Mecanica de Suelos Unidad 7
Mecanica de Suelos Unidad 7
Mecanica de Suelos Unidad 7
MODULO:
MECANICA DE SUELOS.
UNIDAD No. 7:
RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE..
PROFESOR:
GONZALEZ MORALES CARLOS MARIO.
ALUMNO:
EDUARDO MORAN RODIGUEZ.
No DE CONTROL:
18370442.
INGENIERIA CIVIL.
7.1 REALIZAR UNA INVESTIGACIÓN EN RELACIÓN A LA
REPRESENTACIÓN DEL ESTADO DE ESFUERZOS Y
DEFORMACIONES PLANAS.
Las placas permiten aplicar una presión vertical ρ por unidad de área total al conjunto
de partículas. Por supuesto, la presión real entre los granos en sus puntos de contacto es
mucho mas veces mayor que ρ. Las placas permiten también la aplicación de un
esfuerzo de corte t por unidad de área total del conjunto. El comportamiento al aplicarse
t depende mucho de la holgura o compacidad con la que se hayan acomodado los granos
originalmente.
Aunque los granos se toca entre si en varios puntos por partícula, pueden acomodarse de
manera que queden muy sueltos , como se muestra en la figura. Al aplicar la presión ρ,
la distancia entre las placas disminuye ligeramente. Si luego se aumenta el esfuerzo
cortante t gradualmente, la distorsión, medida por el ángulo δ, también aumenta. La
distorsión se asocia al deslizamiento entre los granos y aun reacomodo gradual de las
partículas en una configuración mas compacta; en consecuencia, la distancia h entre las
placas disminuye. La disminución en distancia Δh probablemente es mucho mayor que
la que resultaría de la simple aplicación de la presión ρ.
Si inicialmente los granos están agrupados en forma muy compacta ( c ) la misma
presión ρ reduce también la distancia entre las placas, aunque en cantidad menor que en
la disposición suelta. Por otra parte, cuando la distorsión δ aumenta, las partículas no
pueden moverse entre si sin romperse, a menos que la distancia h entre las placas
aumente. Si se supone que las partículas son resistentes pueden esperarse que las placas
se separen algo al aumentar δ como se muestra en la figura ( d ) es esfuerzo cortante t a
un valor dado de δ, es, en las primeras etapas, mucho mayor que el de las partículas se
han separado, hasta alcanzar el mismo grado de compacidad, que el obtenido con el
acomodo suelto con deformaciones grandes de magnitud y análoga. Por lo tanto, la
relación entre t y δ para el acomodo inicialmente compacto muestra un máximo.
Gráficamente:
El criterio de signos para terrenos es:
Tensiones normales “σ”: Compresión +
Tensiones tangenciales “ T + “. Cuando producen un giro antihorario +
Una de las características mas importantes del círculo de Mohr para utilizarlo
gráficamente es la existencia de un punto con propiedades muy importantes
denominado
“POLO”.
El polo es aquel punto del círculo Mohr, tal que si por él trazamos una paralela al plano
del que queremos conocer las tensiones y lo prolongamos hasta que corte a la línea
límite del círculo, entonces, las coordenadas cartesianas del punto de intersección son
precisamente las tensiones del plano “α” que buscamos:
7.3 – REALIZA UNA INVESTIGACIÓN DE CUÁLES, SON LAS
RELACIONES DE LOS ESFUERZOS PRINCIPALES.
Ángulo de Fricción
El ángulo de fricción es la representación matemática del coeficiente de rozamiento, el
cual es un concepto básico de la física:
Coeficiente de rozamiento = Tan φ
El ángulo de fricción en suelos granulares secos coincide con el ángulo de reposo.
Todos los suelos poseen fricción. Sin embargo, a los suelos arcillosos con fricción muy
baja o despreciable, se les denomina suelos cohesivos:
φ = 0.
El ángulo de fricción (φ) depende de una gran cantidad de factores; algunos de los más
importantes son:
Tipo de mineral constitutivo de las partículas.
Tamaño de los granos o partículas. A mayor tamaño de partículas, mayor es φ.
Forma de los granos o partículas. φ es mayor para partículas angulosas.
Distribución de los tamaños de granos o partículas. En los suelos bien gradados,
φ es mayor que en los suelos uniformes.
Fábrica o microestructura (organización de las partículas).
Densidad.
Permeabilidad (Facilidad de drenaje).
Presión normal o de confinamiento.
Presión de preconsolidación.
Cohesión
La cohesión es una medida de la cementación o adherencia entre las partículas de suelo.
La cohesión en la mecánica de suelos, es utilizada para representar la resistencia al
cortante producida por la cementación entre las partículas, mientras que en la física, este
término se utiliza para representar la resistencia a la tensión. En los suelos
eminentemente granulares en los cuales no existe ningún tipo de cementante o material
que pueda producir adherencia, la cohesión se supone igual a cero y a esto suelos se les
denomina suelos friccionantes o “no cohesivos”
(C = 0).
