Curva de consolidación determinada experimentalmente (puntos azules) para una arcilla saturada que muestra un procedimiento para calcular el esfuerzo de preconsolidación.
La consolidación es el proceso en el que se produce una reducción de volumen mediante la expulsión o absorción gradual de agua bajo cargas estáticas a largo plazo.
Cuando se aplica estrés a un suelo, hace que las partículas del suelo se agrupen más firmemente. Cuando esto ocurre en un suelo saturado de agua, el agua se extrae del suelo. La magnitud de la consolidación se puede predecir por muchos métodos diferentes. En el método clásico desarrollado por Terzaghi, los suelos se prueban con un edómetro para determinar su compresibilidad. En la mayoría de las formulaciones teóricas, se asume una relación logarítmica entre el volumen de la muestra de suelo y el estrés efectivo transportado por las partículas de suelo. La constante de proporcionalidad (cambio en la relación de vacío por orden de magnitud de cambio en el esfuerzo efectivo) se conoce como índice de compresión, dado el símbolo λ {\displaystyle \lambda } cuando se calcula en logaritmo natural y C C {\displaystyle C_{C}} cuando se calcula en logaritmo base-10.
Esto se puede expresar en la siguiente ecuación, que se utiliza para estimar el cambio de volumen de una capa de suelo:
δ c = C c 1 + e 0 H registro de ( σ z f ‘σ z 0′ ) {\displaystyle \delta _{c}={\frac {C_{c}}{1+e_{0}}}H\log \left({\frac {\sigma _{zf}’}{\sigma _{z0}’}}\right)\ }
donde
δc es el asentamiento debido a la consolidación. Cc es el índice de compresión. e0 es la relación de vacío inicial. H es la altura del suelo compresible. σzf es la tensión vertical final. σz0 es la tensión vertical inicial.
Cuando se elimina el estrés de un suelo consolidado, el suelo se recuperará, recuperando parte del volumen que había perdido en el proceso de consolidación. Si se vuelve a aplicar el esfuerzo, el suelo se consolidará de nuevo a lo largo de una curva de recompresión, definida por el índice de recompresión. El gradiente de las líneas de hinchazón y recompresión en una gráfica de relación de vacío contra el logaritmo de esfuerzo efectivo a menudo idealizado para tomar el mismo valor, conocido como el «índice de hinchazón» (dado el símbolo κ {\displaystyle \kappa } cuando se calcula en logaritmo natural y C S {\displaystyle C_{S}} cuando se calcula en logaritmo base-10).
Cc puede sustituirse por Cr (índice de recompresión) para su uso en suelos sobreconsolidados donde el esfuerzo efectivo final es menor que el esfuerzo de preconsolidación. Cuando el esfuerzo efectivo final es mayor que el esfuerzo de preconsolidación, las dos ecuaciones deben usarse en combinación para modelar tanto la porción de recompresión como la porción de compresión virgen de los procesos de consolidación, de la siguiente manera,
donde σzc es el esfuerzo de preconsolidación del suelo.
Este método asume que la consolidación se produce en una sola dimensión. Los datos de laboratorio se utilizan para construir una gráfica de relación de deformación o vacío versus esfuerzo efectivo donde el eje de esfuerzo efectivo está en una escala logarítmica. La pendiente de la gráfica es el índice de compresión o índice de recompresión. La ecuación para el asentamiento de consolidación de un suelo normalmente consolidado puede determinarse entonces como:
El suelo al que se ha eliminado su carga se considera «sobreconsolidado». Este es el caso de los suelos que anteriormente tenían glaciares en ellos. El esfuerzo más alto al que ha sido sometido se denomina «esfuerzo de preconsolidación». El» cociente de sobre consolidación » (OCR) se define como el esfuerzo más alto experimentado dividido por el esfuerzo actual. Un suelo que actualmente está experimentando su mayor estrés se dice que está «normalmente consolidado» y tiene un OCR de uno. Un suelo podría considerarse «subconsolidado» o «no consolidado» inmediatamente después de aplicar una nueva carga, pero antes de que se haya disipado el exceso de presión de agua porosa. Ocasionalmente, los estratos del suelo que se forman por deposición natural en ríos y mares pueden existir en una densidad excepcionalmente baja que es imposible de lograr en un edómetro; este proceso se conoce como «consolidación intrínseca».