RESISTENCIA AL CORTEUnidad 6

Clase 2 Ensayos de Laboratorio

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Ensayos de Laboratorio

En el mundo se ha desarrollado una gran variedad de equipos para medir la resistencia al corte de suelos

En Chile aún los más utilizados son el triaxial y el corte directo.

También, se trabaja con el ensayo de compresión no-confinada, pero este ensayo es algo limitado y más bien se utiliza como un índice.

Existen otros equipos, los cuales se ilustran solo esquemáticamente en la Figura.

Considerando que en nuestro país los equipos disponibles son el triaxial y el corte directo, a continuación se explican las características más relevantes de estos dos equipos.

Ensayo de Corte Directo

Ensayo de Corte Directo

El ensayo de corte directo fue utilizado en las primeras investigaciones relativas a la resistencia de una masa de suelos por Coulomb en 1776.

En la figura se ilustra esquemáticamente el equipo de corte directo.

Ensayo de Corte Directo

Consiste en una caja separada en dos por la zona media, con una placa superior que se apoya directamente en el suelo y donde se aplica una carga vertical.

El esfuerzo de corte se aplica mediante una fuerza horizontal en la caja superior o inferior, produciéndose el desplazamiento relativo de ambas partes de la caja y por ende movilizándose la resistencia del suelo ubicado en el interior.

Ensayo de Corte Directo

Al ejecutar este ensayo en diferentes probetas sometidas a diferentes tensiones verticales, se observa que el esfuerzo de corte máximo posible de movilizar en cada caso, se relaciona directamente con la tensión vertical aplicada.

Ensayo de Corte Directo

Ensayo de Corte Directo

Se observa que la resistencia al corte de un elemento de suelo puede aproximarse a una relación lineal del tipo:

Ensayo de Corte Directo

Cabe hacer notar que los equipos de corte directo comunes no permiten la medición de las tensiones horizontales, por lo que se desconoce el estado tensional completo y no es posible dibujar, por ejemplo, los círculos de Mohr asociados a la falla.

Ensayo de Corte Directo

Este ensayo puede realizarse bajo deformación controlada o carga controlada, siendo más común utilizar la opción de deformación controlada.

Dependiendo de la velocidad de la deformación horizontal, es posible desarrollar en limos y arcillas una condición cercana a la no-drenada.

En arenas se recomienda aplicar una velocidad de deformación baja de forma de asegurar una condición drenada. Velocidades altas podrían inducir una situación intermedia no controlada.

Algunos equipos están diseñados de manera de poder controlar la presión vertical y así mantener la altura de la probeta constante, permitiendo la aplicación de corte en una condición de volumen constante y por ende equivalente a un estado no-drenado.

En arenas limpias, sin embargo, esta condición tampoco es completamente cierta debido a lo que ocurre en los bordes, donde se separan ambas partes de la caja de corte.

Ensayo Triaxial

Ensayo Triaxial (Equipo)

La aplicación de una presión al interior de la celda permite confinar isótropamente una probeta cilíndrica.

Mediante el pistón axial se aplica una carga vertical, comúnmente denominada, desviador de tensiones.

Aun cuando este equipo es llamado, triaxial, no permite la aplicación independiente de las tres tensiones principales, siendo siempre las dos tensiones horizontales iguales.

Ensayo Triaxial

Este equipo permite la saturación de las muestras mediante la aplicación de una contrapresión al interior de la probeta.

Además, permite la medición de los cambios en la presión de poros, con lo cual es posible conocer las tensiones efectivas en todo momento.

Ensayo Triaxial

Dos son los modos más usuales de carga:

Compresión

Extensión.

En compresión basta con consolidar la probeta a un nivel de presión deseado y luego aplicar una carga vertical a través del pistón axial.

En extensión, una posibilidad es consolidar la probeta a un nivel de presión deseado y luego aumentar la presión de la celda, manteniendo constante la carga total axial.

En general, la respuesta en extensión es más desfavorable que en compresión.

Ensayo Triaxial

Durante la fase de carga es posible mantener las válvulas que conectan al interior de la probeta, “válvulas de drenaje”, abiertas o cerradas.

Es decir, permitiendo o impidiendo el flujo de agua desde o hacia el interior de la probeta.

Es corriente clasificar los ensayos triaxiales de acuerdo a sí son drenados o no-drenados como:

UU : No Consolidado - No Drenado

CID: Consolidado - Drenado

CIU: Consolidado - No Drenado

Ensayo Triaxial

Dado que se puede conocer la tensión vertical, horizontal y la presión de poros (caso no-drenado), en todo momento es posible dibujar los círculos de Mohr correspondientes para el estado de resistencia última del suelo.

En la Figura se muestran series de círculos de Mohr típicos de un ensayo drenado.

Ensayo Triaxial

Ensayo Triaxial

Ensayo Triaxial

Se observa que existe una envolvente de falla a la cual los círculos de Mohr asociados a la falla son tangentes.

Esta envolvente de falla corresponde a la conocida relación de Mohr-Coulomb para el estado de rotura de una masa de suelos y cuya expresión matemática es la misma relación descrita para el ensayo de corte.

Es importante señalar que los parámetros de resistencia al corte, c y f, obtenidos a partir de ensayos triaxiales, son parecidos, pero no iguales a los de corte directo.

Además, los parámetros de resistencia al corte son diferentes en ensayos triaxiales de compresión y extensión. Esto se debe principalmente al efecto de la tensión principal intermedia.

Ensayo Triaxial

En las figuras también se observa que la envolvente de falla es algo curva y a mayor presión de confinamiento existe una disminución del ángulo de fricción del material.

Matemáticamente es posible demostrar que las tensiones principales, en la fase de rotura, están relacionadas con los parámetros de resistencia al corte, c y f, a través de la siguiente expresión:

Es de vital importancia ahora establecer como una masa de suelos alcanza el

estado último de falla.

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