También puede determinarse la resistencia no drenada del suelo en el sitio empleando el ensayo de veleta, que consiste en insertar en el terreno a la profundidad deseada un conjunto de cuatro platinas delgadas, rectangulares o trapezoidales, mutuamente perpendiculares, unidas al varillaje o tubería de perforación (Figura 18); se hace girar en la superficie todo el conjunto por medio de un torcómetro hasta producir la falla del suelo por una superficie cilíndrica (periferia de la veleta).

A partir de la lectura del torque y las dimensiones de la veleta puede deducirse el valor de la resistencia τ f=Cu, el cual es necesario corregir en función de la plasticidad de la arcilla y la tasa de deformación muy alta que se impone.

Es muy común en el segundo de estos la disyuntiva de medir o no las presiones de poros durante el corte cuando se miden el ensayo se denominan CU. La primera parte de la denominación, se refiere a la etapa de aplicación de la presión de cámara (σ 3) y la segunda a

la etapa de corte o de aplicación del esfuerzo(σ 1−σ3), llamado esfuerzo desviador o diferencia de esfuerzos nombre que obedece al hecho de que el pistón de carga vertical está sometido a la presión σ 3 que trata de expulsarlo de la cámara.

En el ensayo drenado (CD) el incremento de carga axial se aplica tan lentamente que el aumento simultáneo que tiende a producirse en la presión de poros se disipa inmediatamente pues alcanza a drenarse la cantidad de agua correspondiente. Para lograrlo se regula la tasa de deformación axial a valores muy bajos compatibles con la baja permeabilidad de la arcilla, razón por la cual esta modalidad de ensayo recibía el nombre de “lento” en años pasados. Se considera que en todo momento dentro de la etapa de corte el exceso de presión de poros es cero y en consecuencia el aumento de esfuerzos totales causado por la carga externa se convierte de inmediato en incremento de esfuerzos efectivos; en función de éstos se expresarán los parámetros de resistencia al cortec ' y σ '.

Se hace un número de ensayos, generalmente tres, cada uno con valor diferente de la presión de confinamiento y se hallan los valores de los esfuerzos principales en la falla σ ' 1 y σ '3, con los cuales se dibujan los llamados Círculos de Mohr (representativos del estado de esfuerzos en un punto de la masa de suelo sobre la superficie de falla). En seguida se dibuja la

Envolvente de Rotura (tangente a los círculos) la cual define los valores,c ' y σ ' como se muestra en la Figura Nº 19.

La “resistencia drenada" de la arcilla que se obtiene en estos ensayos es aplicable en aquellos casos en que la tasa de construcción es muy lenta, de manera que hay disipación del exceso de presión en los poros causado por las cargas externas. Se utiliza también en el análisis a largo plazo de la estabilidad de una estructura de tierra, es decir, mucho tiempo después de la construcción, cuando se ha alcanzado un equilibrio con las condiciones impuestas por la obra y hay situación de flujo permanente en el agua infiltrada (por ejemplo cortes de carreteras con buen drenaje, presas de tierra con embalse lleno).

El valor de c 'en arcilla normalmente consolidada es cero, mientras que en la so-breconsolidada alcanza valores hasta de 0.3 kg/cm2. Los valores de están re-lacionados con el índice de plasticidad de la arcilla, ya esté inalterada o remol-deada y fluctúan comúnmente entre 19° y 35° correspondiendo la parte inferior del intervalo a las de mayor plasticidad.

Como se desprende de la Figura 19, es posible hallar la resistencia en términos de esfuerzos efectivos a partir del ensayo consolidado - no drenado, midiendo las presiones de poros que se desarrollan en la etapa de corte (ver también la Figura 16). Este tipo de ensayo que se

denomina CU, permite entonces encontrar los parámetros de resistencia en función de esfuerzos totales y en función de esfuerzos efectivos y dado que se realiza en un menor tiempo es preferido al ensayo drenado en muchas ocasiones.

En el ensayo No consolidado - No drenado (Ensayo UU) se encuentra la “resistencia no drenada” del suelo, o sea, aquel valor del esfuerzo cortante en la falla cuando no se permite disipación del exceso de presión de poros generado por los esfuerzos aplicados. Es la condición de carga y falla rápidas, cuando la obra se ejecuta en un tiempo tan corto que no alcanza a producirse un flujo apreciable del agua de los poros bajo dicho exceso de presión, teniendo en cuenta la baja permeabilidad de la arcilla. La capacidad de soporte de cimentaciones y la estabilidad de cortes o excavaciones durante la construcción o al final de ella, encuadran en esta condición.

