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7/23/2019 Mecnica Suelos II - Cap I - Resistencia Al Corte de Suelos
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Curso : Mecnica de Suelos IICaptulo : I
Resistencia al Corte de Suelos
Docente : Ing. CIP. Reynaldo Reyes Roque
UNIVERSIDAD NACIONAL DE ANCASH
SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO
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Capitulo I: Resistencia al Corte de Suelos
Contenido:
1.1 Teora de Esfuerzos aplicados a los Suelos
1.2 Ensayos para determinar los parmetros
mecnicos de los suelos
1.3 Resistencia al corte de los suelos
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1.1 Teora de Esfuerzos aplicados a los suelos
Para explicar el comportamiento ingenieril de los suelos esnecesario entender el concepto de esfuerzo en una masa de suelo y,en particular, la manera como el esfuerzo que acta sobre el suelocomo un todo se relaciona con los esfuerzos que se desarrollan
dentro del esqueleto del suelo y del fluido intersticial.
Para resolver problemas de ingeniera, es necesario entender comoevaluar los esfuerzos que actan en un punto de la masa de suelodebidos a su propio peso y as mismo el cambio de esfuerzos que seinduce en el suelo debido a la accin de carga externa producto dela construccin de obras de ingeniera.
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Esfuerzos en un punto de una masa de suelo
En la figura se muestra el estado general de esfuerzos totales en unelemento dentro de una masa de suelo. El estado general deesfuerzos que resulta en cada cara se caracteriza por unacomponente de esfuerzo normal y dos componentes de esfuerzo
cortante , cada una de las cuales se identifica con un sufijodireccional relacionada con las tres direcciones de referencia x, y, z.
Sin embargo, para este estado de esfuerzos debe existir en elelemento un conjunto de tres planos mutuamente perpendiculares
sobre los cuales el esfuerzo resultante es normal, con lascomponentes de esfuerzos cortantes nulos. Estos son los planosprincipales, y los esfuerzos normales asociados son los esfuerzosprincipales.
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Estado general de esfuerzos en un elemento de suelo Esfuerzos principales
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En muchos problemas de ingeniera, es suficiente analizar losesfuerzos solo en el plano, debido a que lo mas significativo en elanlisis de los esfuerzos se limita a un problema de deformacin
plana.
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Anlisis bidimensional de esfuerzos:
Crculo de Mohr de esfuerzos.
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La figura anterior muestra un caso tpico de un elemento deterreno o suelo por debajo de un corte que est intersectado porun superficie de falla tentativa.
El circulo de Mohr de esfuerzos, se puede definir en trminos delos esfuerzos ortogonales.
La ventaja principal de emplear la construccin del crculo deMohr reside en la facilidad con la que se pueden determinar lasdefiniciones de esfuerzo cortante y esfuerzo normal encorrespondencia a regmenes especiales de esfuerzos.
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Esfuerzos Geostticos
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El esfuerzo geoesttico, es un esfuerzo debido a su propio peso,es decir es el esfuerzo vertical que existen en una masa de suelodebido solamente a su propio peso y se denomina tambin
esfuerzo de sobrecarga.
v = z z
Para la figura anterior:
v = (z zw) + zw
= sat w
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Esfuerzos producidos por Cargas Aplicadas
Las distribuciones de esfuerzos que producen en una masa de suelo
debido a la aplicacin de resultantes de la construccin de obras deingeniera, dependen del espesor y la uniformidad de la masa desuelo, del tamao y la forma del rea cargada, y de las propiedadesesfuerzo-deformacin del suelo.
P
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Soluciones numricas de Boussinesq:
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Isobaras de presin verticalbajo una carga flexible de
franja.
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1.2 Ensayos para determinar los
parmetros mecnicos de los suelos
a) Ensayos de Laboratorio
b) Ensayos de Campo
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a)Ensayos de Laboratorio
Justificacin terica de los ensayos de laboratorio
Los ensayos de laboratorio juegan un importante papel en elcampo de la investigacin en mecnica de suelos y en laprctica diaria de la ingeniera de construcciones. Suobjetivo es intentar establecer el comportamiento mecnico
del suelo, determinando su resistencia y deformacin duranteel proceso de carga. Para ello se toma un pequea muestra desuelo, se coloca en el aparato de ensayo y tras imponer unestado de carga determinado, se anotan las variaciones del
estado de esfuerzos, de deformaciones y de presionesintersticiales en diferentes momentos durante el proceso decarga
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Ensayo de Compresin No Confinada
o Ensayo de Compresin Simple
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ENSAYO DE CORTE DIRECTO
N
T
N Constante
T Aplicado
Distorsin principalmente
Algo de deformacinvolumtrica
Plano de Fallahorizontal - Impuesto
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ENSAYO DE COMPRESIN TRIAXIAL
s
c= s3Presin de cmara
sc
s a= s1-s 3Tensin Deviadora
sc=s3 Constante
s
a Aplicado
Distorsin y
Deformacin Volumtrica
Piedras porosasPermiten drenaje
a
a= L/L0 x100
Deformacin axial
L0
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Equipo de Ensayo Triaxial
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q p y
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Compresin triaxial: 2 etapas distintas durante el ensayo
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Compresin triaxial: 2 etapas distintas durante el ensayo
1 - Consolidacin istropa - Reconstitucin de estado tensionalinicial CON DRENAJE
2 - Aplicacin de la tensin desviadora
CON O SIN DRENAJE
SIN DRENAJE (NO DRENADO) - No se permite variacin devolumen y contenido de humedad de la muestra
Deformacin x distorsin
Durante el ensayo se mide: a, Pa y u
CON DRENAJE (DRENADO) - Se permite variacinvolumtrica Deformacin volumtrica
Durante el ensayo se mide: a, V y Pa
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Tipos de ensayos de Compresin triaxial:
1 - Ensayo Tipo UU (no consolidado - no drenado) -
Primera etapa sin consolidacin istropa. Segunda etapa:aplicacin de tensin desviadora sin drenaje.
