PresentaciÃ³n 6_ comportamiento mecÃ¡nico

MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico

Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012

I.C. HERMES ARIEL VACCA G. Especialista en Geotecnia Vial y Pavimentos. PUJ

Master en Ingeniería Civil. PUJ

Jefe de la Sección de Geotecnia vías y transporte PUJ

Jefe de laboratorio de Pruebas y ensayos PUJ

Profesor Departamento de Ingeniería Civil PUJ

Tel: 3 20 83 20 Ext 5399

[email protected]



1. ESFEURZOS Y DEFORMACIONES

2. FLUJO

3. ENSAYOS DE LABORATORIO Compresión simple, corte directo y consolidación

4. TRIAXIAL ESÁTICO. (CU, CD Y UU) TRIAXIAL DINÁMICO ENSAYOS

5. GEOFISICOS (BENDER ELEMENT).

6. DETERMINACIÓN DEL Mr PARA MATERIALES DE BASES Y SUBBASE GRANULAR.

7. BASES ESTABILIZADAS

CONTENIDO



1. ESFUERZOS Y DEFORMACIONES


Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -

ESFUERZOS Y DEFORMACIONES

Determinar los esfuerzos y deformaciones de los materiales y en este caso de los suelos

sv = s1

sh =

s3

sh =

s3

sv = s1




Comportamiento frágil y dúctil




• Lineal: Esfuerzo es directamente proporcional a la deformación: Modulo de elasticidad. Limite lineal: limite de proporcionalidad

• Elástico: cuando un cuerpo formado por este tipo de material recupera su forma original de manera total cuando vez las fuerzas causantes de la deformación han sido retiradas. Limite de elasticidad: limite elástico




Si las deformaciones causadas a una muestra de suelo por la aplicación de la carga, desaparecen o no, al quitar la carga.




Comportamiento plástico: Esas deformaciones permanentes son función de varia variables: el valor del esfuerzo máximo, el tiempo de aplicación de la carga, la velocidad de aplicación de la carga




Comportamiento plástico:




Hardening soil:




Fatiga del material: Ciertamente se podría concluir que una carga menor a la soportada por el material y en la zona elástica, pudiera repetirse muchas veces sin fallar. Es así si las repeticiones son pocas, pero son millones, ocurre la ruptura del material. Una falla de fatiga es frágil y la falla no necesariamente es en el límite elástico




Principio de esfuerzos: Esfuerzos totales Esfuerzos efectivos

Karl Terzaghi 1883- 1963




Principio de esfuerzos:

Los esfuerzos efectivos no se pueden medir solo se calculan. Todo inició con Terzaghi y otros, cuando estaban analizando placas en presas que fallaban y esto principalmente las que estaban saturadas o parcialmente saturadas.




Principio de esfuerzos:

Skempton (1960),



Das, 2008



Tomando el esfuerzo como constante con la profundidad o que varia linealmente con la profundidad.

ESFUERZOS GEOSTÁTICOS VERTICALES







• Ko = suelos sedimentarios 0.4 – 0.5 • Ko = valores aproximados a 3.0






Concepto de la resistencia de los suelos: Resistencia de los suelos • Suelos friccionantes

• Factores que afectan del esfuerzo cortante. • Resistencia del suelo fino

• Factores que afectan




Normalmente consolidado: Si el deposito de suelo ha experimentado solo los esfuerzos debido a su propio peso. La estructura del suelo como tal en este caso no es tan rígida. Ante una carga las deformaciones por compresión van hacer grandes.




Sobreconsolidado: Si el deposito de suelo ha

experimentado anteriormente esfuerzos mayores a los que tienen actualmente. La estructura del suelo como tal en este caso es rígida. Ante una carga las deformaciones por compresión van hacer pequeña antes del esfuerzo de preconsolidación) El valor de OCR disminuye en la profundidad.




Como el comportamiento del suelo es inelástico y anisotrópico, la manera de responder del suelo de pende de la historia de carga y de la trayectoria de carga. Ensayos que puede duplicar esa trayectoria de esfuerzos, cuando un excava, carga, construye un muros, etc. Para duplicar condiciones in-situ y poder obtener parámetros elastoplasticos que me pueden determinar las deformaciones: TRAYECTORIA DE ESFUERZOS




El círculo de Mohr, se representará por el centro y por el radio que es el tmax. Nuevos ejes, p y q p= (s1+s3)/2 q= (s1-s3)/2 ( esfuerzo desviador) p y q me determinan el estado de esfuerzos en un instante dado, el resto ya no importa. Otros denominan ( t y s) Se formula el estado de falla.






ENSAYOS BÁSICOS



TRAYECTORIS DE ESFUERZOS



INTRODUCCIÓN A FLUJO



Nivel freático

El Terreno, M Gonzalez Caballero



Ts: tensión superficial, en (g/cm), disminuye al aumentar la temperatura (a 15° C, la tensión superficial es Ts = 0,075 g/cm).

gw: a temperatura ambiente (más de 4°) se considera igual a 1 g/cm3; α: ángulo de contacto de la superficie del agua con las paredes del tubo, menisco,

generalmente cóncava -aunque con mercurio el menisco es convexo. El valor de α depende de los materiales puestos en contacto. En los suelos se suele considerar el valor de cos α entre 0,5 y 0,9.




Ley de Jurin en los suelos


C: Constante empírica que oscila entre 0,1 y 0,5, en cm2. Depende de la forma de los granos y de impurezas superficiales.

D= Diámetro del tubo En suelos: Es asumido como 0,1D10.

