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    72571366 capacidad-portante-de-suelos 72571366 capacidad-portante-de-suelos Document Transcript

    • CAPACIDAD PORTANTE DE SUELOSNuestro informe está enfocado en:I.- Capacidad portante de suelos con fines de cimentación.I.- CAPACIDAD PORTANTE DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACION1.- INTRODUCCION:La cimentación es la parte de la estructura que permite la transmisión de las cargas queactúan, hacia el suelo o hacia la roca subyacente.Cuando los suelos reciben las cargas de la estructura, se comprimen en mayor o enmenor grado, y producen asentamientos de los diferentes elementos de la cimentación ypor consiguiente de toda la estructura. Durante el diseño se deben controlar tanto losasentamientos absolutos como los asentamientos diferenciales.El suelo constituye el material de ingeniería más heterogéneo y más impredecible en sucomportamiento, es por ello que los coeficientes de seguridad que suelen utilizarse sonal menos de 3 con relación a la resistencia. La presencia de diferentes tipos de suelos yde distintos tipos de estructuras da lugar a la existencia de distintos tipos decimentaciones.2.- TIPOLOGÍAS:Las cimentaciones se clasifican en: Cimentaciones Superficiales yCimentaciones Profundas.2.1.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES:2.1.1.- Cimientos Corridos2.1.2.- Zapatas2.1.3.- Vigas de Cimentación2.1.4.- Losa de Cimentación2.2.- CIMENTACIONES PROFUNDAS:2.2.1.- Pilotes2.1.1.- Cimientos Corridos:Son excavaciones superficiales para obras que no requieren refuerzos en el suelo.
    • Proceso constructivo de un Cimiento Corridoa).- Trazado y replanteob).- Excavaciónc).- Perfilado y limpieza de la zanjad).- Colocación de fierros para las columnase).- Colocación de la primera capa de concreto previo mojado de la zanjaf).- Colocar las piedras dejando espacios para que el concreto los cubrag).- Colocar otra capa de concreto, hasta el nivel requerido, dejando en la parte superiorpiedras que sobresalgan en los lugares donde se va ubicar el sobrecimiento.2.1.2.- Zapatas:Zapatas Aisladas:Son típicas en cimentaciones de edificios o estructuras sustentadas por pilares. Lasriostras que unen las distintas unidades no suelen reducir notablemente las cargasverticales que actúan en cada zapata y por lo tanto, a efectos de hundimiento y deasientos, éstas pueden considerarse individualmente.Su principal objetivo es la de evitar desplazamientos laterales.
    • Zapatas Combinadas:Soportan las descargas de dos o más columnas. Necesarias cuando se debe colocar unacolumna en la colindancia de un edificio y la losa de la zapata no se puede proyectarfuera de la colindancia.Se logra una distribución relativamente uniforme de esfuerzos, la zapata de la columnaexterior se puede combinar con la de la zapata interior más cercana.Zapatas Corrida:Es una franja continua de losa a lo largo del muro y de un ancho mayor que el espesordel mismo. La proyección de la zapata se trata como un voladizo cargado con la presióndistribuida del suelo.2.1.3.- Vigas de Cimentación:
    • Se las emplea en suelos poco resistentes, para integrar linealmente la cimentación devarias columnas. Cuando se integran las columnas superficialmente mediante vigas decimentación en dos direcciones, se forma una malla de cimentación.2.1.4.- Losa de Cimentación:Se emplean en suelos poco resistentes, para integrar superficialmente la cimentación devarias columnas. Cuando al diseñar la cimentación mediante zapatas aisladas, lasuperficie de cimentación supera el 25% del área total, es recomendable utilizar losas decimentación.
