A veces nos ponemos a simplificar y el asunto se nos puede ir de las manos. Esto es lo que pasa con los suelos cohesivos y la resistencia al corte sin drenaje (Su). El estudio de mecánica de suelos se suele abordar realizando algunas asunciones y simplificaciones del modelo a estudiar para poder darle forma empírica. Es aquello de “suponer la vaca esférica”.
Hay algunos posts en el blog que os animo a revisar antes de seguir:
En el post de hoy vamos a hacer una introducción sobre algunas de las injusticias que se comenten con los suelos cohesivos, y más concretamente en arcillas, y que están relacionadas con la resistencia al corte sin drenaje (Su). También nos puede servir como recordatorio que debemos tener siempre “a la mano” el pensamiento crítico.
Arcillas y resistencia al corte
Lo primero es centrarnos en algunas de las premisas que tomamos para evaluar la resistencia al corte sin drenaje (Su) de las arcillas.
- El suelo es homogéneo, isótropo y elástico.
- No drenada/ No consolidada.
En total tenemos cuadro escenarios, pero cuando nos referimos a la resistencia al corte de un suelo arcilloso, tomamos la más desfavorable (no drenaje/no consolidada).
- ¿Qué es un suelo arcilloso?
Según el Sistema Unificado de Suelos (USCS), una arcilla (CL) es un suelo en el que más del 50% de la muestra pasa el tamiz No.200 (0.075 mm) y según su plasticidad, nos situamos por encima de la línea A de la Carta de Casagrande.
- La resistencia de las arcillas dependen sólo de su cohesión.
Seguro que lo habéis oído. Las arcillas son puramente cohesivas y su resistencia depende únicamente de cohesión. Si representamos esto en círculos de Mohr, tendríamos una gráfica como esta.
- Ángulo de rozamiento interno igual a cero (phi).
La lectura directa de esta gráfica es que la resistencia al corte no depende de σ3. Es decir, teóricamente, si ensayamos muestras a distintas profundidades, y considerando que el suelo es homogéneo (no cambian sus propiedades intrínsecas), el valor de la resistencia al corte será constante, como constante es el valor de la cohesión.
¿Cómo calculamos la resistencia al corte sin drenaje (Su)?
Aceptando todo lo anterior (y alguna cosa más) como válida. Nos queda ver cómo afrontamos el cálculo para ver cuál es su resistencia al corte que nos sirva para evaluar cargas de hundimiento, estabilidad de taludes, etc.
Para ello resulta apropiado realizar el cálculo de tensión admisible a partir de la ecuación general de Terzaghi simplificada por Skempton (1951).
qhun: Carga de hundimiento
qadm: Carga de admisible (factor de seguridad=3)
C: Cohesión = Resistencia al corte sin drenaje = 0.5 x qu.
qu: Resistencia a compresión simple (σ3=0)
Nc: Factor de capacidad portante según el tipo de cimentación, es función de d/B.
q: descarga del terreno/empotramiento de la cimentación.
Al considerar que la resistencia al corte no es función del esfuerzo de confinamiento (σ3), un simple ensayo de resistencia a compresión simple es suficiente para evaluar la resistencia al corte sin drenaje.
¿Nos hemos pasado con las simplificaciones?
Decíamos al principio que sobre la resistencia al corte (Su) de las arcillas se comenten simplificaciones que podrían calificarse de injustas. Sobre esto hablaremos en futuros posts, pero vamos a ir dejando algunas ideas.
- ¿Es homogéneo? Bueno, pensar que las propiedades intrínsecas del suelo (cohesión, índice de poros, peso específico, plasticidad, etc.) no varia espacialmente, sobre todo con la profundidad no parece muy razonable.
- ¿Es isótropo? Ningún material se comporta igual axial y transversalmente. El suelo tampoco. Tiempo habrá de ver en un post especifico las diferencias que podemos tener, para un mismo suelo, cuando lo testamos con el ensayo triaxial o si lo hacemos con el ensayo de corte directo.
- ¿Es elástico? Desde valores muy bajos de presión, hay una deformación remanente. En los ensayos de consolidación se aprecia esta situación muy bien. Lo veremos también en más profundidad cuando revisemos la isotropía de las arcillas.
