UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA
UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
MECANICA DE SUELOS
MECANICA DE SUELOS.
ESTUDIANTES:
GLORIA ALEJANDRA PINZN SANTIAGOJORGE DANIEL BAEZ SANTIAGO
PRESENTADO A:
ING. RAUL MALDONADO SANDOVAL
UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIABOGOTA D.C NOVIEMBRE DE 2014.
1. INTRODUCCIN.
La importancia del estudio del comportamiento de los suelos es
fundamental en la construccin, nos indica de qu manera podemos
manejar las cargas en los suelos, adems de realizar un estudio
acorde a las medidas de seguridad necesarias para hacer una
construccin de calidad que cumpla todas las normas que rigen el
proceso constructivo, adems de las que rigen el comportamiento de
la construccin en un futuro. En este trabajo se hablara de aspectos
fundamentales como lo son las trayectorias de esfuerzos existentes
en los suelos, as como los incrementos de esfuerzos incluyendo los
parmetros de deformacin y tambin las caractersticas del suelo
denominado CHILE. A travs de un recorrido por estas definiciones
comprenderemos el tema que se necesita.
2. OBJETIVOS.
2.1 GENERAL:
Conocer los distintos tipos de esfuerzos y deformaciones
existentes en el suelo.
2.2 ESPECIFICOS:
Comprender cuales son los incrementos de esfuerzo existentes en
el suelo Aprender los parmetros de deformacin de los suelos.
Estudiar las matrices de deformacin del suelo reconociendo el suelo
CHILE.
3. JUSTIFICACIN.
La ingeniera civil demanda el estudio de todos los aspectos
constructivos y dentro de estos esta la mecnica de los suelos, este
estudio es el pilar fundamental de la construccin ya que si no se
realiza amplia de manera alarmante las probabilidades de que la
construccin sufra fallos por diversos motivos relacionados con el
suelo. El anlisis de los esfuerzos hace parte de este estudio nos
muestra cuales son los incrementos de esfuerzos que sufre el suelo
incluyendo la trayectoria de estos esfuerzos, adems de las
deformaciones que tiene el suelo y las pruebas triaxiales que
realizan.
4. TRAYECTORIA DE ESFUERZOS.
La trayectoria de esfuerzos permite el estudio del suelo en
campo o en el respectivo laboratorio.
Es una muestra de estados consecutivos o sucesivos de esfuerzos
en un espacio de esfuerzo P-Q en donde P y Q corresponden a los
mximos esfuerzos normales y cortantes obtenidos del circulo de
Mohr.
Mediante el circulo de Mohr se pueden trazar 3 tipos diferentes
de trayectoria de esfuerzos:
1. TRAYECTORIA DE ESFUERZOS EFECTIVOS: Este tipo de trayectoria
muestra el verdadero comportamiento de la muestra de suelo
obtenida.
2. ESFUERZOS TOTALES MENOS LA PRESION DE POROS: Esta trayectoria
muestra el estado de esfuerzos en la muestra de suelo, con una
margen para la presin de poros existentes por la presencia de agua,
debido al nivel esttico de aguas subterrneas existentes.
http://ocw.uis.edu.co/ingenieria-civil/estabilidad-de-taludes/clase3/3_esfuerzo_y_resistencia_al_cortante.pdf.
Por otra parte si el nivel de agua no cambia se obtendr la
presin de poros en exceso generada a partir de las deformaciones
que el suelo experimenta esto se debe a que; la diferencia entre la
trayectoria de los esfuerzos efectivos y la de esfuerzos totales
menos la presin de poros esttica, genera este fenmeno.
3. ESFUERZOS TOTALES: esta trayectoria muestra la coordenada de
los esfuerzos totales, a partir de estas trayectorias se puede ver
el comportamiento de los elementos y componentes del suelo.
5. PRUEBAS TRIAXIALES.
5.1 PRUEBA TRIAXIAL NO CONSOLIDADO NO DRENADO (UU):
Durante la ejecucin de las pruebas NO CONSOLIDADO NO DRENADO, el
drenaje de la muestra del suelo no se permite.
Este mtodo de esfuerzos triaxiales es determinado en trminos de
esfuerzos totales, lo que quiere decir que depende de la presin de
poros desarrollada por el agua durante el proceso que se realiza la
carga.
por lo tanto la presin de agua de los poros y el esfuerzo total
difieren del caso en el cual el drenaje es permitido.
