Publicado por: José Luis Vinasco Largo. cheologo@hotmail.com.
Tomado de https://www.youtube.com/watch?v=HeriyZK42jw
Los vídeos ¨derrumbe en un acantilado¨ y ¨derrumbe en vivo de una mina en Colombia¨ evidencian que tanto roca como suelo fallan, debido a que ambas poseen una estrecha relación en su origen, estructuración y modificación físico y químico, y que en ambas rigen los mismos parámetros internos y externos que condicionan la estabilidad de un talud natural o antrópico que las condicionan.
Considerando
lo anterior es importante entender que o cuáles son los
principios físicos que condicionan la estabilidad de los cuerpos
rocoso, lo que inmediatamente nos adentra en el principio de
¨ RESISTENCIA AL CORTE DEL MATERIAL QUE COMPONE EL SUELO¨.
Suarez, 1998 la define como ¨ La
resistencia interna por área unitaria que la masa de suelo ofrece para resistir
la falla y el deslizamiento a lo largo de cualquier plano dentro del. No es un
parámetro único y constante ya que depende de su naturaleza, estructura,
enlaces, nivel de deformaciones, así como muy especialmente de su estado tensional
y de la presión del fluido que rellena sus poros. (Agua o aire).”
Coulumb (1900) define la rotura por medio de una expresión matemática el cual relaciona tensiones efectivas normales y tensiones tangenciales actuando en cualquier plano del suelo. El expresa este criterio para suelos saturados en la siguiente ecuación
Fig. 1. Tomada de Das, brajas 1999
Fig. 2. Tomada de Gonzales y otros, 2002
El punto 1 representa un estado de rotura el cual este será tangente a la línea de resistencia intrínseca y que además el plano a favor del cual se alcanzan dichas condiciones de rotura será el representado por el punto de tangencia; el punto 2 representa la combinación entre la resistencia al corte y la tensión normal actuante el cual cuenta con cierto factor de seguridad ya que para determinada tensión efectiva normal, la tensión tangencial es inferior a la máxima movilizable; El punto 3 representa un estado imposible ya que se sitúa por encima de la envolvente, esto traduce que se ah sobrepasado la combinación máxima de la tensión normal efectiva y la tensión tangencial, lo que no es compatible con la resistencia del suelo.e
La modelación o representación matemática del fenómeno de falla al cortante en un
deslizamiento se realiza utilizando las teorías de la resistencia de materiales. Las rocas y los suelos al fallar al corte se comportan de acuerdo a las teorías tradicionales de fricción y cohesión, siendo estas expresiones matemáticas representativas de las propiedades intrínsecas del suelo.
El punto 1 representa un estado de rotura el cual este será tangente a la línea de resistencia intrínseca y que además el plano a favor del cual se alcanzan dichas condiciones de rotura será el representado por el punto de tangencia; el punto 2 representa la combinación entre la resistencia al corte y la tensión normal actuante el cual cuenta con cierto factor de seguridad ya que para determinada tensión efectiva normal, la tensión tangencial es inferior a la máxima movilizable; El punto 3 representa un estado imposible ya que se sitúa por encima de la envolvente, esto traduce que se ah sobrepasado la combinación máxima de la tensión normal efectiva y la tensión tangencial, lo que no es compatible con la resistencia del suelo.e
La modelación o representación matemática del fenómeno de falla al cortante en un
deslizamiento se realiza utilizando las teorías de la resistencia de materiales. Las rocas y los suelos al fallar al corte se comportan de acuerdo a las teorías tradicionales de fricción y cohesión, siendo estas expresiones matemáticas representativas de las propiedades intrínsecas del suelo.
Parámetros
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Definición
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Angulo de fricción ( Φ)
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Es la expresión
matemática del ángulo de rozamiento, el cual (Bilz ,1995) considera los
siguientes factores:
- Tamaño de los
granos
- Forma de los granos
-Distribución de
los tamaños de granos
- Densidad
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Cohesión (C)
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La cohesión
es una medida de la cementación o adherencia entre las partículas de suelo. En
mecánica de suelos es utilizada para representar la resistencia al cortante producida
por la cementación, lo que en suelos granulares donde no existe cementación
se considera que la cohesión es cero el cual se conoce como suelos no cohesivos.
