3: Resistencia al corte de los suelos
3.3: Resistencia al corte no drenado
En los puntos anteriores se definieron como descriptores básicos de la definición de la resistencia al corte del suelo el ángulo de rozamiento interno y la cohesión. En función de si se aborda el estudio particular considerando las tensiones totales o efectivas, estos parámetros recibirán ciertos sobrenombres:
– c’ y φ’: cohesión y ángulo de rozamiento interno efectivos, determinados para las presiones efectivas, o en otros términos, cuando se obtienen de ensayos de resistencia al corte (triaxiales o de corte directo) en los que se asegura el drenaje.
– cu y φu: cohesión y ángulo de rozamiento interno no drenados, es decir, para una situación en la que la presión intersticial no se disipa durante el proceso de rotura.
– cuu y φuu: cohesión y ángulo de rozamiento interno no consolidados no drenados, cuando se obtienen de ensayos de resistencia al corte sin consolidación previa y sin drenaje.
– ccu y φcu: cohesión y ángulo de rozamiento interno consolidados no drenados, cuando se obtienen de ensayos de resistencia al corte con consolidación previa y sin drenaje.
Los valores concretos a aplicar en el cálculo geotécnico dependerán de las condiciones que se estime se producirán en el caso real:
– En el caso de suelos arenosos lo habitual será considerar a todos los efectos los parámetros efectivos.
– En suelos arcillosos, para la valoración de la resistencia del terreno (frente a una cimentación, por ejemplo) a largo plazo se considerarán también los parámetros efectivos.
– En suelos arcillosos saturados y en procesos rápidos será necesario, en cambio, considerar los parámetros no drenados.
Este último caso requiere de una exposición algo más detallada.
Tal como se expone en el capítulo dedicado a la consolidación de las arcillas, la aplicación de una carga a un suelo arcilloso saturado representa en primera instancia un incremento de la presión intersticial. Conforme la permeabilidad del material lo posibilita, la presión intersticial se disipa (por migración de un volumen del agua a favor del gradiente generado por la sobrepresión), para que paulatinamente el esqueleto del suelo (sus partículas) asuma de forma progresiva la carga aplicada. En el estadio final, la totalidad de la carga es soportada por las partículas del suelo, y la tensión intersticial queda en equilibrio.
En la fase transitoria durante la cual la presión intersticial cuenta con un valor superior a la correspondiente a una situación de equilibrio, pudiera darse el caso que dicha presión intersticial igualase el valor de la presión total, resultando en consecuencia que el valor de la presión efectiva sería nulo.
En tal caso, el rozamiento interno quedaría también anulado, al igual que ocurre en el caso de arenas sometidas a un gradiente hidráulico ascendente tal que iguala el peso propio de los granos (como se comentó en el capítulo anterior).
Para el caso de arcillas, sin embargo, la cohesión remanente permite considerar que el terreno presenta aún cierta resistencia (al contrario que el ejemplo de las arenas.)
A dicha cohesión en situación de no drenaje se la denomina cohesión no drenada (cu) o resistencia al corte no drenado (Su), y, obviando en este texto la exposición teórica que requiere el caso, puede estimarse que en arcillas saturadas es equivalente a la mitad de la resistencia a la compresión simple (qu).
Su = 1/2 qu
Este parámetro resulta de especial importancia, puesto que para el caso citado de arcillas saturadas corresponde a la situación de dimensionado de carga a corto plazo.
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Su exposición es muy clara y convicente.
gracias por su comentario Néstor… no obstante, dado que este blog se dirige esencialmente a profesionales no versados en los intríngulis teóricos de la geotecnia, procuramos no perdernos en conceptos teóricos excesivos… así, bien dice el post aquello de «obviando en este texto la exposición teórica que requiere el caso…»; no obstante, aprovecho su comentario para introducir una cuestión que me hubiera gustado plantear en el post, pero que acabé descartando porque podía llevar a confusiones, y es aquella que viene a decir que cuando se evalúa la resistencia al corte no drenado, siempre deberemos considerar que la misma es un incremento a sumar al valor de la tensión efectiva actual del terreno, por lo que para un terreno cargado por una cimentación a un valor superior a su tensión de preconsolidación, el coeficiente de seguridad a corto plazo para estudiar un incremento ulterior de carga sobre dicha cimentación (en el caso de una remonta) deberá tener en cuenta ese diferencial (partiendo de la carga del cimiento) y no el valor de la resistencia al corte no drenado del suelo «virgen». Esta es una cuestión muy importante en estudios geotécnicos que se realizan en obras de rehabilitación integral y que, «sorpresivamente», no es tenido en consideración por muchos técnicos, penalizando en gran medida la solución constructiva que se requiere para asumir un incremento de carga en el cimiento, y recurriendo a recalces cuando, en realidad, no serían necesarios.
