CAPACIDAD PORTANTE DE SUELOS

Nuestro informe est enfocado en:I.- Capacidad portante de suelos con fines de cimentacin.I.- CAPACIDAD PORTANTE DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACION1.- INTRODUCCION:La cimentacin es la parte de la estructura que permite la transmisin de las cargas que actan, hacia el suelo o hacia la roca subyacente.Cuando los suelos reciben las cargas de la estructura, se comprimen en mayor o en menor grado, y producen asentamientos de los diferentes elementos de la cimentacin y por consiguiente de toda la estructura. Durante el diseo se deben controlar tanto los asentamientos absolutos como los asentamientos diferenciales.El suelo constituye el material de ingeniera ms heterogneo y ms impredecible en su comportamiento, es por ello que los coeficientes de seguridad que suelen utilizarse son al menos de 3 con relacin a la resistencia. La presencia de diferentes tipos de suelos y de distintos tipos de estructuras da lugar a la existencia de distintos tipos de cimentaciones.2.- TIPOLOGAS:Las cimentaciones se clasifican en: Cimentaciones Superficiales y Cimentaciones Profundas.

2.1.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES:2.1.1.- Cimientos Corridos2.1.2.- Zapatas2.1.3.- Vigas de Cimentacin2.1.4.- Losa de Cimentacin2.2.- 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).- Excavacinc).- Perfilado y limpieza de la zanjad).- Colocacin de fierros para las columnase).- Colocacin 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 superior piedras que sobresalgan en los lugares donde se va ubicar el sobrecimiento.2.1.2.- Zapatas:Zapatas Aisladas:Son tpicas en cimentaciones de edificios o estructuras sustentadas por pilares. Las riostras que unen las distintas unidades no suelen reducir notablemente las cargas verticales que actan en cada zapata y por lo tanto, a efectos de hundimiento y de asientos, stas pueden considerarse individualmente.Su principal objetivo es la de evitar desplazamientos laterales.

Zapatas Combinadas:Soportan las descargas de dos o ms columnas. Necesarias cuando se debe colocar una columna en la colindancia de un edificio y la losa de la zapata no se puede proyectar fuera de la colindancia.Se logra una distribucin relativamente uniforme de esfuerzos, la zapata de la columna exterior se puede combinar con la de la zapata interior ms cercana.

Zapatas Corrida:Es una franja continua de losa a lo largo del muro y de un ancho mayor que el espesor del mismo. La proyeccin de la zapata se trata como un voladizo cargado con la presin distribuida del suelo.

2.1.3.- Vigas de Cimentacin:Se las emplea en suelos poco resistentes, para integrar linealmente la cimentacin de varias columnas. Cuando se integran las columnas superficialmente mediante vigas de cimentacin en dos direcciones, se forma una malla de cimentacin.

2.1.4.- Losa de Cimentacin:Se emplean en suelos poco resistentes, para integrar superficialmente la cimentacin de varias columnas. Cuando al disear la cimentacin mediante zapatas aisladas, la superficie de cimentacin supera el 25% del rea total, es recomendable utilizar losas de cimentacin.

2.2.1.- Pilotes:Se los emplea cuando los estratos resistentes de suelo son muy profundos. El hincado de pilotes permite que se alcancen esos estratos resistentes.Pueden ir acoplados a zapatas o losas de cimentacin. Se utilizan varios pilotes para sustentar a cada unidad de cimentacin.

3.- CRITERIOS PARA EL DISEO DE ZAPATAS:Los esfuerzos en el suelo no deben sobrepasar los esfuerzos admisibles bajo condiciones de carga sin factores de mayoracin.Cuando las combinaciones de carga incluyan el efecto de solicitaciones eventuales como sismos y viento, los esfuerzos admisibles pueden incrementarse en un 33.3%.Los asentamientos de las estructuras debern calcularse incluyendo el efecto en el tiempo de suelos compresibles o consolidables como arcillas y suelos orgnicos.El recubrimiento mnimo para el hierro, cuando el hormign es fundido en obra en contacto con el terreno y queda permanentemente expuesto a l, es de 7 cm.

Las zapatas debern disearse para resistir fuerzas cortantes en cada direccin independientemente, tomando como seccin crtica a una distancia d desde la cara de las columnas o elementos verticales.

