Las relaciones entre la presión vertical, el asentamiento y el tiempo, se investigan en el laboratorio por medio de una prueba de compresión confinada, llamada también prueba edométrica o de consolidación edométrica. Durante la prueba, la muestra está completamente confinada por un anillo metálico (fig. 3.1). La carga se aplica a las caras superior e inferior del espécimen a través de dos piedras porosas, que permiten que el agua entre o salga de la arcilla. La deformación se mide por medio de un micrómetro de carátula.
La presión p se aplica por etapas. Después de cada incremento se mantiene la carga constante hasta que la deformación prácticamente cesa. Esto requiere usualmente varias horas, aún para un espécimen que tenga un espesor tan pequeño como de 19 mm, porque la deformación se produce solamente con la rapidez que permite el agua al salir de la arcilla. Cuando la rapidez de la deformación bajo una presión dada se ha reducido hasta ser muy pequeña, se aplica un nuevo incremento y el procedimiento se repite.
Figura 3.1 Aparato para la prueba de consolidación (Consolidómetro).
Los resultados se presentan gráficamente con una curva que relaciona la oquedad final correspondiente a cada incremento de presión con el valor de dicha presión. Es conveniente dibujar la presión a una escala logarítmica. El diagrama se conoce entonces como curva e-log p o curva de compresibilidad.
Como introducción a las características de las curvas e-log p para las arcillas de sedimentación natural, se considerarán primero los resultados de una prueba de consolidación en una muestra completamente remoldeada en el laboratorio con una humedad cercana al límite líquido. Cuando las relaciones de vacíos son elevadas, la curva es cóncava hacia abajo pero, como lo muestra el segmento km (fig. 3.2), pronto toma la forma de una línea casi recta. La porción casi recta de la curva se denomina línea de consolidación virgen o rama virgen. Si la carga se interrumpe a una presión Po’ correspondiente al punto m, y luego se hace disminuir en decrementos sucesivos, la muestra se expande, como lo indica la curva de descarga mm’. Si se reanuda el proceso de carga, la parte inicial de la curva de recomprensión queda ligeramente arriba de la curva de descarga. Luego, la curva de recomprensión se dobla hacia abajo en forma relativamente brusca, a una presión cercana a Po’, pasa debajo del punto m y se aproxima a la prolongación de la rama virgen. Si a una presiono se descarga y carga nuevamente la muestra, se obtiene otra curva de rebote (nn’) y otra curva de recompresión; las pendientes de estas curvas son aproximadamente iguales a las determinadas anteriormente. Si la presión se aumenta más allá de Po” la curva e-log p de nuevo se dobla bruscamente hacia abajo aproximándose a la rama virgen. Al aumentar más la presión, la curva virgen tiende a convarse ligeramente hacia arriba.
Figura 3.2 Curva típica e-log p para arcilla remoldeada cerca del limite liquido.
Cuando la muestra está en el estado representado por m’ se dice que esta reconsolidada o sobreconsolidada, porque previamente ha sido consolidada bajo una presión Po’ mayor que la presión Ps, bajo la cual está ahora en equilibrio. El valor Po’ se conoce como carga o presión de preconsolidación. El grado de preconsolidación se mide por la relación po’/ps, conocida como relación de preconsolidación. Es evidente que el quiebre en la curva m n esta íntimamente relacionado a la magnitud de la presión de preconsolidación.
Se ha ideado un procedimiento gráfico útil (A. Casa- grande, 1936) para estimar el valor de Po’ si solamente se dispone de la curva m’n. Este procedimiento se ilustra en la fig. 3.3.
Para seguir este procedimiento, se elige a ojo el punto c de curvatura máxima de la curva e-Iog p. De c, se traza una tangente a la curva y asimismo, una línea horizontal. Se bisecta luego el ángulo entre estas dos líneas. El punto de intersección de esta bisectriz con la prolongación hacia arriba de una tangente a la parte recta de la curva se representa por d. La abscisa de d corresponde a la presión Po’.
Las presiones Po’ y Ps son esfuerzos efectivos, ya que las relaciones respectivas de vacíos se determinan después de que la muestra ha quedado en equilibrio y el agua ya no tiende a ser expulsada o absorbida. Sin embargo, para simplificar, las barras que indican esfuerzos efectivos, O’ y 8, se omiten, a menos que su omisión produzca confusión.
Figura 3.3. Construcción grafica para la determinación de la presión de preconsolidación po’ de la curva e-log p (según Casagrande. 1936).
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