    • 2.2.1.- Pilotes:Se los emplea cuando los estratos resistentes de suelo son muy profundos. El hincado depilotes permite que se alcancen esos estratos resistentes.Pueden ir acoplados a zapatas o losas de cimentación. Se utilizan varios pilotes parasustentar a cada unidad de cimentación.3.- CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE ZAPATAS:Los esfuerzos en el suelo no deben sobrepasar los esfuerzos admisibles bajocondiciones de carga sin factores de mayoración.Cuando las combinaciones de carga incluyan el efecto de solicitaciones eventualescomo sismos y viento, los esfuerzos admisibles pueden incrementarse en un 33.3%.Los asentamientos de las estructuras deberán calcularse incluyendo el efecto en eltiempo de suelos compresibles o consolidables como arcillas y suelos orgánicos.El recubrimiento mínimo para el hierro, cuando el hormigón es fundido en obra encontacto con el terreno y queda permanentemente expuesto a él, es de 7 cm.
    • Las zapatas deberán diseñarse para resistir fuerzas cortantes en cada direcciónindependientemente, tomando como sección crítica a una distancia d desde la cara delas columnas o elementos verticales.La capacidad resistente a cortante tipo viga del hormigón se calcula con la siguienteexpresión empírica:Donde tanto f’c como vc se expresan en Kg/cm2.Las zapatas deberán diseñarse para resistir fuerzas cortantes de punzonamiento en dossimultáneamente, tomando como sección crítica a aquella que se ubica a una distanciad/2 alrededor del elemento vertical de carga (columna, muro de corte, etc.).
    • La resistencia al cortante por punzonamiento que puede desarrollar el hormigón secalcula con la siguiente expresión empírica:Donde tanto f’c como vc se expresan en Kg/cm2.La sección crítica de flexión en una dirección se ubicará en las caras de los elementosverticales de carga.En cimentaciones de muros de mampostería, la sección crítica de diseño a la flexión seconsiderará ubicada en la mitad, entre el eje medio y el borde del muro.
    • En zapatas reforzadas en una dirección y en zapatas cuadradas reforzadas en dosdirecciones, el refuerzo debe distribuirse uniformemente a través del ancho total de lazapata.En zapatas inclinadas o escalonadas, el ángulo de inclinación o la altura y colocación delos escalones serán tales que se satisfagan los requisitos de diseño en cada sección.Las zapatas inclinadas o escalonadas que se dimensionen como una unidad, debenconstruirse para asegurar su comportamiento como tal (deberán ser monolíticas).4.- DEFINICIONES BÁSICAS:4.1.- Tensión total bruta (qb)Es la tensión vertical total que actúa en la base del cimiento (carga total/área delcimiento). Incluye todas las componentes verticales: sobrecargas, peso de la estructura,peso del propio cimiento, etc.4.2.- Tensión total neta (qneta)Es la diferencia entre qb y la tensión total de tierras (sobrecarga) que actúa a la cota dela base del cimiento (qneta = qb - Po).Usualmente qneta es el incremento de tensión total vertical al nivel de base de lacimentación.4.3.- Tensión efectiva bruta (q’b)Es la diferencia entre la tensión total bruta, qb y la presión intersticial al nivel de lacimentación (q’b = qb - u).4.4.- Tensión efectiva neta (q’neta)Es la diferencia entre q’b y la tensión efectiva vertical P’o debida a la sobrecarga detierras al nivel de la cimentación.4.5.- Tensión de hundimiento (q’h), (qh)Es la tensión vertical para la cual el terreno agota su resistencia al corte. Puedeexpresarse en términos de tensiones totales o efectivas, brutas o netas.4.6.- Tensión admisible (q’adm), (qadm)Es la tensión de cimentación para la cual existe un coeficiente de seguridad adecuadofrente al hundimiento. Puede expresarse en términos de tensiones totales o efectivas,brutas o netas. Esta tensión no tiene por qué ser admisible para la estructura, por lo tantodepende del tipo de estructura (estructuras rígidas/flexibles).
