Ángulo de Rozamiento Interno y la Cohesión del suelo

1.- OBJETIVOS:

        Determinar el Ángulo de Rozamiento Interno y la Cohesión del suelo, que permitan establecer su Resistencia al Corte, aplicando a las probetas esfuerzos verticales y laterales que tratan de reproducir los esfuerzos a los que está sometido el suelo en condiciones naturales.

La finalidad del ensayo es obtener parámetros del suelo y la relación esfuerzo-deformación  a través de la determinación del esfuerzo cortante.

Relación básica para determinar los parámetros de suelo; fricción interna y la cohesión del suelo.

Se construyen métodos para suelos cohesivos y suelos no cohesivos.

2.- INTRODUCCION.-

El ensayo se lo realiza con un espécimen cilíndrico de suelo que tiene una relación de altura con el diámetro de 2 a 1, los tamaños usuales respectivamente son de 75 x 38 mm, o de 100 x 50 mm.

        Realizando por lo menos tres pruebas, con presiones laterales diferentes en un gráfico se dibujan los círculos de morh, que representas los esfuerzos de falla de cada muestra y trazando una tangente o envolvente a estos, se determinan los parámetros Ǿ y C del suelo.

PRUEBAS SIN DRENAR:

        Se procede a cortar la muestra que tenga el tamaño elegido y después se lo coloca entre dos cabezales rígidos en el interior de una membrana delgada de hule para aislarlo de la cámara sobre la membrana se colocan arosellos de hule para un sellado adecuado.

MEDICION DE LA PRESION DEL PORO:

        La base de la cámara triaxial también esta perforada de manera especial y se le adapta un sistema de válvulas para facilitar la conexión a un medidor de presión o dispositivo equivalente. Cuando es necesario medir la presión se utilizan cabezales perforados junto con los discos porosos.

PRUEBA CON DRENADO:

Permite que el agua de los poros, en el interior de la muestra drene a través de otra salida en la base de la cámara, por lo cual se deben colocar tiras verticales de papel filtro rodeando a la muestra dentro de la membrana.

El ensayo de compresión triaxial es el más usado para determinar las características de esfuerzo-deformación y de resistencia al esfuerzo cortante de los suelos. El ensayo consiste en aplicar esfuerzos laterales y verticales diferentes, a probetas cilíndricas de suelo y estudiar su comportamiento. El ensayo se realiza en una cámara de pared transparente (cámara triaxial) llena de líquido, en la que se coloca la probeta cilíndrica de suelo que, salvo que se adopten precauciones especiales, tiene una altura igual a dos veces su diámetro, forrada con una membrana de caucho. Esta membrana va sujeta a un pedestal y a un cabezal sobre los que se apoyan los extremos de la probeta.

En la segunda etapa, llamada de aplicación del Esfuerzo Desviador, se incrementan los esfuerzos verticales (desviadores) a través del pistón vertical de carga, hasta la falla. En esta etapa el operador tiene también la opción de permitir el drenaje y por lo tanto eliminar la presión neutra o mantener la válvula correspondiente cerrada sin drenaje. Si la presión neutra es disipada se dice que el ensayo es "drenado", en caso contrario se dice que el ensayo es "no drenado“. La primera, en la que la probeta de suelo es sometida a una presión hidrostática de fluido, con esfuerzos verticales iguales a los horizontales. Durante esta etapa, se dice que la probeta es "consolidada" si se permite el drenaje del fluido de los poros. Alternativamente, si el drenaje no puede ocurrir se dice que la probeta es "no consolidada“. El ensayo se divide en dos etapas:

Así los ensayos triaxiales pueden ser clasificados en:

1. No consolidados-no drenados (UU) o rápidos (Q). Se impide el drenaje durante las dos etapas del ensayo.

2. Consolidados-no drenados (CU) o consolidados- rápidos (RC). Se permite el drenaje durante la primera etapa solamente.

3. Consolidados-drenados (CD) o lentos (S). Se permite el drenaje durante todo el ensayo, y no se dejan generar presiones neutras aplicando los incrementos de carga en forma pausada durante le segunda etapa y esperando que el suelo se consolide con cada incremento.

La Resistencia al Esfuerzo Cortante de un suelo (τf ), en función de los esfuerzos totales, se determina usando la Ley de Coulomb: τf = c + σ tan υ Generalmente cada prueba se realiza con tres o cinco probetas de la misma muestra de suelo, bajo esfuerzos confinantes distintos. La representación de los resultados en el diagrama de Mohr está constituida por una serie de círculos, cuya envolvente permite obtener los parámetros del suelo estudiado en el intervalo de esfuerzos considerado.

COMO SE INTERPRETA LOS RESULTADOS DE UN ENSAYO TRIAXIAL.-

El ensayo triaxial consiste en aplicar a una muestra esfuerzos de compresión que actúan a lo largo de tres ejes que forman ángulos rectos entre si en una muestra o probeta cubica. La aplicación de estos esfuerzos puede considerarse en etapas.

Primeramente, usando la presión del agua de la cámara se aplica un esfuerzo de confinamiento (σ3), de tal manera que  σ1=σ2= σ3 que se interpreta como la presión en la cámara, si no se drena en esta etapa, la presión de poro aumentara hasta uo, y si se permite el drenado, el volumen especifico cambiara a vo.

Después, se continua la prueba aumentando la carga axial de tal manera que el esfuerzo de compresión vertical aumente en Δσ1; esto es, σ1= σ3+Δ σ1 mientras que los dos esfuerzos laterales restantes permanecen iguales.

Cuando se produce la falla al corte (o se alcanza la carga ultima) el esfuerzo de compresión vertical hbra aumentado en “σd”, que recibe el nombre de esfuerzo desviador por tanto entonces tenemos:

Esfuerzo axial vertical,         σ1=esfuerzo principal mayor

Esfuerzo lateral,         σ3=esfuerzo principal menor

En la falla, la diferencia de esfuerzos principales es el esfuerzo desviador: σ1 – σ3 = σd que también es denotado por qf.

CRITERIO DE LOS CIRCULOS DE MOHR O DE FALLA.-

La mayoría de los problemas de diseño en mecánica de suelos necesitan de parámetros y resistencia al corte que se relacionen con valores de resistencia limite, en las superficies de deslizamiento.

En tales casos, se usa el criterio de los círculos de mohr o de falla de los suelos en la interpretación de los resultados de las pruebas triaxiales.

Es así que se prueban tres muestras como mínimo, del mismo suelo, a valores diferentes de presión de cámara (σ3) y se traza para cada uno un semi circulo de Mohr para cada esfuerzo máximo o ultimo de falla (σ1).

Se traza la tangente común a los tres círculos de falla y luego de un ajuste bueno, a esta recta se la considera como envolvente de la resistencia del suelo, de donde se obtiene, a escala, los valores de cohesion ( C ) y el angulo de friccion (Ф).

Existen tres tipos de ensayo triaxiales los cuales son: No consolidado – No drenado, Consolidado – no drenado y Consolidado – drenado.

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