Mecánica de suelos
FORMAS DE FALLAS DE UN SUELO Relaciones esfuerzo-deformación Al tratar con un material de construcción, se debe preocupar por dos aspectos básicos. Estos son, en primer lugar, la resistencia del material a los esfuerzos a los que se someta, problema que lleva aparejado el concepto de falla de material. En segundo lugar preocupa la deformabilidad del material expresado en relación a los esfuerzos que se apliquen, tanto en lo que se refiere a la intensidad o nivel de los esfuerzos que se apliquen, tanto en lo que se refiere a la intensidad o nivel de los esfuerzos, como a la manera en que se ejerzan, incluyendo su velocidad de aplicación. Esta última gama de comportamiento es lo que describe en forma primaria por medio de una relación esfuerzo-deformación. Si los suelos fueran homogéneos y linealmente elásticos, sería posible describir su comportamiento esfuerzo-deformación haciendo uso del módulo de Young (E) y de la relación de Poisson, obtenidas de una prueba única y sencilla, tal como la prueba de extensión, en que se estira una barra de material, midiendo las tensiones aplicadas y las deformaciones longitudinales y transversales resultantes. Con las constantes elásticas sería posible, en el material ideal, calcular la relación entre los esfuerzos y las deformaciones para otros tipos de prueba que representasen otras condiciones reales distintas de la tensión simple. En el caso del suelo no se cumplen las hipótesis anteriores, debe tenerse en cuenta que estos valores no son constantes. Cuando en relación con los suelos se mencionan las constantes elásticas anteriores, debe tenerse en cuenta que no representan nada entre sí mismas, fuera de la condición particular para la que se ha medido o calculado. El monto de deformación causado en el suelo por los esfuerzos depende de su composición, de su relación de vacíos, de la historia anterior de esfuerzos aplicados al suelo y de la manera como se apliquen los nuevos esfuerzos. El mejor método para conocer las características esfuerzo-deformación es medir directamente en una prueba de laboratorio o de campo las deformaciones que producen esfuerzos lo más similares posibles a los que actuaran en la masa de suelo.
Matus Rojas José Luis
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Las principales pruebas de laboratorio de que se hace uso para determinar características esfuerzo-deformación de los suelos, son los siguientes: 1. Prueba de compresión hidrostática o isótropa. Es útil para el estudio de deformaciones volumétricas únicamente. Esta prueba no es muy usual en la práctica ingenieril. 2. Prueba de compresión confinada o prueba de consolidación. Se ejecuta en un aparato denominado consolidómetro. Se aplican al suelo (un espécimen cilíndrico de poca altura en comparación al área) esfuerzos normales verticales, en tanto se impide toda deformación lateral confinándolo en el interior del anillo de bronce. De esta manera la deformación axial define exactamente la deformación volumétrica. En esta prueba la relación entre el esfuerzo normal lateral y el normal vertical es el valor de Ko, que con el nombre de coeficiente de esfuerzo o presión de tierra en reposo, juega un papel importante en la Mecánica de Suelos Aplicada. En las formas comunes de consolidómetro sólo se mide el esfuerzo normal vertical y la deformación axial. La deformación vertical se mide por medio de extensómetros, en tanto que el esfuerzo normal vertical se conoce controlando las cargas que se aplican al aparato. La prueba de consolidación fue originalmente desarrollada por Terzaghi. 3. Prueba triaxial. Es la más común y versátil de las pruebas que se realizan para conocer las relaciones esfuerzo-deformación de los suelos. Es la más útil de laboratorio para conocer su resistencia. En ella se mide la deformación axial de un espécimen cilíndrico de altura aproximadamente igual a 2 ó 3 veces el diámetro de su base, mientras se aplican a tal espécimen un esfuerzo normal vertical conocido y esfuerzos laterales iguales en todas las direcciones horizontales. El espécimen es primeramente sometido a la presión dentro de la cámara triaxial; después se incrementa el esfuerzo vertical hasta que el espécimen falla. En esta prueba triaxial puede conocerse el esfuerzo aplicado utilizando un vástago de carga con pesos conocidos o bien puede medirse el esfuerzo empleado en la báscula hidráulica y presionando el vástago sobre el espécimen a una velocidad conocida. La deformación axial se mide utilizando extensómetros. 4. Prueba Directa de esfuerzo cortante. En esta prueba, un espécimen de altura pequeña en comparación a su área transversal se coloca dentro de una caja con dos secciones, la interior fija y la superior susceptible de ser movida horizontalmente. Se da el espécimen carga vertical sobre la cara Matus Rojas José Luis
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superior del positivo, para producir un esfuerzo normal vertical conocido. La falla se produce aplicando una fuerza rasante al marco superior móvil, se manera que se obliga en la falla del espécimen en el plano que se define entre las partes fijas y móvil del dispositivo.
Prueba
Compresión isótropa
Compresión confinada (consolidómetro)
Compresión Triaxial
Prueba directa
Para producir algunas condiciones reales de campo
Para el estudio de resistencia de los suelos es la prueba más común
Para estudio de resistencia de suelos
Condiciones básicas
Tipo de deformación
Usos
Para estudios de deformación volumétrica
Tipos comunes de pruebas esfuerzo-deformación
Las curvas esfuerzo-deformación que se obtienen de las pruebas someramente descritas más arriba corresponden a alguno de los dos arquetipos esquemáticamente presentados a continuación.
Matus Rojas José Luis
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La curva llena de la parte a) es representativa de los materiales llamados de “falla frágil”, cuyo comportamiento esfuerzo deformación se caracteriza porque después de llegar el esfuerzo máximo, hasta el cual se llegó en forma al aumentar la deformación. La deformación aumenta hasta la ruptura eventual; estos materiales son confiables en tanto no se alcanza su resistencia máxima, pero con el punto sufren los que para fines prácticos es un verdadero colapso. En la parte b) se muestra la curva E-D típica de los materiales de “falla plástica”, en los que al llegar a un esfuerzo límite se produce la fluencia plástica del material bajo esfuerzo constante. Un material de “falla plástica” movilizara su resistencia a medida que aumente el esfuerzo que se le aplique, de manera que al llegar al esfuerzo máximo, el material ya no es capaz de movilizar mayor resistencia y, de hecho comienza a deformarse bajo esfuerzo constante hasta la eventual ruptura
La relación esfuerzo-deformación de un material no es una característica constante, si no varía con diversas circunstancias dentro del mismo material. En general el comportamiento plástico corresponde a las arenas sueltas y a las arcillas blandas, con contenido de agua relativamente elevado en tanto que el comportamiento frágil es propio de arenas compactadas y arcillas duras no existe un límite preciso de compacidad a partir del cual todas las arenas pasen del comportamiento plástico al frágil, sino que hay diferencias en estos límites al analizar distintas arenas
Bibliografía -Rico Rodríguez. Alfonso -“La ingeniería de los suelos en las vías terrestres1” -México: Limusa 2010 1. Mecánica de suelos
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