruebas pueden ser costosas debido al equipo caro y al largo período de tiempo que requieren. Cada muestra debe estar inalterada y solo puede someterse a una prueba con resultados satisfactorios. ^{[ 5 ]} Es importante ejecutar estas pruebas con precisión para asegurar un gráfico resultante exacto. Hay varios métodos para determinar la presión de preconsolidación a partir de datos de laboratorio. Los datos generalmente se organizan en un gráfico semilogarítmico de la tensión efectiva (frecuentemente representada como σ' vc ) frente a la relación de vacíos . Este gráfico se conoce comúnmente como curva e log p o curva de consolidación .

Métodos

La presión de preconsolidación se puede estimar de varias maneras, pero no se puede medir directamente. Es útil conocer el rango de valores esperados según el tipo de suelo analizado. Por ejemplo, en muestras con un contenido de humedad natural en el límite 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 sin perturbar y la resistencia al corte no drenada totalmente remoldeada). ^{[ 5 ]} Para una humedad natural en el límite plástico (índice de liquidez igual a cero), la preconsolidación varía entre aproximadamente 12 y 25 tsf. ^{[ 5 ]}

Consulte los límites de Atterberg para obtener información sobre propiedades del suelo como el índice de liquidez y el límite líquido.

El método gráfico de Arthur Casagrande

Utilizando una curva de consolidación: ( Casagrande 1936) ^{[ 6 ]}

Elija a simple vista 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 hallado 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 (alta tensión efectiva, baja relación de vacíos: casi vertical a la derecha del gráfico) hasta la línea bisectriz en la parte 4.

El punto donde se cruzan las líneas de la parte 4 y la parte 5 es la presión de preconsolidación. ^{[ 7 ]}

Gregory et al. ^{[ 8 ]} propusieron un método analítico para calcular la tensión de preconsolidación que evita las interpretaciones subjetivas de la ubicación del punto de máxima curvatura (es decir, el radio mínimo de curvatura). Tomás et al. ^{[ 9 ]} utilizaron este método para calcular la presión de preconsolidación de 139 muestras de suelo inalteradas y generar mapas de presión de preconsolidación de la Vega Baja del Segura (España).

Estimación de la presión de preconsolidación "más probable"

Utilizando una curva de consolidación, se traza una intersección entre 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 de preconsolidación. ^{[ 4 ]} Puede utilizarse en cálculos que requieren menor precisión o si solo se necesita una estimación aproximada.

Consulte "Modelado del cambio de volumen y las propiedades mecánicas con modelos hidráulicos", de la Sociedad de Ciencias del Suelo de América (enlace en las referencias), para obtener un modelo matemático más complejo basado en el método de Casagrande, que combina principios de la mecánica de suelos y la hidráulica.

Perfilado de la relación de sobreconsolidación en arcillas mediante veleta de campo

La veleta de campo (FV) se ha utilizado tradicionalmente para obtener perfiles de resistencia al corte no drenada en arcillas blandas a medias. Después de unos 40 años de experiencia con los resultados de la FV, se ha sugerido que se apliquen factores de corrección empíricos a los datos de la FV para tener en cuenta los efectos de la tasa de deformación, la anisotropía y la perturbación en las resistencias al corte medidas. ^{[ 10 ]} Como uso adicional del dispositivo, la FV se puede calibrar en cada sitio para desarrollar perfiles de relación de sobreconsolidación (OCR) con la profundidad mediante $OCR=a_{FV}[{\frac {c_{uv}}{\sigma _{\mathrm {v0} }^{/}}}]$ , ^{[ 11 ]} donde $a_{FV}=22(PI)^{-0,48}$ (PI, %) .

Mecanismos que provocan la preconsolidación

Diversos factores pueden provocar que un suelo se aproxime a su presión de preconsolidación:

Un cambio en la tensión total debido a la eliminación de la sobrecarga puede provocar una presión de preconsolidación en el suelo. Por ejemplo, la eliminación de estructuras o la glaciación causarían un cambio en la tensión total que tendría este efecto.
Cambio en la presión del agua intersticial : Un cambio en la elevación del nivel freático , las presiones artesianas , el bombeo profundo o el flujo hacia túneles, y la desecación debido al secado superficial o la vida vegetal pueden llevar el suelo a su presión de preconsolidación. ^{[ 4 ]}^{[ 12 ]}^{[ 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 carga y la presión del agua intersticial . ^{[ 4 ]}^{[ 9 ]}
Cambios ambientales: Los cambios en el pH, la temperatura y la concentración de sales pueden hacer que un suelo se aproxime a su presión de preconsolidación. ^{[ 4 ]}^{[ 9 ]}
Meteorización química : Diferentes tipos de meteorización química provocan 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 de suelos . 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 edificios nuevos, puentes, carreteras grandes 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 cimentación que se agregará. Es importante conocer la presión de preconsolidación porque ayudará a determinar la cantidad de carga que es apropiada 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 la carga ^{[ 5 ]} condiciones que deben considerarse.

