Semana Seis: Resistencia al Esfuerzo Cortante

Resistencia al Esfuerzo CortantePh.D. Ing. Diana Caldern CahuanaCiclo 2015-1Abril, 2015

Falla por corte del suelo en un lugar poblado (Vince Streano/Corbis)IntroduccinEl objetivo es:Determinar la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos.Comprender las diferencias entre el esfuerzo cortante drenado y no drenado.Determinar el tipo de ensayo de corte que simula mejor las condiciones.Interpretar los resultados de laboratorio y de campo para obtener los parmetros de resistencia al corte.Comportamiento Esfuerzo-deformacin de un elemento de suelo sujeto a corte simple.

A pequeos esfuerzos de corte, el comportamiento del suelo es lineal, hasta que alcanza el lmite (yield). Despus de este punto empieza a producirse una deformacin plstica (work hardening). Despus del punto lmite, el esfuerzo de corte continua incrementndose hasta que llega a un valor pico (failure).MODELOS ESFUERZO-DEFORMACIN PARA LOS SUELOS

4Comportamiento Esfuerzo-deformacin de un elemento de suelo sujeto a corte simple.

Cualquier deformacin por corte adicional causa la disminucin del esfuerzo de corte (work softening) a un valor ltimo que representa el estado crtico en el que el material falla mientras mantiene su volumen constante. Los planos de falla podran desarrollarse antes o despus del estado crtico, conduciendo a una resistencia cortante constante llamada la resistencia residual.

MODELOS ESFUERZO-DEFORMACIN PARA LOS SUELOS

MODELOS ESFUERZO-DEFORMACIN PARA LOS SUELOS

Debido a la complejidad de los modelos esfuerzo-deformacin del suelo, se deben hacer algunas asunciones de modo que se puedan hacer las predicciones de la resistencia al corte y el mximo valor de la carga externa. Algunas de las idealizaciones mas comunes se muestran a continuacin:

Modelos comunes para el comportamiento del sueloCriterio de Falla de Mohr y CoulombCoulomb (1776) sugiri que la resistencia al corte de un suelo a lo largo de un plano de falla podra ser descrito por:

Donde f es el valor absoluto de la resistencia cortante en el plano de falla (correspondiente al punto pico de la figura anterior, es el esfuerzo normal al plano, c es la cohesin y es el ngulo de friccin interna del suelo. Los dos parmetros c y son llamados los parmetros de resistencia cortante.RESISTENCIA CORTANTE DE LOS SUELOSNFTTNFT = .N

9Para entender el concepto detrs de esta ecuacin, observemos la figura de abajo.

La suma de los dos trminos a la derecha de la ecuacin representa el esfuerzo de corte mximo que se necesita para deslizar los bloques A y B en el plano de contacto.En un sistema de coordenadas con en la horizontal y en la vertical la ecuacin anterior se representa por la lnea de la siguiente figura.

Criterio de falla de Mohr y CoulombLa figura de abajo muestra los estados de esfuerzos totales y efectivos, en la resistencia pico (punto de falla) representados en el crculo de Mohr.

Cualquier punto F en la envolvente de falla representa los esfuerzos Normales y cortantes en el plano de fallaMEDICIN DE LA RESISTENCIA AL CORTE Y DE LOS PARMETROS DE RESISTENCIAEnsayos de laboratorioCorte directoCompresin triaxialCompresin no confinadaConsolidacin isotrpicaEnsayos in situAparato de veleta de corte Ensayo de Penetracin Estndar (SPT)Ensayo de Penetracin con Cono Holands (CPT)Ensayo de Carga Directa Ensayo de Corte Directo Insitu13ENSAYO DE CORTE DIRECTOObjetivo:Medir la resistencia cortante de suelos granulares.Equipo:Se utiliza el aparato para Corte Directo (caja partida una fija y la otra se puede mover horizontalmente con una fuerza horizontal aplicada).Procedimiento del Ensayo:-Colocar el espcimen al interior de la caja-Aplicar esfuerzo vertical-Aplicar esfuerzo horizontal hasta la falla14

ESPECIMEN INALTERADO Y TALLADOESPECIMEN REMOLDEADO con los datos obtenidos del ensayo Proctor o con la densidad y humedad natural.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYOEnsayo de corte Directo : ASTM D3080Muestra deSueloCARGA NORMAL:Se aplica por un mecanismode suspensin y palancaTornillos separadoresCARGA CORTANTE:Se mide con un anillo de cargao celda de cargaPlacas acanaladas paraayudar a una mejor distribucin del esfuerzo cortante (perforadas en las pruebas drenadas)CAJA DE CORTE DIRECTOPiedras porosas (en pruebas drenadas)CAJA CORTANTE:Se aplica con un gato de tornilloTornillos que mantienenunidas las dos mitadesde la caja de corte que se sacan al momento correr el ensayo.AN=sAF=t17(a)NRTTDiagrama esquemtico del equipo usado en el ensayo. Grfica para obtener el ngulo de friccin, S1S2S3EsfuerzoCortanteEsfuerzoNormalS = c + tan123ENSAYO DE CORTE DIRECTO EN SUELO ARENOSO(b)18Envolvente de falla para una arena seca ensayada en corte directotfsfstCEnvolvente de falla para una arcilla dura ensayada en corte directo19Muestra de SueloPiston de cargaDetalles del Ensayo y la Caja de Corte DirectoPJuego de tornillos para fijar enposicin la cabeza de cargaDeformimetro para medir el desplazamiento lateralEspacio ligeramente mayor que el tamao de la mximapartcula en la muestraBordes estriados para retener la muestraJuego de tornillos para separar laspartes de la caja de corte. Retrocederlosdespus de ajustar los tornillos contra el pistn o bloque de cargaPasadores de alineacin asegurarse de removerlos antesde aplicar la carga horizontalDeformimetro para medir desplazamientosverticales y observar la consolidacin en ensayos consolidados20

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24Resistencia Residual : Anillo de Corte DirectoMUESTRA PARA PRUEBA RPIDA DE CORTEBishop et al, 1964Bromhead , 1979n

tttt25Ensayo de Compresin SimpleEl ensayo de compresin simple se realiza en muestras obtenidas con tubos de pared delgada y sin alterar hasta donde sea posible, especficamente en suelos finos. La relacin longitud/dimetro es la siguiente: 2