The porewater pressure due to capillarity is negative (suction),



3. ENSAYOS DE LABORATORIO



COMPRESIÓN INCONFINADA

INV E 152-07 Esfuerzo

Aplicado

Deformación

Unitaria

(kg/cm2) mm/mm

0.0000 0.0000 Tipo de Especimen SH

0.2224 0.0026 Diámetro promedio (cm) 4.90

0.3971 0.0052 Altura (cm) 9.80

0.5500 0.0078 Área, (cm2) 18.86

0.6602 0.0104 Relación L/D 2.00

0.7907 0.0130 Peso total (g) 387.80

0.9136 0.0156 Volumen total (cm3) 184.80

1.0081 0.0181 Wrmh(g) 415.10

1.1228 0.0207 Wrms(g) 359.20

1.2300 0.0233 Wrl(g) 29.40

1.3160 0.0259 Humedad Natural ( w )* (%) 16.9%

1.3947 0.0285 Peso Unitario Total (g/cm3) 2.10

1.4730 0.0311 Peso Unitario Seco (g/cm3) 1.79

1.5508 0.0337 Velocidad Promedio de Deformación (mm/s) 0.0191

1.6713 0.0389

1.8459 0.0467

1.9429 0.0518 Esfuerzo Máximo (kg/cm2) 2.22832.0187 0.0570 Esfuerzo Máximo (kPa) 218.602.1002 0.0622 Incertidumbre (kPa) 9.36E-03

2.1609 0.0674 Deformación en el Esfuerzo Máximo (%) 8.29%2.2077 0.0726

2.2279 0.0778

2.2283 0.0829

2.2027 0.0855

2.0485 0.0881

23

11

12

17

18

22

13

14

10

7

8

9

6

5

Dato

No

1

2

24

20

21

0

15

16

19

3

4

0.0000

0.5000

1.0000

1.5000

2.0000

2.5000

0.0% 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% 9.0% 10.0%

Esfu

erz

o D

esvia

do

r (k

g/c

m2)

Deformación Unitaria (%)




INV E 152-07

t= s1/2=qu/2=Cu




INV E 152-07

INV E 152 COMPRESIÓN INCONFINADA DE SUELOS




INV E 152-07

INV E 152 COMPRESIÓN INCONFINADA DE SUELOS



CORTE DIRECTO

INV E 154-07



CORTE DIRECTO

INV E 154-07

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

ES

FU

ER

ZO

CO

RT

AN

TE

(k

g/c

m2)

DEFORMACIÓN HORIZONTAL UNITARIA

ENSAYO DE CORTE DIRECTO

Esfuerzo A

Esfuerzo B

Esfuerzo C

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

ES

FU

ER

ZO

DE

CO

RT

E (

kg

/cm

2)

ESFUERZO VERTICAL (kg/cm2)

ESFUERZO CORTANTE Vs ESFUERZO VERTICAL Esfuerzo A

Esfuerzo B

Esfuerzo C

f 11.915 (º)

Incertidumbre 0.331 (º)

C 0.376 (kg/cm2)

Incertidumbre 0.010 (kg/cm2)





Círculo de Mohr

Elementes of soil mechanics



Círculo de Mohr

-





Ejercicios:

• Se tiene una arcilla normalmente consolidada a la cual se le realizó un ensayo de corte directo, encontrando que el esfuerzo normal en la falla es de 25 kN/m2 y un cortante en la falla de 18 kN/m2, encontrar los esfuerzos principales.

• Se tiene la resistencia máxima de un suelo arcilloso saturado en compresión simple o inconfinado (UU) correspondiente a 55 kN/m2, Determine la cohesión Cu.

• De una prueba de corte directo en un suelo arenoso seco se tiene: El

tamaño de la muestra es de 5x5x2 cm. Encontrar los parámetros de resistencia



EQUIPO TRIAXIAL GDS 2Hz

TIPOS DE ENSAYOS

Estáticos

Dinámicos:

Cíclicos

Módulos resilientes en materiales de subrasante y granulares.

Foto 1: Equipo Triaxial GDS – 2Hz, PUJ



Características del equipo

• Celda de carga:

• Frecuencias: 0.3 Hz – 2.0 Hz.

• Celda de Presión: 1700 KPa.

• Muestras (Diámetro): 3.0 cm – 10 cm.

Foto 2: Celda de presión de cámara



ENSAYO TRIAXIAL

TIPOS DE ENSAYOS

Estáticos: (CD, UU, CU)

Dinámicos:

Cíclicos

Módulos resilientes en materiales de subrasante y granulares.



• Exploración en campo



• Transporte de muestras al laboratorio.

Inalterados o alteradas?



• Transporte de muestras al laboratorio.



• Identificación









Identificación. Humedad?



ENSAYO TRIAXIAL

RESUMIENDO



Importancia de la manipulación de las muestras.

Toma de muestras

Transporte

Manipulación



Importancia de la manipulación de las muestras.

Toma de muestras

Transporte

Manipulación

Otros.



ENSAYO TRIAXIAL

PROCEDIMIENTO

DEL ENSAYO



• Preparación de la muestra.










Mediadas.



Preparación de la muestra.



Controladores de presión kPa

Cámara

Caja de datos

PC

Actuador

Celda carga

P. Poros



Preparación de los aditamentos.



Preparación y montaje.



Cámara – Presión de confinamiento.



ENSAYO TRIAXIAL ESTATICO

Parámetros a determinar: C y Φ

TIPOS DE ENSAYOS

Consolidado Drenado. CD

Consolidado No drenado. CU

No consolidado No drenado. UU




B DE SKEMPTON




CONSOLIDAD NO DRENADO

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 4 8 12 16 20 24 28

Deformacion Axial Unitaria (%)

Esfu

erz

o D

esvia

do

r

d (

kP

a)

53 kPa 123 kPa 155 kPa

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

0 4 8 12 16 20 24 28

Deformacion Axial Unitaria (%)

Pre

sió

n d

e P

oro

s (

kP

a)

53 kPa 123 kPa 155 kPa



p` vs q

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

p` (kPa)

q (

kP

A)

53 kPa 123 kPa155 kPa Criterio q/p` MáximoCriterio de desviador Máximo Circulo Criterio Desviador MáximoCirculo Criterio q/p` Máximo Circulo Criterio Desviador MáximoCirculo Criterio q/p` Máximo Circulo Criterio Desviador MáximoCirculo Criterio q/p` Máximo Lineal (Criterio de desviador Máximo)



CD



UU



Juarez B. ; Rico R.1999



R. H. G. Parry., 2004



Ejercicios: • Se obtuvieron los siguientes resultados de una prueba triaxial

drenada, sobre una arcilla normalmente consolidada: Confinamiento = 112 kN/m2

Esfuerzo desviador máximo = 175 kN/m2



Ejercicios: • Se obtuvieron los siguientes resultados de una prueba triaxial

drenada, sobre una arcilla normalmente consolidada: Confinamiento = 110 kN/m2

Esfuerzo desviador máximo = 175 kN/m2

Hallar: Ángulo de fricción y el ángulo que forma el plano de falla con el esfuerzo principal mayor.



