La sola presencia del agua en los vacíos de una arena o grava, no produce ordinariamente cambios importantes en los valores de Ød dados en la tabla 4.1, Por otra parte, si se desarrollan esfuerzos en el agua de los poros, pueden producirse cambios en los esfuerzos efectivos, con lo cual la resistencia al esfuerzo cortante y las relaciones esfuerzo-deformación pueden alterarse radicalmente. El que se produzcan o no las presiones de poro depende de las características de drenaje de la masa de suelo y de la tendencia del suelo a dilatarse o contraerse. Por ejemplo, la arena seca y suelta con las características de compresibilidad representadas en la fig. 4.4c, tiende a disminuir de volumen al aumentar Δp.
Si los vacíos están llenos de agua y si cada incremento de Δp es pequeño y se aplica mucho tiempo después que su antecesor, el agua difícilmente impide la tendencia del volumen a disminuir. Entonces, la presión de poro permanece esencialmente igual a cero durante toda la prueba y no tiene influencia en el comportamiento de la muestra. Cuando una prueba se efectúa en estas condiciones, se dice que es una prueba S, una prueba lenta, o una prueba drenada. En realidad, las pruebas drenadas constituyen los medios más seguros para obtener la curva de cambio de volumen (fig. 4.4c), midiendo el volumen de agua que sale de un espécimen saturado, al efectuar la prueba. Si se hace una prueba drenada en un espécimen compacto, el agua penetrará en el espécimen cuando se dilate pero, de nuevo, como se permite el tiempo suficiente para que entre agua después de cada pequeño incremento de Δp, la presión de poro permanece prácticamente en cero. Por lo tanto, las características esfuerzo- deformación son idénticas a las mostradas en las figs. 4.4d y 4.4e para el mismo material en estado seco bajo la misma presión en la cámara p3.
Por otra parte, puede efectuarse una prueba triaxial en la que no se permita la disipación de la presión de poro, después de que se haya puesto la muestra en equilibrio hidráulico bajo la presión de confinamiento, p3 .
A esta prueba se le llama prueba R o prueba consolidada rápida. Cuando se hace una prueba R en una muestra inicial- mente saturada, se aplica primero la presión de la cámara Pa y se deja abierta la válvula V (fig. 4.2) hasta que se disipa la presión de poro en la muestra. Después se cierra la válvula, con lo que se impide la entrada o salida de agua de la muestra.
En una arena suelta comparable a la estudiada en conexión con las figs. 4.4b y 4.4c, la relación entre la diferencia de esfuerzos p y la deformación axial unitaria está representada por la fig. 4.7b. Las ordenadas son siempre más pequeñas que las correspondientes a la prueba S (fig. 4.4b). Si la válvula V no estuviera cerrada, la muestra experimentaría una disminución de volumen. Sin embargo, como el agua no puede escapar de los vacíos, no puede ocurrir ninguna disminución de volumen, en cambio, la presión aumenta en el agua de los poros. La relación entre la deformación axial unitaria y la presión en los poros ud asociada a la diferencia de esfuerzo Δp se muestra en la fig. 4.7c. Si la muestra está lo suficientemente suelta, Ud para las grandes deformaciones puede acercarse a Δp es decir, casi toda la diferencia de esfuerzo puede ser soportada por el agua de los poros y puede ocurrir solamente un pequeño aumento en el esfuerzo efectivo.
Si se hace una prueba rápida consolidada en una arena compacta, se logran los resultados mostrados en las figs. 4.7d y 4.7e. Las ordenadas de la curva que relaciona la diferencia de esfuerzos y la deformación (fig. 4.7d) son mayores que las correspondientes a la prueba S (fig. 4.4d). Si no se cerrara la válvula V, la muestra, después de una pequeña compresión inicial, experimentaría un aumento de volumen. Sin embargo, como la válvula cerrada impide que el agua entre a los vacíos, el aumento de volumen no puede ocurrir y se desarrolla una presión de poro negativa. La relación entre la deformación axial y la presión de poro Ud se muestra en la fig. 4.7e, La presión de poro se mide con respecto a la del agua antes de cerrar la válvula y de que se aplique cualquier diferencia de esfuerzo. De esta manera, un valor negativo no implica necesariamente tensión en el agua sino, por el contrario, un esfuerzo menor que el original.
