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Resistencia Cortante en suelosAspectos Teóricos
Dr. Ing. Jorge L. Cárdenas GuillenProfesor Universitario, Ingeniero Civil - Consultor Geotécnico
Lima, Noviembre, 2017
Curso Taller Estabilidad de Taludes
Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, PerúFacultad de Ingeniería Civil
Centro de Educación Continua
Contacto: [email protected]
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Introducción
Resistencia al Corte en Suelos
Parámetros de Resistenciao Ensayos de Laboratorio
✓ Corte Directo
✓ Triaxial
✓ Compresión Simple
Comentarios Finales
TÓPICOS
3Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
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IntroducciónAspectos Conceptuales
4Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
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Aplicación:• Estabilidad de Taludes• Capacidad portante
Compresibilidad Resistencia al corte
Aplicación:• Asentamientos
ASPECTOS CONCEPTUALES
Aspectos de interés en Geotecnia
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Muros Pantalla Excavaciones Zapatas
Talud sumergido Presas de tierra Muros de gravedad
Mecanismo de Fallas – Fallas por Corte
ASPECTOS CONCEPTUALES
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Mecanismo de Fallas - Taludes
7Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
ASPECTOS CONCEPTUALES
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Mecanismo de Fallas – Estabilización de Taludes
8Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
ASPECTOS CONCEPTUALES
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Mecanismo de Fallas – Estabilización de Taludes
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ASPECTOS CONCEPTUALES
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10Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
ASPECTOS CONCEPTUALES – para discutir…
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11Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
ASPECTOS CONCEPTUALES – para discutir…
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ASPECTOS CONCEPTUALES – para discutir…
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Resistencia al corte en Suelos
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Resistencia al esfuerzo cortante actuante que ofrece el material (suelo) en lasuperficie de falla.
Esquema de superficie de falla y zona de
corte.
Esfuerzo Actuante
Esfuerzo Resistente
Efecto combinado
de cohesión y
fricción
Tensiones
actuantes en el
plano de falla.
Tensiones actuantes en el plano de
falla.
Concepto de Resistencia Cortante
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RESISTENCIA AL CORTE EN SUELOS
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Estimación de la Resistencia al Corte
La resistencia al corte puede serestimada de acuerdo al criteriode falla “Mohr-Coulomb”.
La ecuación de la envolvente de falla representa la “ecuación de resistencia del suelo”:
Donde (parámetros de resistencia):
tan nc
c
: Parámetro de cohesión
: Parámetro de fricción
n
¿Siempre lineal?
Estado de esfuerzo de corte actuante en suelos
Curva empírica!!!
Línea recta
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RESISTENCIA AL CORTE EN SUELOS
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¿Qué significa no lineal?
En relleno rocoso
Reducción del ángulo de fricción con elesfuerzo confinante
Parámetros de Resistencia
No-linealidad de la Curva de Mohr-Coulomb
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RESISTENCIA AL CORTE EN SUELOS
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Ensayos a
gran escala
Palma, et. al., Caracterización Geotécnica de Materiales de Lastre en Botaderos de Gran Altura Mediante
Ensayos Triaxiales y Odométricos de Gran Tamaño
Parámetros de Resistencia
No-linealidad de la Curva de Mohr-Coulomb
Reducción del ángulo de fricción con el esfuerzo confinante
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RESISTENCIA AL CORTE EN SUELOS
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Estimación de Parámetros de Resistencia
Ensayos de Laboratorio• Corte Directo • Triaxial• Comprensión Simple
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• Corte Directo• Triaxial• Compresión Simple
Corte Directo TriaxialCompresión Confinada
Compresión Simple Compresión no-Confinada
Ensayos de Laboratorio - Tipos
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ESTIMACIÓN DE PARÁMETROS DE RESISTENCIA
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• La colecta de muestras son de tipo alterada o inalterada.• El ensayo se realiza con tres muestras como “mínimo”.• Las muestras a ensayar pueden ser “remoldeadas” o “talladas”• Las muestras alteradas son remoldeadas a su “densidad natural”• Las muestras inalteradas son talladas.
Muestras en Laboratorio
Muestras alteradasMuestras inalteradas
20Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
ESTIMACIÓN DE PARÁMETROS DE RESISTENCIA
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Ensayos de Laboratorio
• Corte Directo • Triaxial• Comprensión Simple
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ESTIMACIÓN DE PARÁMETROS DE RESISTENCIA
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• La muestra esta sujeta a únicamente a un esfuerzo normal.• El ensayo es realizado en condiciones drenadas.
Esquema del Ensayo
Ensayo: Corte Directo
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ENSAYOS DE LABORATORIO
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• El esfuerzo es aplicado en el plano de falla, “esfuerzo tangencial”.• Las deformaciones generadas se denominan “deformaciones de
corte”.
Antes del ensayo Después del ensayo
Ensayo: Corte Directo
• Consiste en mantener constante el esfuerzo normal y aumentar el esfuerzo tangencial hasta la falla.
