Signo esfuerzo cortante

Resistencia Cortante de una masa de suelo:

La resistencia cortante de una masa de suelo es la resistencia interna por área unitaria que la masa de suelo ofrece para resistir la falla y el deslizamiento a lo largo de cualquier plano dentro de él

En función de su naturaleza los suelos pueden ser:

1) Suelos granulares

En estos suelos no existe atracción o interacción entre las partículas que lo forman y las fuerzas determinantes en su comportamiento son fuerzas de masa. La resistencia de estos suelos se deriva de la fricción entre sus partículas y de su grado de encaje.

2) Suelos cohesivos

Se caracterizan por una marcada interacción entre sus partículas consecuencia de la elevada superficie específica de las mismas. Por tanto serán importantes los fenómenos de superficie y la interacción suelo-agua.

La propiedad fundamental de los suelos cohesivos es la presencia de resistencia al esfuerzo cortante en ausencia de esfuerzo normal (cohesión), prueba de que los fenómenos de fricción no son fundamentalmente la causa de la resistencia a corte de los suelos cohesivos

Se dice que un medio continuo está sometido a un estado de esfuerzos plano continuo cuando puede determinarse un plano al que resulten paralelos los segmentos dirigidos que representan los esfuerzos actuantes en todos los puntos de dicho medio

Se dice que un medio continuo está sometido a un estado continuo de deformación plana cuando, para todos los puntos del medio puede determinarse un plano en el cual las deformaciones normales asociadas a él sean nulas y cuando, simultáneamente, existen otros dos planos normales al primero y entre sí, en los que las deformaciones angulares asociadas sean también nulas.

El estado de esfuerzos plano en un punto quedara definido:

1) Si se conocen los esfuerzos en ese punto asociado a dos planos cualesquiera ortogonales entre si y al eje z

Según la teoría de la elasticidad el estado de esfuerzos plano en un punto está definido cuando se conocen los esfuerzos en ese punto, asociados a dos planos cualesquiera paralelos al eje z y mutuamente perpendiculares.

De acuerdo con la teoría de elasticidad existen planos ortogonales entre si donde los esfuerzos tangenciales son nulos por lo que solo actúan esfuerzos normales, estos planos son llamados principales y cada uno de ellos será asociado un esfuerzo normal, llamado también principal,

Esfuerzos principales y esfuerzo cortante máximo

En teoría de la elasticidad se demuestra que existen planos ortogonales entre sí, llamados principales de esfuerzo, en los que los esfuerzos tangenciales son nulos, existiendo únicamente esfuerzos normales, denominados principales;

se demuestran también que en un estado de esfuerzos plano, hay dos planos principales, con su correspondiente esfuerzo principal ligado; uno de estos es el mayor de todos los esfuerzos normales actuantes en el punto considerado, mientras el otro es el menor.

El ingeniero alemán Otto Mohr introdujo un metdo alternativo de solución para la transformación de un esfuerzo plano. Este método se basa en consideraciones geométricas simples y no requiere el uso de ecuaciones especializadas

El circulo de mohr puede servir para encontrar los esfuerzos actuantes en cualquier dirección y ligados a un punto considerado de la masa de suelo simpre y cuando se conozcan las magnitudes y las direcciones de los esfuerzos principales.

Este queda definido por los esfuerzos principales mayor y menor (Q1 y Q3) y es el que por lo general, interesa analizar específicamente en mecánica de suelos debido a que la teoría de falla mas usada en este campo involucra a los esfuerzos normales asociados a los esfuerzos tangentrs máximos que se pueden presentar en el punto considerado.

Teoría de falla y relación de los esfuerzos principales

Criterio de falla de mohr- coulomb

Mohr presento una teoría en 1900 sobre la rotura de los materiales, esta teoría afirma que un material falla cuando el esfuerzo cortante en cualquier sección alcanza un valor máximo (Zf) el cual depende del esfuerzo normal actuante en dicha sección. Este se produce debido a una combinación critica de esfuerzo normal y cortante y no solo con la presencia de un esfuerzo máximo normal o bien de un esfuerzo cortante. Así entonces, ka relación funcional entre un esfuerzo normal y un esfuerzo cortante sobre un plano de falla se expresa en la forma Tf= Q tan0

