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Hundimiento de una placa de carga
La placa de carga es un ensayo que nos permite comprobar el grado de compactación del material. En ocasiones, se han realizado placas de carga en una zona inundada con agua para estudiar el posible colapso del material.
A continuación comparto un caso real que nos va a confirmar cómo las presiones intersticiales producen una disminución de la resistencia.
Durante la carga inicial de un ensayo de placa de carga se evidenciaron síntomas de rotura del terreno: aparecieron grietas cuando se cargó la placa a unas 24 t/m2 y se registró un elevado asiento cuando se alcanzó una carga de unas 35 t/m2. Este ensayo se había realizado con material colocado del lado húmedo.
Sin embargo, anteriormente se había realizado la placa de carga del lado seco sobre el mismo terreno y éste no había colapsado para esas cargas. De hecho, se consiguió cargar la placa hasta 50 t/m2. Esto significaría que la carga de hundimiento debería ser superior a 50 t/m2. De hecho el cálculo teórico mediante la expresión de Brinch Hansen conduciría a un valor de la carga de hundimiento de 120 t/m2.
Ante esta situación cabe preguntarse: ¿por qué se produjo el inicio de la rotura para cargas del orden de 25-35 t/m2 en el ensayo que se hizo del lado húmedo y no ocurrió esto en el ensayo que se hizo seco?
La respuesta a esta pregunta hay que buscarla precisamente en las condiciones de humedad del terraplén. Las determinaciones de humedad que se realizaron in situ antes de la ejecución de la placa de carga mostraron una humedad media del material del orden del 15%. Esto significa que, asumiendo un peso específico del material de 2 t/m3, un volumen de 1m3 de material contiene 2000 kg de terreno y 0.15 · 2000 = 300 litros de agua.
Se trata de un volumen de agua importante. De hecho, para un peso específico de las partículas de valor G = 2.72 t/m3, y para un valor de la densidad seca de γd = 1.85 t/m3, una humedad de valor W = 15% implica un grado de saturación próximo al 90%.
Para humedades de saturación de este orden, lo que ocurre es que al cargar un terreno, el agua que existe en él también se comprime junto con el propio material del terreno, es decir, que se generan presiones intersticiales. Estas presiones intersticiales originan una reducción en la cohesión del terreno, del tal forma que la cohesión de cálculo con la que habría que entrar en la fórmula de Brinch Hansen para considerar la generación de presiones intersticiales sería:
c cálculo =c terreno – u tan Φ
siendo u la presión intersticial que se genera durante el proceso de carga y Φ el ángulo de rozamiento interno del material.
De esta forma, con que se generasen presiones intersticiales de valor medio u = 1.5 t/m2 (situación bastante probable), la cohesión quedaría reducida aproximadamente a la mitad (se pasaría de c = 2t/m2 a c = 1t/m2). Esto explicaría por qué para una carga aplicada de valor inferior a la carga de hundimiento comienzan a aparecer grietas en el terreno y deformaciones elevadas.
Con este caso real sencillo he querido reflejar una vez más la importancia de las presiones intersticiales en el comportamiento del terreno.
Consolidación secundaria
Estos días estamos viendo en las clases de mecánica del suelo el fenómeno de la consolidación. Para completar lo visto en clase resumo qué se entiende por consolidación secundaria y algunos datos que nos pueden permitir saber si se produce o no este fenómeno.
La consolidación secundaria un asiento adicional debido al reajuste del esqueleto mineral y luego de que la carga está casi toda soportada por el esqueleto del suelo y no por el agua. Aunque en realidad durante este proceso existen pequeñas sobrepresiones intersticiales. Sin embargo, la velocidad del flujo es muy pequeña de manera que las sobrepresiones se pueden considerar inapreciables. Es un fenómeno análogo al de fluencia que presentan materiales sobreconsolidados en el estado plástico.
A continuación comento algunos factores que influyen en la existencia o no de consolidación secundaria:
- Cuanto más tiempo esté aplicada la carga después de la consolidación primaria, mayor será la compacidad obtenida en el terreno.
- La consolidación secundaria es muy importante cuando el incremento de presión aplicada sobre el suelo es pequeñas
- La consolidación secundaria es menos importante si el suelo está sobreconsolidado.
- La consolidación secundaria es más importante cuando son muestras de pequeño espesor. Si se pudiera ensayar una muestra muy delgada la consolidación primaria sería muy corta (se disiparían rápidamente el exceso de presiones intersticiales).
- La consolidación secundaria aumenta al incrementarse el coeficiente de permeabilidad de un suelo ya que el fenómeno de la consolidación primaria se concluiría en menos tiempo.
- La consolidación secundaria es muy importante en suelos con materia orgánica y, especialmente, en la turba.
- También se ha comprobado que el fenómeno es más significativo en aquellos suelos que son muy plásticos.
