Efecto Del Humedecimiento En La Resistencia a La Tensión De Los Suelos No Saturados

Efecto del humedecimiento en la resistencia a la tensión de los suelos no saturados
Effect of wetting on the tensile strength of unsaturated soils Eduardo Rojas González1, Alfredo Zepeda Garrido1, René Mora Ortiz3 y Javier Amaya Urcab3
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Profesor de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Querétaro, 2Estdiante del Doctorado de la Universidad Autónoma de Querétaro, 3Estudiantede Maestría de la Universidad Autónoma de Querétaro

RESUMEN. En este trabajo se presenta un modelo sólido poroso capaz de simular la estructura de los suelos y por medio del cual es posible determinar el esfuerzo cohesivo de un suelo. El esfuerzo cohesivo está definido como el esfuerzo de contacto entre las partículas de un suelo no saturado generado por la presencia de los meniscos de agua.De acuerdo con lo anterior, la resistencia a la tensión de un material representa su esfuerzo cohesivo para las condiciones de humedad establecidas. Si se hace variar la humedad del material, entonces se puede conocer la variación del esfuerzo cohesivo con la humedad. La comparación de resultados teóricos y experimentales muestra que el modelo sólido-poroso es capaz de simular la resistencia a latensión de los suelos no saturados con suficiente precisión. Palabras clave: Esfuerzo cohesivo, resistencia a la tensión, humedecimiento, succión

1. INTRODUCCIÓN Con base en un análisis termomecánico (Rojas, 2006), se ha podido establecer que la resistencia al cortante de un suelo no saturado se puede escribir como
    n tan   ( nt ) n   c  tan    nt n tan   c

(1)

∗ endonde , y  c representan el esfuerzo normal equivalente, el esfuerzo neto normal y el esfuerzo cohesivo, respectivamente mientras que φ es el ángulo de fricción interna del material y c es la cohesión del suelo. El esfuerzo cohesivo representa el esfuerzo de contacto adicional que proporcionan los meniscos de agua a las partículas de suelo y está dado por la relación
u  c   s   f s  S w1  f s s

(2)

en donde χ representa el parámetro de esfuerzos efectivos de Bishop, = representa la fracción saturada del
u u u u u

suelo siendo Vs el volumen saturado y V el volumen total del material, s es la succión, S w  Vw Vv es el grado de saturación de la fracción no saturada siendo V w y Vv el volumen de agua y de vacíos pertenecientes a la fracción no saturada,respectivamente. En este caso se ha considerado al suelo como un material homogéneo e isótropo por lo tanto, el esfuerzo cohesivo representa también un esfuerzo isotrópico. Este esfuerzo de contacto adicional entre las partículas sólidas se puede medir directamente en el laboratorio por medio de ensayes a tensión. En estos ensayes, el esfuerzo de tensión máximo alcanzado por una probeta de suelo representa elesfuerzo de liga entre las partículas y por lo tanto representa el esfuerzo cohesivo del material.
Empero, una de las principales desventajas de la ecuación (2) es que los parámetros y no se pueden obtener por medio de mediciones directas en el laboratorio. Por ejemplo, Klubertanz al. (2002) han utilizado la

tomografía de neutrones y el procesamiento de imágenes para estudiar el flujo deagua y las deformaciones en materiales no saturados. Estas imágenes muestran las partículas sólidas y los poros con agua de una probeta de suelo desde cualquier ángulo que se le quiera observar. Este procedimiento se podría utilizar para determinar los parámetros f s y S w que se requieren para obtener el esfuerzo equivalente en los suelos no saturados. Desgraciadamente la resolución de losequipos más avanzados apenas alcanza 0.125 mm, de tal manera que para los suelos finos las imágenes no alcanzan a diferenciar a las partículas de los poros y únicamente se han podido obtener estas imágenes para el caso de las arenas. Una alternativa para obtener los parámetros f s y S w es por medio de un modelo sólido-poroso. En tal caso se requiere que el modelo poroso pueda simular la estructura...