Los parmetros de resistencia al corte no drenados del suelo son
aplicables a situaciones en las cuales la carga acta rpidamente a
consecuencia de esto no hay tiempo para que se produzca el fenmeno
de consolidacin.
PROCEDIMIENTO:
Obtener la muestra del suelo Llenar la probeta con la muestra de
suelo obtenida, la probeta no es consolidada por lo cual no existe
la disipacin de poros durante la aplicacin de la presin isotrpica
en la etapa de saturacin. Conectar la presa para poder aplicar la
carga axial. Tomar las lecturas de los deformimetros de la
deformacin de carga a intervalos constantes, hasta que se produzca
la falla o hasta que el deformimetro alcance un valor
considerable
QUE SE OBTIENE:
Este ensayo se usa para determinar el parmetro de resistencia no
drenado Cu. El parmetro de resistencia del suelo se puede
considerar aparentemente constante; pero existen dos excepciones
las cuales consideran que: El valor es relevante solo para muestras
de suelo sin drenado. El valor solo corresponde para un determinado
contenido de humedad y peso especifico.
Braja M. Das fundamento de ingeniera geotcnica resistencia
cortante la sueloPrueba no consolida no drenada pg. 233.
5.2 PRUEBA TRIAXIAL CONSOLIDADO NO DRENADO(CU):
Las caractersticas de corte se aplican bajo condiciones no
drenadas, es aplicada a situaciones de campo donde la consolidacin
primaria bajo esfuerzos ha ocurrido totalmente, que luego sern
sometidos a cargas para cambiar su condicin de esfuerzos de tal
manera que no se produce una disipacin de exceso de la presin de
poros.
Este proceso de prueba triaxial consta de tres momentos o
etapas:
1. saturacin de la muestra2. consolidacin hasta alcanzar un
nivel de esfuerzos determinados3. proceso de falla
todas estas etapas se dan, al aplicar una carga a una velocidad
de deformacin constante hasta llevar la muestra de suelo a la falla
o hasta alcanzar un nivel de deformacin mximo impidiendo el drenaje
de la probeta que contiene la muestra de suelo.
PROCEDIMIENTO:
La probeta que contiene la muestra de suelo se satura
completamente Se incrementa la presin en la cmara de consolidacin;
en este proceso se pueden medir con exactitud cambios de presin de
poros y de volumen que ocurran durante el proceso Finalmente cuando
se halla disipado el exceso en la presin de poros se deben cerrar
las vlvulas que producen el drenaje para empezar la compresin La
probeta llegara al punto de en donde no habr drenado.
El tiempo de consolidacin depende estrictamente del tipo de
suelo y al tamao de la probeta en la cual se realiza el ensayo.
OBJETIVO DEL ENSAYO:
Es determinar los parmetros efectivos c' y ' debido a que estos
son parmetros que inciden de manera directa en la resistencia al
corte de igual manera para determinar caractersticas con respecto
al cambio del volumen y la rigidez de la muestra de suelo.
Envolvente de falla para un suelo en ensayo triaxial
(CU)http://www.ingenierocivilinfo.com/2011/03/ensayo-triaxial-consolidado-no-drenado.html
5.3 PRUEBA TRIAXIAL CONSOLIDADO DRENADO (CD):
Este tipo de ensayo se puede realizar en todo tipo de suelo,
este tipo de ensayo se puede aplicar a situaciones de campo en
donde ha ocurrido el proceso de consolidacin total bajo las
condiciones de carga existentes, hasta producir de manera lenta la
falla; es decir que el exceso de presin de poros se disipa.
Otra aplicacin til de este tipo de ensayo es que es posible
determinar la mxima resistencia al corte y la resistencia residual
del material o de la muestra de suelo.