Ejercicios: • Se tienen los resultados de dos pruebas triaxiales drenadas sobre arcilla

saturada:

• Muestra 1: Esf de confinamiento 70kPa; Esf desviador = 170kPa • Muestra 2: Esf de confinamiento 105kPa; Esf desviador = 235kPa

Determinar los parámetros de resistencia



Utilización parámetros de ensayos



Utilización parámetros de ensayos



Berdugo Iván. 2009





ENSAYO TRIAXIAL DINÁMICO

Parámetros a determinar:

-80

-40

0

40

80

120

160

200

-0,040 -0,030 -0,020 -0,010 0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060

Deformación Axial (mm/mm)

0,5

Esfu

erz

o d

esvia

do

r (K

Pa)



ENSAYO TRIAXIAL DINÁMICO

-10

-5

0

5

10

15

20

-0,100 -0,080 -0,060 -0,040 -0,020 0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100

Deformación Axial(mm/mm)

0,5

Es

fue

rzo

de

sv

iad

or

(kP

a)

Ciclo No 1

Ciclo No 2

Ciclo No 3

Ciclo No 4

Ciclo No 5

Ciclo No 6

Ciclo No 7



0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

1E-06 1E-05 0.0001 0.001 0.01 0.1 1

Gta

n/

Gm

áx

g (%)

17.55 43 80 125 175



Módulo vs Deformación; profundidad de 20 a 30 m.

Módulo vs Deformación; profundidad de 30 a 40 m.

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

1,00E-06 1,00E-05 1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02 1,00E-01 1,00E+00Deformación (mm/mm)

Mód

ulo

de E

last

icid

ad, E

(kP

a)

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

1,00E-06 1,00E-05 1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02 1,00E-01

Deformación (mm/mm)

Mód

ulo

de E

last

icid

ad, E

(kP

a)



5. ENSAYOS GEOFÍSICOS - BENDER ELEMENT



LABORATORIO DE PRUEBAS Y ENSAYOS DE

INGENIERIA CIVIL ACREDITADO Resolución No 16395 de 2004

Superintendencia de industria y comercio

Calle 40 No 5-50 Ed. Jose G. Maldonado S.J. Bogotá D.C.

Propiedades e índice del material

Suelos arcillosos de alta plasticidad (CH)

Información de la perforación (trabajo in situ. Humedad. Límites de consistencia Límite Líquido. LL. Límite plástico. LP. Índice de plasticidad. IP. Relación de vacíos. e. Peso unitario.



Curvas esfuerzo - deformación

Suelos arcillosos de alta plasticidad (CH)

-80

-40

0

40

80

120

160

200

-0,040 -0,030 -0,020 -0,010 0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060

Deformación Axial (mm/mm)

0,5

Esf

uer

zo d

esvi

ado

r (K

Pa)

Geofísicos: velocidad de ondas Vp - vs.

Relación de Poisson, Módulos de rigidez, Elástico, Bulk

ENSAYOS Y CARACTERIZACIÓN DE MUESTRAS



Diámetro (cm) Velocidad Vp

Altura (cm)

Area (cm2) Módulo de elasticidad E kPa

Volumen (cm3)

Peso (g)

Humedad Inicial (%) Amortiguamiento

Humedad Final (%) Calculado a partir de la fase de vibración libre de la muestra

Poisson (Asumido) luego del pulso (decremento logarítmico)

Peso unitario húmedo (kg/m3)

II. CARACTERISTICAS DEL EQUIPO

IV. DATOS

Secuencia de

ciclosTiempo

(10

-5) (s) Vp (m/s)

Módulo de

elasticidad (kPa)

1re ciclo 252,00 84,54 11430,00

2do ciclo 260,00 81,94 10737,44

3er ciclo 220,00 96,84 14996,91

4to ciclo 216,00 98,63 15557,50

5to ciclo 225,00 94,69 14337,79

6to ciclo 214,00 99,55 15849,65 98,00

55,91 7,49% 98,00

98,00

Frecuencia de pulso (Excitación)

(kHz)

29,71

Vs (m/s)Amortiguamiento

(%)

4

30,0

1919,10

0,25

6,15

29,2

701,2

12,30

365,38

Esfuerzo de

confinamiento

(kPa)

11,07%

57,48

47,31

7,47%

7,61%

7,22%

98,00

48,81 12,72% 98,00

56,94

54,67

98,00

21

)1(2

Vs

Vp

22

22243

sp

sps

VV

VVVE

ni

i

x

xLn

n

1

2



• Muestras de suelo ensayadas fueron extraídas entre los 4,5 y 50,0 metros de profundidad.

y = 0,017x + 0,9146

R2 = 0,7723

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

50 70 90 110 130 150 170 190 210Índice de Plasticidad, IP (%)

Rel

ació

n de

Vac

iós,

e

Correlación entre la Relación de Vacíos y el Índice de Plasticidad, IP



Correlación entre el Peso Unitario y el Índice de Plasticidad, IP.