    • 4.7.- Tensión admisible de trabajo (q’adm trabajo), (qadm trabajo)Es la tensión de cimentación admisible para una determinada estructura teniendo encuenta su tolerancia a los asientos. Obviamente puede ser mucho menor que qadm.Puede expresarse en tensiones totales o efectivas, brutas o netas.4.8.- Tensión de trabajo (Qtrabajo)Es la tensión vertical de cimentación la que está funcionando una determinadacimentación. Puede expresarse en tensiones totales o efectivas, brutas o netas.5.- CONDICIONES QUE DEBE CUMPLIR LA CIMENTACIÓNEstabilidad globalLa estructura y su cimiento pueden fallar globalmente sin que se produzcan, antes, otrosfallos locales. Este tipo de rotura es típico de cimentaciones en taludes o en mediasladeras.Estabilidad frente al hundimientoEste fallo del terreno puede ocurrir cuando la carga actuante sobre el terreno, bajo algúnelemento del cimiento, supera la carga de hundimiento.Estabilidad frente al deslizamientoEl contacto de la cimentación con el terreno puede estar sometido a tensiones de corte.Si éstas superan la resistencia de ese contacto se puede producir el deslizamiento entreambos elementos, cimentación y terreno.Estabilidad frente al vuelcoEl vuelco es típico de estructuras cimentadas sobre terrenos cuya capacidad portante esmucho mayor que la necesaria para sostener la cimentación, de otra forma, antes deproducirse el vuelco se provocaría el hundimiento del cimiento.Capacidad estructural del cimientoLos esfuerzos en los elementos estructurales que componen el cimiento, igual quecualquier otro elemento estructural, pueden sobrepasar su capacidad resistente.Los estados límites últimos que, en ese sentido, deben considerarse son los mismos quecon el resto de los elementos estructurales.6.- CÁLCULO ANALÍTICO DE LA CARGA DE HUNDIMIENTOLas teorías de capacidad de carga en cimentaciones superficiales están basadas en unbuen número de idealizaciones sobre las características tensión-deformación del suelo:a) El suelo se supone rígido-perfectamente plástico.
    • b) La mayoría de las teorías suponen que el terreno es isótropo, es decir, que suresistencia es la misma en cualquier dirección.c) Se suele suponen que el terreno es homogéneo, o sea:En cálculos sin drenaje (corto plazo en suelos cohesivos), la resistencia al corte sindrenaje se supone constante.En cálculos con drenaje (suelos cohesivos a largo plazo o suelos granulares a corto ylargo plazo), los parámetros de resistencia efectiva c’ y Ø’ se suponen constantesd) La mayoría de las teorías suponen que el suelo bajo la cimentación no pesa(densidad nula).COEFICIENTES DE CAPACIDAD DE CARGALas siguientes expresiones debidas a Prandtl (1920) corresponden a las fórmulasanalíticas que proporcionan los valores de los coeficientes de carga de la fórmulapolinómica de Brinch-Hansen.Para el caso particular de f = 0, tenemos que los coeficientes de capacidad de cargavalen respectivamente:Nq = 1Nc = 5,14Ng = 0En la siguiente tabla se recogen los valores de los coeficientes de carga para el rango deángulos de rozamiento interno en los suelos. tan2245tan eNq   cot1 qc NN   tan12  qNN
    • COEFICIENTES DE FORMATras una serie muy cuidada de ensayo en modelo reducido en arena, De Beer (1970)dedujo las siguientes expresiones:COEFICIENTES DE INCLINACIÓNLas expresiones que proporcionan los valores de los coeficientes de inclinación sedeben a Schultze (1952), Caquot y Odgaard entre otros.cqesNNLBF  1tan1LBFqs LBF s 4.012901 qici FF21 iF
    • 6.- ENSAYOS QUE SE UTILIZAN PARA HALLAR LA CAPACIDAD PORTANTEDE LOS SUELOSBasicamnete nesecitamos saber sus caracteristicas del suelo y eso se comienza desde lainspeccion ocular hasta ensayos con maquinas muy especiales que te pueden brindarresultados con muy poco error, entre ellos podemos destacar:Para muestras alteradas e inalteradas:Ensayos para caracterizar suelos: Granulometría Límites de consistencia Humedad natural Clasificación de suelos Pesos específicos Porosidad Grado de saturación Relación de vacíosEnsayos especiales Triaxiales Cortes directos Consolidación Pesos unitarios Densidad in situ Ensayo de la PlacaResultadosCapacidad de soporte admisibleMódulo de reacción KAsentamiento en suelo Sa.- El ensayo de penetración estándar es una herramienta útil y práctica paradeterminar la capacidad de soporte del suelo. La capacidad de soporte es utilizada en eldimensionamiento de los cimientos de una estructura. Además de obtener la capacidadde soporte, el ensayo permite obtener muestras de suelos para la realización de otrosensayos que permiten cuantificar la propiedad índice y de resistencia de un suelo.En la ejecución del ensayo existen un número de factores que afectan losresultados que pueden obtenerse; conocer y hacer énfasis en estas variables y en otraslimitaciones ayudará en la interpretación correcta de los resultados del ensayo.
