Mecánica de suelos – Resistencia al corte de los suelos
La propiedad de los suelos soportar cargas y conservar su estabilidad, depende de la resistencia al corte de los suelos. Cualquier masa de suelo se rompe cuando esta resistencia es superada.
Leonards define la resistencia al corte, siendo como la «tensión de corte sobre el plano de ruptura», en el momento de la ruptura.
Haefeli afirma que «entre las tres propiedades principales de un suelo la compresibilidad, la permeabilidad y la resistencia al corte; la más importante y más difícil de determinar experimentalmente es esta última» las dos primeras propiedades son independientes de la tercera la resistencia de corte depende no solamente de la permeabilidad, sino también de la compresibilidad del suelo.
De acuerdo con la ecuación de Coulomb: t = c+s.tg f se puede afirmar que la resistencia al corte de un suelo se compone básicamente de dos componentes: la cohesión y el ángulo de rozamiento entre las partículas.
Se considera ángulo de rozamiento interno de un suelo, al ángulo que las partículas hacen entre sí debido a las fuerzas de rozamiento. La cohesión resulta de la presión capilar del agua contenida en los suelos. Puede también deberse a las fuerzas electroquímica de atracción de las partículas de arcilla.
Los parámetros de cohesión y ángulo de rozamiento de un suelo no son constantes de material. En la determinación experimental de la resistencia al corte de los suelos hay que reproducir en la práctica tantas veces cuando sea posible, las condiciones a que será sujeto en la realidad por la obra a implantar
Tipos de ensayo de corte
La resistencia al corte de un suelo es habitualmente determinada en laboratorio por uno de los siguientes ensayos:
- ensayo de corte directo
- ensayo de compresión triaxial
- ensayo de compresión simple
Las muestras utilizadas para estos ensayos o bien son indeformadas o entonces siendo deformadas, deben reproducir las condiciones se pretenden alcanzar en la obra.
Clasificación de los ensayos de corte triaxiales
Para reproducir diferentes condiciones de solicitación existentes en los macizos que se encuentran en la vida real, los ensayos de corte se clasifican en tres grupos principales:
- ensayos lentos, o con drenaje
- ensayos rápidos, o sin drenaje
- ensayos rápidos o con pre consolidación
en los ensayos lentos con drenaje las tensiones s3 y s1 son aplicadas lentamente y con la válvula abierta, para disipar constantemente la atención neutra.
En los ensayos rápidos y sin drenaje, las tensiones s3 y s1 son aplicadas rápidamente y con la válvula cerrada.
En los ensayos con pre consolidación, la tensión s3 es aplicada lentamente y la tensión s1 aplicada rápidamente.
En cualquiera de los ensayos de compresión triaxial la tensión principal puede crecer o decrecer durante corte como es el caso de una excavación o de un terraplén.
Figura: Evolución de los estados de tensión en situación de terraplén o excavación
Los valores de la cohesión y el ángulo de rozamiento de un suelo, no son parámetros constantes del suelo pero si coeficientes empíricos que pueden variar en largos intervalos para un mismo suelo conforme las varias y posibles condiciones de pre compresión, drenaje y otras variables.
Ensayos de caracterización de la resistencia al corte de los suelos
1) Ensayos de laboratorio
- Triaxial
- Corte Directo
- Corte directo simple
a) Ensayo triaxial: permite el control de las tensiones totales, tensiones efectivas, tensiones neutras y deformaciones durante el corte.
– Ensayo consolidado no drenado (CU): son conocidos por ensayos rápidos;
– ensayo consolidado drenado (CD): el drenaje es permanente (siempre ocurre drenaje). La tensión neutra es siempre nula. No se genera exceso de tensión neutra.
De esta forma las tensiones totales son iguales a las tensiones efectivas. Este ensayo se considera un ensayo lento.
Ventajas del ensayo triaxial:
– permite el control del drenaje
– no hay ruptura progresiva
– permite el ensayo en diversas trayectorias
Desventajas del ensayo triaxial:
– dificulta en el moldeado de probetas de arena
b) Ensayo de corte directo: durante el ensayo se pueden realizar lecturas
– deformación horizontal
– deformación vertical
– fuerza cortante aplicada
Este ensayo tiene ventajas en arenas y cuando conocemos el plano donde ocurre la ruptura. El plano de ruptura está previamente definido. La ruptura es progresiva, sucede inicialmente en el borde de la caja y avanza hacia el centro. No hay control del drenaje.
2) Ensayos de campo
a) ensayo Vane test: consiste la rotación, a una velocidad estándar de un molinillo (conjunto de cuatro láminas introducidas en el suelo a profundidad pretendida que gira y permite obtener un diagrama entre el momento torsor aplicado y el ángulo de rotación.
Sondaje a percusión: ensayo de penetración dinámica (SPT); permite medir la resistencia del suelo a medida que va siendo perforado.