y = -1,8247x + 1610,7

R2 = 0,7063

1200

1250

1300

1350

1400

1450

1500

1550

1600

50 70 90 110 130 150 170 190 210Índice de Plasticidad, IP

Pes

o U

nita

rio H

úmed

o (k

g/m

3)



Correlación entre la humedad y el Índice de Plasticidad, IP.

y = 1,2845x + 10,346

R2 = 0,9835

y = 0,5987x + 45,943

R2 = 0,5221

y = 0,2845x + 10,346

R2 = 0,745

0

50

100

150

200

250

300

70,0 90,0 110,0 130,0 150,0 170,0 190,0 210,0IP (%)

Hum

edad

(%)

LL LP Wn Lineal (LL) Lineal (Wn) Lineal (LP)



Go = -65751Ln(x) + 407785

Go = -88895Ln(x) + 518555

1000

10000

100000

1000000

50 100 150 200 250

Índice de Plasticidad, IP (%)

Mód

ulo

de

Rig

idez M

áxim

o, G

o

(kP

a)

Go Bender Go Logarítmica (Go Bender) Logarítmica (Go)

Valores de Go obtenidos con el Bender y la Correlación establecida para los suelos de Bogotá



DETERMINACIÓN DEL Mr PARA MATERIALES DE BASES Y SUBBASE GRANULAR



MODULO RESILIENTE

Parámetros a determinar: Mr



Deformaciones



EN SUELOS FINOS

Esfuerzo de

Desviación

Nominal sd

Presión de

Cámara

Deformación

Recuperada

Promedioer promedio

sd Aplicado

Promedio

Módulo

Resiliente

s d / e r

(kPa) (kPa) mm mm/mm (kPa) (MPa)

27,6 41,4 183,53 0,00184 45,87 25,0

13,8 41,4 79,53 0,00080 35,12 44,5

27,6 41,4 178,78 0,00179 44,85 25,1

41,4 41,4 280,55 0,00281 55,05 19,6

55,2 41,4 333,25 0,00333 65,06 19,5

68,9 41,4 422,08 0,00422 72,24 17,1

13,8 27,6 88,58 0,00089 32,21 36,6

27,6 27,6 187,68 0,00188 40,76 21,7

41,4 27,6 288,78 0,00289 52,27 18,2

55,2 27,6 342,35 0,00342 64,39 18,8

68,9 27,6 425,98 0,00426 71,43 16,8

13,8 13,8 84,55 0,00085 33,59 39,7

24,8 13,8 193,03 0,00193 42,17 21,8

37,3 13,8 293,95 0,00294 50,40 17,2

49,7 13,8 340,50 0,00341 62,98 18,5

62,0 13,8 417,43 0,00417 72,56 17,4



EN SUELOS FINOS

Módulo Resiliente Mr Vs. Esfuerzo Desviador sd

10,0

100,0

10,00 100,00

Esfuerzo Desviador sd (kPa)

Mó

du

lo R

esil

ien

te M

r (M

Pa)

41.4 kPa 27.6 kPa 13.8 kPa



EN SUELOS FINOS



EN SUELOS GRANULARES

Invariante de

esfuerzos q

Esfuerzo de

Desviación

Nominal sd

Presión

de

Cámara

Deformación

Recuperada

Promedioer promedio

sd Aplicado

Promedio

Módulo

Resiliente

s d / e r

(kPa) (kPa) (kPa) mm mm/mm (kPa) (Mpa)

544,67 103,4 103,4 274,63 0,001373 234,47 170,81

86,26 20,7 20,7 53,70 0,000269 24,16 90,52

105,90 41,4 20,7 91,95 0,000460 43,80 95,19

124,24 62,1 20,7 125,88 0,000629 62,14 98,71

139,81 35,4 34,5 76,30 0,000382 36,31 95,41

178,67 68,9 34,5 133,60 0,000668 75,17 112,15

227,71 103,4 34,5 235,58 0,001178 124,21 104,58

297,62 68,9 68,9 168,93 0,000845 90,92 106,56

431,65 137,9 68,9 262,45 0,001312 224,95 171,50

431,65 206,8 68,9 262,45 0,001312 224,95 171,50

380,21 68,9 103,4 128,58 0,000643 70,01 104,81

507,55 103,4 103,4 256,80 0,001284 197,35 154,14

507,55 206,8 103,4 256,80 0,001284 197,35 154,14

643,01 103,4 137,9 269,35 0,001347 229,31 169,55

660,99 137,9 137,9 288,05 0,001440 247,29 171,80

660,99 275,8 137,9 288,05 0,001440 247,29 171,80




Módulo Resiliente Mr Vs. Invariante de Esfuerzos q

10,00

100,00

1000,00

10,00 100,00 1000,00

Invariante de Esfuerzos q (kPa)

Mó

du

lo R

es

ilie

nte

Mr

(MP

a)



ENSAYO DE CORTE RÁPIDO

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Deformación (%)

Esfu

erz

o D

esvia

do

r (k

Pa)

ENSAYO DE CORTE RÁPIDO

0

10

20

30

40

50

60

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

Deformación (%)

Esfu

erz

o D

esvia

do

r (k

Pa)


EN SUELOS FINOS



Correlaciones entre el módulo resiliente y el CBR

Mr = 17,6 CBR0,64 (MPa) 2 < CBR < 12

Mr = 22,1 CBR0,55 (MPa) 12 < CBR < 80



ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MÓDULO RESILIENTE (Mr) CON RESPECTO A LA VARIACIÓN DE ENERGÍA DE

COMPACTACIÓN Y HUMEDAD PARA SUELOS GRANULARES DEL ÁREA DE BOGOTÁ D.C.

LABORATORIO DE PRUEBAS Y ENSAYOS DE INGENIERIA CIVIL

ACREDITADO

Resolución No 16395 de 2004



LABORATORIO DE PRUEBAS Y ENSAYOS DE INGENIERIA CIVIL

ACREDITADO

Resolución No 16395 de 2004





1. INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN

h1

h2

h4

h3

Estructura de pavimento convencional

CAPA DE RODADURA

CONCRETO ASFÁLTICO

BASE GRANULAR

SUB-BASE GRANULAR

SUBRASANTE

DETERMINACIÓN

DEL

MÓDULO

RESILIENTE.

