(Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo

Resistencia al corte de arcillas

(84.07) Mecánica de Suelos y Geología

Alejo O. Sfriso: asfriso@fi.uba.ar

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Resis

ten

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ort

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rcill

as

Índice

• Similitudes y diferencias: arcillas y arenas

• Ángulo de fricción interna crítico y residual

• Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas

• Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas

• Arcillas inalteradas

• Suelos no saturados

• Un ejercicio integrador

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Resistencia al corte de arcillas amasadas vs arenas

Similitudes

• La resistencia al corte obedece a

• Las arcillas compactas dilatan (como arenas densas)

• Las arcillas blandas contraen (como arenas sueltas)

• Ambas alcanzan elmismo estado crítico luego de unadeformación grande

� = � + � tan �

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Resistencia al corte de arcillas amasadas vs arenas

Diferencias

• Las partículas de las arcillas no tienen contacto directo grano a grano

• Las arenas no tienen memoria: � no depende de la historia de tensiones

• Las arcillas tienen memoria: � depende de la historia de cargas, porque el material “recuerda” cual fue la presión máxima que soportó y en qué dirección ocurrió

• Para enormes deformaciones, las arcillas tienen un ángulo de fricción interna residual �� menor que ��

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Resistencia al corte de arcillas amasadas vs arenas

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Índice

• Similitudes y diferencias: arcillas y arenas

• Ángulo de fricción interna crítico y residual

• Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas

• Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas

• Arcillas inalteradas

• Suelos no saturados

• Un ejercicio integrador

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Ángulo de fricción interna crítico �� en suelos de grano fino

(Kenny 1959)

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Ángulo de fricción vs. plasticidad

' = 28.1-0.062Ip

20.0

21.0

22.0

23.0

24.0

25.0

26.0

27.0

28.0

29.0

30.0

20 30 40 50 60 70

Ip [%]

' [°]

Ángulo de fricción interna crítico �� en formación Postpampeano

Formación Postpampeano

Estimación del ángulo de fricción interna residual ��

�� se mide con distorsiones mayores al 100%

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Ejercicio

Dibuje a escala el ángulo de fricción interna crítico y residual de:

• Arena suelta

• Caolinita

• Illita

• Montmorillonita

Se efectúa un ensayo S de una illita con �3 = 100���

• Calcule �1 para una deformación del 10%

• Calcule �1 para una deformación del 100%

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Índice

• Similitudes y diferencias: arcillas y arenas

• Ángulo de fricción interna crítico y residual

• Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas

• Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas

• Arcillas inalteradas

• Suelos no saturados

• Un ejercicio integrador

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La dilatancia

En las arcillas, igual que en las arenas

En las arenas, la dilatancia depende de la densidad relativa y de la presión

En las arcillas, la dilatancia depende del grado de sobreconsolidación

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� = �� + �

� = �� + � OCR

� = �� + � ��, �

�

��

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as

Ensayo de compresión unidimensional

(Mitchell 1996)

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as

Ensayo de corte directomuestra normalmente consolidada

(Mitchell 1996)

���� = �� + � OCR

�

��

��

��

Normalmente consolidada

�� = ��

1.0

��

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as

Ensayo de corte directomuestra muy sobreconsolidada

(Mitchell 1996)

�

��

��

��

����

Muy sobrecon-solidada �� ≪ ��

3.5 1.0

��

���� = �� + � OCR

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as

Ensayo de corte directomuestras sobreconsolidadas

(Mitchell 1996)

�

��

��

��

����

Normalmente consolidada

�� = ��

1.03.5

��

Muy sobrecon-solidada �� ≪ ��

���� = �� + � OCR

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Ensayo de corte directomuestras sobreconsolidadas

(Mitchell 1996)

�

��

��

��

����

Normalmente consolidada

�� = ��

1.03.5

��

Muy sobrecon-solidada �� ≪ ��

���� = �� + � OCR

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as

Ensayo de corte directomuestras sobreconsolidadas

(Mitchell 1996)

�

��

��

��

����

Normalmente consolidada �� = ��

Poco sobreconso-lidada �� < ��

1.01.43.5

��

Muy sobrecon-solidada �� ≪ ��

���� = �� + � OCR

Estimación de � para arcillas sobreconsolidadas

No hay un criterio universalmente establecido

Provisionalmente puede emplearse la expresión

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as

(Adaptada de Sfriso 2007)

tan �

tan ��

�

+ 1.443 ln�

��= 0

��� � � ��� 24.0 27.0 30.02.0 24.0 27.0 30.02.5 27.1 39.2 33.63.3 30.4 33.9 37.35.0 34.1 37.8 41.3

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as

Efecto de la dirección de carga

Ejercicio

Calcule el ángulo de fricción interna de una caolinita (�� = 30º) para

• TC, OCR = 1.0

• PSC, OCR = 1.0

• TE, OCR = 1.0

• TC, OCR = 2.0

• TC, OCR = 3.0

• TC, OCR = 4.0

• PSC, OCR = 4.0

• TE, OCR = 4.0

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Índice

• Similitudes y diferencias: arcillas y arenas

• Ángulo de fricción interna crítico y residual

• Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas

• Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas

• Arcillas inalteradas

• Suelos no saturados

• Un ejercicio integrador

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�� = � ��

La resistencia al corte no drenada de las arcillas amasadas depende de su índice de liquidez

