Conceptos Fundamentales de Esfuerzos y Deformación en Suelos

Estado de Esfuerzos Geo-estático

Se refiere a un sistema de esfuerzos muy sencillo que se presenta bajo las siguientes condiciones:

• Superficie del terreno horizontal.
• Naturaleza del suelo varía poco en la dirección horizontal.

Estado de Esfuerzos en Masas de Suelos

Comprende los diferentes tipos de esfuerzos que actúan en el suelo:

• Esfuerzos totales.
• Esfuerzos efectivos.
• Esfuerzos neutros (o presión de poros).
• Esfuerzos debidos al propio peso del suelo.
• Esfuerzos inducidos por cargas externas.

Esfuerzos Totales, Efectivos y Neutros

Las presiones que actúan en suelos saturados son:

1. Presiones que se transmiten grano a grano (presiones intergranulares o presiones efectivas).
2. Presiones que ocupan los vacíos del suelo (presiones neutras o de poros).

Consolidación

Es el asentamiento que experimentan algunos suelos, producto del escape del agua contenido en sus vacíos, debido a la aplicación de sobrecargas.

Hipótesis Fundamentales de la Teoría de Consolidación

1. Se supone que el suelo es: homogéneo, cohesivo y saturado.
2. La compresión del suelo in situ es unidimensional.
3. La variación de volumen tiene su origen en la relajación del exceso de presión de poros.
4. El flujo de agua es unidimensional.
5. El Coeficiente de Consolidación (Cv) y el Coeficiente de Permeabilidad (k) permanecen constantes a lo largo del proceso.

Deformación Plástica

Es una reducción en la relación de vacíos bajo un incremento de presión (o carga). Existe deformación plástica en suelos granulares y deformación plástica en suelos finos.

Deformación Plástica en Suelos Granulares (Grano Grueso)

Condiciones en que se presenta:

1. Suelo seco.
2. Suelo parcialmente saturado.
3. Suelo completamente saturado.
4. Carga aplicada al suelo.

En estos suelos, la deformación es prácticamente instantánea.

Deformación Plástica en Suelos Finos

Condiciones en que se presenta:

1. Grano fino saturado parcial o totalmente.

El tiempo para lograr la deformación plástica y la reducción de vacíos es mucho mayor y dependerá de:

1. Grado de saturación.
2. El coeficiente de permeabilidad del suelo.
3. Las propiedades del fluido de los poros.
4. La longitud de la trayectoria que debe recorrer el fluido expulsado de la muestra para encontrar el equilibrio.

Relación entre Consolidación y Deformación Plástica

Se define consolidación como la deformación plástica debida a la reducción en la relación de vacíos (generalmente llamada asentamiento), la cual es función del tiempo.

La diferencia fundamental entre compresión (deformación instantánea o independiente del tiempo) y asentamiento por consolidación es que la consolidación depende del tiempo.

Tipos de Arcillas según su Historial de Cargas

Arcilla Normalmente Consolidada

Es aquella que nunca ha estado sometida a una fatiga de consolidación mayor a la existente en el momento actual.

Arcilla Pre-consolidada (P.C.)

Es aquella que, en el pasado, ha estado sometida a una fatiga de consolidación mayor a la actual.

Conceptos Clave de Consolidación

Fatiga Máxima de Consolidación

Es la fatiga máxima de consolidación que ha actuado alguna vez sobre el suelo.

Razón de Pre-consolidación (OCR)

Es el cociente entre el esfuerzo vertical efectivo máximo de consolidación (σ'_vmáx) que ha sufrido el suelo en el pasado y la fatiga vertical efectiva de consolidación actual (σ'_v). Típicamente varía entre 1.5 y 2.0 para arcillas ligeramente preconsolidadas, pudiendo ser mucho mayor.