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Cohesión Aparente
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Se da al fenómeno
de adherencia por presión negativa o fuerza capilar, esta cohesión aparente
desaparece con la saturación.
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Ensayos en las tres dimensiones de la Medición de la resistencia al corte:
Fig.3 Grafico engranaje muestreos de un talud.
Como lo representa la figura anterior, las tres dimensiones están continuamente girando en torno a ellas mismas, moviendo una a la otra el cual funcionan como una engranaje que a l final son los responsables de llevar a cabo el análisis de la resistencia al corte del material que compone el suelo y subsuelo.
Como lo representa la figura anterior, las tres dimensiones están continuamente girando en torno a ellas mismas, moviendo una a la otra el cual funcionan como una engranaje que a l final son los responsables de llevar a cabo el análisis de la resistencia al corte del material que compone el suelo y subsuelo.
Ensayo en Campo:
Es muy útil para determinar la resistencia al cortante de suelos residuales debido a:
a. Se elimina la alteración por muestreo, transporte y almacenamiento.
b. El tamaño de la muestra es mayor y más representativo de la masa de suelo.
Los tipos de ensayos estipulados se listan en el siguiente cuadro con sus características, particularidades, ventajas y/o desventajas.
Fig.4 Presentación tomada de Ensayos In-situ (Jaime Suarez Diaz, Bucaramanga. Colombia), extraida http://www.fceia.unr.edu.ar/geologiaygeotecnia/095 5_ENSAYOS_DE_SUELOS_IN_SITU- %20Colombia.pdf
Tabla tomada de Suarez, 1998
Es muy útil para determinar la resistencia al cortante de suelos residuales debido a:
a. Se elimina la alteración por muestreo, transporte y almacenamiento.
b. El tamaño de la muestra es mayor y más representativo de la masa de suelo.
Los tipos de ensayos estipulados se listan en el siguiente cuadro con sus características, particularidades, ventajas y/o desventajas.
ENSAYO CORTE DIRECTO
Tomado de https://www.youtube.com/watch?v=M_scwztsDC0 (Ver en nueva pestaña)
El ensayo de Corte directo de campo es útil para simular la condición de esfuerzos que existe sobre una superficie plana y/o potencial de deslizamiento en una ladera.
El principal propósito de este ensayo es determinar los valores de las resistencias pico y residual
tanto en material intacto como en discontinuidades, incluyendo las discontinuidades
heredadas. El ensayo generalmente, se realiza en apiques. La mayoría de los ensayos
se organizan en tal forma que el plano es horizontal e idealmente, el plano de corte debe
ser paralelo a un grupo mayor de discontinuidades o coincidir lo más preciso posible
con una discontinuidad mayor.
El equipo para realizar el ensayo de corte directo en campo consiste de pesos, apoyos y
gatos hidráulicos. Durante el ensayo el alineamiento de la carga vertical debe
mantenerse a medida que avanza el desplazamiento de corte.
ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR (SPT)
Tomado de https://www.youtube.com/watch?v=XfuwB94C4dE (Ver en nueva pestaña)
El ensayo de penetración estándar se desarrolló inicialmente para determinar la resistencia de suelos no cohesivos y la mayoría de las correlaciones que existen en la literatura son útiles solamente para gravas y arenas.
Procedimiento:
En el ensayo de penetración estándar se entierra un tubo partido, aplicando golpes con un martillo de 63 Kg. que cae de una altura de 750 mm. El número de golpes requerido para enterrar el tubo 300 mm se denomina N de penetración estándar.Con el número de golpes se puede estimar el valor del ángulo de fricción interna φ´ para arenas (Peck, 1974). También se puede obtener la densidad relativa y con esa densidad relativa
obtener el valor de φ´ (Schmertmann, 1975).
Esta correlación es utilizada para obtener la resistencia de suelos residuales arcillosos, cuando las profundidades del perfil de suelo no son mayores de 5 metros.
Tabla tomada de Gonzales y otros 2002 del SPT y el angulo de suelos granulares .
Presentacion tomada Ensayos In-situ (Jaime Suarez Diaz, Bucaramanga. Colombia), http://www.fceia.unr.edu.ar/geologiaygeotecnia/095-5_ENSAYOS_DE_SUELOS_IN_SITU-%20Colombia.pdf
ENSAYO PENETRACIÓN DE CONO
Fig 5. capturada de la presentacion https://www.youtube.com/watch?v=NHSysG2mlvM
A continuacion se enuncia el procedimiento y el esquema del piezcono descrito por ....