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ENSAYOS DE LABORATORIO
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Equipo de Corte Directo (CISMID, UNI)
Ensayo: Corte Directo
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ENSAYOS DE LABORATORIO
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Curva Esfuerzo Tangencial vs Deformación tangencial
Ensayo: Corte Directo - Ejemplo
Curva Esfuerzo Tangencial vs Esfuerzo Normal
• Angulo de fricción interna.• Intercepto cohesivo (Cohesión).
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ENSAYOS DE LABORATORIO
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Ensayo: Corte Directo – Valores típicos
26Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
ENSAYOS DE LABORATORIO
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Ensayos in-situ – Corte Directo
Esquema del Ensayo
Preparación de muestras
Ejecución del ensayo
27Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
ENSAYOS DE LABORATORIO
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Ensayos de Laboratorio – Corte Directo a Gran escala
ENSAYOS DE LABORATORIO
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Ensayos de Laboratorio – Corte Directo a Gran escala
ENSAYOS DE LABORATORIO
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Ensayos de Laboratorio
• Corte Directo • Triaxial• Comprensión Simple
30Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
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• Control del esfuerzo de confinamiento• Control de la presión de poros.
Ensayo: Triaxial
ENSAYOS DE LABORATORIO
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• Ensayo No Consolidado - No drenado (UU) Construcción rápida en arcillas blandas Análisis al final de la construcción de presas de tierra
• Ensayo Consolidado - Drenado (CD) Construcción en arenas. Construcción lenta en arcillas. Análisis en el estado de infiltración constante de presas de tierra.
• Ensayo Consolidado - No Drenado (CU) Construcción rápida sobre arcillas sobreconsolidadas. Análisis de desembalse rápido de presas de tierra.
Ensayo: Triaxial - Tipos
ENSAYOS DE LABORATORIO
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Preparación de la muestra
Ensayo: Triaxial - Procedimiento
ENSAYOS DE LABORATORIO
Instalación en la cámara de triaxial
Ejecución del ensayo
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• El plano de falla es generado durante el ensayo.
Ensayo: Triaxial - Procedimiento
ENSAYOS DE LABORATORIO
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Curva Esfuerzo Normal vs Deformación normal
Esfuerzos de confinamiento
Ensayo: Triaxial – Calculo de Parámetros
Curva Esfuerzo Tangencial vs Esfuerzo Normal (circulo de
Mohr)
ENSAYOS DE LABORATORIO
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Curva Esfuerzo normal vs Deformación normal
Ensayo: Triaxial – Ejemplo 1: Triaxial CD
ENSAYOS DE LABORATORIO
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Circulo de Mohr.
Ensayo: Triaxial – Ejemplo 1: Triaxial CD
ENSAYOS DE LABORATORIO
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Curva Esfuerzo normal vs Deformación normal
Ensayo: Triaxial – Ejemplo 2: Triaxial CU
ENSAYOS DE LABORATORIO
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Circulo de Mohr y envolvente de falla
Ensayo: Triaxial – Ejemplo 2: Triaxial CU
ENSAYOS DE LABORATORIO
39Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
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Trayectoria de tensiones
Ensayo: Triaxial – Ejemplo 2: Triaxial CU
ENSAYOS DE LABORATORIO
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Equipo Triaxial (CISMID, UNI)
Ensayo: Triaxial – Equipo
ENSAYOS DE LABORATORIO
41Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
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Ensayos de Laboratorio
• Corte Directo • Triaxial• Comprensión Simple
42Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
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• Sin confinamiento lateral• Requiere muestras inalteradas.
Ensayo: Compresión simple
ENSAYOS DE LABORATORIO
43Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
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Preparación de la muestra
Ensayo: Compresión simple - Procedimiento
ENSAYOS DE LABORATORIO
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Ejecución del ensayo
Ensayo: Compresión simple - Procedimiento
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Curva Esfuerzo Normal vs Deformación Normal
Ensayo: Compresión simple – Cálculo de Parámetros
Curva Esfuerzo Tangencial vs Esfuerzo Normal
ENSAYOS DE LABORATORIO
46Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
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Curva Esfuerzo normal vs Deformación normal
Ensayo: Compresión simple – Ejemplo
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Equipo de Compresión Simple (CISMID, UNI)
Ensayo: Compresión simple – Equipo
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48Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
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Valores típicos en suelos granulares:
Valores típicos en suelos finos:
Ensayos de Laboratorio – Resultados Típicos
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49Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
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Comentarios Finales
50Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
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Esfuerzo Cortante en el Plano de Falla
51Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
COMENTARIOS FINALES – para discutir…
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Parámetros de ResistenciaCondición Pico y Residual
(a) Curva esfuerzo - deformación
Esfu
erzo
Deformación
(b) Parámetros de resistencia
Esfu
erzo
co
rta
nte
Esfuerzo normal
52Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
COMENTARIOS FINALES – para discutir…
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Envolvente de Falla – Estado de EsfuerzosEfecto de la tensión confinante parámetros de resistencia
53Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
COMENTARIOS FINALES – para discutir…
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Ensayo: Corte Directo - Comentarios
54Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
COMENTARIOS FINALES – para discutir…
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GRACIAS POR LA ATENCIÓN
Contacto: [email protected]
55Estabilidad de Taludes – Resistencia Cortante en SuelosNoviembre, 2017
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CEC-UNI / Curso: Estabilidad de Taludes