 La línea de falla se define como el lugar geométrico de los esfuerzos cortantes máximos o de falla correspondiente a diferentes esfuerzos normales

Coulomb

Cohesión:

Observo que existe otros suelos en los cuales la resistencia de cortante es independiente de cualquier presión normal actuante, estos suelos presentan resistencia al cortante y a esta energía se le llama cohesión

Los suelos que la poseen esta energía son puramente cohesivos como es el caso de las arcillas

Suelos cohesivos Friccionantes

El caso mas común en la naturaleza es aquel donde el suelo posee ambas características, a estos suelos se les llama cohesivos friccionantes (suelos intermedios) y su ecuación de resistencia es la combinación de las dos anteriores.

Ley de falla por cortante en suelos saturados

Terzaghi demostró que las presiones que controlan o que gobiernan la resistencia al cortante de los suelos no es la total, sino la efectiva o intergranular y lo hizo apoyado en su analogía mecánica.

En un suelo saturado el esfuerzo normal total en un punto es la suma del esfuerzo efectivo y la presión del poro

SUELOS NORMALMENTE CONSOLIDADOS:

son aquellos suelos que nunca estuvieron sometidos a presiones efectivas mayores que las actuales

SUELOS PRECONSOLIDADOS

Son aquellos suelos que alguna vez han sufrido presiones efectivas mayores que las actuales.

Los suelos sobreconsolidados son aquellos en los que la presión de preconsolidación es mayor que la presión efectiva actual

Ángulo de fricción:

mecánica de suelos para determinar tanto la capacidad portante como la resistencia al deslizamiento de un terreno arenoso.

Prueba de compresión triaxial

Esta prueba son mucho mas completa que de esfuerzo directo, en la actualidad para determinar  parámetros de Resistencia al cortante de los suelos, en ellas se pueden variar a voluntad teóricamente las presiones actuantes en tres direcciones ortogonales, como una forma de simplificar hay dos de los esfuerzos que se mantienen iguales

Procedimiento (triaxial de 2 etapas)

Etapa 1:

  Luego de colocar muestra dentro de la cámara se aplica una presión a través de agua, lo que es igual en todas las direcciones. Para esta condición la muestra no falla (confinamiento o aplicación de presión de cámara)

Etapa 2:

Conocido como aplicación de presión axial de falla y consiste en aplicar a la muestra una presión en dirección axial a través del castago superior, aumentándolo hasta provocar la falla de la muestra.

***Dependiendo de si se permite o no el drenaje o consolidación surgen los siguientes tipos de prueba triaxial***

Prueba Lenta " L " :

Etapa 1

Aplicar presión de cámara con pequenos incrementos en un tiempo necesario hasta que se complete la consolidación de la muestra.

Etapa 2

Luego de consolidada la muestra se hace fallar mediante la aplicación de esfuerzo axial

Prueba Rápida: consolidación RC

Etapa 1

Igual a la lenta

Etapa 2

Luego de consolidada la muesta se cierra la válvula para impedir el drenaje, lo que hace que el agua contenida soporte una parte de la presión aplicada

Prueba Rápida : R

Etapa 1:   Se aplica una presión de cámara de forma rápida con válvula exterior cerrada para impedir la consolidacon de la muestra.

Etapa 2: se hace fallar la muestra mediante la aplicación del esfuerzo desviador en un forma rápida (PC)

Prueba triaxial en suelos cohesivos saturados y normalmente consolidados

La presión aplicada a estos suelos debe ser igual a la presión efectiva. La máxima presión que el suelo ha soportado durante toda su historia geológica.

La línea de falla obtenida en esta prueba resulta de una recta que pasa por el origen lo que indica que la resistencia

PRUEBA DE CORTE DIRECTO

El sentido general el procedimiento consiste en aplicar un esfuerzo normal sobre la cara superior de la muestra con un valor predeterminado y luego aplicar una fuerza cortante a travez del marco móvil aun aumentándola hasta provocar la falla del material en un plano definido por el aparato realizando varias pruebas sobre muestras de un mismo material

Relación de vacíos crítica:

es la relación de vacíos en la cual dos muestras de suelo, en estado denso y suelto, sometidas a grandes deformaciones se acercan a la misma densidad y la resistencia al corte continúa siendo constante