INTRODUCCION

Una caracterstica que hace muy distintivos a diferentes tipos de suelos es la cohesin, debido a ella los suelos se clasifican en cohesivos y no cohesivos. En este informe trataremos sobre los suelos cohesivos, los cuales poseen propiedades de atraccin intermolecular, como las arcillas. Se le da el nombre de arcilla a las partculas slidas con dimetro menor de 0.005 mm y cuya masa tiene la propiedad de volverse plstica al ser mesclada con agua. Qumicamente es un silicato de almina hidratado, aunque en pocas ocasiones contiene tambin silicatos de hierro o de magnesio hidratados. En el siguiente informe estudiaremos la resistencia al corte de los suelos cohesivos, solo en el rea de arcillas inalteradas normalmente consolidadas de baja a moderada sensibilidad.

RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS COHESIVOSArcillas inalteradas normalmente consolidadas de baja a moderada sensibilidad. Los resultados de ensayos triaxiales drenados sobre suelos cohesivos normalmente consolidados se pueden expresar con exactitud satisfactoria por medio de la ecuacin de Coulomb, con . As: (18.1) El valor de para estos materiales, amasados o en estado inalterado, est relacionado con el ndice de plasticidad. Se pueden estimar valores aproximados con la ayuda de la figura 18.1, a pesar de que la dispersin, para la mayora de las arcillas, puede ser del orden de 5 (Bjerrum y Simons, 1960). Sin embargo, para una arcilla con un lmite liquido de 426 proveniente de la ciudad de Mexico, se obtuvo un valor excepcionalmente alto de Resulta de ello aparente que la relacin estadstica representada por la figura 18.1 no es de validez general y debe, por tanto, ser usada con precaucin. En condiciones corrientes de la prctica, la baja permeabilidad de las arcillas retarda mucho drenaje y, como consecuencia, la presin de poros asociada con la fuerza que tienden a romper el material puede no llegar a disiparse con rapidez. Como las presiones de poros asociadas con el corte son positivas (fig 15.5c) la resistencia indicada por la ecuacin 18.1 puede requerir un largo tiempo para desarrollarse, pues el lapso necesario para la disipacin de dichas presiones est gobernado por las caractersticas de consolidacin y las dimensiones de la masa cohesiva.

Las condiciones asociadas con una falta completa de drenaje pueden aproximarse ejecutando ensayos triaxiales consolidados no drenados. Los resultados de tales ensayos, en los cuales y son las tensiones efectivas principales de rotura, se representan por la circunferencia de rotura de la figura 18.2a. sta circunferencia es tangente a la lnea intrnseca definida por la ecuacin de Coulomb: (18.1) En el momento de la rotura, la presin de los poros positiva acta por igual en todas direcciones (fig. 18.2a). Por tanto, las tensiones principales totales de rotura son: (18.2) y (18.3) La circunferencia de rotura, en trminos de tensiones totales, es por tanto la A. Tiene el mismo dimetro que la circunferencia , pero est desplazada hacia la derecha en una distancia Iguala la presin de poros inducida en la muestra en el instante de la rotura. Si, utilizando una misma arcilla, que es inicialmente consolidada bajo .diferentes presiones de cmara , se realizan varios ensayos no drenados, la envolvente de rotura de las circunferencias obtenidas, expresadas en trminos de presiones de cmara , se realizan varios ensayos no drenados, la envolvente de rotura de las circunferencias obtenidas, expresadas en trminos de presiones totales, es tambin aproximadamente una lnea recta que pasa por el origen (lnea punteada de la figura 18.2a) y tiene por ecuacin: (18.4) En la cual , conocido como el ngulo de resistencia al corte consolidado no drenado, es apreciablemente menor que . La relacin entre y diferencia de tensin en el momento de la rotura. Para arcillas normalmente consolidadas, de baja a moderada sensibilidad, este valor es aproximadamente igual a la diferencia de tensin misma. Debe hacerse notar que la circunferencia de rotura para un ensayo dado tiene el mismo dimetro, se dibuje sta en trmino de tensiones efectivas o de tensiones totales. Las presiones de poros actan con igual intensidad en todas las direcciones; por tanto, el incremento de presin de poros es el mismo para la presin mayor como para la menor. Esta conclusin conduce a un concepto extremadamente til, conocido como la condicin En la figura 18.2b, la circunferencia en trazo lleno es la circunferencia , dibujada representando las tensiones totales, corresponde a un ensayo consolidado no drenado en el cual la presin de poros al empezar es igual a cero y al terminar igual a . Pero, si despus de la consolidacin inicial bajo la presin de confinamiento , se hubiese incrementado la presin de cmara en una cantidad adicional sin permitir el drenaje, la presin de poros inicial en la muestra hubiese sido igual a y la presin de poros final igual a . En trminos de tensiones totales, la correspondiente circunferencia de rotura hubiese sido la B de la figura 18.2b. A pesar de ello, la circunferencia de tensiones efectivas todava seguira siendo la

