ESFUERZO DE CORTE EN EL SUELO

U-VI ESFUERZO DE CORTE EN EL SUELO

INTRODUCCIÓN

La ejecución de cimentaciones y excavaciones, la construcción de terraplenes para carreteras, canales y presas, así como la cuantificación del empuje de tierras sobre un muro de contención, son tareas importantes a que se evoca la Ingeniería Civil. Un aspecto relevante en la determinación de su estabilidad, es conocer sus propiedades mecánicas e hidráulicas como lo son las de resistencia, compresibilidad y permeabilidad. De éstas solo se tratará en este trabajo los aspectos referentes a la resistencia al esfuerzo cortante.

Para evaluar para evaluar la resistencia del suelo se cuenta con pruebas de campo y laboratorio, las primeras proporcionan la resistencia de suelo in situ y las segundas tratan de simular y representar las condiciones en que se encuentra el suelo en el lugar para obtener su resistencia.

Los parámetros que se obtienen de las pruebas de resistencia son la cohesión y/o el ángulo de fricción del material, que conjugados con las soluciones teóricas y afectados por un cierto factor de seguridad dan como resultados el diseño geotécnico.

DESARROLLO

Un aspecto relevante en la determinación de su estabilidad, es conocer sus propiedades mecánicas e hidráulicas, así como las de resistencia, compresibilidad y permeabilidad.

De éstas, en este trabajo trataremos los aspectos referentes a la resistencia al esfuerzo cortante, para evaluar la resistencia del suelo se cuenta con pruebas de campo y laboratorio, las primeras proporcionan la resistencia de suelo in situ y las segundas tratan de representar las condiciones en que se encuentra el suelo en el lugar para obtener su resistencia.

Los parámetros que se obtienen de las pruebas de resistencia son la cohesión y/o el ángulo de fricción del material, que conjugados con las soluciones teóricas y afectados por un cierto factor de seguridad, dan como resultado el diseño geotécnico.

Circulo de Mohr

Este método fue desarrollado hacia 1882 por el ingeniero civil alemán Christian Otto Mohr (1835-1918).Desarrollo hecho por Christian Otto Mohr (1835-1918), el círculo de Mohr es un método gráfico para determinar el estado tensional en los distintos puntos de un cuerpo. Entre las tensiones que existentes en un cuerpo sometido a un cierto estado de cargas y con unas ciertas restricciones, importan en general las tensiones principales, que son las tensiones que existen sobre ciertos planos del cuerpo, donde las tensiones de corte nulas. Estas tensiones son de importancia para el estudio de la resistencia mecánica de una pieza. Este método tiene aplicación para estados tensiónáles en dos y tres dimensiones.

La Circunferencia de Mohr (Incorrectamente llamado Círculo de Mohr, ya que no se trabaja con un área sino con el perímetro) es una técnica usada en ingeniería y geofísica para representar gráficamente un tensor simétrico (de 2x2 o de 3x3) y calcular con ella momentos de inercia, deformaciones y tensiones, adaptando los mismos a las características de una circunferencia (radio, centro, etc). También es posible el cálculo del esfuerzo cortante máximo absoluto y la deformación máxima absoluta.

En cualquier volumen diferencial sometido a esfuerzos existen tres planos ortogonales (perpendiculares entre sí), en los cuales los esfuerzos tangenciales son nulos; estos planos se llaman principales. Los esfuerzos normales actúan sobre tres planos se denominan esfuerzos principales y de definen de la siguiente manera:

Esfuerzo principal mayor σ1

Esfuerzo principal menor σ2

Esfuerzo principal intermedio σ3

Este método es utilizado en mecánica de suelos para el cálculo de la resistencia al esfuerzo cortante de un material media te pruebas de laboratorio.

Generalidades de los parámetros de resistencia.

Los parámetros de resistencia son la cohesión (aparente o real) y el ángulo de inclinación de la envolvente, denominado ángulo de fricción interna o aparente del material (Ø).

La resistencia al corte S de un suelo, en un punto determinado de un plano dado, fue expresado por Coulomb como función lineal del esfuerzo normal σF en un plano del mismo.

Terzaghi (1936)- enuncio que el esfuerzo efectivo de un suelo saturado es igual al esfuerzo total menos el esfuerzo neutral o de poro: éstos se definen a continuación:

Esfuerzo total (σ).- Es el esfuerzo normal total transmitido a través de un elemento de área dado, sobre un plano en una masa de suelo dividido en esta área, el límite de esta definición, cuando el incremento de área se aproxima a cero, es definida como el esfuerzo total sobre un plano dado en un punto.