Correlaciones

establecidas.

Ensayos de carga

estática

(Campo y laboratorio)

Ensayos de carga

dinámica

(Campo y Laboratorio)




h1

h2

h4

h3

CAPA DE RODADURA

CONCRETO ASFÁLTICO

BASE GRANULAR

SUB-BASE GRANULAR

SUBRASANTE

ESTUDIO DEL MÓDULO RESILIENTE GRANULARES

Aire

Agua

Sólido

Volumen (cm3) Peso (g)

Wa

Ws

Ww W

Va

Vs

Vw V

Vv

RELACIONES DE FASE DEL SUELO



sv = s1

sh =

s3

sh =

s3

sv = s1

Muestra de material granular

Montaje equipo Triaxial GDS - PUJ

Equipo Triaxial, Pontificia Universidad Javeriana.

DETERMINACIÓN DEL Mr (TRIAXIAL GDS)




ESTUDIO DEL MÓDULO RESILIENTE PARA MATERIALES GRANULARES

• Tipo de material, (Arena arcillosa SC y Grava arcillo limosa GC-GM).

• Condiciones de estado.

• Energía de compactación.

• Contenido de agua.

3. CARACTERIZACIÓN

Compactación de muestras.



3. CARACTERIZACIÓN

CARACTERIZACIÓN BÁSICA DE LOS MATERIALES ESTUDIADOS

INVIAS, (Instituto nacional de vías). Normas y especificaciones técnicas. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, Bogotá DC., 1998.

SUCS SC GC-GM

Material que pasa el tamiz No 200 % 28,7 42,6

Gravas % 27,9 28,9

Arenas % 43,4 28,5

Límite Líquido % 26 27

Límite Plástico % 16 23

índice plasticidad % 10 4

Peso específico de sólidos Gs 2,511 2,678

CARACTERIZACIÓN BÁSICA DE LOS MATERIALES



3. CARACTERIZACIÓN

COMPACTACIÓN EN LABORATORIO

CURVA DE COMPACTACIÓN

2,00

2,02

2,04

2,06

2,08

2,10

2,12

2,14

2,16

3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00

Contenido de Humedad %

Peso

Un

itari

o S

eco

g/c

m3

Proctor Modificado Método D. INV E 142-98. INVIAS, (Instituto nacional de vías). Normas y especificaciones técnicas. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, Bogotá DC., 1998.

SUCS SC GC-GM

Densidad seca máxima g/cm3

2,154 1,966

Contenido de humedad óptima % 8 11

DATOS DE PROCTOR MODIFICADO MÉTODO D (INVE 142-98)



3. CARACTERIZACIÓN

ENERGÍA DE COMPACTACIÓN Y CAMBIO DE HUMEDAD

Ec=

V

W h N n

W: Peso del martillo de compactación.

h.: Altura libre del martillo de compactación.

N: Número de capas en que se coloca el suelo

n: No. de golpes que se le aplica a cada capa con el martillo de compactación.

V: Volumen del suelo compactado el cual debe ser igual al molde de compactación.

Nota: EL No de golpes/capa corresponde a al energía de compactación para la determinación del CBR.

Designación

Ec1 250.4 ALTA

Ec2 116.2 MEDIA

Ec3 53.7 BAJA

Ec1 + 5% w 250.4 ALTA

Ec2 + 5% w 116.2 MEDIA

Ec3 + 5% w 53.7 BAJA

Energía de compactación Ton m/m3



3. CARACTERIZACIÓN

DETERMINACIÓN DEL MÓDULO RESILIENTE (EQUIPO TRIAXIAL)

Celda Triaxial

SecuenciaPresón de

confinamiento

Máximo

Esfuerzo Axial

Esfuerzo

Cíclico

Esfuerzo de

Contacto# de Ciclos

(kPa) (kPa) (kPa) (kPa)

Acondicionamiento 103,4 103,4 93,1 10,3 500

1 20,7 20,7 18,6 2,1 100

2 20,7 41,4 37,3 4,1 100

3 20,7 62,1 55,9 6,2 100

4 34,5 34,5 31,1 3,5 100

5 34,5 68,9 62,0 6,9 100

6 34,5 103,4 93,1 10,3 100

7 68,9 68,9 62,0 6,9 100

8 68,9 137,9 124,1 13,8 100

9 68,9 206,8 186,1 20,7 100

10 103,4 68,9 62,0 6,9 100

11 103,4 103,4 93,1 10,3 100

12 103,4 206,8 186,1 20,7 100

13 137,9 103,4 93,1 10,3 100

14 137,9 137,9 124,1 13,8 100

15 137,9 275,8 248,2 27,6 100



3. CARACTERIZACIÓN

DETERMINACIÓN DEL MÓDULO RESILIENTE (TRIAXIAL)

Módulo Resiliente Mr Vs. Invariante de Esfuerzos q

10

100

1000

10 100 1000

Invariante de Esfuerzos q (kPa)

Mó

du

lo R

es

ilie

nte

Mr

(MP

a)

E = K1 θK2



ANÁLISIS CON RESPECTO A LA ENERGÍA DE COMPACTACIÓN PARA LOS MATERIALES.

