Respuesta de los Suelos a Esfuerzos de Corte.

Desde un punto de vista de consistencia, los suelos pueden ser agrupados en dos tipos: los suelos que presentan cohesión y los que poseen muy poca o ninguna.
Los suelos del Tipo I representarán a las: arenas sueltas, arcillas ligeramente sobreconsolidadas y normalmente consolidadas (OCR <= 2). En cambio los suelos del Tipo II representarán a las: arenas densas y arcillas sobreconsolidadas (OCR > 2) (Budhu, 2000).
La Figura 6.15 muestra a dos elementos de suelo del tipo I y II que son ensayados a cortante puro en estado drenado, ambos están sometidos a un esfuerzo normal sz y de confinamiento sx, que transmiten esfuerzos efectivos y de corte a las caras del elemento, el estado original del elemento de suelo se muestra en la Figura 6.15a. Si se mantienen constantes el esfuerzo normal y de confinamiento, el elemento de suelo se distorsionara deformándose horizontalmente una cantidad Dx ha medida que se aplica el cortante. Durante el ensayo los suelos del Tipo I se comprimen, mientras que los suelos del tipo II se expanden, ambos varían una cantidad Dz respecto a la altura inicial H0 como muestra la Figura 6.15b y c respectivamente. La distorsión del elemento es medida con la deformación angular gzx y la compresión o expansión con la deformación unitaria vertical ez.

 Figura 6.15. Distorsión debida al cortante puro en suelos del Tipo I y II (Budhu, 2000).
(a) Elemento de suelo en su estado original. (b) Suelo del Tipo I. (c) Suelo del tipo II.

Para los suelos del Tipo I se tendrá que:
Para los suelos del Tipo II se tendrá que:

La Figura 6.16 muestra la variación del esfuerzo de corte respecto a la deformación angular. Para los suelos del Tipo I, se observa un incremento gradual en el esfuerzo de corte con el aumento de la deformación angular hasta un valor que tiende a mantenerse constante, a este valor se lo llamará esfuerzo de corte crítico (tcr). En el caso de los suelos del Tipo II, el esfuerzo de corte crece rápidamente hasta alcanzar un valor pico que se lo llamara esfuerzo de corte pico (tp), luego decrecerá hasta un valor correspondiente al esfuerzo de corte crítico donde tenderá a mantenerse constante.
 
Figura 6.16. Esfuerzo de corte respecto a la deformación angular (Budhu, 2000).

En algunas arcillas sobreconsolidadas el valor del esfuerzo de corte crítico disminuye aun más conforme al aumento la deformación angular, hasta alcanzar un valor de esfuerzo denominado esfuerzo de corte residual (tr), tolerando una mayor deformación. A los suelos con esta particularidad especial se los identifica como los suelos del Tipo II-A.
Dos suelos sobreconsolidados con diferentes índices de sobreconsolidación pero con una similar composición mineralógica, exhibirán diferentes valores de: esfuerzo de corte pico y expansión volumétrica. Por lo que índices de sobreconsolidación mayores resultan en una mayor expansión y valores más elevados de esfuerzo de corte pico (Budhu, 2000).

Figura 6.18. Índice de vacíos respecto a la deformación angular (Budhu, 2000).


Las Figuras 6.16, 16 y 18, muestran la respuesta típica de los suelos al cortante para valores constantes de los esfuerzos sz y sx. Si únicamente se hace variar este esfuerzo normal sz a diversos valores constantes cada vez mayores y nuevamente se somete el elemento a deformación angular, la respuesta de estos suelos al cortante presentará variantes de interés.
En la Figura 6.19 se observa que en el caso de los suelos del Tipo I, el aumento del esfuerzo efectivo normal produce un incremento en el valor del estado de esfuerzo de corte crítico, es decir que para un elevado esfuerzo efectivo normal se tendrá un elevado esfuerzo de corte crítico. Para el caso de los suelos de Tipo II, el esfuerzo de corte pico tiende a desaparecer con el aumento del esfuerzo efectivo normal.
Figura 6.19. Esfuerzo de corte en función al esfuerzo efectivo normal (Budhu, 2000).


La Figura 6.20 muestra que el incremento del esfuerzo efectivo normal, resulta en un aumento en la compresión para los suelos del Tipo I, en cambio en el caso de los suelos del Tipo II, un incremento del esfuerzo efectivo normal implica una disminución en la expansión del elemento con la tendencia a igualar el comportamiento de los suelos del Tipo I.


Figura 6.20. Deformación unitaria en función al esfuerzo efectivo normal (Budhu, 2000).


Debido a que el índice de vacíos está en función al cambio de volumen, podría afirmarse con certeza que el valor de este índice disminuirá con el aumento del esfuerzo efectivo normal. La Figura 6.21 muestra que el incremento del esfuerzo efectivo normal ocasiona una disminución del valor del índice de vacíos crítico. Todos los suelos alcanzan el valor del índice de vacíos crítico independientemente de su estado inicial, en este estado la deformación angular continuará sin presentar cambios en el esfuerzo de corte y el volumen, hasta que se produzca la falla. Según a las Figuras 6.19 y 6.21, se puede concluir que tanto el esfuerzo de corte crítico como el índice de vacíos crítico dependen de la magnitud del esfuerzo efectivo normal.
Figura 6.21. Índice de vacíos crítico en función al esfuerzo efectivo normal (Budhu, 2000).


El término estado crítico, se utiliza para definir el estado de esfuerzos alcanzado por un suelo cuando no ocurren cambios futuros en el esfuerzo de corte y volumen bajo un cortante continuo (Budhu, 2000).

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