Relación entre esfuerzo deformación

C A P Í T U L O  5

r e l a c i ó n   e n t r e   es f u e r z o   d e f o r m a c i ó n

Todos los suelos existentes, sin importar la composición o clasificación de estos, al recibir una fuerza actuante sobre ellos, presentaran cambios en su estructura o en lo que es lo mismo, se podrá presentar una deformación en la forma o acomodo de las partículas que lo conforman, en este capítulo se mencionan los tipos de deformaciones que se pueden mostrar en un suelo al sufrir un esfuerzo.

5.1. ESFUERZO Y DEFORMACIÓN DE UN SUELO

Un suelo puede fallar o presentar deformaciones al recibir una carga sobre él, que tipo de falla o de que magnitudes seria, o en su defecto si es que el material presentara alguna falla, solo se puede definir si es que se realiza una serie de pruebas de laboratorio aplicadas al suelo como lo es la consolidación unidimensional y la prueba triaxial.

La deformación que puede presentar un suelo puede ser causada por la distorsión y/o fractura de las partículas, y el movimiento relativo entre las mismas como resultado de deslizamiento o rodamiento. Aunque es importante mencionar que por lo general una se presenta como consecuencia de la otra.

La deformación de un suelo no se presenta hasta que este sobrepasa el valor crítico, o valor máximo que este puede soportar. La relación de vacíos que existe en un material también influye en la deformación del mismo ya que al recibir la carga sobre él las partículas tenderán a acomodarse llenando los vacíos que existan en la composición de suelo, ocurriendo de esta forma un deslizamiento o acomodo de partículas, esto como ya se mencionó anteriormente es a consecuencia de la naturaleza del suelo que es poroso y compuesto de partículas.

La deformación que un suelo pudiera presentar se conoce aplicando sobre el un esfuerzo isótropico, (esto es cuando los esfuerzos en las tres direcciones axiales son iguales). Los esfuerzos axiales que se aplican a una muestra de suelo, se dan cuando se realiza la prueba triaxial la cual consiste en labrar una probeta o cilindro de suelo, el tamaño de esta puede ser de unos 4 cm de diámetro y 8 cm de altura o de 5 cm de diámetro y 10 cm de altura aunque cuando los suelos presentan gravas en dimensiones mayores a las probetas aquí mencionadas se emplean probetas de mayor tamaño. Mas delante se describe a detalle el procedimiento de la prueba triaxial.

5.2. RESISTENCIA AL CORTE

La resistencia al corte, o resistencia al esfuerzo cortante de un suelo se define como el valor máximo, o limite, de la resistencia al corte que se puede aplicar a un suelo antes de que falle o ceda. El suelo sobre el cual se aplica la carga puede fallar presentando un deslizamiento, es decir puede fallar separándose o fracturándose debido al deslizamiento o pudiera presentar alguna deformación en su estructura como se muestra en la imagen 33.

El tipo de falla que presente la muestra es de acuerdo a las características del suelo, si se trata de un suelo granular presentara la falla por deslizamiento, de igual manera algún suelo en el que existan filtraciones de agua. La falla por deformación se da en suelos plásticos o con exceso de humedad en su composición.  

Cuando un suelo presente falla por deslizamiento esté en el sitio pudiera llegar a generar un gran movimiento como pudiera ser avalanchas, fallas  en taludes y excavaciones. Esta falla como ya se mencionó, sucede cuando sobre el suelo se coloca la presión máxima que este puede soportar y se presenta debido a la fricción de las partículas.

Para ello se ejerce una carga sobre la muestra en la parte superior por medio de un vástago y recibe presión de confinamiento (axial), dentro de una celda de lucita, la cual se describirá a detalle más adelante. La presión que la muestra recibe por parte del vástago y la base de la celda, se conoce como componente normal y a la superficie de deslizamiento se le conoce como tangencial, cuando se inicia el deslizamiento de la muestra se dice que se tiene el coeficiente de fricción para determinar este también se considera la magnitud y la velocidad de deformación.

5.3. PRUEBAS TRIAXIALES Y CÍRCULO DE ESFUERZOS DE MOHR

En su libro Mecánica de suelos Tomo I Fundamentos de la Mecánica de Suelos, Juarez Badillo Eulalio y Rico Rodriguez Alonso, mencionan lo siguiente sobre las pruebas triaxiales.

La teoría de Mohr establece que en general una falla por deslizamiento ocurre  en toda la superficie en la que la relación del esfuerzo tangencial o cortante alcance su valor máximo. Este valor fue considerado por Mohr como el punto donde el suelo presenta un acomodo de partículas.

La prueba triaxial es la más utilizada en la actualidad para para determinar las características de esfuerzo deformación y de resistencia de los suelos.

En la prueba triaxial se pueden variar las presiones que actúan sobre la muestra en sus tres direcciones. Las muestras o especímenes son particularmente cilíndricos y se someten a presiones laterales de un líquido, el cual por lo general es agua, mismo del cual la muestra de suelo se protege por medio de una membrana impermeable.

La muestra se coloca dentro de una cámara de forma cilíndrica la cual es totalmente hermética, como ya se menciona esta es de un material llamado lucita, las bases de esta cámara son metálicas, el agua de esta cámara puede presentar la presión de confinamiento deseada ya que esta se genera por medio de un compresor y por medio de una manómetro. La carga axial se transmite a la muestra por medio de un vástago, que atraviesa la base  superior de la cámara. El agua que se introdujo en la cámara presenta una presión normal sobre el espécimen. En la imagen 34 se muestra la maquina triaxial.

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