1,85

1,90

1,95

2,00

2,05

2,10

0 40 80 120 160 200 240 280

Energía de Compactación Ton m / m3

Pe

so

Un

ita

rio

g/c

m3

SC SC + 5%w

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

2,00

0 40 80 120 160 200 240 280


Peso

Un

itari

o g

/cm

3

GC-GM GC-GM+5%w

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

2,00

2,05

2,10

0 40 80 120 160 200 240 280


Peso

Un

itari

o g

/cm

3

SC SC + 5%w GC-GM GC-GM+5%w

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

0 40 80 120 160 200 240 280


Satu

ració

n (

%)

SC SC + 5%w

60

65

70

75

80

85

90

0 40 80 120 160 200 240 280


Satu

ració

n (

%)

GC-GM GC-GM+5%w

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

0 40 80 120 160 200 240 280


Satu

ració

n (

%)


0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0 40 80 120 160 200 240 280


Re

lac

ión

de

va

cio

s e

SC SC + 5%w

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0 40 80 120 160 200 240 280


Rela

ció

n d

e v

acio

s e

GC-GM GC-GM+5%w

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0 40 80 120 160 200 240 280


Rela

ció

n d

e v

acio

s e


10

15

20

25

30

0 40 80 120 160 200 240 280


Po

rosid

ad

SC SC + 5%w

10

15

20

25

30

35

40

0 40 80 120 160 200 240 280


Po

rosid

ad

GC-GM GC-GM+5%w

10

15

20

25

30

35

40

0 40 80 120 160 200 240 280


Po

rosid

ad




4. Análisis del Mr variando Energía de compactación y contenido de humedad.

ANÁLISIS CON RESPECTO AL PORCENTAJE DE COMPACTACIÓN

1,85

1,90

1,95

2,00

2,05

2,10

86% 88% 90% 92% 94% 96% 98%

Porcentaje de compactación

Peso

Un

itari

o g

/cm

3

SC SC + 5%w

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

2,00

88% 92% 96% 100% 104%


Peso

Un

itari

o g

/cm

3

GC-GM GC-GM+5%w

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

2,00

2,05

2,10

84% 88% 92% 96% 100%


Peso

Un

itari

o g

/cm

3


60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

86% 88% 90% 92% 94% 96% 98%


Satu

ració

n (

%)

SC SC + 5%w

60

65

70

75

80

85

90

88% 90% 92% 94% 96% 98% 100% 102%


Satu

ració

n (

%)

GC-GM GC-GM +5%w

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

86% 88% 90% 92% 94% 96% 98% 100%


Satu

ració

n (

%)

SC SC + 5%w GC-GM GC-GM +5%w

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

85% 87% 89% 91% 93% 95% 97%


Rela

ció

n d

e v

acio

s e

SC SC + 5%w

10

15

20

25

30

86% 88% 90% 92% 94% 96% 98%


Po

rosid

ad

SC SC + 5%w

9

14

19

24

29

34

39

88% 90% 92% 94% 96% 98% 100% 102%


Po

rosid

ad

GC-GM GC-GM +5%w

9

14

19

24

29

34

39

86% 88% 90% 92% 94% 96% 98% 100% 102%


Po

rosid

ad

SC SC + 5%w GC-GM GC-GM +5%w

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

88% 90% 92% 94% 96% 98% 100%


Rela

ció

n d

e v

acio

s e

GC-GM GC-GM + 5%w

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

86% 88% 90% 92% 94% 96% 98% 100%


Re

lac

ión

de

va

cio

s e

GC-GM GC-GM + 5%w SC SC + 5%w



MATERIAL GC-GM

10

100

1000

10 100 1000Invariante de esfuerzos

Mr

(MP

a)

Ec1 Ec2 Ec3 Ec1+5% Ec2+5% Ec3+5%

MATERIAL GRANULAR SC

10

100

1000

10 100 1000Invariante de esfuerzos

Mr

(MP

a)

Ec1 Ec2 Ec3 Ec1+5% Ec2+5% Ec3+5% Ec1(2da prueba)


ANÁLISIS DEL Mr VARIANDO LAS CONDICIONES DE ESTADO.

50 - 70 MPa

GC-GM

SC

50 - 70 MPa




VARIACIÓN DE LOS VALORES DE K1 Y K2.

Energía de compactación K1 Mpa K2

Ec1 19,77 0,29

Ec1(2da prueba) 74,96 0,07

Ec2 31,34 0,24

Ec3 35,98 0,21

Ec1 + 5% w 2,86 0,53

Ec2 + 5% w 2,48 0,55

Ec3 + 5% w 2,60 0,53

Material Granular SC

Energía de compactación K1 Mpa K2

Ec1 37,55 0,18

Ec2 51,28 0,11

Ec3 25,50 0,26

Ec1 + 5% w 2,75 0,51

Ec2 + 5% w 3,55 0,49

Ec3 + 5% w 2,68 0,54

Material Granular GC-GM

Constantes no lineales K1 y K2 para materiales granulares (según Raday Witczak, MANILLA, 2003)

Rangos de K1 y K2 para materiales granulares no tratados (Shook et al, 1982. MANILLA. 2003)




COMPORTAMIENTO Mr Vs ENERGÍA DE COMPACTACIÓN

Datos para un valor de invariante de esfuerzos = 200kPa

0

20

40

60

80

100

120

0 50 100 150 200 250 300

Energía de compactación ton m/m3

Mó

du

lo (

MP

a)

GC-GM GC-GM + 5%w

0

20

40

60

80

100

120

0 50 100 150 200 250 300

Energía de compactación ton m/m3

Mó

du

lo (

MP

a)

SC SC + 5%w GC-GM GC-GM + 5%w

0

20

40

60

80

100

120

88% 90% 92% 94% 96% 98% 100%


Mó

du

lo (

MP

a)

GC-GM GC-GM + 5%w

0

20

40

60

80

100

120

86% 88% 90% 92% 94% 96% 98% 100%


Mó

du

lo (

MP

a)

SC SC + 5%w GC-GM GC-GM + 5%w




RESISTENCIA AL CORTE EN COMPRESIÓN AXIAL

MATERIAL SC

0

200

400

600

800

1000

1200

0 2 4 6 8 10 12

Deformación axial (%)

Esfu

erz

o d

esvia

do

r (k

Pa

)