Saludos
J.F.
Buen artículo!!
Pero no entiendo lo que dice en el comentario del caso de la remonta. La tensión admisible del suelo será la misma independientemente de la carga del edificio, o no?
Marta.
Buenos días Marta
Podríamos decir que lo que comunmente llamamos «tensión admisible» debería entenderse, para el caso de falla no drenada, como «incremento admisible de la tensión sobre el terreno»; en el caso de una remonta, con una cimentación ya ejecutada, si con una zapata X el valor de la tensión admisible en situación no drenada es de 200 kPa, y el cimiento estuviese (antes de la remonta) transmitiendo ya 200 kPa, la tensión admisible en condiciones no drenadas para la remonta sería de 200 kPa adicionales a la tensión ya transmitida, es decir, 400 kPa.
en estos casos, es muy frecuente que el valor de la tensión admisible venga limitado por las condiciones drenadas, que en ocasiones no se comprueba (pues se asume que el caso no drenado es más favorable) para las cuales la tensión de servicio que debe considerarse no es el incremento, sino la total
te dejo un link del blog geotecnia.info con más detalles
http://geotecnia.info/index.php/cimentaciones-a-las-que-se-aumenta-la-carga-ideas-preconcebidas-sobre-la-tension-de-preconsolidacion-debida-a-la-carga-inicial-de-la-zapata/
Dispensa, se me olvidó comentar que precisamente el concepto que intento resumir no es más ni menos que lo que siempre llamamos «tensión admisible neta», pero que usualmente se aplica a la diferencia entre la tensión transmitida por el cimiento y el valor de la tensión debida a la sobrecarga de tierras a la cota de apoyo de la zapata, y en caso de la remota, nos referimos a la «sobrecarga» que el mismo cimiento ya transmitía
j.f.
Buenos días,
OK!! Entiendo que básicamente estamos hablando de la deformación del terreno (es decir al cálculo del asiento). La carga del edificio producirá una presión de consolidación que provocará que se desarrolle el asiento del terreno. Si se produce una remonta, la única parte que puede generar deformación (asiento), es el incremento de la carga.
Pero el efecto sobre la tensión de rotura del suelo es mínimo. Puede haber alguna mejora de la resistencia al corte del terreno (que por lo que dice en el otro post no es del todo así), pero nada más.
Entiendo que en el suelo saturado, la sobrecarga del edificio, inicialmente será soportada por la presión del agua (caso no drenado), pero una vez disipadas las presiones, el modelo quedara controlado por la tensión de rotura no drenada, que será igual o muy similar a la tensión de rotura no drenada del terreno antes de la carga?
O sea, si el cimiento antes de la remonta ya transmitía una carga del orden de la tensión de rotura del suelo (con factor seguridad claro), entiendo que la consolidación no provocará ninguna mejora del cálculo de la tensión admisible del terreno. Es así?
Muchas gracias por las aclaraciones!
Marta.
Que bueno que no tengas nigun inconveniente en compartirnos esta informacion, muchas gracias.
Gracias por su aporte
Gracias por el aporte pero no si es por cuestiones de idiosincrasia de cada país, pero tengo entendido que los suelos no fallan por tensión, mas por compresión, pues cuando me hablan de tensión me imagino un cable sometido a fuerzas tensionantes, cosa que en los suelos no se puede hacer, a menos que yo este equivocado.
Es que en algunos países se habla de tensión también para compresión y entonces se habla de fuerza dividido el área de aplicación sea tracción o compresión. Obviamente en suelos solamente estaríamos hablando de compresión.