    • Aunque se denomina “estándar”, el ensayo tiene muchas variantes y fuentes dediferencias, en especial la energía que llega al toma muestras la cual depende del equipoempleado, por lo que se es necesario aplicar factores de corrección para expresar losresultados en función de la energía entregada.INTRODUCCIÓNEl ensayo de penetración estándar para la determinación de la capacidad desoporte admisible del suelo. Se hace un análisis actualizado de los puntos másimportantes asociados al ensayo de penetración estándar, usos y su aplicabilidad en eldimensionamiento de cimentaciones.ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDARDebido a su sencillez de ejecución el método de penetración estándar SPT(Standard Penetration Test) es el más económico y usado en la exploración de suelos. Elmétodo ha sido estandarizado desde 1958, con varias revisiones (ASTM D1586) yconsiste en hincar un toma muestras partido de 18 in (0,45 m) de largo colocado alextremo de una varilla AW, por medio de un peso (martillo) de 140 lb (63,5 kg) que sedeja caer libremente desde una altura de 30 in (0,76 m), anotando los golpes necesariospara penetrar cada 6 in (0,15 m). El valor normalizado de penetración n es para 12 in(0,30 m), se expresa en golpes/pie y es la suma de los dos últimos valores registrados.El ensayo se dice que muestra “rechazo” si: (a) N es mayor de 50 golpes/6 in, (b) N esigual a 100 golpes/pie o (c) No hay avance luego de 10 golpes.Aunque se denomina “estándar”, el ensayo tiene muchas variantes y fuentes dediferencia, en especial a la energía que llega al toma muestras, entre las cualessobresalen:1) Equipos producidos por diferentes fabricantes2) Diferentes configuraciones del martillo de hinca, de las cuales son las más comunesel martillo anular y el martillo de seguridad.3) El control de la altura de caída pudiendo realizarse manualmente o con malacate ysoga.4) Si hay o no revestimiento interno en el toma muestras.5) La longitud de la barra entre la cabeza de golpeo y el toma muestras,6) El diámetro de perforación,7) La presión de confinamiento efectiva sobre el toma muestras en el punto de ensayo.EN PANAMA, utilizan otro tipo de ensayo para hallar la capacidad de soporte del sueloque a continuación se detallaraLos cimientos superficiales deben ser diseñados para que las cargas transmitidasal suelo no causen fallas de capacidad de soporte, ni asentamientos excesivos queocasionen daños a la estructura soportada. El método más confiable para obtener lacapacidad de soporte de un suelo es el realizar una prueba de carga. La prueba de placao ensayo de carga de placa es una prueba de campo utilizada para la estimación de lacapacidad de soporte última y el asentamiento de suelos. En nuestro medio, la prueba decampo más utilizada para estimar la capacidad de soporte de un suelo es mediante elEnsayo de Penetración Estándar que resulta ser demasiado conservador. El Reglamento