�� ≅ 1.7 exp −4.6 �� ����

�� =� − ��

�� − ��

�� → �� = 1 → �� ≅ 1.7kPa

�� → �� = 0 → �� ≅ 170kPa

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as

�� = � �, ���

Como � = � �, ���y �� = � �

Queda �� = � �, ���

�� ≅ 0.23 ��� ��/�� ��

� ����/��

�� ≅ 0.23��� OCR ����/��

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as

��: Efecto de la dirección de carga

Plane strain compression (PSC) 0.34

Triaxial compression (CK0UC) 0.33

Iso-consolidated triaxial compression (CIUC) 0.32

Iso-consolidated triaxial extension (CIUE) 0.24

Direct simple shear (DSS) 0.20

Plane strain extension (PSE) 0.19

Unconsolidated Undrained (UU) 0.185

Triaxial extension (CK0UE) 0.16

Unconfined compression (UC) 0.14

��

����

��

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as

��: Influencia de la velocidad de carga

Ejercicio

Calcule la resistencia al corte no drenada de una caolinita (�� = 40, �� = 29)

• en compresión triaxial para � = 50%, 40%, 30%, 20%

• en extensión triaxial para � = 50%, 40%, 30%, 20%

• en deformación plana para � = 50%, 40%, 30%, 20%

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Índice

• Similitudes y diferencias: arcillas y arenas

• Ángulo de fricción interna crítico y residual

• Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas

• Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas

• Arcillas inalteradas

• Suelos no saturados

• Un ejercicio integrador

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Arcillas inalteradas: ��

�� ≅ 0.11 + 0.0037�� ����

�� ≅ 0.23 ± 0.004 ����

0.01 ��� <��

��� < 0.0117 ���

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as

Arcillas inalteradas: ��: Postpampeano

Resistencia vs. profundidad

cu = 1.14 D + 3.05

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

5 10 15 20 25 30

Prof [m]

cu [KPa]

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as

Anisotropía por consolidación

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as

��: Precaución - TC vs TE

(EPRI 1990)32

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as

Cementación

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as

Sensitividad

� =�� intacta

�� remoldeada

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rcill

as En suelos cementados hay

mucha dispersión de resultados

Es mejor hacer varias etapas sobre una misma muestra

d

sE 1

0.95d dr

1

0

m

"In situ"

300 30%i uE q

"In situ"

Undisturbed sample

Representative sample

1s aE p 470

2.03

2.45

3.20

2 31 4 50

d

ap

3

3

3

2.0

1.0

0.5

a

a

a

p

p

p

580800

Suelos cementados: Ensayo triaxial escalonado

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as

Suelos cementados: Ensayo triaxial escalonado

d - 1

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0% 5% 10% 15%1

d

(k

g/c

m2)

0

100

200

300

400

500

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

d (kg/cm2)

E s

ec

an

te (

kg

/cm

2)

Etapa 1: Se avanza hasta que la línea es clara

Etapa 2: Se llega a rotura

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Índice

• Similitudes y diferencias: arcillas y arenas

• Ángulo de fricción interna crítico y residual

• Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas

• Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas

• Arcillas inalteradas

• Suelos no saturados

• Un ejercicio integrador

Fuerza capilar = tensión intergranular

Las fuerzas generadas por la tensión superficial se convierten en tensión efectiva y aumentan la resistencia al corte del suelo

Es por eso que existen los castillos de arena

Para hacer algocomo la foto seagrega azúcar alagua (¿porqué?)

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Intr

od

ucci

ón a

su

elo

s n

o s

atu

rado

s

www.lovethispic.com/image/21677/sand-castle

Resistencia al corteIn

tro

ducci

ón a

su

elo

s n

o s

atu

rado

s

39

� = �� + � − �� tan �� + �� − �� tan ��

Intr

od

ucci

ón a

su

elo

s n

o s

atu

rado

s

¿Porqué existe ��?

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Compresibilidad del agua 10000 veces mayor que la del aire (a 100kPa): “no drenado” no significa “incompresible”

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Índice

• Similitudes y diferencias: arcillas y arenas

• Ángulo de fricción interna crítico y residual

• Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas

• Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas

• Arcillas inalteradas

• Suelos no saturados

• Un ejercicio integrador

Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla

Etapas

• Construcción de terraplén compactado

• Construcción de tanque

• Llenado

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as

�� = 5.14 ��

���� =��

��

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as

El silo Transcosna, 1913

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as

Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla

Construcción de terraplén compactado

�� = 18��

��

�� = 17��

��

��� = 1.5�

��� = 5.0�

��� = 18

��

��1.5� + 7

��

��

5.0�

2

��� = 44���

�� = 0.23��� = 10.2���

�� = 5.14 �� = 52.4���

���� =��

2= 26.2���

Limo cementado

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Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla

Construcción y llenado de tanque (2.6m)

�� = 18��

��

�� = 17��

��

��� = 1.5�

��� = 5.0�

��� = 44.5��� + 10

��

��2.6�

��� = 70.5���

�� = 0.23��� = 16.2���

�� = 5.14 �� = 83.3���

���� =��

2= 41.6���

Limo cementado

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Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla

Llenado del tanque (4.0m)

Se puede llenar el tanque hasta su altura final porque la presión aplicada en la primera etapa (2.6m) redujo la relación de vacíos y con ello aumentó la resistencia al corte no drenada del terreno

(el cálculo real es más complejo, lo veremos más adelante)

�� = 18��

��

�� = 17��

��

��� = 1.5�

��� = 5.0�

���� =��

2= 41.6���

Limo cementado

Bibliografía

Básica

• Powrie. Soil Mechanics. 2da Ed. Spon Press

Complementaria

• Mitchell. Fundamentals of soil behavior. Wiley.

• Terzaghi, Peck, Mesri. Soil Mechanics in EngineeringPractice. 3ra Ed. Wiley

• Fredlund y otros. Unsaturated Soil Mechanics in Engineering Practice. Wiley

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