Un factor negativo que tiene la aplicacin de este mtodo es que
no es apropiado para obtener relaciones exactas de esfuerzo-
deformacin; esto se debe a que la distribucin de los esfuerzos o de
la carga no se realiza de manera uniforme al igual que las
deformaciones, el desplazamiento de forma lenta permite la
disipacin del exceso de la presin de poros, con un drenado total de
la muestra de suelo y una velocidad constante que asegura que la
presin de poros en la muestra permanezca constante; entonces el
incremento del esfuerzo efectivo es igual al incremento del
esfuerzo total ( = )
PROCEDIMIENTO:
1. Se obtiene la muestra de material o de suelo a estudiar 2. Se
satura completamente la muestra de agua 3. La muestra es
consolidada bajo presiones isotrpicas 4. Se aplica una carga axial,
que se va incrementando de manera lenta para as evitar el
incremento en la presin de poros 5. Se toman las lecturas de los
deformimetros de la deformacin vertical ocurrida 6. Se mide el
volumen de la probeta
OBJETIVO DEL ENSAYO:
Al igual que en el ensayo o prueba triaxial consolidado no
drenado, el objetivo de este tipo de prueba es determinar los
parmetros de resistencia efectivos c' y '.
El esfuerzo principal efectivo ser el esfuerzo isotrpico
aplicado en la cmara de consolidacin para poder trazar la
envolvente de falla y as poder determinar los parmetros de
resistencia efectivos
Envolvente de falla para un suelo en ensayo triaxial (Cd)
http://www.ingenierocivilinfo.com/2011/03/suelos-ensayo-triaxial-consolidado.html.
6. INCREMENTO DE ESFUERZOS.
Una cimentacin tiene la propiedad o la caracterstica de
transferir cargas de la estructura al suelo cuando esto ocurre, la
presin o el esfuerzo que la estructura entrega al suelo se
distribuye de manera uniforme sobre toda la superficie del terreno
o del suelo que a su vez se disipa en el medio(suelo).
Existen diversas cargas que son aplicadas con diversa geometra
entre ellas se encuentran:
1. Carga puntual2. Carga circular3. Carga rectangular
distribuida
DISTRIBUCION DE ESFUERZOS DEBIDO A UNA CARGA PUNTUAL:
ftp://ftp.unicauca.edu.co/cuentas/.cuentasbajadas29092009/lucruz/docs/Curso%20Fundaciones/CapitulosF3n.
Durante varios aos de investigaciones y de estudios coloco una
carga puntual sobre un medio que es considerado elstico que posee
caractersticas de ser un medio semi-elastico encontr que la solucin
para encontrar el incremento vertical en un punto cualquiera
afectada por la carga puntual estaba definido por:
Si se toma la ecuacin y se analiza el diagrama del incremento de
esfuerzo vertical del plano x,z con y=o se obtiene que:
dada la imagen se puede concluir que para el cao de una carga
puntual unitaria podr ser utilizado cualquier valor de carga P;
teniendo en cuenta los principios de elasticidad teniendo en cuenta
que se debe manejar la unidad de 1/m2 .
A partir de la grafica anterior se introduce un termino BULBO DE
PRESIONES; es la zona del suelo en donde se producen incrementos de
carga vertical considerables para todo tipo de carga, este bulbo
forma ISOBARAS, son aquellas lneas que unen cargas de un mismo
valor.
DISTRIBUCION DE ESFUERZOS DEBIDO A UNA CARGA CIRCULAR:
ftp://ftp.unicauca.edu.co/cuentas/.cuentasbajadas29092009/lucruz/docs/Curso%20Fundaciones/CapitulosF3n.
El incremento de esfuerzos verticales totales a una profundidad
z bajo el centro de una rea circular flexible de radio R la cual
esta cargada por una carga uniforme q la cual esta dada por la
siguiente expresin:
Por otra parte para conocer el incremento del esfuerzo vertical
en un punto que esta situado en un punto diferente localizado
debajo del centro de la cimentacin circular se debe solucionar
cambiando las condiciones de la profundidad y la distancia r radio
de cimentacin del circulo.
DISTRIBUCION DE ESFUERZOS DEBIDO A UNA CARGA RECTANGULAR:
ftp://ftp.unicauca.edu.co/cuentas/.cuentasbajadas29092009/lucruz/docs/Curso%20Fundaciones/CapitulosF3n.
Al igual que las anteriores distribuciones este mtodo tambin se
basa en las investigaciones de Boussinesq encontramos que el
incremento del esfuerzo vertical para un punto cualquiera que este
ubicado debajo de la esquina de la cimentacin rectangular de ancho
B y largo L la cual esta cargada con un esfuerzo de carga q la cual
esta uniformemente distribuida en una profundidad dada
La siguiente expresin ayuda a dar solucin a lo planteado.