Procedimiento:
En el ensayo de cono se introduce un cono con un ángulo θ, utilizando una fuerza Q.
La resistencia al cortante es obtenida por la relación:
τ =KQ/h2
Donde:
h = Altura del cono
K = Constante que depende de θ y de Q
Con el valor de la resistencia a la penetración del cono, se puede obtener el ángulo de
fricción φ´ o la cohesión, para lo cual existen diferentes correlaciones.
La utilización del ensayo de cono en suelos residuales es muy limitada, debido a la
dificultad de penetración. Un desarrollo relativamente reciente es el piezocono, el cual
mide la presión de poros, además de la resistencia no drenada (ver figura 3.13)
Video tomado de https://www.youtube.com/watch?v=FP5QZj4jnSw (Ver en nueva pestaña)
Presentacion tomada Ensayos In-situ (Jaime Suarez Diaz, Bucaramanga. Colombia), http://www.fceia.unr.edu.ar/geologiaygeotecnia/095-5_ENSAYOS_DE_SUELOS_IN_SITU-%20Colombia.pdf
ENSAYO DE VELETA
ENSAYO DE VELETA
La aplicación de estos ensayos es limitada a suelos saturados cohesivos en condiciones no drenadas (cu), lo suficientemente blandos como suelos arcillosos para permitir el hincado y rotación de la veleta. Sin embargo, se han realizado ensayos de veleta en suelos con resistencia pico hasta de 300 kPa (Blight 1969).
Los ensayos de veleta pueden realizarse en el fondo de excavaciones pre-perforadas o
empujando la veleta en el suelo desde la superficie hasta la profundidad requerida. Este
último procedimiento es muy difícil de realizar en suelos residuales.
Fig 6 presentaciopn tomada de www.youtube.com/watch?v=V6Ewlb0y7Mc
video tomado de https://www.youtube.com/watch?v=RGJjYT7SNI0 (Ver en pestaña nueva)
Presentacion tomada Ensayos In-situ (Jaime Suarez Diaz, Bucaramanga. Colombia), http://www.fceia.unr.edu.ar/geologiaygeotecnia/095-5_ENSAYOS_DE_SUELOS_IN_SITU-%20Colombia.pdf
ENSYOS DE LABORATORIO
Los
ensayos de laboratorio más comunes son de Compresión triaxial y de
Corte Directo.
Ensayo triaxial:
Prueba versátil para obtener una buena y variada información sobre la
resistencia del suelo en diversas condiciones controlables a voluntad como lo
son la rigidez, consolidación y permeabilidad.
Procedimiento:
La
celda se llena de un fluido especial, se aplica una presión determinada sobre
el fluido (σ3), la cual se transmite por éste a la muestra. Los
esfuerzos cortantes se aplican mediante
fuerzas de compresión verticales accionadas por los pistones. Habida cuenta que
dicha presión de cámara actúa en la misma dirección con toda intensidad
mediante la célula se aplica una presión total isótropa sobre la muestra σ1
= σ2 = σ3 = σc’
La presión
de poros dentro de la muestra puede medirse a través de un pequeño tubo o bureta
en contacto con la muestra. Para cada presión de confinamiento se obtiene el esfuerzo
desviador (Δσ) que se requiere para hacer fallar la muestra.
El drenaje de la muestra se realiza a través de las piedras porosas y el
cambio de volumen de agua puede medirse. Alternativamente, si no se permite
drenaje, se puede medir la presión de poros. Realizando varias pruebas se puede
obtener la envolvente de Mohr para un suelo determinado.
Tomado de https://www.youtube.com/watch?v=Ep9vBpOTwGE (Ver en nueva pestaña)
En el ensayo triaxial
se controla las tensiones principales totales, las presiones intersticiales y
las tensiones efectivas:
Deduciendo de las
anteriores expresiones que:
-
El sistema
de carga aplicado no es completamente general, sino de simetría axial (σ2
= σ3).