Esfuerzo neutral o de poro (μ).- Es la presión en el agua en un punto de un suelo saturado; el esfuerzo neutral es el mismo en todos los planos para un punto dado.

Esfuerzo efectivo (σ).- Para un suelo saturado, es la diferencia entre el esfuerzo total y el esfuerzo neutral sobre algún plano en un punto determinado. Es la parte del esfuerzo total que toma la estructura del suelo.

Pruebas De Laboratorio Para Determinar La Resistencia

Representatividad De Los Especímenes Y Ensayes

Debe establecerse el principal objetico de laboratorio es representar de la mejor manera posible las condiciones a que se encuentra el suelo In situ, tales como son: estado de esfuerzos, condiciones de drenaje, tipo de consolidación que ocurre, y el tipo de carga axial o extensión que se debe usar. Por lo tanto el tipo de exploración y muestreo debe hacerse con el mayor cuidado posible y precauciones necesarias, para obtener muestras inalteradas y representativas del material in situ.

Lo anterior es importante tenerlo en cuenta para la selección de la prueba de laboratorio que mas se ajuste a las condiciones reales In situ.

Para el caso en que no se puedan obtener muestras inalteradas para conocer sus propiedades de resistencia, tal vez, lo que conviene es hacer una prueba de campo adecuada que permita conocer los parámetros de resistencia del suelo.

Condiciones De Drenaje Y Permeabilidad

En todo suelo saturado hay cambio de volumen, si hay un cambio en la presión de confinamiento efectiva σc o en el esfuerzo desviador (σ1 – σ3); es necesario que fluya una cantidad de agua igual al cambio de volumen dentro del suelo antes de que el equilibrio se alcance.

En suelos cohesivos que tienen generalmente baja permeabilidad, este flujo de agua no puede llevarse a cabo sin exceso en la presión hidrostática.

El estudio de la influencia de las condiciones de drenaje sobre las presiones que se desarrollan y que modifican los esfuerzos efectivos, es una parte esencial del análisis de las características de resistencia de un suelo cohesivo.

El agua no puede tomar esfuerzos de corte significativos en condiciones estáticas (sólo en condiciones dinámicas), en los análisis de los problemas de Mecánica de Suelos. Para propósitos prácticos, el esqueleto mineral del suelo es el único que resiste los esfuerzos de corte; por lo tanto, la resistencia al corte es consecuentemente una función del esfuerzo efectivo solamente.

Son dos las posibles alternativas del análisis de los problemas de resistencia que implica el desarrollo de la presión de poro. La primera, es expresar la resistencia al corte como una función de los esfuerzos efectivos calculándolos. Este procedimiento tiene la ventaja de ser el mas directo y de fácil interpretación, pero no es fácil hacer mediciones confiables de la presión de poro, a la predicción de ésta en problemas de aplicación.

La segunda alternativa, es no hacer mediciones de la presión de poro durante las pruebas de resistencia. La presión de poro es una función de las condiciones de drenaje, de tal manera que una vez que se definan las condiciones de drenaje dentro de una prueba de corte, se obtiene una relación entre la resistencia al corte y el esfuerzo normal para las condiciones de drenaje establecidas, aunque las presiones de poro no sean conocidas.

Condiciones A Corto Y A Largo Plazo

La estabilidad de una masa de suelo contra la falla producida por su peso propio o por acción de cargas aplicadas, se estudia por métodos basados en el principio de esfuerzo al límite. Los problemas analizados bajo este punto de vista, se llevan a cabo en función de los parámetros de resistencia expresados, ya sea, en términos de los esfuerzos efectivos Ø´ y c´ que son los que fundamentalmente rigen la resistencia del materia, o bien, en algunos casos, con esfuerzos totales Ø y c.

Es necesario hacer notar, que durante y después de la construcción de una obra de Ingeniería; se distinguen varias etapas en donde la resistencia del suelo no se mantiene constante si no que cambia para los diferentes esfuerzos efectivos que se tienen. Esto se debe a que hay un cambio en las condiciones hidráulicas del suelo por varios motivos:

a) Sobrecarga del terreno.

b) Descarga del terreno.

c) Hundimiento regional.

d) Sismo.

e) Vaciado rápido en el caso de una presa, etc.

Que producen que la condición hidráulica sea diferente de la hidrostática.

La gran variedad de condiciones por las que pasa una obra de Ingeniería durante su vida útil, exige que para fines prácticos se tomen etapas representativas; sobresalen la condición a corto plazo y a largo plazo.

Condición a corto plazo: Esta condición critica para la estabilidad de una estructura térrea, se presenta cuando en un suelo se desarrolla la máxima presión de poro por cualquier motivo de los antes mencionados, debido a que el material no tiene suficiente permeabilidad

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