    • Estructural de Panamá REP-2004 indica que la capacidad de soporte se calcularáutilizando la ecuación de Meyerhof para la capacidad de soporte última. Este últimométodo requiere de ensayos de laboratorio para determinar los parámetros de resistenciadel suelo.1Se hace un análisis comparativo de las capacidades de soporte de un relleno de sueloarenoso, (arena arcillosa con grava) obtenidas utilizando la prueba de placa, la pruebade penetración estándar y la ecuación de capacidad de soporte de Meyerhof. Esta arenaarcillosa con grava, objeto de este estudio, posee tanto características friccionantescomo cohesivas muy comunes de nuestros suelos.La mayoría de los estudios de suelos presentan estimaciones de la capacidad desoporte de un suelo basado en los resultados de los ensayos de penetración estándar(número de golpes/30 cm). Esta estimación utiliza una ecuación empírica derivada parasuelos arenosos no cohesivos con un nivel freático profundo y un asentamiento admisible de25,4 mm. Siendo esto así, no tiene influencia el tamaño o dimensiones del cimiento. Estametodología resulta ser práctica pero muy conservadora en la estimación de la capacidad desoporte admisible. El Reglamento Estructural de Panamá REP-2004 indica que la capacidadde soporte deberá calcularse utilizando la ecuación de Meyerhof para capacidad de soporteúltima. Para hacer esto se deben conocer las magnitudes de las cargas involucradas, lasdimensiones de los cimientos y las características índices y de resistencia del suelo. De estamanera se logra una mejor estimación de la capacidad de soporte fundamentada en unanálisis teórico-práctico. El método más confiable para obtener la capacidad de soporte deun suelo es el realizar una prueba de carga. La prueba de placa o ensayo de carga de placaes una prueba de campo utilizada para la estimación de la capacidad de soporte última y elasentamiento de suelos.El presente artículo tiene como objetivo analizar comparativamente las capacidades desoporte admisible de un relleno de suelo arenoso (arena arcillosa) obtenidas utilizando laprueba de placa, la prueba de penetración estándar y la ecuación de capacidad de soporte deMeyerhof. Esta arena arcillosa, objeto de este estudio, posee tanto característicasfriccionantes como cohesivas muy comunes de nuestros suelos naturales.El ensayo de carga de placa es un ensayo de campo para la determinación de lacapacidad de soporte y asentamiento de un suelo. Para la ejecución de la prueba debeexcavarse una calicata hasta el nivel de desplante del cimiento. Una placa de carga de 2,54cm (1 in) de espesor como mínimo y 30,5 cm (12 in) a 76,2 cm (30 in) de diámetro esutilizada para transmitir la carga al suelo. La carga es generada por un gato hidráulicoapoyado en su parte inferior sobre la placa de carga y en la superior a una barrainmovilizada. El procedimiento de ensayo está estandarizado en el método ASTM D1194.La prueba consiste en aplicar con el gato hidráulico una carga previamente definida,ocasionando en el suelo un asentamiento. Cuando el asentamiento cesa se aplica otroincremento de carga, repitiéndose el proceso hasta alcanzar un asentamiento máximopermisible del suelo, Smáx, hasta que se observe la falla en el suelo o hasta alcanzar lacapacidad máxima del gato hidráulico. Los valores de incremento de carga son medidos porun manómetro conectado al gato hidráulico y los asentamientos por deformímetros ubicadossobre la placa de carga. El resultado es una curva carga-asentamiento.El procedimiento ASTM D1194 considera como capacidad de soporte última para laplaca de carga, qult (placa), la carga correspondiente a un asentamiento del 10% deldiámetro de la placa.
    • La Ecuación 3 permite determinar la capacidad de soporte última para suelosarenosos. La capacidad de soporte última, qult, se calcula a partir de la capacidad de soporteúltima del ensayo de carga de placa, qult (placa).