-
La tensión tangencial máxima en cada instante del
ensayo viene dada por
Existen tres tipos estándar de ensayos triaxial los cuales proporcionan
conexiones para medir el drenaje hacia dentro o hacia afuera del espécimen, o
para medir la presión de poros del agua según condiciones de la prueba:
ENSAYO DE CORTE DIRECTO
Es utilizado para obtener la resistencia de los suelos en los estudios de
deslizamientos, el cual es simple y económico de realizar pero presenta los inconvenientes del poco control que se tiene sobre las condiciones de drenaje, la dificultad para medir presiones de poro y algunos problemas inherentes a los mecanismos de las máquinas que realizan los ensayos.
Las ventajas de los ensayos de Corte Directo son su facilidad de ejecución, la cual
permite la realización de una cantidad grande de pruebas en poco tiempo y la
posibilidad de realizar ensayos sobre superficies de discontinuidad.
El ensayo de Corte Directo es de obligatorio uso cuando se trabaja a niveles bajos de
esfuerzos o si se desea obtener la resistencia a lo largo de las discontinuidades; En este ensayo la resistencia al cortante puede medirse en un plano predeterminado, cortando la muestra con una determinada orientación. La superficie de falla es predefinida y no depende de las propiedades del suelo, y por esta razón los valores de resistencia obtenidos tienden a ser mayores que en los ensayos triaxiales.
La muestra se coloca en una caja compuesta por dos anillos (Figura 3.9 ), uno superior y
otro inferior, los cuales pueden desplazarse horizontalmente el uno con respecto al otro
al aplicarse una fuerza de cortante. Las muestras no pueden saturarse completamente
pero un grado de saturación relativamente alto se puede obtener sumergiendo la muestra
en agua por un periodo largo de tiempo, antes del ensayo. Sin embargo, debe tenerse
mucho cuidado con los efectos de saturación sobre algunos materiales, especialmente en suelos expansivos.
Se dibuja una curva esfuerzo-deformación para cada ensayo, en la cual se determinan
los valores de la resistencia máxima y la resistencia residual.
Se realizan varias pruebas para el mismo tipo de suelo con diferentes presiones
normales y se dibuja la envolvente de falla para obtener gráficamente los valores de
cohesión y ángulo de fricción . Se recomienda un mínimo de cinco pruebas para cada tipo de suelo.
Grafica Tomada de Suarez,1998
deslizamientos, el cual es simple y económico de realizar pero presenta los inconvenientes del poco control que se tiene sobre las condiciones de drenaje, la dificultad para medir presiones de poro y algunos problemas inherentes a los mecanismos de las máquinas que realizan los ensayos.
Las ventajas de los ensayos de Corte Directo son su facilidad de ejecución, la cual
permite la realización de una cantidad grande de pruebas en poco tiempo y la
posibilidad de realizar ensayos sobre superficies de discontinuidad.
El ensayo de Corte Directo es de obligatorio uso cuando se trabaja a niveles bajos de
esfuerzos o si se desea obtener la resistencia a lo largo de las discontinuidades; En este ensayo la resistencia al cortante puede medirse en un plano predeterminado, cortando la muestra con una determinada orientación. La superficie de falla es predefinida y no depende de las propiedades del suelo, y por esta razón los valores de resistencia obtenidos tienden a ser mayores que en los ensayos triaxiales.
La muestra se coloca en una caja compuesta por dos anillos (Figura 3.9 ), uno superior y
otro inferior, los cuales pueden desplazarse horizontalmente el uno con respecto al otro
al aplicarse una fuerza de cortante. Las muestras no pueden saturarse completamente
pero un grado de saturación relativamente alto se puede obtener sumergiendo la muestra
en agua por un periodo largo de tiempo, antes del ensayo. Sin embargo, debe tenerse
mucho cuidado con los efectos de saturación sobre algunos materiales, especialmente en suelos expansivos.
Se dibuja una curva esfuerzo-deformación para cada ensayo, en la cual se determinan
los valores de la resistencia máxima y la resistencia residual.
Se realizan varias pruebas para el mismo tipo de suelo con diferentes presiones
normales y se dibuja la envolvente de falla para obtener gráficamente los valores de
cohesión y ángulo de fricción . Se recomienda un mínimo de cinco pruebas para cada tipo de suelo.
Tomada de https://www.youtube.com/watch?v=mLC6vkYlLB0 (Ver en pestaña Nueva)
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