Esfuerzo cortante en suelos cap 12

Corte directo

Capítulo 12

CAPÍTULO 12 ESFUERZO CORTANTE EN SUELOS
12.1 RESISTENCIA AL CORTE DE UN SUELO Esta resistencia del suelo determina factores como la estabilidad de un talud, la capacidad de carga admisible para una cimentación y el empuje de un suelo contra un muro de contención. 12.1.1 Ecuación de falla de Coulomb (1776) Coulomb observó que si el empuje de un suelo contra un muroproduce un desplazamiento en el muro, en el suelo retenido se forma un plano recto de deslizamiento. Él postuló que LA MÁXIMA RESISTENCIA AL CORTE, τf, en el plano de falla, está dada por: τf = c + σ tg φ donde: (12.1)

σ = Es el esfuerzo normal total en el plano de falla. φ = Es el ángulo de fricción del suelo (por ejemplo, arena) c = Es la cohesión del suelo (por ejemplo, arcilla).

Esta esuna relación empírica y se basa en la LEY DE FRICCIÓN DE AMONTON para el deslizamiento de dos superficies planas, con la inclusión de un término de cohesión c para incluir la Stiction propia del suelo arcilloso. En los materiales granulares, c = 0 y por lo tanto: τf = σ tg φ Suelo granular (12.2)

Contrariamente, en suelos puramente cohesivos, φ = 0, luego: τf = c Suelo cohesivo puro (12.3)Pero la ecuación (12.1) no condujo siempre a resultados satisfactorios, hasta que TERZAGUI publica su expresión σ = σ’ + U con el principio de los esfuerzos efectivos (el agua no tiene cortante). Entonces: τf = c ‘+ σ’ tg φ’ (12.4)

En las figura 11.7 se ilustran las ecuaciones anteriores, con el diagrama del círculo de Mohr. (ver literales c, d, y e en OTROS ESTADOS Y SITUACIONES DE INTERÉS).Bastidor superior Yugo Plano de corte Muestra de suelo

S

Base

Figura 12.1 Aparato de corte directo

142

Corte directo

Capítulo 12

Puesto que la resistencia al cortante depende de los esfuerzos efectivos, en el suelo los análisis deben hacerse en esos términos, involucrando c’ y φ’, cuyos valores se obtienen del ENSAYO DE CORTE DIRECTO: Aplicando al suelo una fuerza normal,se puede proceder a cizallarlo con una fuerza cortante. El movimiento vertical de la muestra se lee colocando un deformímetro en el bastidor superior. El molde no permite control de drenaje, que en el terreno pueden fallar en condiciones de humedad diversas (condición saturada no drenada, parcialmente drenadas o totalmente drenadas), para reproducir las condiciones de campo se programa la velocidadde aplicación de las cargas. En arenas, como el drenaje es libre, el ensayo se considera drenado. Para arcillas, la incertidumbre queda, por lo que se recurre al TRIAXIAL. 12.3 CURVAS TÍPICAS EN ARENAS DENSA Y SUELTA (drenadas) En las arenas sueltas, el volumen disminuye durante el corte porque las partículas se DENSIFICAN en el plano de corte. En las densas, se presenta DILATANCIA porque latrabazón de los granos hace que se separen para facilitar los desplazamientos relativos y el corte entre granos. En ambas, se observa τ = cte y V = cte, para grandes valores de la deformación. En estas condiciones se considera se considera la muestra en el ESTADO DE RELACIÓN DE VACÍOS CRÍTICA. En las densas, si aumenta ε, la rata de dilatancia disminuye hasta el valor crítico y el cortante, hasta unvalor residual, que es igual al de la arena suelta para ese nivel de esfuerzos.

Figura 12.2 Curvas típicas esfuerzo deformación

A la derechas se grafica la ENVOLVENTE DE FALLA, que se obtiene variando N: cuando N aumenta, el valor S necesario para la falla, también crece. El esqueleto mineral es más resistente al corte, en las arenas densas por lo que la fricción efectiva φ’ resulta mayor. Lapendiente de la envolvente da el valor de φ’, que en suelos granulares llega a ser: Suelo Suelo φ’ suelto φ’ denso φ’ suelto φ’ denso Limo 27° - 30° 30° - 36° Arena bien gradada 33° 45° Arena limosa 27° - 33° 30° - 35° Grava arenosa 35° 50° Arena uniforme 28° 34° Suelo anguloso uniforme 35° 43° Suelo anguloso bien gradado Suelo redondeado uniforme 30° 37° 39° 45° Suelo redondeado bien gradado...