Si se usan los valores de P1 y P3 en la falla para Construir círculos de esfuerzos de Mohr, que permitan obtener la línea de ruptura correspondiente a una serie de pruebas R en arena o grava, es probable que los resultados se parezcan a los mostrados por las líneas de rayas de la fig. 4.8, En especímenes sueltos (fig. 4.8a) la línea de ruptura se curva ligeramente, mientras que en los compactos (fig. 4.8b), la curvatura es pronunciada, Al aumentar la compacidad relativa, el considerar lineal la relación entre la resistencia al corte y el esfuerzo normal va siendo menos preciso; en las arenas compactas, la discrepancia es tan grande que no se puede tolerar. Por otra parte, si las presiones de poro udf se han medido en la falla durante las pruebas, los círculos de Mohr pueden dibujarse en función de esfuerzos efectivos en la falla. El esfuerzo principal mayor p1 es igual a p1- udf, y el esfuerzo principal menor p3 es igual a p3-Udf. Estos círculos y las lineas de ruptura correspondientes se indican en las líneas sólidas de la fig. 4.8. Se ha encontrado que las líneas de ruptura basadas en los esfuerzos efectivos son, para todos los fines prácticos, idénticas a las obtenidas en los mismos materiales con las pruebas S. Por lo tanto, si se escribe la ec. 4.3:
en función de los esfuerzos efectivos, es igualmente válido para expresar los resultados de las pruebas S o R. Además, la inclinación Ød de la línea de ruptura puede considerarse una propiedad del suelo, independiente de las condiciones de Ja prueba. Se le llama ángulo de fricción interna o, más específicamente, ángulo de fricción interna en prueba drenada.
En la fig. 4.8 se indica que, dentro de un intervalo grande de presiones, la resistencia al esfuerzo cortante de una arena suelta en pruebas R es menor que en las pruebas S, mientras que lo contrario se aplica a la arenas compactadas. Las condiciones de drenaje cuidadosamente controladas en el laboratorio representan do limitesextremos: el ajuste completo de la presión de poro en las pruebas S, y la ausencia completa de ajuste en las pruebas R. En el campo, es probable que prevalezcan grados de ajuste intermedios, con valores intermedios de la resistencia al esfuerzo cortante. El ingeniero debe elegir valores apropiados a las condiciones de su problema. Por ejemplo, si se va a cargar gradualmente una pequeña zapata construida sobre arena gruesa abajo del nivel freático, con toda seguridad habrá tiempo suficiente para que las presiones de poro se disipen debido a la carga; por lo tanto, los resultados de las pruebas S serán aplicables. Por otra parte, si una maquina pesada de autopropulsion va a cruzar rápidamente una masa de arena saturada muy fina, los resultados de las pruebas R pueden ser los más adecuados. Si la arena es suelta, la falla puede ocurrir antes de que haya tiempo para un drenaje apreciable. Si la arena es compacta, puede ser posible que la máquina cruce rápidamente con seguridad, mientras que puede hundirse excesivamente si pasa tan lentamente que la arena pueda dilatarse.
Figura 4.7. Resultados de pruebas triaxiales consolidadas rápidas (pruebas R). a) Esfuerzos actuantes en el espécimen. b) Relación entre la diferencia de esfuerzos Δp y la deformación axial unitaria para arena suelta o arcilla normalmente consolidada de baja sensibilidad. c) Presiones de poro en las mismos especimenes en función de la deformación. d) y e) Relaciones correspondientes para arena compacta o arcilla preconsolidada.
Figura 4.8. a) Círculos de falla y líneas de ruptura para pruebas triaxiales consolidadas rápidas (R) en arena suelta saturada. Las líneas de rayas indican resultados en función de los esfuerzos totales y las líneas llenas en función de los esfuerzos efectivos. b) Resultados correspondientes a arena compacta Saturada.
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