Prueba de compresión sin confinar
Es la prueba más sencilla y económica de realizar. Consiste en tomar una muestra cilíndrica de suelo cohesivo con altura igual a 2.5 veces su diámetro y comprimirla axialmente en una máquina de ensayo, similar a las que se usan para las probetas de concreto.
Para medir las presiones ejercidas sobre la muestra se conecta un manómetro al instrumento. Una de las mayores ventajas que ofrece esta prueba es que el suelo es libre de fallar según el plano más débil. Ademas, puede ser drenado durante el ensayo o se le puede inyectar agua para representar las verdaderas condiciones que presenta en el subsuelo.
La cohesión (c) resulta:
Este ensayo no puede realizarse en suelos sueltos pues se desmoronan al comprimirlos, y solo sirve para suelos cohesivos que pueden permanecer firmes sin confinamientos.
- Ejemplo
Un suelo se ensaya en una prueba de compresión sin confinar y la falla se alcanza para un valor de:
Se pide determinar el valor de la cohesión correspondiente
Se compara este valor con el de la figura 2. Valores típicos de cohesion, donde se lee para este caso de suelo arcilloso firme:
Se deduce que esta arcilla está en el rango de una arcilla mediana.
Prueba de corte directo
Es la prueba de corte más antigua, ya usada por Coulomb en 1776. Consiste en colocar la muestra del suelo en un recipiente cuadrado o circular que está cortado horizontalmente en dos mitades, donde la superior desliza sobre la inferior, como muestra la figura.
La muestra se coloca entre dos piedras porosas que permiten drenar el suelo cuando esta húmedo o saturado, y se le aplican fuerzas de compresión y corte simultáneamente. Las fuerzas de compresión pueden ser originadas por presiones exteriores o carga muerta aplicada sobre la muestra, mientras que las fuerzas de corte se deben al deslizamiento relativo de las dos mitades del recipiente, a las cuales se imprime una fuerza lateral creciente hasta que el suelo falla por corte.
La magnitud de los esfuerzos normales se obtiene como cociente entre la fuerza aplicada y el área de incidencia, mientras que los esfuerzos tangenciales corresponden a la fuerza de corte que produce la falla. Los resultados se pueden graficar como se indica en la siguiente figura para dos o más ensayos directos de corte de un mismo suelo.
La recta que une los puntos representativos de los diferentes estados tensionales para los cuales se alcanza la falla del suelo por corte, tendrá una pendiente que corresponde al valor del ángulo de fricción interna (ø).
Un inconveniente que presenta la prueba de corte directo es que el plano de falla es siempre horizontal, cuando en realidad pueden existir otros planos más débiles en el suelo que se analiza, por ello los resultados obtenidos con respecto a la resistencia del suelo superan en muchos casos a los verdaderos.
Prueba de compresión triaxial
La prueba de compresión triaxial para determinar las propiedades resistentes de un suelo es el más versátil y seguro de todos los ensayos y resulta similar al que se realiza para otros materiales, como por ejemplo el concreto.
Se toma la muestra cilíndrica de suelo de altura igual a 2 o 2.5 veces su diámetro y se la coloca dentro de una membrana elástica de caucho con topes rígidos de metal, entre piedras porosas, como muestra la siguiente figura.
La membrana está ubicada dentro cámara con aire comprimido o un líquido a presión, preferiblemente aceite, para confinar la muestra. Cuando la presión lateral ejercida supera los 10 Kg/cm2 conviene agregar bandas metálicas reforzando la membrana.
La prueba inicia aplicando un esfuerzo de confinamiento lateral y axial de igual magnitud al cual se designa por σc. luego el confinamiento lateral se mantiene y se va incrementando paulatinamente el esfuerzo axial hasta que el suelo falle por corte como se muestra en la figura, bajo un incremento de ∆σa del esfuerzo inicial σa que se conoce por esfuerzo de desviación.
Como en los planos principales no existen esfuerzos cortantes, el esfuerzo de confinamiento σc y el esfuerzo axial final (σc + ∆σa) resultan respectivamente es esfuerzo principal menor σ3 y el principal mayor σ1. Con estos valores se puede trazar la circunferencia de Mohr.
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