La capacidad resistente a cortante tipo viga del hormign se calcula con la siguiente expresin emprica:

Donde tanto fc como vc se expresan en Kg/cm2.Las zapatas debern disearse para resistir fuerzas cortantes de punzonamiento en dos simultneamente, tomando como seccin crtica a aquella que se ubica a una distancia d/2 alrededor del elemento vertical de carga (columna, muro de corte, etc.).

La resistencia al cortante por punzonamiento que puede desarrollar el hormign se calcula con la siguiente expresin emprica:

Donde tanto fc como vc se expresan en Kg/cm2.La seccin crtica de flexin en una direccin se ubicar en las caras de los elementos verticales de carga.

En cimentaciones de muros de mampostera, la seccin crtica de diseo a la flexin se considerar ubicada en la mitad, entre el eje medio y el borde del muro.

En zapatas reforzadas en una direccin y en zapatas cuadradas reforzadas en dos direcciones, el refuerzo debe distribuirse uniformemente a travs del ancho total de la zapata.En zapatas inclinadas o escalonadas, el ngulo de inclinacin o la altura y colocacin de los escalones sern tales que se satisfagan los requisitos de diseo en cada seccin.

Las zapatas inclinadas o escalonadas que se dimensionen como una unidad, deben construirse para asegurar su comportamiento como tal (debern ser monolticas).4.- DEFINICIONES BSICAS:

4.1.- Tensin total bruta (qb)Es la tensin vertical total que acta en la base del cimiento (carga total/rea del cimiento). Incluye todas las componentes verticales: sobrecargas, peso de la estructura, peso del propio cimiento, etc.

4.2.- Tensin total neta (qneta)Es la diferencia entre qb y la tensin total de tierras (sobrecarga) que acta a la cota de la base del cimiento (qneta = qb - Po). Usualmente qneta es el incremento de tensin total vertical al nivel de base de la cimentacin.

4.3.- Tensin efectiva bruta (qb)Es la diferencia entre la tensin total bruta, qb y la presin intersticial al nivel de la cimentacin (qb = qb - u).

4.4.- Tensin efectiva neta (qneta)Es la diferencia entre qb y la tensin efectiva vertical Po debida a la sobrecarga de tierras al nivel de la cimentacin.

4.5.- Tensin de hundimiento (qh), (qh)Es la tensin vertical para la cual el terreno agota su resistencia al corte. Puede expresarse en trminos de tensiones totales o efectivas, brutas o netas.

4.6.- Tensin admisible (qadm), (qadm)Es la tensin de cimentacin para la cual existe un coeficiente de seguridad adecuado frente al hundimiento. Puede expresarse en trminos de tensiones totales o efectivas, brutas o netas. Esta tensin no tiene por qu ser admisible para la estructura, por lo tanto depende del tipo de estructura (estructuras rgidas/flexibles).

4.7.- Tensin admisible de trabajo (qadm trabajo), (qadm trabajo)Es la tensin de cimentacin admisible para una determinada estructura teniendo en cuenta su tolerancia a los asientos. Obviamente puede ser mucho menor que qadm. Puede expresarse en tensiones totales o efectivas, brutas o netas.

4.8.- Tensin de trabajo (Qtrabajo)Es la tensin vertical de cimentacin la que est funcionando una determinada cimentacin. Puede expresarse en tensiones totales o efectivas, brutas o netas.

5.- CONDICIONES QUE DEBE CUMPLIR LA CIMENTACIN

Estabilidad globalLa estructura y su cimiento pueden fallar globalmente sin que se produzcan, antes, otros fallos locales. Este tipo de rotura es tpico de cimentaciones en taludes o en medias laderas.

Estabilidad frente al hundimientoEste fallo del terreno puede ocurrir cuando la carga actuante sobre el terreno, bajo algn elemento del cimiento, supera la carga de hundimiento.

Estabilidad frente al deslizamientoEl contacto de la cimentacin con el terreno puede estar sometido a tensiones de corte. Si stas superan la resistencia de ese contacto se puede producir el deslizamiento entre ambos elementos, cimentacin y terreno.

Estabilidad frente al vuelcoEl vuelco es tpico de estructuras cimentadas sobre terrenos cuya capacidad portante es mucho mayor que la necesaria para sostener la cimentacin, de otra forma, antes de producirse el vuelco se provocara el hundimiento del cimiento.

Capacidad estructural del cimientoLos esfuerzos en los elementos estructurales que componen el cimiento, igual que cualquier otro elemento estructural, pueden sobrepasar su capacidad resistente.Los estados lmites ltimos que, en ese sentido, deben considerarse son los mismos que con el resto de los elementos estructurales.

