Introducción

Mohr (1900) presentó una teoría sobre la ruptura de los materiales. Dicha teoría afirma que un material falla debido a una combinación crítica de esfuerzo normal y esfuerzo cortante, y no solo por la presencia de un esfuerzo máximo normal o bien de un esfuerzo máximo cortante.

Cohesión

La cohesión del terreno es la cualidad por la cual las partículas del terreno se mantienen unidas en virtud de fuerzas internas, que dependen, entre otras cosas, del número de puntos de contacto que cada partícula tiene con sus vecinas. En consecuencia, la cohesión es mayor cuanto más finas son las partículas del terreno.

Ensayo de Compresión Simple

Es una prueba que se realiza aplicando un esfuerzo axial a una muestra de suelo.

Este tipo de ensayos se los puede realizar únicamente a suelos cohesivos que no expulsen agua durante la aplicación de carga.

Con este ensayo se logran obtener valores de la carga última del suelo, así como la cohesión que tiene el mismo.

Este ensayo se realiza con una muestra inalterada tallada en forma de un cilindro con una relación alto/diámetro igual a 2, con la ventaja de ser de fácil realización y con un equipo sencillo.

Equipo Requerido

• Aparato de compresión
• Deformímetro
• Micrómetro
• Cronómetro
• Balanza

La muestra de suelo con la que se trabaja en este ensayo es una muestra inalterada o remoldeada que deberá ser labrada hasta obtener un cilindro tal que su altura sea igual a dos veces su diámetro, como se muestra en la siguiente figura.

Para que la muestra se considere como inalterada, se deben conservar las mismas propiedades que el suelo tiene in situ, principalmente se debe conservar la humedad.

Procedimiento

Se prepara el cilindro con dimensiones tales que el diámetro sea h/2, labrando la muestra y, caso contrario, se realiza el cilindro con material que pase el tamiz 40. Luego de esto, se pesa el cilindro, se coloca en el aparato de compresión y se empieza a aplicar carga de tal manera que produzca deformación axial y se registran valores de deformación y tiempo. Se aplica carga hasta que empiece a decrecer o la deformación sea del 20%.

Cálculos

Se efectúan los cálculos de esfuerzo y deformación de manera que se pueda realizar una curva esfuerzo – deformación unitaria, para obtener el máximo esfuerzo que se toma como la resistencia a la compresión uniaxial del suelo.

Ensayo de Corte Directo

Los resultados obtenidos de este ensayo deben asegurar que los esfuerzos de corte solicitantes son menores que la resistencia de la muestra de suelo.

Los resultados que se obtienen de este ensayo son la cohesión y el ángulo de fricción que define la resistencia del suelo granular.

Los ensayos de corte directo pueden clasificarse en cuatro grupos

• Resistencia al corte en suelos no cohesivos
• Resistencia al corte en suelos cohesivos
• Resistencia al corte en suelos arcillosos
• Resistencia al corte en suelos muy finos

Clasificación de los ensayos de corte directo

• Ensayos no consolidados no drenados: El corte se inicia antes de que se inicie la consolidación de la muestra bajo la carga vertical.
• Ensayo consolidado no drenado: Se aplica la carga vertical, se observa el movimiento vertical del deformímetro hasta que pare el asentamiento antes de aplicar la fuerza horizontal.
• Ensayo consolidado drenado: La fuerza vertical se aplica y se tarda la aplicación del corte hasta que se haya desarrollado todo el asentamiento, posterior a esto se aplica la fuerza horizontal tan lento como sea posible para evitar que se desarrollen presiones de poros en la muestra.

En suelos no cohesivos, estos tres tipos de ensayos arrojan los mismos resultados, esté la muestra saturada o no y, por supuesto, si la tasa de aplicación del corte no es demasiado rápida.

Entonces se puede decir que la resistencia al corte tiene dos componentes:

• Fricción (tg φ): Se debe a la traba que existe entre partículas y el roce entre ellas cuando están sometidas a esfuerzos normales.
• Cohesión (c): Se debe a las fuerzas internas que mantienen unidas a las partículas.

Características del Ensayo

El ensayo puede ser realizado en todo tipo de suelos inalterados, remoldeados o compactados. La única restricción que existe es el tamaño máximo de las partículas presentes en la muestra de suelo.