    • En su planteamiento, Terzaghi, llega a la propuesta de una ecuación para obtener laCapacidad de Carga Ultima (a la que llama: ), para una zapata alargada:Y para el caso de emplearse una zapata cuadrada, propone:Como es sabido los valores Terzaghi los establece en función deDe las anteriores ecuaciones, pueden desprenderse claramente algunas observacionesinteresantes, las cuales podemos sintetizar como que el resultado de las mencionadasecuaciones (la Capacidad del Carga Ultima del suelo), está formado por la suma de treselementos básicos: En el primero de ellos podemos apreciar que se consideran lascaracterísticas cohesivas o friccionantes del suelo al involucrar el valor "c"; en elsegundo elemento puede claramente apreciarse como influye en el resultado final laprofundidad de desplante de la zapata así como el Peso Volumétrico del sueloy en el último elemento que compone la ecuación se involucra la forma de lacimentación al incluir la dimensión del ancho de la zapata (B).Por lo tanto, podemos establecer la confirmación de que un suelo no tiene unacapacidad de carga fija y única, como en algunos casos reales se pretende considerar,sino que ésta (la capacidad de carga) dependerá tanto de las características particularesdel suelo (cohesión, fricción y peso volumétrico, básicamente), así como tambiéndependerá de las características del proyecto mismo de la cimentación especifica quepretenda ser construida (profundidad de desplante y ancho B, en zapatas rectangulares yel radio en circulares. En este breve escrito no se hace mención a la ecuación propuestapor Terzaghi para zapatas circulares). Es por ello que varios investigadores hanpropuesto modificaciones a la teoría de Terzaghi, considerando que debe darse una
    • mayor importancia a los aspectos de profundidad y forma de una cimentación(investigadores como Hansen, Chen y otros más).No debe usted olvidar la consideración que hace Terzaghi, en cuanto al tipo de materialdel suelo existente: Deben distinguirse los casos en los cuales es probable que sepresente falla local, de aquellos en los que las probabilidades son de acusar un tipo defalla general. En materiales arenosos sueltos o arcillosos blandos la deformación puedecrecer mucho al ser sometidos a cargas que se aproximen a la de falla, esto pudieseprovocar que no se desarrolle un estado plástico completo, pero el asentamiento sería talque obliga a considerar condición de falla. Este último caso sería el que Terzaghi definecomo de falla local.Existe además, un importante factor que también deberá ser tomando en cuenta, comoes la posición que ocupa el N.A.F. (nivel de agua freática), en relación con laprofundidad de desplante de la zapata propuesta.R. Estanol, espero que en estas pocas palabras, haya conseguido aclarar algunas de susdudas respecto al tema, el cual puede ser muy amplio.Debido a que este tema ha despertado mucho interés entre los lectores de ésta páginaWEB, según me lo hacen saber en sus búsquedas y preguntas, próximamenteincluiremos un programa que ayude a calcular, para visualizar con mayor claridad yrapidez, el cambio que sufre el valor de la Capacidad Ultima de Carga de un suelo dedeterminadas características, cuando variamos las de una zapata desplantada en él.Terzaghi y la Mecánica de suelosIntroducciónLos constructores han sido conscientes desde hace muchos siglos que las condicionesdel terreno debían ser consideradas para que sus edificaciones no se asienten, inclinen ocolapsen. La construcción antigua se realizaba en base a la experiencia del constructor.Sin embargo no fue sino hasta 1776, cuando Coulomb introdujo sus teorías de presiónde tierras, que se aplicaron los métodos analíticos. En 1871 Mohr presentó una teoría defalla para materiales idealmente plásticos, que en combinación con el trabajo deCoulomb, produjo la expresión muy conocida de resistencia cortante de suelos,τ = c + σ tgυ.