Muy bueno el blog!
imagino que debe ser una forma de hablar coloquial, porque da lugar a confundir muy mucho un concepto con otro…
walter, efectivamente hay una diferencia de nomenclatura en lo que estamos hablando, pero si la cuestión de fondo es porqué fallan los suelos, la respuesta más simple es por rotura a cortante
saludos
Hola, quisiera saber que pruebas se utilizan en el campo para determinación la resistencia no drenada del suelo. También los qué factores afectan los resultados de la prueba de compresión inconfinada en el laboratorio.
Gracias por sus aportes
Buenisimo y muy claro, me encanto esta explicacion, por la sencillez y claridad.
Hola, muy buen aporte, solo tengo una pequeña duda, los parámetros Ccu y φcu cuál sería un caso real en el que infieran estos dos valores obtenidos de una prueba CU.
gracias
entiendo que de un ensayo CU los valores de fi y c obtenidos serán representativos (salvando factor escala) de un comportamiento CU en la dirección de esfuerzos en la que se realice el ensayo…
Tengo varias preguntas frankie, a ver si pudieras ayudarme:
* ¿Por qué si el ensayo Cd es drenado los valores que proporciona son efectivos? ¿No se supone que en condiciones drenadas u=0?
* ¿El ensayo CU los valores que da (Ccu y PHIcu) son totales o efectivos? en caso de que sean totales ¿por qué si se supone que no hay drenaje y u>0? en caso de que sean efectivos ¿podría obtenerse el valor de totales con un equipo que midiera u?
* El ensayo UU porporciona el valor de Cu ¿para qué casos sirve esto? ¿sería considerada una cohesión efectiva por estar el ensayo en condiciones no drenadas?
PREGUNTA * ¿Por qué si el ensayo Cd es drenado los valores que proporciona son efectivos? ¿No se supone que en condiciones drenadas u=0? RESPUESTA supongo que precisamente por eso, porque u = 0 (no confundir con que fi = 0 que es lo que pasa cuando u = N, o bien 0 < u < N que es lo que pasa cuando el ensayo es parcialmente drenado y uno no sabe en qué lado está, si en efectivas o en totales) PREGUNTA * ¿El ensayo CU los valores que da (Ccu y PHIcu) son totales o efectivos? en caso de que sean totales ¿por qué si se supone que no hay drenaje y u>0? en caso de que sean efectivos ¿podría obtenerse el valor de totales con un equipo que midiera u? RESPUESTA si estás hablando de un ensayo triaxial, los valores que mides son en totales, restando las presiones intersticiales (que sí que mides) tienes las efectivas; si hablas de un ensayo de corte, en realidad no hay control de drenaje, pero por la experiencia de los resultados que obtienes, los valores de c y fi son más semejantes a los efectivos que a los totales, salvo en terrenos muy, muy impermeables, en los que (raramente en un ensayo de corte) llegas a ver fi = 0… esto es así porque en el ensayo de corte, en realidad, sí al no estar confinada la probeta por una membrana, y estar la superficie de corte «comunicada» con el exterior, no se observa un aumento real de las presiones intersticiales
PREGUNTA * El ensayo UU porporciona el valor de Cu ¿para qué casos sirve esto? RESPUESTA para mucho, por ejemplo, para tener en cuenta los parámetros de corte en el diseño de cimentaciones a corto plazo (que siempre hay que contrastar en arcillas saturadas)
PREGUNTA ¿sería considerada una cohesión efectiva por estar el ensayo en condiciones no drenadas? RESPUESTA yo diría que no…
saludos
Buenos días. No soy Especialista Geotecnico ni tampoco Ingeniero Civil. Pero tengo la siguiente inquietud: Es posible relacionar qa con qu? Es posible obtener una aproximación de Su a partir de Carga admisible del suelo?
buenos días
si Usted tiene la tensión admisible del terreno, y el terreno es francamente cohesivo y está saturado, lo bastante como para asegurar que cu = 1/2 qu , en tal caso entiendo que sí, que tomando la formulación simplificada de qa (cuando fi = 0), no veo inconveniente en calcular de forma retrospectiva, obtener cu, y de ahí qu…
aunque la utilidad no acabo de verla…
saludos
Me gustó la explicación. Gracias por hacerlo más sencillo. Saludos
Gracias a usted por el interés