Ec1 Ec2 Ec3 Ec1+5% Ec2+5% Ec3+5%

MATERIAL GC-GM

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0

Deformación axial (%)

Esfu

erz

o d

esvia

do

r (k

Pa

)Ec1 Ec2 Ec3 Ec1+5% Ec2+5%



Comportamiento Dinámico en Granulares

-




Secretaria de Comunicaciones y Transporte Instituto Mexicano del Transporte. Módulo De Resiliencia en suelos Finos y Materiales Granulares, Publicación Técnica No 142. Sanfandila, Qro. 2001. -




García y Fonseca. 2008

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

-5,00 -3,00 -1,00 1,00 3,00 5,00

Mr

/ M

r o

pt

(W - Wopt)%

MÓDULO RESILIENTE NORMALIZADO VS CONTENIDO DE HUMEDAD

q=500 kPa q=200 kPa q=100 kPa q=50

kPa q=20

kPa q=10

kPa q=5 kPa

-3.31 3.3

2

Rango

0,86

0,88

0,90

0,92

0,94

0,96

0,98

1,00

-5,00 -4,00 -3,00 -2,00 -1,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00

γd/γd

op

t

(w-wopt)%

DENSIDAD SECA DE COMPACTACIÓN NORMALIZADA VS. CONTENIDO DE HUMEDAD

3.23

%

-3.31%

RANGO

95 %

-




García y Fonseca. 2008

1.90

1.95

2.00

2.05

0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 11% 12% 13% 14%

γt (g

/cm

3)

Humedad w

CURVA DE COMPACTACIÓN DEL MATERIAL SBG-1

S= 20% S= 40% S= 60% S= 80% S= 100%

-



CONSOLIDACIÓN

• Consolidación primaria: relacionada con las deformaciones por la disipación de la presión de poros.

• Consolidación secundaria: relacionada con las deformaciones por el fenómeno del creep ( carga sostenida por algún tiempo)



TEORIA DE LA CONSOLIDACIÓN

El proceso de consolidación (expansión) se rige por:

a) Las ecuaciones de equilibrio de un elemento de suelo. b) Las relaciones esfuerzo-deformación del esqueleto

mineral. c) La ecuación de continuidad del fluido intersticial




𝐾𝑧𝜕2ℎ

𝜕𝑧2 + 𝐾𝑥𝜕2ℎ

𝜕𝑥2 =1

1+𝑒𝑒

𝜕𝑆

𝜕𝑡 + 𝑆

𝜕𝑒

𝜕𝑡

Ecuación de Laplace. Ecuación fundamental de

flujo (bidimensional)

Aumento de volumen de agua en el elemento

considerado

Se supone saturación completa de forma que S= 1



Esquema del modelo mecánico de Terzaghi para la compresión de la consolidación de suelos finos. Rico. Del Castillo. 2001

•Considérese un cilindro de área de sección recta A, provisto de un pistón sin fricción, con una pequeña perforación en él. •Tiene un resorte unido al fondo y al pistón. •Análisis.

Cerrado Abierto (Tamaño del orificio y viscosidad del fluido)





Consideración 2:

En el tiempo 0 < t <

Das, 2001







CONSOLIDACIÓN



CONSOLIDACIÓN

El proceso de consolidación en 1D se puede simular en el laboratorio. 1) Grafica del ensayo: • Dh VS. raiz (t) • Dh VS. log (t) 2) Graficas lineales • ev = Dh/Ho VS. s’ • e VS. s’ ev= eo-e/1+eo 3) Grafica No lineales: • ev = Dh/Ho VS. log s’ • e VS. log s’ 4) Uno puede notar, que después de la disipación de presión de poros, para cada

incremento de carga, el esfuerzo final, es un esfuerzo efectivo= incremento de carga 5) Deformaciones laterales no ocurren



CONSOLIDACIÓN



CONSOLIDACIÓN

90

221.0

t

HCv m

50

205.0

t

HCv m



CONSOLIDACIÓN

Coeficiente de compresión volumétrica

Índice de compresión

Índice de expansión



)log(1

2

21

s

s

eeCc

)log(3

4

43

s

s

eeCs

Coeficiente de compresión

Coeficiente de expansión



p

eav

Coeficiente de compresibilidad cm2/kg

Coeficiente de Consolidación

tCv

2

prom

vmv

e

a

1

Coeficiente de variación volumétrica

wvK Cvm g Permeabilidad


Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 - 138 138

CONSOLIDACIÓN El Terreno, González C. Matilde


Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 139 139

CONSOLIDACIÓN El Terreno, González C. Matilde



ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN PRIMARIA

)´

´´log(

1 o

o

oe

CcHS

s

ss

Para arcillas normalmente

consolidadas. Esf efec = Esf prec.

)´

´´log(

1 o

o

oe

CsHS

s

ss

Arcillas sobreconsolidadas

Esf efec + DP < Esf prec.

)´´

log(1

)´

log(1 p

o

oo

p

o e

CcH

e

CsHS

s

ss

s

s

Arcillas sobreconsolidadas Esf efec + DP > Esf prec.



ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN SECUNDARIA

Buisman y Gray (1936).

Consolidación secundaria: La consolidación que continua después de que se han disipado las sobrepresiones intersticiales. También se produce muy lentamente y la velocidad de flujo es muy pequeña.

Formulación general para asentamiento

Lambe W . 1969

He

eS

01




Entre mayor sea la permanencia de la arcilla bajo un esfuerzo efectivo constante mayor será la compacidad.

Lambe W . 1969




La magnitud de la consolidación secundaria se calcula con la expresión:

)log(1

2

t

t

eC

)2

1log(

t

tHCSs

pe

CC

1

Das. 2008



ASENTAMIENTOS INMEDIATOS

Basados en la teoría de la elasticidad

Braja, 2008



ASENTAMIENTOS INMEDIATOS

Donde: • mf = Factor de corrección por forma • mDF = Factor de corrección por profundidad de desplante • mmuro = Factor de Adhesión

Cimiento rígido

Donde: • Ab = Área real del cimiento • Aw = Área real del contacto entre el muro vertical del cimiento y el suelo. • B1 = Ancho del rectángulo circunscrito



Ejercicios:

1. a.) Calcular el asentamiento para el cimiento rectangular donde B= 4,0m ; L= 6,0 m. se desprecia la fricción del cimiento. Carga de 4000 kN.

