Mecánica de Suelos – Teoría de la Densificación Unidimensional de Terzaghi
Densificación
La densificación es un proceso lento y gradual de reducción del índice de vacíos de un suelo por expulsión del fluido intersticial y transferencia de la presión del fluido (agua) para el esqueleto solido, debido a las cargas aplicadas o al peso propio de las capas suprayacentes.
Compactación: proceso manual o mecánico de reducción del índice de vacios por expulsión del aire.
Hipótesis simplificadoras admitidas por Terzaghi
El desarrollo de la teoría de la densificación se basa en las siguientes hipótesis:
- El suelo es homogéneo y completamente saturado
- El agua y los granos son incompresibles
- El flujo obedece a la Ley de Darcy y se procesa en la dirección vertical
- El coeficiente de permeabilidad se mantiene constante durante el proceso
- El índice de vacíos varía linealmente con el aumento de la tensión efectiva durante el proceso de densificación.
- La compresión es unidireccional y vertical y se debe a la salida del agua de los espacios vacíos.
- Las propiedades del suelo no varían durante la densificación
Grado de Densificación (U)
Es la relación entre la deformación (ε) observada en un elemento en una cierta posición o profundidad z, en un determinado instante de tiempo t y la deformación de este elemento cuando todo el proceso de densificación hubiese ocurrido (εf) o sea:
La deformación instantánea del elemento puede ser expresada a través de la relación entre la variación de su altura (ΔH) y su altura inicial (H).
La deformación final del elemento debida al aumento de tensión puede ser expresada por la ecuación que sigue:
En un instante t cualquiera también, el índice de vacíos será “e” y la deformación correspondiente ocurrida hasta aquel instante será:
Substituyéndose (4) y (3) en (1) obtenemos que:
- Variación Lineal del Índice de Vacíos con la Tensión Efectiva
Un elemento del suelo que está sometido a tensión vertical efectiva σ1´, con su índice de vacíos e1, al ser sometido a un aumento de tensión Δσ, surge instantáneamente una presión neutra de igual valor (ui) y no hay variación en el índice de vacíos.
Progresivamente la presión neutra se va disipando hasta que todo el aumento de presión aplicado sea soportado por al estructura sólida del suelo (σ2´= σ1´+ Δσ) y el índice de vacíos se reduce a e2.
Por semejanza de los triángulos ABC y ADE se tiene que:
De la ecuación (6) se concluye que el grado de densificación es equivalente al grado de aumento de tensión efectiva.
- Porcentual de Densificación en función de la poropresión
Tenemos por tanto cuatro expresiones disponibles para el cálculo del grado de densificación de los suelos.
- Coeficiente de Compresibilidad
Considerando lineal el comportamiento de la curva índices de vacío x tensión vertical efectiva, se puede definir la inclinación de la recta correspondiente como un coeficiente que da las indicaciones de la compresibilidad del suelo. Este coeficiente se denomina coeficiente de compresibilidad vertical av, definido conforme la siguiente ecuación:
Como en cada variación de tensión efectiva se corresponde una variación de presión neutra, del mismo valor pero en sentido contrario, podemos decir que:
