resistencia al esfuerzo cortante

RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE
En la Mecánica de suelos, la resistencia al Esfuerzo Cortante constituye la característica fundamental a la que se liga la capacidad de los suelos de soportar cargas sin que se produzca la falla. La resistencia de los suelos a esfuerzos de tensión y a esfuerzos de compresión no se toman en cuenta en la práctica de la Ingeniería porque la resistencia de lossuelos a esfuerzos de tensión es casi nula en cambio la resistencia a esfuerzos de compresión (pura) es tan alta, que un suelo sometido a compresión fallaría por esfuerzo cortante antes de agotar su resistencia a la compresión propiamente dicha.

Por lo anterior, conocer las características de la Resistencia al Esfuerzo Cortante en los suelos, es un requisito para la solución de muchos problemas enel campo de las cimentaciones, en los empujes de los muros de contención y la estabilidad de taludes, por lo tanto se presentan los conceptos fundamentales sobre el tema
.
De acuerdo con la teoría de Mohr - Coulomb, la Resistencia al Esfuerzo Cortante de los suelos queda representada por la siguiente expresión:


Dónde:
τf= Resistencia al Esfuerzo Cortante en la falla
C = Cohesión delsuelo
σ= Esfuerzo normal actuante en el plano de falla
Ø = Ángulo de fricción interna
Teniendo en cuenta que C y Ø son variables y no como propuso inicialmente Coulomb en su teoría, ni como lo estableció Mohr, pensando sobretodo en suelos granulares.
Resulta entonces que la Resistencia al Esfuerzo Cortante de los suelos se debe a la cohesión y/o a la fricción.
El valor de C para arenas yarcillas normalmente consolidadas es igual a cero. Para arcillas sobre consolidadas, c > 0.
Para la mayoría de los trabajos de rutina, los parámetros de la resistencia al corte de un suelo (es decir C y Ø) son determinados por medio de dos pruebas estándar de laboratorio. Ellas son: (a) la prueba de corte directo y (b) la prueba triaxial.

PRUEBA DE CORTE DIRECTO
La arena seca puede serprobada adecuadamente mediante pruebas de corte directo. La arena se coloca en una caja de corte dividida en dos. Primero se aplica una fuerza normal a la muestra. Luego se aplica una fuerza de corte ala mitad superior de la caja para generar la falla en la arena. Los esfuerzos normal y cortante en la falla son:

Donde
A= área del plano de falla en el suelo, es decir, el área de la seccióntransversal de la caja de corte Varias pruebas de este tipo se efectuaron variando la carga normal. El ángulo de fricción de la arena puede determinarse trazando una gráfica de s (s=τ) contra (σ'=σ para arena seca), como se muestra en la figura anterior.


Para las arenas, el ángulo de fricción generalmente varía entre 26° y 45°, aumentando con la compacidad relativa de compactación. El rangoaproximado de la compacidad relativa de compactación y el correspondiente del ángulo de fricción para varios suelos de grano grueso se muestran en la figura.



PRUEBAS TRIAXIALES

Las pruebas de compresión triaxial pueden efectuarse en arenas y arcillas. La figura (a) muestra un diagrama esquemático del arreglo de una prueba triaxial. Esta consiste esencialmente en colocar una muestra de suelodentro de una membrana de hule en una cámara de lucita transparente. Se aplica una presión de confinamiento (3σ) alrededor de la muestra por medio del fluido en la cámara (generalmente agua o glicerina). Un esfuerzo adicional (σ∆) puede también aplicarse a la muestra en la dirección axial para provocar la falla (σf∆σ=∆). El drenaje del espécimen puede ser permitido o detenido, dependiendo de lascondiciones de la prueba. Para arcillas, tres tipos principales de pruebas se efectúan con equipo triaxial:
1. Prueba consolidada drenada (prueba CD)
2. Prueba consolidada no drenada (prueba CU)
3. Prueba no consolidada no drenada (prueba UU)


La tabla anterior resume esas tres pruebas. Para pruebas consolidadas drenadas, en la falla,
Esfuerzo efectivo principal mayor

Esfuerzo...