3,0 m

4,0 m

E = 15 MPa. = 0,45

• b.) Calcular el asentamiento para el cimiento cuadrado donde B= 4,0m. se desprecia la fricción del cimiento



Ejercicio

NF Arena

Arcilla

Arena

s 50 kN/m2

2. Para el perfil de suelo de la figura, si se aplica una carga uniformemente distribuida en la superficie del suelo, ¿Cuál será el asentamiento del estrato de arcilla causado por consolidación primaria?. Para la arcilla sp es de 125 kN/m2 y Cs= 1/6 Cc

gt = 16.5 kN/m3 2.5 m

4.5 m Arena gsat= 18.81kN/m3

5 m gsat= 19.24kN/m3

eo=0.9 LL=50%



ESFUERZOS PRODUCIDOS POR LAS CARGAS APLICADAS

Modelo De Boussinesq



Modelo De Boussinesq – Solución elástica 1885

Esfuerzo causado por una carga puntual

González, M. 2001,

Asentamiento elástico vertical



Modelo De Boussinesq


González, M. 2001,

Factor de influencia (I)



Ejercicio


Se tiene una carga puntual P=4.5 KN. Grafique la variación del incremento del esfuerzo vertical sz con la profundidad por la carga puntual debajo de la superficies del terreno, r =1,8 m



Ejercicio

P r Z r/z s

KN m m KN/m2

4,5 1,8 0,5 3,600 0,0007 0,012

1 1,800 0,0129 0,058

2 0,900 0,1083 0,122

3 0,600 0,2214 0,111

4 0,45 0,3011 0,085

5 0,360 0,3521 0,063

K

0

1

2

3

4

5

6

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

Pro

fun

did

ad Z

Esfuerzo KN/m2






Esfuerzo causado por Carga de franja infinita



Carta de influencia de Newmark



Ejemplo:

Calcular el esfuerzo vertical a una profundidad de 3 m bajo el punto A para la zapata .

1,5 m

4,5 m

3 m qs = 5 ton/m2

Factor de influencia I: f(m , n)

Donde: m = B/z n = L/z

Caso de carga m n coeficiente s ton/m2

I 1,5 2 0,223 1,115

II 2 0,5 0,135 -0,675

III 1,5 0,5 0,131 -0,655

IV 0,5 0,5 0,085 0,425

0,210

A

I

II III

IV



Esfuerzo causado por Carga circular







(Syntex, Colombia s.f.)



Esfuerzo causado por Carga circular



Ejercicio:

Para la plataforma de la figura mostrada, uniformemente cargada con un valor de q= 150kN/m2, determine el incremento con la profundidad para los puntos A, B y C.

8 m

3 m A.

B.

C.



Carga circular

Se tiene un suelo con un gt=1,70 ton/m3 y Ko= 0,5, cargado con qs = 25 ton/m2 sobre una superficie circular de 6 m de diámetro. • Calcular los esfuerzos a una profundidad de 3m, 6 m y 9m.



Carga circular

Se tiene un suelo con un gt=1,70 ton/m3 y Ko= 0,5, cargado con qs = 25 ton/m2 sobre una plataforma circular de 6 m de diámetro. • Calcular los esfuerzos a una profundidad de 3m, 6 m y 9m.

Esf. Vertical Esf. Horizontal

ton/m2

ton/m2

Esf iniciales 5,1 2,55

Incremento 16 2,5

Finales 21,1 5,05



4. TRIAXIAL ESTÁTICO. (CU, CD Y UU) TRIAXIAL DINÁMICO ENSAYOS



7. BASES ESTABILIZADAS (INVE 806 -807 -808)



¿Para qué estabilizar?

Mejorar propiedades físicas y mecánicas de los suelos.

Disminuir susceptibilidad de los materiales a cambios ambientales.

Facilidad al construir.

Costos (tiempos , espesores).

Mejora de densidad en campo.

Mayor rigidez y distribución de cargas.

Resistencia a agentes atmosféricos.



ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO

Suelo, cemento y agua.

Suelo cemento plástico. Comité 229 R ACI. 3- 8.5 MPa

Base granular tratada con cemento. (3 a 6 MPa).



ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO

En términos de costos para suelos granulares.

De bajo índice de plasticidad.

Para alto contenido de finos y plasticidad.

Altos contenidos de cemento > costos

Mezcla en obra



OBJETIVOS

Mejorar un suelo en condiciones húmedas

Hace parte de la estructura.

Mejorar condiciones de plasticidad.

Aplicable a vías con tráfico NT1.



Materiales a estabilizar.

Tamiz No 4. (% pasa) ……… Min 60

Tamiz No 200. (% pasa) … Max 50



Materiales a estabilizar.

FICEM - 2007



EFECTOS DEL CEMENTO PROTLAND TIPO I EN LOS SUELOS.

Reducción del Límite líquido e índice de plasticidad.

Incremento de la capacidad portante.

Disminución de espesores.

Mejora del Mr.



RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN.

FICEM - 2007



DISEÑO DE SUELO CEMENTO.

Determinar el contenido de cemento que cumpla las especificaciones.

Resistencia a la compresión …..2.1 MPa.

Durabilidad : (Expansión y contracción- INVE 807)


Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 Laboratorio de Materiales para Carreteras.

Especialización en Geotecnia Vial y Pavimentos. PUJ

Procedimiento.




Procedimiento.




Procedimiento.

FICEM - 2007



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PresentaciÃ³n 6_ comportamiento mecÃ¡nico