2 - Ensayo Tipo CU (consolidado - no drenado) -
Primera etapa drenada, permitiendo la consolidacinistropa. Segunda etapa: aplicacin de tensin desviadorasin drenaje.
3 - Ensayo Tipo CD (consolidado - drenado) - Primeraetapa drenada, permitiendo la consolidacin istropa.Segunda etapa: aplicacin de tensin desviadora
permitiendo el drenaje.
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Tipos de ensayos de Compresin triaxial:
1 - Ensayo Tipo UU (no consolidado - no drenado) -
Primera etapa sin consolidacin istropa. Segunda etapa:aplicacin de tensin desviadora sin drenaje.
2 - Ensayo Tipo CU (consolidado - no drenado) -
Primera etapa drenada, permitiendo la consolidacinistropa. Segunda etapa: aplicacin de tensin desviadorasin drenaje.
3 - Ensayo Tipo CD (consolidado - drenado) - Primeraetapa drenada, permitiendo la consolidacin istropa.Segunda etapa: aplicacin de tensin desviadora
permitiendo el drenaje.
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b) Ensayos de Campo
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Ensayo de Penetracin Estndar - SPT
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Standard Penetration Test (SPT)Montaje de equipo para el ensayo SPT
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Montaje de equipo para el ensayo SPT
Cuchara muestreadora bipartida
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1.3 Resistencia al corte de los suelos
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La resistencia cortante de una masa de suelo es la resistencia interna
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por rea unitaria que la masa de suelo ofrece para resistir la falla y eldeslizamiento a lo largo de cualquier plano dentro del l. Se debe por
tanto, entender la naturaleza de la resistencia cortante para analizarlos problemas de la estabilidad del suelo, tales como capacidad decarga, estabilidad de taludes y la presin lateral sobre estructuras deretencin de tierras.
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Concepto de rotura o falla junto con deformaciones excesivas
Masa de Suelo: deformacin debida a deformacin individual departculas y desplazamiento relativo de partculas
RESISTENCIA FRICCIONAL
Leonardo da Vinci (fines S XV)
Amontons (1699)
N
T
N
Tmx=f.N
fm
f=tan fm
Leyes del comportamientofriccional terico
COULOMB (1776) L d l f i i E i
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COULOMB (1776) - Ley de la friccin Esttica
Resistencia del suelo --- Proporcional a la fuerzanormal aplicada
Experimentalmente --- Comportamiento no sigue
exactamente la Teora Friccional Tf= C + N. f = C + Nf. tan(f)
C es una fuerza, independiente a la tensin normal, que
mantiene unida la masa de suelof es un ngulo de friccin interna propio del material
CRITERIOS DE FALLA
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1882 - Mohr plantea Teora General de la Resistencia deMateriales
Representacin de Estados Tensionales mediante un crculo
1900 - Criterio de resistencia basado en ensayos tensionales -tf= f(sf)
Envolvente de Mohr
q
s3
s1
Plano deFalla
CONSIDERACIONES GENERALES
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Si el crculo para un Estado Tensional queda todo por debajo de
la envolvente Masa de suelo es estable
Como crculo es tangente a envoltoria, la resistencia mxima del
suelo se alcanza sobre un determinado plano a travs del mismoPLANO DE FALLA TERICO
No es posible soportar que en el interior de un suelo existan
estados tensionales cuyo crculo corte a la envolvente
CRITERIO DE MOHR - COULOMB
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CRITERIO DE MOHR COULOMB
El comportamiento de los suelos puede representarsemediante una Envolvente Plana.
Combinando Mohr con Coulomb:
tf= c + sf . f = c + sf . tan(f)
Dos Parmetros Resistentespropios de cada suelo.
Cohesin - cngulo de Friccin Interna -f
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tf= c + sf . tan(f)
c
f
RESISTENCIA AL CORTEGeneralidades de las curvas Tensin-Deformacin
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Generalidades de las curvas Tensin Deformacin
Como definimos la resistencia a partir de la curva tensin-deformacin ?Se observan cuatro zonas en la curva: una zona anterior al valor mximo de tensin desviadora.Comportamiento Pre-Falla.
un valor mximo de la tensin desviadora que definir laResistencia de Pico. fase final o ltima donde la resistencia es constante aunquecontine la deformacin. La relacin de vacos en esta fase es
independiente de la relacin de vacos inicial antes de comenzar elproceso de corte. Ac se define la Resistencia ltima.para grandes deformaciones, en materiales propensos a orientarsedurante el proceso de corte (arcillas), la resistencia disminuye hastaalcanzar la Resistencia Residual.
Resultado tpico de ensayo de Compresin Triaxial
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PICO
ULTIMA = ESTADO CRTICO
RESIDUAL
Pre-falla Estado ltimo Orientacin de
Deformacin
Tensindesviadora