METODO APROXIMADO V:H (2:1)
Es un mtodo que al igual que el de Boussinesq este sirve para
dar solucin a la bsqueda del incremento de esfuerzo vertical en una
carga rectangular con la diferencia de que este es un mtodo mas
simple fcil y sencillo, pero con la diferencia que es un mtodo
aproximado.
Este mtodo supone que la zona donde la carga q acta se va
distribuyendo en el suelo amplindose la cual se va ampliando desde
la zona de contacto (B x L),
hasta una zona mucho mas grande la cual va a estar en funcin de
la de la profundidad la cual ira creciendo con una pendiente 2:1 de
ah el nombre de este mtodo.
De esto se puede llegar a la siguiente expresin:
FIGURA DE INCREMENTO DE ESFUERZOS 2:1
ftp://ftp.unicauca.edu.co/cuentas/.cuentasbajadas29092009/lucruz/docs/Curso%20Fundaciones/CapitulosF3n.
7. PARAMETROS DE DEFORMACION DEL SUELO.
MODULO DE ELASTICIDAD (E):
Los suelos no son elsticos, ni linealmente elsticos en mecnica
de suelos el modulo de elasticidad aumenta con la profundidad y
varia con la presin de confinamiento a la cual este sometida.
El modulo de elasticidad no es un parmetro constante si no que
se puede entender como una magnitud que describe el comportamiento
de un suelo en la combinacin de esfuerzos
Si se aplica un esfuerzo uniaxial a un cilindro elstico este
producir un esfuerzo vertical y una expansin lateral de tal manera
que la relacin entre el esfuerzo uniaxial y la deformacin en el
sentido de la aplicacin de esfuerzo uniaxial se conoce como modulo
de elasticidad.
http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/10762/Capitulo2.pdf
MODULO DE POISSON (V):
Al aplicar un esfuerzo uniaxial nuevamente a un cilindro elstico
se produce lateral y una deformacin axial al valor absoluto de esta
relacin se le conoce como la relacin de poisson o el modulo de
poisson (v)
El modulo de poisson para materiales elsticos ideales varia en
un rango entre o y o,5 el valor de 0,5 corresponde a un material
cuyo volumen no cambia por efecto de una carga aplicada .
MODULO DE RIGIDEZ (G):
El modulo de rigidez es la propiedad que mide con mayor
facilidad la resistencia al corte de una masa de suelo, se dice que
un material con modulo de rigidez bajo es un materia fcil de
deformar a cortante
8. MATRIZ DE DEFORMACION DEL SUELO CHILE
El modelo mas simple para una muestra de suelo o de roca seria
un material de tipo CHILE (Continuo, Homogneo, Istropo, Lineal y
elstico)
TENSIONES TANGENCIALES EN MATERIALES CHILE:
Donde:
G: es el modulo de rigidez transversal o de corte Las
deformaciones tangenciales dependen de los incrementos de tensiones
tangenciales Un incremento de tensin tangencial no produce cambio
en el volumen
MATRIZ DE DEFORMACIN:
http://delegacion.caminos.upm.es/apuntes/ICCP/4_cuarto/Geotecnia/INTRODUCCIN%20A%20LA%20ELASTICIDAD_alumnos.pdf
8. BIBLIOGRAFIA.
BRAJA M. Das fundamento de ingeniera geotcnica. PETER, L, Berry.
Mecnica de Suelos, Mc- GRAW HILL Norma tcnica de INVIAS E154,153
CRUZ,L. Introduccin y calculo y diseo de cimentaciones, diseo
geomtrico estructural, capitulo 5 Distribucin de esfuerzos en el
suelo debido a cargas
FUENTES.
http://fisica.medellin.unal.edu.co/recursos/lecciones/tabla_periodica/programas/tabla_propiedades_mecanicas/modulo_rigidez/tabla_modulo_rigidez.html
http://delegacion.caminos.upm.es/apuntes/ICCP/4_cuarto/Geotecnia/INTRODUCCIN%20A%20LA%20ELASTICIDAD_alumnos.pdf
http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/10762/Capitulo2.pdf
http://www.ingenierocivilinfo.com/2011/03/suelos-ensayo-triaxial-consolidado.html
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