6.- CLCULO ANALTICO DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO

Las teoras de capacidad de carga en cimentaciones superficiales estn basadas en un buen nmero de idealizaciones sobre las caractersticas tensin-deformacin del suelo:a) El suelo se supone rgido-perfectamente plstico.

b) La mayora de las teoras suponen que el terreno es istropo, es decir, que su resistencia es la misma en cualquier direccin.

c) Se suele suponen que el terreno es homogneo, o sea:En clculos sin drenaje (corto plazo en suelos cohesivos), la resistencia al corte sin drenaje se supone constante.En clculos con drenaje (suelos cohesivos a largo plazo o suelos granulares a corto y largo plazo), los parmetros de resistencia efectiva c y se suponen constantes

d) La mayora de las teoras suponen que el suelo bajo la cimentacin no pesa (densidad nula).

COEFICIENTES DE CAPACIDAD DE CARGALas siguientes expresiones debidas a Prandtl (1920) corresponden a las frmulas analticas que proporcionan los valores de los coeficientes de carga de la frmula polinmica de Brinch-Hansen.

Para el caso particular de f = 0, tenemos que los coeficientes de capacidad de carga valen respectivamente:Nq = 1

Nc = 5,14

Ng = 0

En la siguiente tabla se recogen los valores de los coeficientes de carga para el rango de ngulos de rozamiento interno en los suelos.

COEFICIENTES DE FORMATras una serie muy cuidada de ensayo en modelo reducido en arena, De Beer (1970) dedujo las siguientes expresiones:

COEFICIENTES DE INCLINACINLas expresiones que proporcionan los valores de los coeficientes de inclinacin se deben a Schultze (1952), Caquot y Odgaard entre otros.

6.- ENSAYOS QUE SE UTILIZAN PARA HALLAR LA CAPACIDAD PORTANTE DE LOS SUELOS

Basicamnete nesecitamos saber sus caracteristicas del suelo y eso se comienza desde la inspeccion ocular hasta ensayos con maquinas muy especiales que te pueden brindar resultados con muy poco error, entre ellos podemos destacar:

Para muestras alteradas e inalteradas:

Ensayos para caracterizar suelos:

Granulometra Lmites de consistencia Humedad natural Clasificacin de suelos Pesos especficos Porosidad Grado de saturacin Relacin de vacos

Ensayos especiales Triaxiales Cortes directos Consolidacin Pesos unitarios Densidad in situ Ensayo de la Placa

ResultadosCapacidad de soporte admisibleMdulo de reaccin KAsentamiento en suelo S

a.- El ensayo de penetracin estndar es una herramienta til y prctica para determinar la capacidad de soporte del suelo. La capacidad de soporte es utilizada en el dimensionamiento de los cimientos de una estructura. Adems de obtener la capacidad de soporte, el ensayo permite obtener muestras de suelos para la realizacin de otros ensayos que permiten cuantificar la propiedad ndice y de resistencia de un suelo. En la ejecucin del ensayo existen un nmero de factores que afectan los resultados que pueden obtenerse; conocer y hacer nfasis en estas variables y en otras limitaciones ayudar en la interpretacin correcta de los resultados del ensayo. Aunque se denomina estndar, el ensayo tiene muchas variantes y fuentes de diferencias, en especial la energa que llega al toma muestras la cual depende del equipo empleado, por lo que se es necesario aplicar factores de correccin para expresar los resultados en funcin de la energa entregada.

INTRODUCCIN El ensayo de penetracin estndar para la determinacin de la capacidad de soporte admisible del suelo. Se hace un anlisis actualizado de los puntos ms importantes asociados al ensayo de penetracin estndar, usos y su aplicabilidad en el dimensionamiento de cimentaciones.

ENSAYO DE PENETRACIN ESTNDAR Debido a su sencillez de ejecucin el mtodo de penetracin estndar SPT (Standard Penetration Test) es el ms econmico y usado en la exploracin de suelos. El mtodo ha sido estandarizado desde 1958, con varias revisiones (ASTM D1586) y consiste en hincar un toma muestras partido de 18 in (0,45 m) de largo colocado al extremo de una varilla AW, por medio de un peso (martillo) de 140 lb (63,5 kg) que se deja caer libremente desde una altura de 30 in (0,76 m), anotando los golpes necesarios para penetrar cada 6 in (0,15 m). El valor normalizado de penetracin n es para 12 in (0,30 m), se expresa en golpes/pie y es la suma de los dos ltimos valores registrados. El ensayo se dice que muestra rechazo si: (a) N es mayor de 50 golpes/6 in, (b) N es igual a 100 golpes/pie o (c) No hay avance luego de 10 golpes.

Aunque se denomina estndar, el ensayo tiene muchas variantes y fuentes de diferencia, en especial a la energa que llega al toma muestras, entre las cuales sobresalen: 1) Equipos producidos por diferentes fabricantes 2) Diferentes configuraciones del martillo de hinca, de las cuales son las ms comunes el martillo anular y el martillo de seguridad. 3) El control de la altura de cada pudiendo realizarse manualmente o con malacate y soga. 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 dimetro de perforacin, 7) La presin 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 suelo que a continuacin se detallara

Los cimientos superficiales deben ser diseados para que las cargas transmitidas al suelo no causen fallas de capacidad de soporte, ni asentamientos excesivos que ocasionen daos a la estructura soportada. El mtodo ms confiable para obtener la capacidad de soporte de un suelo es el realizar una prueba de carga. La prueba de placa o ensayo de carga de placa es una prueba de campo utilizada para la estimacin de la capacidad de soporte ltima y el asentamiento de suelos. En nuestro medio, la prueba de campo ms utilizada para estimar la capacidad de soporte de un suelo es mediante el Ensayo de Penetracin Estndar que resulta ser demasiado conservador. El Reglamento Estructural de Panam REP-2004 indica que la capacidad de soporte se calcular utilizando la ecuacin de Meyerhof para la capacidad de soporte ltima. Este ltimo mtodo requiere de ensayos de laboratorio para determinar los parmetros de resistencia del suelo. 1 Se hace un anlisis comparativo de las capacidades de soporte de un relleno de suelo arenoso, (arena arcillosa con grava) obtenidas utilizando la prueba de placa, la prueba de penetracin estndar y la ecuacin de capacidad de soporte de Meyerhof. Esta arena arcillosa con grava, objeto de este estudio, posee tanto caractersticas friccionantes como cohesivas muy comunes de nuestros suelos.La mayora de los estudios de suelos presentan estimaciones de la capacidad de soporte de un suelo basado en los resultados de los ensayos de penetracin estndar (nmero de golpes/30 cm). Esta estimacin utiliza una ecuacin emprica derivada para suelos arenosos no cohesivos con un nivel fretico profundo y un asentamiento admisible de 25,4 mm. Siendo esto as, no tiene influencia el tamao o dimensiones del cimiento. Esta metodologa resulta ser prctica pero muy conservadora en la estimacin de la capacidad de soporte admisible. El Reglamento Estructural de Panam REP-2004 indica que la capacidad de soporte deber calcularse utilizando la ecuacin de Meyerhof para capacidad de soporte ltima. Para hacer esto se deben conocer las magnitudes de las cargas involucradas, las dimensiones de los cimientos y las caractersticas ndices y de resistencia del suelo. De esta manera se logra una mejor estimacin de la capacidad de soporte fundamentada en un anlisis terico-prctico. El mtodo ms confiable para obtener la capacidad de soporte de un suelo es el realizar una prueba de carga. La prueba de placa o ensayo de carga de placa es una prueba de campo utilizada para la estimacin de la capacidad de soporte ltima y el asentamiento de suelos. El presente artculo tiene como objetivo analizar comparativamente las capacidades de soporte admisible de un relleno de suelo arenoso (arena arcillosa) obtenidas utilizando la prueba de placa, la prueba de penetracin estndar y la ecuacin de capacidad de soporte de Meyerhof. Esta arena arcillosa, objeto de este estudio, posee tanto caractersticas friccionantes como cohesivas muy comunes de nuestros suelos naturales.

El ensayo de carga de placa es un ensayo de campo para la determinacin de la capacidad de soporte y asentamiento de un suelo. Para la ejecucin de la prueba debe excavarse una calicata hasta el nivel de desplante del cimiento. Una placa de carga de 2,54 cm (1 in) de espesor como mnimo y 30,5 cm (12 in) a 76,2 cm (30 in) de dimetro es utilizada para transmitir la carga al suelo. La carga es generada por un gato hidrulico apoyado en su parte inferior sobre la placa de carga y en la superior a una barra inmovilizada. El procedimiento de ensayo est estandarizado en el mtodo ASTM D1194. La prueba consiste en aplicar con el gato hidrulico una carga previamente definida, ocasionando en el suelo un asentamiento. Cuando el asentamiento cesa se aplica otro incremento de carga, repitindose el proceso hasta alcanzar un asentamiento mximo permisible del suelo, Smx, hasta que se observe la falla en el suelo o hasta alcanzar la capacidad mxima del gato hidrulico. Los valores de incremento de carga son medidos por un manmetro conectado al gato hidrulico y los asentamientos por deformmetros ubicados sobre la placa de carga. El resultado es una curva carga-asentamiento. El procedimiento ASTM D1194 considera como capacidad de soporte ltima para la placa de carga, qult (placa), la carga correspondiente a un asentamiento del 10% del dimetro de la placa.

La Ecuacin 3 permite determinar la capacidad de soporte ltima para suelos arenosos. La capacidad de soporte ltima, qult, se calcula a partir de la capacidad de soporte ltima del ensayo de carga de placa, qult (placa).

En su planteamiento, Terzaghi, llega a la propuesta de una ecuacin para obtener la Capacidad 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 funcin de De las anteriores ecuaciones, pueden desprenderse claramente algunas observaciones interesantes, las cuales podemos sintetizar como que el resultado de las mencionadas ecuaciones (la Capacidad del Carga Ultima del suelo), est formado por la suma de tres elementos bsicos: En el primero de ellos podemos apreciar que se consideran las caractersticas cohesivas o friccionantes del suelo al involucrar el valor "c"; en el segundo elemento puede claramente apreciarse como influye en el resultado final la profundidad de desplante de la zapata as como el Peso Volumtrico del suelo y en el ltimo elemento que compone la ecuacin se involucra la forma de la cimentacin al incluir la dimensin del ancho de la zapata (B).Por lo tanto, podemos establecer la confirmacin de que un suelo no tiene una capacidad de carga fija y nica, como en algunos casos reales se pretende considerar, sino que sta (la capacidad de carga) depender tanto de las caractersticas particulares del suelo (cohesin, friccin y peso volumtrico, bsicamente), as como tambin depender de las caractersticas del proyecto mismo de la cimentacin especifica que pretenda ser construida (profundidad de desplante y ancho B, en zapatas rectangulares y el radio en circulares. En este breve escrito no se hace mencin a la ecuacin propuesta por Terzaghi para zapatas circulares). Es por ello que varios investigadores han propuesto modificaciones a la teora de Terzaghi, considerando que debe darse una mayor importancia a los aspectos de profundidad y forma de una cimentacin (investigadores como Hansen, Chen y otros ms).No debe usted olvidar la consideracin que hace Terzaghi, en cuanto al tipo de material del suelo existente: Deben distinguirse los casos en los cuales es probable que se presente falla local, de aquellos en los que las probabilidades son de acusar un tipo de falla general. En materiales arenosos sueltos o arcillosos blandos la deformacin puede crecer mucho al ser sometidos a cargas que se aproximen a la de falla, esto pudiese provocar que no se desarrolle un estado plstico completo, pero el asentamiento sera tal que obliga a considerar condicin de falla. Este ltimo caso sera el que Terzaghi define como de falla local.Existe adems, un importante factor que tambin deber ser tomando en cuenta, como es la posicin que ocupa el N.A.F. (nivel de agua fretica), en relacin con la profundidad de desplante de la zapata propuesta. R. Estanol, espero que en estas pocas palabras, haya conseguido aclarar algunas de sus dudas respecto al tema, el cual puede ser muy amplio. Debido a que este tema ha despertado mucho inters entre los lectores de sta pgina WEB, segn me lo hacen saber en sus bsquedas y preguntas, prximamente incluiremos un programa que ayude a calcular, para visualizar con mayor claridad y rapidez, el cambio que sufre el valor de la Capacidad Ultima de Carga de un suelo de determinadas caractersticas, cuando variamos las de una zapata desplantada en l.