En ensayo Consolidado - No drenado permite encontrar la resistencia no drenada de la arcilla después de variar su relación de vacíos y humedad naturales por consolidación a la presión de cámara. La resistencia no drenada será entonces función de dicha presión de consolidación y las presiones de poros que se generen durante la etapa de corte no influirán en la resistencia. Se acostumbra representar los resultados de una serie de estos ensayos en términos de esfuerzos totales, relacionando la cohesión (cu) con la presión de consolidación, como se muestra en la Figura 20 donde también se ilustra la diferencia entre el comportamiento de la arcilla normalmente consolidada y el de la sobreconsolidada.

Este ensayo (también llamado CU) tiene la gran utilidad de facilitar la medición del incremento en la presión de poros ∆u3 ante un aumento en la presión de cámara ∆ σ3cuya relación se

designa como coeficiente B; también se mide el cambio en la presión de poros ∆u1debido a un

incremento en el esfuerzo desviador (∆ σ1−∆ σ3 ¿ ; la relación entre éstos lleva al valor A= AB. Se tiene entonces:

La combinación de incrementos, lleva a la ecuación siguiente, propuesta por A. W. Skempton (Imperial College, Londres):

Se observa que los coeficientes de presión de poros A y B sirven para expresar la respuesta de la presión de poros a los cambios de esfuerzos totales en condiciones no drenadas. A y B se determinan en el laboratorio y permiten predecir las presiones de poros que pueden desarrollarse bajo condiciones de esfuerzos similares en la construcción de obras de ingeniería como presas y terraplenes.

Otro uso frecuente que se da al ensayo Consolidado - No drenado es la determinación de la resistencia en función de esfuerzos efectivos, al medir la presión de poros en la falla, u f , y

restársela a los esfuerzos principales correspondientes (σ 1 f y σ3 f ). Se dibujarán entonces los

círculos de Mohr en términos de σ ' 1 y σ '3, y su envolvente permitirá hallar c ' y φ '.

Resistencia Residual: La mayoría de las arcillas muestran una disminución en la resistencia drenada (en términos de esfuerzos efectivos) después de alcanzar el valor máximo o “pico”, a grandes deformaciones cortantes hasta llegar a un valor último llamado residual (Figura 21).

Se piensa que dicha disminución de resistencia se debe al aumento de la humedad que acompaña al aumento de volumen durante el corte y a una reorientación de las partículas de arcilla las cuales toman posiciones paralelas a la superficie de falla. La diferencia entre la resistencia pico y la residual es mayor al aumentar el contenido de arcilla del suelo o el grado de sobreconsolidación de ésta. El valor residual será el que se utilice en suelos que han sufrido una falla en el pasado, como al diseñar cortes de excavaciones o estructuras de contención en antiguos deslizamientos de tierra.

De lo tratado en este capítulo se comprende que la resistencia al corte es un as-pecto muy importante de la ingeniería de suelos; la capacidad portante de cimentaciones superficiales y profundas, la estabilidad de taludes, el diseño de presas de tierra, terraplenes y muros de contención, e indirectamente el diseño de pavimentos, dependen todos de la resistencia al corte del suelo. Las estructuras y los taludes deben ser estables y seguros contra la falla o rotura del suelo cuando ésta sometido a la máxima carga anticipada en el diseño. Los métodos de análisis

Usados convencionalmente en el diseño son los de equilibrio límite y estos métodos requieren la determinación de la resistencia al corte límite del suelo.

Se definió la resistencia al corte como el esfuerzo cortante último o máximo que puede aguantar el suelo; con frecuencia el valor límite del esfuerzo cortante está basado en una deformación máxima admisible; casi siempre esta deformación tolerable controla el diseño de la estructura. Dado que se utilizan factores de seguridad apropiados, en la práctica se busca que las cargas aplicadas al suelo sean mucho menores que las de rotura por consiguiente primará el criterio de deformación (o asentamientos).

Como se ha visto, la resistencia puede ser determinada de diferentes maneras; se describieron algunos de los métodos de laboratorio y de campo más comunes. Los métodos para hallar la resistencia en el sitio como la veleta o ciertos penetrómetros evitan problemas de remoldeo o alteración del suelo asociado con la extracción de muestras. Los penetrómetros permiten hallar la resistencia indirectamente, aplicando correlaciones con ensayos de laboratorio o con mediciones directas en casos reales. En ocasiones es recomendable encontrar la resistencia de un suelo por retrocálculo, a partir de fallas del terreno ya ocurridas.

De acuerdo con las condiciones de trabajo que se esperen para el suelo de soporte de una estructura determinada, el Ingeniero especificará el tipo de ensayo más adecuado para

encontrar la resistencia. El cuidado en la toma de muestras, preparación y ejecución de los ensayos, interpretación y análisis de sus resultados, es decisivo para el éxito del estudio de suelos.