Mecánica Suelos II - Cap I - Resistencia Al Corte de Suelos

7/23/2019 Mecnica Suelos II - Cap I - Resistencia Al Corte de Suelos

1/107

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


2/107

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


3/107

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.


4/107

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.


5/107

Estado general de esfuerzos en un elemento de suelo Esfuerzos principales


6/107

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.


7/107

Anlisis bidimensional de esfuerzos:

Crculo de Mohr de esfuerzos.


8/107

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.


9/107


10/107


11/107

Esfuerzos Geostticos


12/107

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


13/107

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


14/107

Soluciones numricas de Boussinesq:


15/107


16/107


17/107


18/107


19/107


20/107


21/107


22/107


23/107


24/107

Isobaras de presin verticalbajo una carga flexible de

franja.


25/107

1.2 Ensayos para determinar los

parmetros mecnicos de los suelos

a) Ensayos de Laboratorio

b) Ensayos de Campo


26/107

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


27/107


28/107


29/107


30/107

Ensayo de Compresin No Confinada

o Ensayo de Compresin Simple


31/107


32/107


33/107


34/107


35/107

ENSAYO DE CORTE DIRECTO

N

T

N Constante

T Aplicado

Distorsin principalmente

Algo de deformacinvolumtrica

Plano de Fallahorizontal - Impuesto


36/107


37/107


38/107


39/107


40/107


41/107


42/107


43/107


44/107


45/107


46/107

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


47/107

Equipo de Ensayo Triaxial


48/107

q p y


49/107


50/107


51/107


52/107


53/107


54/107


55/107

Compresin triaxial: 2 etapas distintas durante el ensayo


56/107

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


57/107

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.


58/107


59/107


60/107


61/107


62/107


63/107


64/107


65/107


66/107

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.


67/107


68/107

b) Ensayos de Campo


69/107

Ensayo de Penetracin Estndar - SPT


70/107

Standard Penetration Test (SPT)Montaje de equipo para el ensayo SPT


71/107

Montaje de equipo para el ensayo SPT

Cuchara muestreadora bipartida


72/107


73/107


74/107


75/107


76/107


77/107


78/107


79/107


80/107


81/107


82/107


83/107


84/107


85/107


86/107


87/107


88/107


89/107


90/107


91/107


92/107

1.3 Resistencia al corte de los suelos


93/107

La resistencia cortante de una masa de suelo es la resistencia interna


94/107

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.


95/107


96/107


97/107


98/107


99/107


100/107

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


101/107

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


102/107

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


103/107

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


104/107

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


105/107

tf= c + sf . tan(f)

c

f

RESISTENCIA AL CORTEGeneralidades de las curvas Tensin-Deformacin


106/107

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


107/107

PICO

ULTIMA = ESTADO CRTICO

RESIDUAL

Pre-falla Estado ltimo Orientacin de

Deformacin

Tensindesviadora

Mecánica Suelos II - Cap I - Resistencia Al Corte de Suelos

Documents

Transcript of Mecánica Suelos II - Cap I - Resistencia Al Corte de Suelos