Terzaghi y la Mecnica de suelosIntroduccinLos constructores han sido conscientes desde hace muchos siglos que las condiciones del terreno deban ser consideradas para que sus edificaciones no se asienten, inclinen o colapsen. La construccin antigua se realizaba en base a la experiencia del constructor. Sin embargo no fue sino hasta 1776, cuando Coulomb introdujo sus teoras de presin de tierras, que se aplicaron los mtodos analticos. En 1871 Mohr present una teora de falla para materiales idealmente plsticos, que en combinacin con el trabajo de Coulomb, produjo la expresin muy conocida de resistencia cortante de suelos, = c + tg.Recin con el trabajo realizado por Terzaghi, la Mecnica de Suelos fue reconocida como una disciplina principal de la Ingeniera Civil. Este trmino y el de Geologa Aplicada a la Ingeniera, fueron introducidos en su libro. El reconocimiento internacional de esta disciplina se logr con la Primera Conferencia Internacional de Mecnica de Suelos e Ingeniera de Cimentaciones, llevada a cabo en la Universidad de Harvard en junio de 1936. Esta conferencia, presidida por Terzaghi, fue organizada por el Profesor Casagrande.

El ensayo de corte directo impone sobre un suelo las condiciones idealizadas del ensayo. O sea, induce la ocurrencia de una falla a travs de un plano de localizacin predeterminado. Sobre este plano actan dos fuerzas (o esfuerzos): un esfuerzo normal debido a una carga vertical (Pv) aplicada externamente y un esfuerzo cortante debido a la aplicacin de una carga horizontal (Ph). Estos esfuerzos se calculan simplemente como: n = Pv /A t f = Ph /ADonde A es el rea nominal de la muestra (o de la caja de corte) y usualmente no se corrige para tener en cuenta el cambio de rea causada por el desplazamiento lateral de la muestra (Ph).La relacin entre los esfuerzos de corte de falla ( t f ) y los esfuerzos normales ( n ) en suelos, se muestra en la figura 5.21 y puede representarse por la ecuacin siguiente: tf = c + n * tg

Esfuerzo normalf C + n * tg f 1f 2f 3123N1/L2nCFig. Relacin entre los esfuerzos de corte mximo y los esfuerzos normales. La lnea recta obtenida se conoce como Envolvente de falla

Ecuacin de falla de corte de CoulombEn 1776 Coulomb observ que si el empuje que produce un suelo contra un muro de contencin produce un ligero movimiento del muro, en el suelo que est retenido se forma un plano de deslizamiento esencialmente recto. El postul que la mxima resistencia al corte, , en el plano de falla est dada por = c + tan Donde es el esfuerzo normal total en el plano de falla es el ngulo de friccin del suelo c es la cohesin del sueloLa utilizacin de la ecuacin de Coulomb no condujo siempre a diseos satisfactorios de estructuras de suelo. La razn para ello no se hizo evidente hasta que Terzaghi public el principio de esfuerzos efectivos. = + u Donde u = presin intersticial = esfuerzo efectivoPudo apreciarse entonces que, dado que el agua no puede soportar esfuerzos cortantes substanciales, la resistencia al corte de un suelo debe ser el resultado nicamente de la resistencia a la friccin que se produce en los puntos de contacto entre partculas; la magnitud de sta depende solo de la magnitud de los esfuerzos efectivos que soporta el esqueleto de suelo. Por tanto, cuanto ms grande sea el esfuerzo efectivo normal a un plano de falla potencial, mayor ser la resistencia al corte en dicho plano. Entonces, si se expresa la ecuacin de Coulomb en trminos de esfuerzos efectivos, se tiene: = c + tan En la cual los parmetros c y son propiedad del esqueleto de suelo, denominadas cohesin efectiva y ngulo de friccin efectiva, respectivamente.Puesto que la resistencia al corte depende de los esfuerzos efectivos en el suelo, los anlisis de estabilidad se harn entonces, en trminos de esfuerzos efectivos. Sin embargo, en ciertas circunstancias el anlisis puede hacerse en trminos de esfuerzos totales y por tanto, en general, se necesitar determinar los parmetros de resistencia al corte 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 sobre muestras de suelo representativas mediante el ensayo de corte directo (ASTM D-3080-72) o el ensayo de compresin Triaxial (ASTM D-2805-70).Componentes de la resistencia al corteDe la ley de Coulomb se desprende que la resistencia al corte de suelos en trminos generales tiene dos componentes:a) Friccin (tg ) que se debe a la trabazn entre partculas y al roce entre ellas cuando estn sometidas a esfuerzos normales.b) Cohesin

