Tipos de resistencia al corte

Existen diferentes tipos de resistencia al corte cuando hablamos de la resistencia de suelos cohesivos (arcillas). Hay que tener mucho cuidado porque según sea drenada o sin drenar, cuál sea la presión de confinamiento o sea no confinada, cómo sea haya obtenido, etc. tendremos diferentes valores y realmente estaremos hablando de lo mismo: la resistencia al corte.

El objetivo de esta entrada es distinguir los tres tipos de resistencia al corte principales y orientar en qué circunstancia se debería usar cada uno.

Si quieres profundizar y tener mejor base antes de avanzar en la lectura de esta entrada, os animo a resisar estas entradas antes:

• Mohr-Coulomb. El comienzo del camino.
• Consolidación de suelos. Parámetros de laboratorio.
• Resistencia al corte sin drenaje en arcillas.
• SHANSEP. Método y resistencia al corte.
• Ensayo triaxial

¿Qué es la resistencia al corte del terreno?

En este post lo explicamos bien, pero por resumir podemos decir que una porción de terreno que está sometida a una tensión normal-vertical-axial (σ₁) y radial-horizontal-confinamiento (σ₃), si aumentamos la tensión vertical (σ₁), según sean las propiedades resistentes y la tensión horizontal (σ₃), el terreno “fallará” una vez superada su resistencia al esfuerzo cortante. El plano de rotura formará un ángulo respecto a la horizontal que podremos calcular dibujando los círculos de Mohr.  

Tipos de resistencia al corte: pico, residual y blandas(remoldeadas)

La primera pregunta que hay que hacerse es si utilizamos la resistencia drenada o sin drenar. Pues dependerá de las condiciones de nuestro proyecto. Por ejemplo, utilizaremos condiciones drenadas cuando se calculen estabilidad a largo plazo las estabilidades de una presa un terraplén y condiciones no drenadas para el cálculo de la capacidad portante de una cimentación. El técnico  debe decidir cuál debe utilizar y a partir de ahí, planificar los ensayos de campo y de laboratorio.

Este tipo de gráficos que mostramos a continuación se obtienen a partir de ensayos triaxiales. Aunque también se evaluar los tipos de resistencia a partir de un ensayo de corte directo, la información que nos da es parcial, ya que se circunscribe al plano horizontal.

En la gráfica se enfrenta el esfuerzo que se ejerce (resistencia al corte) frente a lo que se deforma la probeta (deformación axial, ΔL/L, siendo L la longitud de la muestra) durante la ejecución del ensayo.

En general, podemos distinguir tres tipos de resistencia al corte:

• Pico: Es la resistencia máxima de la muestra ensayada. Si continuamos deformando la muestra de suelo, la capacidad resistente caerá hasta alcanzar una resistencia residual. Lo que caracteriza a la resistencia pico es que la diferencia de resistencia al corte entre la máxima y la residual está muy acentuada. Este tipo de comportamiento lo encontraremos en suelos rígidos propio de arcillas sobreconsolidadas. Las partículas están más floculadas.

• Remoldeadas. También le denomina comportamiento reblandecido o que se endurece. Es un comportamiento típico de arcillas blanda normalmente consolidadas. En este caso, la resistencia pico y la residual no tieJne una gran diferencias. A veces, de ahí la denominación de endurecidas, no se percibe el pico y la muestra alcanza la resistencia residual de manera asintótica. Las partículas del suelo tienden a estar más alineadas.

• Residual. Tanto si son arcillas sobreconsolidadas como normalmente consolidadas, después de alcanzar la resistencia pico las muestras mantendrán una resistencia residual. Un aspecto importante es que, ambas, tanto la normalmente consolidada como la sobreconsolidada, tienden a un mismo valor de resistencia residual. Cuando se alcanza esta resistencia, lo que ocurre en la estructura del suelo es que las partículas tienden a alinearse según la superficie de rotura.

Si mostramos lo que sería un grafico de las tres envolventes de Mohr.

La siguiente figura muestra una gráfica de esfuerzo-deformación real de tres muestras de suelo ensayadas a tres presiones de confinamiento distintas.

Como veis no os he engañado. Se aprecia perfectamente la resistencia pico, y como la hay una resistencia residual para cada presión de confinamiento. Se podría analizar en más detalle la gráfica, pero creo que logra el objetivo de ilustrar los tres tipos de resistencia al corte.

Influencia de la presión de preconsolidación

Algo que hemos comentado en otras entradas es que debemos tener cuidado con la cohesión. Es un parámetro del que no hay que fiarse mucho ya que muchas veces no está relacionado con la cementación o uniones eléctricas del suelo, sino es el efecto de las condiciones de presión de poro o de historia tensional del suelo.

Esto es algo que está demostrado en laboratorio. Una arcilla sobreconsolidada cuando se supera la presión de preconsolidación (σ’_p) la pendiente de la envolvente de Mohr cambia de pendiente. Esta figura es simplificada, pero sería algo como esto.

¿Qué resistencia al corte uso?

Todo esto está muy bien, pero qué tipo de resistencia al corte uso mis análisis. Vamos a intentar daros una orientación:

• Pico: Cuando podamos estar seguros de que el suelo va a estar siempre sin saturar o la construcción de la estructura sea suficientemente lenta (más de 2 años)
• Remoldeada: En excavaciones tanto a corto como a largo plazo. Considera también la cohesión como nula. Esta situación se da en casi todos los casos.
• Residual: en situaciones muy particulares. Por ejemplo, frente a cargas cíclicas producidas por terremotos o maquinaria pesada.

Conclusión

En estos temas siempre insistimos en que es importante hacerse las preguntas correctas. Tener claro en qué condiciones se producirá la carga del terreno y poder establecer las hipótesis adecuadas. Hoy hemos visto los tres tipos de resistencia al corte principales, que se podrían matizar bastante, y tenemos que saber bien cuál usar. De hecho, hay muchos proyectos que tendremos que utilizar las tres. Una excavación o un dique tendrá que ser estable durante la construcción (corto plazo), durante la operación (largo plazo) o ante un evento excepcional como puede ser un terremoto. En todos los escenarios, la estructura debe ser estable.

Espero que os haya resultado interesante. Estamos montando un buen grupo de entradas relacionadas con la resistencia al corte. ¡Ojalá os sean de mucha utilidad!

Muchas gracias por vuestro tiempo.