El principio de Terzaghi establece que cuando se aplica tensión a un material poroso, la presión del fluido que llena los poros del material se opone a ella. [1]
Karl von Terzaghi introdujo la idea en una serie de artículos en la década de 1920 basados en su examen de la consolidación de edificios sobre el suelo. [2] [3] El principio establece que todos los cambios cuantificables en la tensión en un medio poroso son un resultado directo de un cambio en la tensión efectiva. La tensión efectiva, , está relacionada con la tensión total, , y la presión de poro, , por
donde es la matriz identidad . El signo negativo está ahí porque la presión de poro sirve para disminuir la tensión que cambia el volumen; físicamente esto se debe a que hay fluido en los poros que soporta una parte de la tensión total, por lo que descarga parcialmente la matriz sólida de las tensiones normales.
El principio de Terzaghi se aplica bien a materiales porosos cuyos constituyentes sólidos son incompresibles: el suelo, por ejemplo, está compuesto de granos de sílice incompresible, de modo que el cambio de volumen en el suelo durante la consolidación se debe únicamente a la reorganización de estos constituyentes entre sí. Maurice Anthony Biot generalizó el principio de Terzaghi para incluir constituyentes sólidos compresibles en la década de 1940, dando origen a la teoría de la poroelasticidad y la poromecánica . [4]
Aunque es probable que las primeras 5 suposiciones se cumplan, o la desviación no tendrá un efecto discernible, los resultados experimentales contradicen las 3 finales. La Ley de Darcy no parece cumplirse en gradientes hidráulicos altos, y tanto los coeficientes de permeabilidad como los de compresibilidad de volumen disminuyen durante la consolidación. Esto se debe a la no linealidad de la relación entre la relación de vacíos y la tensión efectiva, aunque para pequeños incrementos de tensión la suposición 7 es razonable. Finalmente, la relación entre la relación de vacíos y la tensión efectiva no es independiente del tiempo, nuevamente probado por resultados experimentales. Durante el siglo pasado se han propuesto varias formulaciones para la tensión efectiva de acuerdo con varias hipótesis de trabajo (por ejemplo, compresibilidad de granos, su comportamiento frágil o plástico, alta tensión de confinamiento, etc.). [5] A modo de ejemplo, a altas presiones (por ejemplo, en la corteza terrestre, a una profundidad de algunos km, donde la carga litostática puede alcanzar valores de varios cientos de MPa), la formulación de Terzaghi muestra una desviación relevante de los datos experimentales y se debe utilizar la formulación proporcionada por Alec Skempton , para lograr resultados más precisos. En esencia, la definición de estrés efectivo es convencional y está relacionada con el problema que se está tratando. [5] Entre varias formulaciones de estrés efectivo, la de Terzaghi parece particularmente apropiada, por su simplicidad y porque describe con excelente aproximación una amplia variedad de casos reales.