    • Recién con el trabajo realizado por Terzaghi, la Mecánica de Suelos fue reconocidacomo una disciplina principal de la Ingeniería Civil. Este término y el de GeologíaAplicada a la Ingeniería, fueron introducidos en su libro. El reconocimientointernacional de esta disciplina se logró con la Primera Conferencia Internacional deMecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones, llevada a cabo en la Universidad deHarvard en junio de 1936. Esta conferencia, presidida por Terzaghi, fue organizada porel Profesor Casagrande.El ensayo de corte directo impone sobre un suelo las condiciones idealizadasdel ensayo. O sea, induce la ocurrencia de una falla a través de un plano de localizaciónpredeterminado. Sobre este plano actúan dos fuerzas (o esfuerzos): un esfuerzo normaldebido a una carga vertical (Pv) aplicada externamente y un esfuerzo cortante debido ala aplicación de una carga horizontal (Ph). Estos esfuerzos se calculan simplementecomo:σ n = Pv /A t f = Ph /ADonde A es el área nominal de la muestra (o de la caja de corte) y usualmente nose corrige para tener en cuenta el cambio de área causada por el desplazamiento lateralde la muestra (Ph).La relación entre los esfuerzos de corte de falla ( t f ) y los esfuerzosnormales ( σ n ) en suelos, se muestra en la figura 5.21 y puede representarse por laecuación siguiente:tf = c + σ n * tg ΦEsfuerzo normalf C + n * tg Φf 1f 2f 3123N1/L2nC
    • Fig. Relación entre los esfuerzos de corte máximo y los esfuerzos normales. La línearecta obtenida se conoce como Envolvente de fallaEcuación de falla de corte de CoulombEn 1776 Coulomb observó que si el empuje que produce un suelo contra unmuro de contención produce un ligero movimiento del muro, en el suelo que estáretenido se forma un plano de deslizamiento esencialmente recto. El postuló que lamáxima resistencia al corte, , en el plano de falla está dada por = c +  tan Donde  es el esfuerzo normal total en el plano de falla es el ángulo de fricción del sueloc es la cohesión del sueloLa utilización de la ecuación de Coulomb no condujo siempre a diseñossatisfactorios de estructuras de suelo. La razón para ello no se hizo evidente hasta queTerzaghi publicó el principio de esfuerzos efectivos. = ´+ uDonde u = presión intersticial´= esfuerzo efectivoPudo apreciarse entonces que, dado que el agua no puede soportar esfuerzoscortantes substanciales, la resistencia al corte de un suelo debe ser el resultadoúnicamente de la resistencia a la fricción que se produce en los puntos de contacto entrepartículas; la magnitud de ésta depende solo de la magnitud de los esfuerzos efectivosque soporta el esqueleto de suelo. Por tanto, cuanto más grande sea el esfuerzo efectivonormal a un plano de falla potencial, mayor será la resistencia al corte en dicho plano.Entonces, si se expresa la ecuación de Coulomb en términos de esfuerzos efectivos, setiene: = c´ + ´ tan ´
    • En la cual los parámetros c´ y ´ son propiedad del esqueleto de suelo,denominadas cohesión efectiva y ángulo de fricción efectiva, respectivamente.Puesto que la resistencia al corte depende de los esfuerzos efectivos en el suelo,los análisis de estabilidad se harán entonces, en términos de esfuerzos efectivos. Sinembargo, en ciertas circunstancias el análisis puede hacerse en términos de esfuerzostotales y por tanto, en general, se necesitará determinar los parámetros de resistencia alcorte del suelo en esfuerzos efectivos y en esfuerzos totales. Es decir, los valores de c´,´ y c, . Estos se obtienen, a menudo en ensayos de laboratorio realizados sobremuestras de suelo representativas mediante el ensayo de corte directo (ASTM D-3080-72) o el ensayo de compresión Triaxial (ASTM D-2805-70).Componentes de la resistencia al corteDe la ley de Coulomb se desprende que la resistencia al corte de suelos entérminos generales tiene dos componentes:a) Fricción (tg Φ) que se debe a la trabazón entre partículas y al roce entre ellascuando están sometidas a esfuerzos normales.b) Cohesión(C) que se debe a fuerzas internas que mantienen unidas a las partículas en unamasa.Como en la ecuación  f = c + σ n * tg Φ existen dos cantidadesdesconocidas (c y Φ), se requiere obtener dos valores, como mínimo de esfuerzo normaly esfuerzo cortante para obtener una solución.Como el esfuerzo cortante  y el esfuerzo normal σn tienen el mismo significadodado en la construcción del círculo de Mohr, en lugar de resolver una serie deecuaciones simultáneas para c y para tg Φ, es posible dibujar en un plano de ejescoordenados los valores de  contra σn para los diferentes ensayos (generalmente con como ordenada), dibujar una línea a través del lugar geométrico de los puntos, yestablecer la pendiente de la línea como el ángulo y la intersección con el eje  como lacohesión c.Para materiales no cohesivos, la cohesión debería ser cero por definición y laecuación de Coulomb se convierte en:
