Como otros materiales utilizados en la ingeniería, los suelos disminuyen de volumen cuando se sujetan a una presión que los rodea completamente. Cuando se someten a esfuerzos cortantes, se distorsionan; si la distorsión es suficientemente grande, las partículas se resbalan entre sí, y se dice que el suelo falla al corte. Como la mayor parte de los suelos puede soportar solamente esfuerzos de tensión pequeños, o no puede soportarlos en absoluto, rara vez se producen esfuerzos de tensión en las masas de suelos y, consecuentemente, la mayor parte de las fallas se producen bajo esfuerzo cortante. Por lo tanto, conocer las características de esfuerzo cortante de los suelos es un prerrequisito para la solución de muchos problemas en el campo de las cimentaciones.
Desafortunadamente, aun los conocimientos necesarios para resolver los problemas más comunes son algo complejos. Como la mayor parte de las complicaciones surgen debido a que los suelos están formados por partículas, puede adquirirse un gran conocimiento respecto al comportamiento real de los suelos, investigando el comportamiento de un conjunto de partículas toscamente equidimensionales, como las mostradas en la fig. 4.1a. Se supone que las partículas están confinadas entre dos placas horizontales grandes con superficies interiores rugosas. Las placas permiten aplicar una presión vertical f por unidad de área total al conjunto de partículas. Por supuesto, la presión real entre los granos en sus puntos de contacto es muchas veces mayor que p. Las placas permiten también la aplicación de un esfuerzo de corte t por unidad de área total del conjunto. El comportamiento al aplicarse t, depende mucho de la holgura o compacidad con la que se hayan acomodado los granos originalmente.
Aunque los granos se tocan entre si en varios puntos por partícula, pueden acomodarse de manera que queden muy sueltos, como se muestra en la fig. 4.la. Al aplicar la presión p, la distancia entre las placas disminuye ligeramente. Si luego se aumenta el esfuerzo cortante t gradualmente, la distorsión, medida por el ángulo , también aumenta (fig. 4.1b). La distorsión se asocia al deslizamiento entre los granos y a un reacomodo gradual de las partículas en una configuración más compacta; en consecuencia, la distancia h entre las placas disminuye. La disminución en distancia probablemente es mucho mayor que la que resultaría de la simple aplicación de la presión p.
Si inicialmente los granos están agrupados en forma muy compacta (fig. 4.lc), la misma presión p reduce también la distancia entre las placas, aunque en una cantidad menor que en la disposición suelta. Por otra parte, cuando la distorsión δ aumenta, las partículas no pueden moverse entre sí sin romperse, a menos que la distancia h entre las placas aumente. Si se supone que las partículas son resistentes, puede esperarse que las placas se separen algo al aumentar δ, como se muestra en la fig. 4.1 d. El esfuerzo cortante t a un valor dado de 6, es, en las primeras etapas, mucho mayor que el de las partículas suel• tas, pero cuando 6 aumenta mucho, las partículas se han separado, hasta alcanzar el mismo grado de compacidad, que el obtenido con el acomodo suelto con deformaciones grandes de magnitud análoga. Por lo tanto, la relación entre t y 6 para el acomodo inicialmente compacto muestra un máximo.
Se ve, por lo tanto, que un arreglo inicialmente suelto de partículas resistentes se hace más compacto durante la deformación bajo corte, mientras que uno inicialmente más compacto, se hace más suelto. Este comportamiento es una característica fundamental de todos los granos más o menos equidimensionales suficientemente resistentes para no romperse. Las arenas y las gravas se aproximan mucho a este comportamiento. Por razones completamente diferentes, las arcillas blandas tienden a disminuir de volumen durante el corte, mientras que las arcillas duras tienden a expandirse. Por lo tanto, el comportamiento de las arcillas es, en este sentido, análogo al de las arenas.
El esfuerzo-deformación de los suelos reales puede investigarse mediante pruebas de corte directo, en aparatos muy parecidos al mostrado en la fig. 4.1. Sin embargo, puede obtenerse mejor control de varias condiciones de la prueba, ejecutando la llamada prueba de compresión triaxial. En la siguiente sección, se estudia Ja técnica e interpretación de estas pruebas.
Figura 4.1. a) Prueba al esfuerzo cortante en una masa de partículas equidinensionales en estado inicialmenie suelto. b) Esfuerzos cortantes t y compresibilidad Δh/h como funciones de la distorsión bajo esfuerzos cortantes. c) y d). Relaciones correspondientes para el mismo material en estado inicialmente compacto.
0 comentarios:
Publicar un comentario