(C) que se debe a fuerzas internas que mantienen unidas a las partculas en una masa.Como en la ecuacin f = c + n * tg existen dos cantidades desconocidas (c y ), se requiere obtener dos valores, como mnimo de esfuerzo normal y esfuerzo cortante para obtener una solucin.Como el esfuerzo cortante y el esfuerzo normal n tienen el mismo significado dado en la construccin del crculo de Mohr, en lugar de resolver una serie de ecuaciones simultneas para c y para tg , es posible dibujar en un plano de ejes coordenados los valores de contra n para los diferentes ensayos (generalmente con como ordenada), dibujar una lnea a travs del lugar geomtrico de los puntos, y establecer la pendiente de la lnea como el ngulo y la interseccin con el eje como la cohesin c.Para materiales no cohesivos, la cohesin debera ser cero por definicin y la ecuacin de Coulomb se convierte en:f = n * tgSiendo N la fuerza vertical que acta sobre el cuerpo, la fuerza horizontal necesaria ( T ) para hacer deslizar el cuerpo, debe ser superior a N, siendo el coeficiente de roce entre los dos materiales. Esta relacin tambin puede ser escrita de la forma siguiente:T = N tg siendo , el ngulo de roce o ngulo formado por la resultante de las dos fuerzas con la fuerza normal. La resistencia al deslizamiento es proporcional a la presin normal y puede ser representada Por la figura 5.22.

Fig. 5.22 Mecanismos de los fenmenos de friccin0. 3.3 Ensayo de corte directo

Fig. 5.20 Corte Directo

La fig. 5.20a muestra los principales detalles del aparato de corte directo, en el cual la muestra de suelo se introduce en un molde dividido horizontalmente en dos mitades. 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 horizontal mediante la aplicacin de una fuerza cortante .El diseo del molde no permite el control del drenaje de la muestra. Esta no es una limitante en el caso de arenas y gravas, que son materiales de drenaje libre y por lo general fallan en condiciones completamente drenadas. Sin embargo, en depsitos de arcilla un elemento de suelo en el campo puede fallar sin ningn drenaje, con drenaje parcial, o drenaje completo. La falta de control del drenaje hace obvio que exista una incertidumbre sobre si este valor representa o no la verdadera resistencia no drenada. Por esta razn, la resistencia al corte no drenado de un suelo arcilloso a menudo se mide en una cmara Triaxial, la cual permite el completo control del drenaje de la muestra. Sin embargo, el ensayo de corte directo puede utilizarse para medir la resistencia drenada de los suelos arcillosos si primero se consolida por completo la muestra bajo la carga normal y luego se corta la muestra a una velocidad suficientemente lenta para asegurarse de la disipacin inmediata del exceso de presin intersticial que se produce durante el corte.La Fig. 5.20b muestra las relaciones tpicas esfuerzo-deformacin unitaria-cambio de volumen. Al graficar el mximo esfuerzo cortante f en funcin del esfuerzo normal efectivo se obtiene el ngulo de friccin efectivo para un estado de densidad en particular. Para establecer la envolvente de falla se realizan diferentes ensayos con diferentes valores de presin de confinamiento (esfuerzo normal) y se dibuja una lnea recta desde el origen (ya que = 0 en suelos granulares) pasando por los respectivos puntos; la pendiente de esta lnea se designa con .Tipo de suelo Grados

Suelto Denso

limo27 - 3030 - 34

arena limosa27 - 3330 - 35

arena uniforme2834

arena bien graduada3345

grava arenosa3550

Tabla V.21 Valores de para suelos granulares En la fig. 5.22 b y c, se ve que los cambios de volumen tienen una influencia fundamental en el valor de la resistencia al corte de los suelos. Tales efectos se reflejan empricamente en el valor en la ecuacin de Coulomb. Sin embargo, un tratamiento detallado requiere un estudio del comportamiento de las partculas del suelo para separar el componente de la resistencia debido a la estructura de partculas, de aquel que corresponde a la friccin entre partculas.Algunas veces para obtener el desplazamiento necesario debe invertirse de manera repetida la direccin del corte, pero ello distorsiona el alineamiento de las partculas y no se logra el verdadero valor para el estado mnimo. El problema puede resolverse utilizando el aparato de corte de corte tipo anular en el cual se prueba una muestra de suelo de forma anular en un anillo partido horizontalmente en su plano medio, lo cual permite que la mitad inferior de la muestra sea cizallada continuamente en una direccin sobre la mitad superior fija, sin cambio de contacto en el rea de contacto entre las dos caras.