    • f = σ n * tgΦSiendo N la fuerza vertical que actúa sobre el cuerpo, la fuerza horizontalnecesaria ( T ) para hacer deslizar el cuerpo, debe ser superior a N, siendo el coeficientede roce entre los dos materiales. Esta relación también puede ser escrita de la formasiguiente:T = N tgΦsiendo Φ, el ángulo de roce o ángulo formado por la resultante de las dos fuerzas con lafuerza normal. La resistencia al deslizamiento es proporcional a la presión normal ypuede ser representada Por la figura 5.22.Fig. 5.22 Mecanismos de los fenómenos de fricción3.3 3.3Ensayo decortedirectoFig. 5.20 Corte Directo
    • La fig. 5.20a muestra los principales detalles del aparato de corte directo, en elcual la muestra de suelo se introduce en un molde dividido horizontalmente en dosmitades. Se aplica luego a la muestra una fuerza normal N mediante una placa de carga,y, luego de fijar la mitad superior del molde, se corta la muestra en un plano horizontalmediante la aplicación de una fuerza cortante .El diseño del molde no permite el control del drenaje de la muestra. Esta no esuna limitante en el caso de arenas y gravas, que son materiales de drenaje libre y por logeneral fallan en condiciones completamente drenadas. Sin embargo, en depósitos dearcilla un elemento de suelo en el campo puede fallar sin ningún drenaje, con drenajeparcial, o drenaje completo. La falta de control del drenaje hace obvio que exista unaincertidumbre sobre si este valor representa o no la verdadera resistencia no drenada.Por esta razón, la resistencia al corte no drenado de un suelo arcilloso a menudo se mideen una cámara Triaxial, la cual permite el completo control del drenaje de la muestra.Sin embargo, el ensayo de corte directo puede utilizarse para medir la resistenciadrenada de los suelos arcillosos si primero se consolida por completo la muestra bajo lacarga normal y luego se corta la muestra a una velocidad suficientemente lenta paraasegurarse de la disipación inmediata del exceso de presión intersticial que se producedurante el corte.La Fig. 5.20b muestra las relaciones típicas esfuerzo-deformación unitaria-cambio de volumen. Al graficar el máximo esfuerzo cortante f en función del esfuerzonormal efectivo ´ se obtiene el ángulo de fricción efectivo para un estado de densidaden particular. Para establecer la envolvente de falla se realizan diferentes ensayos condiferentes valores de presión de confinamiento (esfuerzo normal) y se dibuja una línearecta desde el origen (ya que ´ = 0 en suelos granulares) pasando por los respectivospuntos; la pendiente de esta línea se designa con ’.Tipo de suelo ´ GradosSuelto Densolimo 27 - 30 30 - 34arena limosa 27 - 33 30 - 35arena uniforme 28 34arena bien graduada 33 45grava arenosa 35 50
    • Tabla V.21 Valores de ´ para suelos granularesEn la fig. 5.22 b y c, se ve que los cambios de volumen tienen una influenciafundamental en el valor de la resistencia al corte de los suelos. Tales efectos se reflejanempíricamente en el valor ´ en la ecuación de Coulomb. Sin embargo, un tratamientodetallado requiere un estudio del comportamiento de las partículas del suelo paraseparar el componente de la resistencia debido a la estructura de partículas, de aquel quecorresponde a la fricción entre partículas.Algunas veces para obtener el desplazamiento necesario debe invertirse demanera repetida la dirección del corte, pero ello distorsiona el alineamiento de laspartículas y no se logra el verdadero valor para el estado mínimo. El problema puederesolverse utilizando el aparato de corte de corte tipo anular en el cual se prueba unamuestra de suelo de forma anular en un anillo partido horizontalmente en su planomedio, lo cual permite que la mitad inferior de la muestra sea cizallada continuamenteen una dirección sobre la mitad superior fija, sin cambio de contacto en el área decontacto entre las dos caras.