- ¿Drenado/no drenado; consolidado/no consolidado? En este caso la simplificación sí es adecuada porque estamos evaluando la respuesta en el corto plazo (casi instantánea) de las arcillas.
- Cuando etiquetamos un suelo como “arcilla” según la USCS implícitamente nos olvidamos del 49% que queda retenido en el tamiz No.200. El comportamiento de la arcilla, en términos de drenaje y consolidación instantánea queda muy condicionado por ese suelo que ya no nos interesa por haber quedado retenido en el tamiz.
- ¿De verdad que la resistencia al corte sin drenaje (Su) no depende de la profundidad? Seguramente sea la injusticia más importante. En un futuro post veremos cómo se desmonta esto, pero para abrir boca os animo a investigar sobre el método SHANSEP.
- Por supuesto todo lo anterior hace suponer que el cálculo que hacemos de la carga de hundimiento es bastante conservador. No digamos el de la carga admisible, en la que se divide la de hundimiento por el factor de seguridad.
Conclusiones
Alguno se habrá quedado con ganas de más. Yo también, pero creo que viene bien hacerlo poco a poco. Este post nos ha servido de introducción de la problemática general y nos va a permitir en el futuro centrarnos en aspectos más específicos como es la isotropía-elasticidad de las arcillas y cómo puede variar la resistencia al corte sin drenaje (Su) con la profundidad.
Gracias por vuestro tiempo y nos vemos pronto por el blog.
 pueden ser bastante agresivas.){kind=link}
Menudo melón acabas de abrir… Da para muchas horas de conversaciones. Porque está claro que la resistencia al corte sin drenaje NO es una constante y que por supuesto varía con sigma3.
Gracias!
Bueno, si asumimos que el terreno es homogéneo y phi es cero…la trampa estaría en dividir el terreno en subcapas “homogéneas”, y así podríamos decir que Su aumenta con la profundidad.
Hola Nacho, una buena ventana la que abres para tender un debate sobre las clasificaciones de los suelos y las simplificaciones de cálculo que yo llamaría “mala praxis de cálculo” y de contratación de Estudios Geotécnicos.
El uso, a día de hoy, de las primeras ecuaciones desarrolladas en Geotecnia, empíricas o semiempíricas, así como de los primeros ensayos ideados tanto en campo como en laboratorio, puede dar idea de donde se encuentra el estado de conocimiento. Matar moscas a cañonazos.
Algunas de tus afirmaciones se encuentran en numerosas publicaciones pero me parecen erróneamente interpretadas o copiadas. Así, no debe confundirse la resistencia a compresión simple de un suelo (qu) con la resistencia de un suelo a una determinada profundidad. Este segundo caso sería una “resistencia a compresión simple confinada”. De ahí la extendida idea errónea, por ejemplo, de que en la Vega Baja del Segura hay 30 m de “arcillas blandas homogéneas”.
El “mal-estudio” de la granulometría (sólo a partir de tamizados), plasticidad e índice N30 (recuerdo que específicamente desarrollado para arenas) puede parecer que es así, pero los resultados de ensayos edométricos, índices de poros, velocidades de consolidación y disipación de sobrepresiones, etc; revelan lo contrario.
Toda ampliación del conocimiento humano es buena, pero la relativa a la Geotecnia en su cimientos me parece NECESARIA.
Salu2!
Hola Bran,
gracias por tu comentario…
Se vienen más entradas para intentar, al menos “alertar” de este problema que trae el simplificar, el utilizar métodos de toda la vida y el no querer entrar a estudiar a fondo las problemáticas.
Saludos!
Ignacio
Muy buen post. Siempre me ha llamado mucho la atención que incluso suponiendo todas estas consideraciones y un factor de seguridad adicional, siga habiendo patologías . Hay que avanzar bastante en reconocimientos del terreno tanto en campo como en laboratorios y llevarlo a las obras.
Así, y yo diría más: Hay que investigar más en el conocimiento de los modelos constitutivos de los suelos.
Muchas patologías en arcillas no se dan por falta de capacidad portante, sino por asentamientos o por temas de expansividad. Eso pasa por tener un conocimiento profundo sobre cómo se comporta el suelo.