Materiales

• Aparato de corte
• Caja de corte
• Balanza
• Deformímetro
• Cronómetro

Ensayo

Se pasa el material por el tamiz 100 y con la cantidad de material se realizan 4 porciones. Se ajusta adecuadamente la caja de corte, luego la primera muestra se pone en caja de corte y con una espátula se distribuye por toda la superficie de la caja, tratando de formar una capa uniforme. Con un pisón de 5 x 5 cm se compacta la capa. Después de compactar la capa, se escarifica la parte superior haciendo 7 líneas verticales y 7 horizontales, separadas aproximadamente 8 mm.

• Detener el ensayo una vez que se dé un comportamiento lineal después de ocurrir la falla de la muestra. El desplazamiento correspondiente a la condición de falla puede encontrarse entre el 15 y 20% del diámetro o longitud del espécimen.
• Retirar la carga del espécimen.

Calcule y grafique el esfuerzo de corte contra el desplazamiento lateral.

Ensayo Triaxial

Sirve para obtener los parámetros de la resistencia a cortante de una muestra de suelo. En este ensayo se coloca un espécimen cilíndrico de suelo revestido con una membrana de látex dentro de una cámara a presión. En la parte superior e inferior de la muestra de suelo se colocan piedras porosas, las cuales se conectan al sistema de drenaje para saturar o drenar el espécimen.

En este ensayo es posible variar las presiones que actúan en tres direcciones ortogonales sobre la muestra de suelo, efectuando mediciones sobre sus características mecánicas. Las presiones laterales que se dan son usualmente generadas por un líquido que usualmente es agua.

La presión que se ejerce con el agua que llena la cámara es hidrostática y produce esfuerzos iguales en todas las direcciones sobre el espécimen, tanto lateral como axialmente.

Se deben realizar por lo menos tres pruebas, con presiones laterales diferentes. En un gráfico se trazan los círculos de Mohr que muestran los esfuerzos de falla de cada una de las muestras ensayadas y, trazando una tangente o envolvente a éstos, se determina el ángulo de fricción, así como la cohesión del suelo.

Tipos de pruebas Triaxiales

• Prueba rápida – Prueba sin consolidación y sin drenaje (UU)

En este ensayo no se permite en ninguna etapa la consolidación de la muestra. Este ensayo se realiza sobre muestras de suelo arcillosos, enmarcando la utilización de este ensayo para la resistencia de suelos cohesivos saturados.

• Prueba rápida – Prueba con consolidación y sin drenaje (CU)

Este tipo de ensayo se realiza generalmente con medición de la presión de poros para determinar la cohesión y el ángulo de fricción.

• Prueba lenta – Prueba con consolidación y con drenaje (CD)

La principal característica de este tipo de prueba es que los esfuerzos aplicados sobre el espécimen son efectivos. Este tipo de ensayos se utilizan principalmente en suelos granulares, sin embargo, se pueden aplicar a suelos finos, pero los ensayos requerirán tiempos prolongados.

Materiales

• Dispositivo para medir la carga axial
• Pistón de carga axial
• Dispositivo de carga axial
• Cámara de compresión triaxial

En el ensayo triaxial se pueden usar muestras inalteradas o remoldeadas.

Procedimiento

Se humedecen las piedras porosas y el papel filtro y se lubrica el interior y exterior de la membrana que contendrá a la muestra. Sobre la base de la muestra se colocan las piedras porosas, el papel filtro, la probeta y la tapa superior.

Se extiende la membrana de caucho sobre la tapa y base de la muestra y se la sella con los anillos de caucho. Se aplica un vacío hasta que todo el aire sea expulsado y se ensambla la cámara triaxial.

Se pone en contacto el pistón con la tapa de la muestra para permitir el asentamiento y la alineación del pistón con respecto a la tapa.

Se llena la cámara triaxial con agua y se aplica presión de confinamiento hasta que el regulador llegue a la presión deseada.

Se enceran los deformímetros y se empieza a dar carga axial, mismas que deben ser registradas, así como las deformaciones que se produzcan.

Una vez terminado el ensayo debido a la falla de la muestra o a que se ha producido el 20% de la deformación axial, se apaga la máquina, se suelta la presión del equipo y se remueve la muestra.