En esta fase el suelo falla. El esfuerzo desviador correspondiente al máximo de la curva esfuerzo-deformación se denomina resistencia máxima o resistencia a compresión del suelo. El valor de q en el punto máximo (es decir, la mitad de la resistencia a compresión) está en relación directa con la resistencia al corte del suelo.
El comportamiento en esta fase es bastante diferente del de la fase inicial y puede explicarse estudiando la deformación de una agrupación plana de esferas rígidas. La Fig. 1O.16d, muestra un elemento unitario de una agrupación compacta. Cuando este elemento se comprime verticalmente, sólo se pueden producir deformaciones si las esferas C y D se desplazan lateralmente. Este tipo de movimiento debe estar acompañado por un incremento del volumen de la agrupación, como puede verse comparando los poros de las partes (a) y (b) de la figura. La Fig. l0.13b muestra que un incremento de volumen de este tipo se produce al cargar los suelos reales. Constituye un hecho notable que al comprimir una arena compacta, en una dirección, aumenta realmente de volumen. Este hecho fue observado e investigado por primera vez por Osbourne Reynolds (1885). Reynolds aplicó el nombre de dilatancia a este efecto de aumento de volumen.
El comportamiento en esta fase es bastante diferente del de la fase inicial y puede explicarse estudiando la deformación de una agrupación plana de esferas rígidas. La Fig. 1O.16d, muestra un elemento unitario de una agrupación compacta. Cuando este elemento se comprime verticalmente, sólo se pueden producir deformaciones si las esferas C y D se desplazan lateralmente. Este tipo de movimiento debe estar acompañado por un incremento del volumen de la agrupación, como puede verse comparando los poros de las partes (a) y (b) de la figura. La Fig. l0.13b muestra que un incremento de volumen de este tipo se produce al cargar los suelos reales. Constituye un hecho notable que al comprimir una arena compacta, en una dirección, aumenta realmente de volumen. Este hecho fue observado e investigado por primera vez por Osbourne Reynolds (1885). Reynolds aplicó el nombre de dilatancia a este efecto de aumento de volumen.
Fig. 10.16. Deformaciones en una agrupación irregular de esferas, e) Agrupación ¡riicialmente compacta. b) Estado más suelto posibledeformaciones uniformes. c) Estado sueltodeformaciones no uniformes. d) Comportamiento de unidad elemental.
La agrupación plana de esferas sirve también para estudiar las condiciones que existen en torno al máximo de la curva esfuerzo-deformación y para explicar la disminución de resistencia después de este máximo (Rowe, 1962). Sin embargo, estos aspectos del comportamiento pueden estudiarse más fácilmente mediante los diagramas de la Fig. 10.17, que ilustran el concepto de encaje (“interlocking”).
La Fig. l0.17a muestra partículas de un suelo deslizando sobre una superficie lisa. Este es el caso ya comentado en el capítulo 6 y para esta situación la resistencia al corte viene dada por Ø, ángulo de fricción entre las partículas. Sin embargo, en los suelos reales es más semejante el proceso al que aparece en las partes (b) y (e) de la figura: unas partículas de suelo están en contacto con otras y los planos que pasan por los puntos de contacto están inclinados respecto a la horizontal. Para que se produzca una falla por corte entre partículas no sólo es necesario, por tanto, vencer la fricción entre partículas sino que, además, debe hacerse que las partículas se desplacen unas respecto a otras.
De aquí que la resistencia al corte de una masa de suelo real se compone de dos partes: una, cuya magnitud viene determinada por Ø μ, y otra que depende del grado de encaje. Cuanto mayor sea el grado de encaje mayor será la resistencia total al corte. Así pues, para un valor dado de la fuerza normal N, la fuerza tangencial T necesaria para que comience el deslizamiento será mayor en el caso de la Fig. 1O.17c que en el de la lO.17b.
Para los casos representados en las partes (b) y (c) de la Fig. 10.17, las placas deben comenzar a separarse en cuanto se inicia el movimiento de deslizamiento entre las mismas. Al progresar el movimiento de corte, el grado de encaje debe disminuir y por tanto la fuerza tangencial necesaria para mantener el movimiento también será menor. Así pues, si comenzamos con la agrupación muy encajada de la Fig. l0.17c provocando un movimiento de corte, la agrupación tenderá a parecerse cada vez más a la representada en la parte (b) de la figura.
Fig. 10.17. Ejemplos de encaje entre superficies. a) Superficie de deSlizamiento lisa. b) Superficies ligeramente encajadas. c) Superficies muy encajadas.
Si los conceptos anteriores referentes a la dilatancia y al encaje entre partículas son correctos, la relación de vacíos inicial debería tener una gran influencia sobre las curvas esfuerzo-deformación en compresión triaxíal, los datos de la fig. 10.18 muestran que esto es cierto. Para la muestra compacta, la curva que relaciona el esfuerzo desviador con la deformación axial muestra un máximo pronunciado y el esfuerzo desminuye a partir de este punto. Por otro lado, la curva correspondiente a la muestra en estado suelto no presenta un máximo y el esfuerzo desviador permanece prácticamente constante al proseguir la deformación, una vez que se ha alcanzado la resistencia máxima. Además, la muestra compacta aumenta de volumen en un grado importante al sufrir la deformación. Por otro lado, la muestra suelta disminuye primeramente de volumen, dilatándose a continuación y por último termina prácticamente con el mismo volumen inicial.
Los siguientes esquemas de comportamiento pueden predecirse a partir del concepto de dilatancia y encaje:
1 Cuanto más compacta es la arena, mayor es el grado de encaje y, por tanto, el esfuerzo desviador y el ángulo de fricción. 2. Cuanto más compacta sea la arena mayor será el incremento de volumen que se producirá.
3. Al dilatarse la arena la resistencia a la deformación disminuye.
4. Esta disminución es más marcada en las muestras más compactas.
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