Véase también

Notas

Referencias

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↑ ${c_{uv}},{\sigma _{\mathrm {v0} }^{/}}$ en kN/m2
↑ Tomás, R.; Domenech, C.; Mira, A.; Cuenca, A.; Delgado, J. (2007-05-22). "Esfuerzo de preconsolidación en las áreas de Vega Baja y Media del río Segura (SE España): Causas y relación con los cambios del nivel piezométrico". Ingeniería Geológica . 91 ( 2– 4): 135– 151. doi : 10.1016/j.enggeo.2007.01.006 .

[Desai-1] 1 2 Solanki, CH; Desai, MD (2008). "Presión de preconsolidación a partir del índice del suelo y las propiedades de plasticidad". XII Conferencia Internacional de la Asociación Internacional de Métodos Computacionales y Avances en Geomecánica.–Goa, India.–2008 . CiteSeerX 10.1.1.383.7352 .

[Dawidowski-2] Dawidowski, JB; Koolen, AJ (1994). "Determinación computarizada de la tensión de preconsolidación en ensayos de compactación de muestras de núcleos de campo". Soil and Tillage Research . 31 (2): 277– 282. doi : 10.1016/0167-1987(94)90086-8 .

[Journal-3] Baumgartl, Th., y B. Köck. "Modelado del cambio de volumen y las propiedades mecánicas con modelos hidráulicos."

[Holtz-4] 1 2 3 4 5 6 7 Holtz, Robert D. Kovacs, William D. "Introducción a la ingeniería geotécnica".

[Soil-5] 1 2 3 4 UFC. "Mecánica de suelos". Manual de reparación y mantenimiento.

[Casagrande-6] Casagrande, Arthur (1936). «La determinación de la carga de preconsolidación y su significado práctico». Actas de la conferencia internacional sobre mecánica de suelos e ingeniería de cimentaciones . Vol. 3. Universidad de Harvard, Cambridge. págs. 60-64 .

[Mesri-7] Mesri, G. Peck, R B. Terzaghi , K. "Mecánica de suelos en la práctica de la ingeniería". John Wiley & Sons, Inc. (1996). Nueva York. (pág. 195).

[8] Gregory, AS; Whalley, WR; Watts, CW; Bird, NRA; Hallett, PD; Whitmore, AP (2006-08-01). "Cálculo del índice de compresión y la tensión de precompresión a partir de datos de ensayos de compresión de suelos". Soil and Tillage Research . 89 (1): 45– 57. doi : 10.1016/j.still.2005.06.012 .

[:0-9] 1 2 3 4 5 Tomás, R.; Domenech, C.; Mira, A.; Cuenca, A.; Delgado, J. (2007-05-22). "Esfuerzo de preconsolidación en las áreas de Vega Baja y Media del río Segura (SE España): Causas y relación con los cambios del nivel piezométrico". Ingeniería Geológica . 91 ( 2– 4): 135– 151. doi : 10.1016/j.enggeo.2007.01.006 .

[10] Paul W. MayneJames K. Mitchell (1987). "Autoría Web 2.0: Perfilado de la relación de sobreconsolidación en arcillas mediante veleta de campo". Revista Geotécnica Canadiense . 25 (1): 150– 157. doi : 10.1139/t88-015 .

[11] ${c_{uv}},{\sigma _{\mathrm {v0} }^{/}}$ en kN/m2

[12] Tomás, R.; Domenech, C.; Mira, A.; Cuenca, A.; Delgado, J. (2007-05-22). "Esfuerzo de preconsolidación en las áreas de Vega Baja y Media del río Segura (SE España): Causas y relación con los cambios del nivel piezométrico". Ingeniería Geológica . 91 ( 2– 4): 135– 151. doi : 10.1016/j.enggeo.2007.01.006 .

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