Como la eleccin del cambio de presin de cmara fue arbitraria, se concluye que si varias muestras son primero consolidadas bajo la misma presin de confinamiento y despus ensayada en condiciones no drenadas bajo distintas presiones de confinamiento, la lnea de ruptura con respecto a tensiones totales es horizontal. Esta lnea puede considerarse como un caso especial de la ecuacin de Coulomb, que se distingue por la circunstancia de que y , razn por la cual se la conoce como la condicin (Skempton, 1948). Teniendo en cuenta que un ensayo de compresin simple no es en definitiva ms que un ensayo triaxial en el cual la presin total principal menor es igual a cero, circulo C en la figura 18.2b, la resistencia al corte para la condicin se puede determinar por medio de un ensayo de compresin simple desde que: (18.5) Cuando se trata con suelos saturados de permeabilidad muy baja, como lo son la mayora de las arcillas y de los limos, hay muchos problemas prcticos en los cuales se puede suponer que el contenido de humedad del suelo no cambia por un tiempo relativamente grande despus de la aplicacin de la carga. Es decir que, por cierto tiempo, prevalece la condicin no drenada. Ms an, si se extrae una muestra conservando su contenido de humedad y se ensaya sin permitir que el mismo cambie, tanto la compresin simple como la triaxial, con presin de confinamiento , proveen un valor de la resistencia del suelo con respecto a tensiones totales que es aproximadamente igual al valor , como se deduce fcilmente de la ecuacin 18.5 dentro de las limitaciones impuestas por la ecuacin 15.4. Por ello, y como consecuencia del concepto , el ensayo de compresin simple adquiere una importancia inusitada. Cuando en problemas que involucran depsitos de arcillas saturadas se presentan condiciones que van a ser controladas por la resistencia no drenada del material, con frecuencia se pueden usar ventajosamente otros tipos de ensayos expeditivos para evaluar la cohesin . Los ms importantes son los ensayos con el aparato de paletas, tambin llamado la veleta o el molinete, aparato ste que se halla esquematizado en la figura 44.17 y que se utiliza con el equipo se describe en el artculo 44. En el laboratorio se usan tambin veletas similares de tamao menor, especialmente para investigar la resistencia de muestras de arcilla muy dbiles o de arcillas amasadas. Entre ellos el ms conveniente, por sus particularidades, es el aparato manual denominado torvane (figura 18.3). Las veletas que lo constituyen se introducen dentro del suelo por empuje y luego, aplicando un momento torsor, que se mide con un resorte calibrado, se hace rotar el conjunto hasta que la arcilla rompe simultneamente a lo largo de una superficie cilndrica que circunscribe las veletas y la base de dicho cilindro. El valor de la cohesin se lee directamente en el indicador del resorte calibrado, de modo que, cuando resulta aplicable, por medio de este aparatito es dable practicar un examen rpido y detallado de la variacin del valor de para un conjunto grande de muestras. Vase fig. 45.5.

Cuando una arcilla normalmente comprimida se consolida bajo una presin hidrosttica de confinamiento u luego se lleva a rotura en condiciones no drenadas, la circunferencia de Mohr que la representa en terminos de tensiones totales es la de la figura 18.2a. El radio de esta circunferencia mide la resistencia al corte para la condicin . De la figura 18.4a, por geometra se deduce:

y por lo tanto Relacin sta que, para una arcilla dada, es una constante. Ha llevado a la idea de que debe existir una relacin similar entre la resistencia al corte no drenada de depsitos naturales de arcillas normalmente consolidadas, determinada sta por medio de ensayos con el aparato de paletas, y la presin efectiva que el suelo soporta a la profundidad de la cual proviene, por efecto del peso de los depsitos sobrepuestos. Se ha encontrado que, para un depsito normalmente consolidado, esta relacin, que se designa por , es realmente una constante, siempre y cuando el ndice de plasticidad sea aproximadamente el mismo en todo el espesor el depsito de que se trata. Ms an, tambin se ha encontrado que los valores que le corresponden en el terreno a varios depsitos, o bien a zonas relativamente homogneas de depsitos diversos, estn ntimamente correlacionados con el ndice plstico, como lo indica la figura 18.4b. Como todas las relaciones estadsticas, la de la figura 18.4b encierra la posibilidad de que aparezcan excepciones, pero la evidencia existente hasta el presente muestra que la relacin all indicada es aplicable a un amplio rango de tipos de arcillas sedimentarias. La relacin , estimada por medio de la figura 18.4b, torna posible una evaluacin grosera de la resistencia al corte no drenada de los depsitos normalmente consolidados, sobre la base de los resultados de los lmites de Atterberg. A la inversa, si la resistencia no drenada ha sido determinada por ensayos independientes, la comparacin con los valores obtenidos sobre la base de la figura 18.4b puede servir de ndice para indicar si la arcilla est normalmente consolidada o preconsolidada.

CONCLUSION

El estudio del suelo, es un aspecto muy importante que se debe tener en cuenta al momento de disear cualquier tipo de obra civil, que se quiera construir sobre el suelo, ya que nos brinda toda la informacin necesaria sobre las caracteristicas del suelo donde se va a realizar la obra, de tal manera que esta pueda ser diseada y construida, en base a las condiciones y caractersticas que el suelo presente, para as brindar y garantizar seguridad y proteccin al dueo de la obra, a quienes la construyen y al usuario que har uso del producto final que se entregue. Para poder cumplir con ello, se requiere tener el conocimiento fundamental que permita llevar a cabo los mismos, como el mostrado anteriormente en este informe.