En los suelos no saturados, la tensión debida a la succión del agua en los poros, produce
un fenómeno de adherencia entre partículas por presión negativa o fuerzas capilares.
Esta cohesión “aparente” desaparece con la saturación.
Resistencia residual.
Es la resistencia al corte que posee el material después de haber ocurrido la falla.
Skempton (1964) observó que, en arcillas sobre consolidadas, la resistencia calculada en
el análisis de deslizamientos después de ocurridos, correspondía al valor de la
resistencia residual y recomendó utilizar para el cálculo de factores de seguridad, los
valores de los parámetros obtenidos para la resistencia residual φr y Cr.
La resistencia residual en los suelos cohesivos se debe tener en cuenta cuando existe una
superficie previa de corte donde han ocurrido desplazamientos en el pasado y en suelos
licuables, expuestos a sismos de gran magnitud.
En los suelos dúctiles, la resistencia pico tiende a ser muy similar a la resistencia
residual. En los suelos frágiles al producirse la falla, la disminución de la resistencia
pico a la residual, es significativa. La diferencia entre la resistencia pico y la residual es
un indicativo de la fragilidad de los materiales.
Otro factor que determina las diferencias entre la resistencia pico y la residual, es la
“sensitividad”, la cual está relacionada con la pérdida de resistencia por el remoldeo o la
reorientación de las partículas de arcilla. La pérdida de resistencia en el momento de la
falla al cortante, está relacionada principalmente con una disminución de la cohesión. El
ángulo de fricción, aunque disminuye, no es afectado en forma substancial.
Presión de Poros
En general, la presión de poros consiste en la presión en el agua dentro de los poros del
suelo y se identifica con la letra “µ”. La presión de poros disminuye los esfuerzos
normales efectivos entre las partículas, trata de separarlas y disminuye la resistencia a la
fricción. Al colocar una carga se puede producir un cambio en la presión de poros que
se denomina como Δµ (exceso de presión de poros) o deficiencia de presión de poros
inducidos por las condiciones de carga.
Si el agua en el suelo no está en movimiento, la altura del agua genera un fenómeno de
presión hidrostática:
μ=γ w , Z w
Donde:
γw = peso unitario del agua
zw = profundidad vertical del punto por debajo del nivel de agua freática.
La tensión de agua en los poros La presión de agua produce que las partículas
Intenta unir las partículas. se traten de separar.
a) No saturado b) Saturado
Condición Drenada.
Se dice que una condición es drenada cuando el agua es capaz de fluir hacia afuera o
hacia adentro de la masa del suelo, si es sometida a una carga y no se producen
presiones de poros.
Esto se debe a que el agua puede moverse libremente, al aumentar o disminuir el
volumen de vacíos como respuesta a un cambio en las condiciones de carga.
Condición No-drenada
Se dice que una condición es “no-drenada” cuando el agua no es capaz de fluir en el
momento en el cual el suelo está sometido a una carga y se produce entonces la presión
de poros Esto se debe a que el agua no se puede mover libremente como respuesta a la
tendencia al cambio del volumen de vacíos por acción de la carga. Si la carga se aplica
muy rápidamente y la permeabilidad del suelo es baja, se puede producir una condición
no-drenada. Si la carga se aplica lentamente o la permeabilidad del suelo es alta,
generalmente se produce una condición drenada. Comúnmente, los taludes se
comportan en condiciones drenadas; sin embargo, en algunos casos cuando se colocan
terraplenes sobre depósitos arcillosos saturados o en el momento de un sismo, se puede
producir una condición no-drenada.
Esfuerzos Totales y Efectivos
Se define como esfuerzo a la fuerza por unidad de área.
Esfuerzo Efectivo
Una masa de suelo saturada está compuesta por dos fases distintas: el esqueleto de
partículas y los poros entre partículas llenos de agua. Cualquier esfuerzo impuesto sobre
el suelo, es soportado por el esqueleto de partículas y también, por la presión del agua.
Típicamente, el esqueleto puede transmitir esfuerzos normales y de corte por los puntos
de contacto entre las partículas y el agua a su vez, puede ejercer una presión hidrostática
igual en todas las direcciones. Los esfuerzos ejercidos por el esqueleto solamente se
conocen como esfuerzos efectivos y a los esfuerzos hidrostáticos del agua se les
denomina “presión de poros”. Los esfuerzos efectivos son los que controlan el
comportamiento del suelo al cortante y no los esfuerzos totales.
Esfuerzo Total
El esfuerzo total es la suma de todas las fuerzas, incluyendo aquellas transmitidas a
través de contactos entre partículas, aquellas transmitidas a través de la presión de poros
en el agua (divididas por el área total) e incluyendo el área de sólidos y el área de
vacíos.
Esfuerzo total = esfuerzo efectivo + presión de poros.
En problemas prácticos, el análisis con esfuerzos totales puede utilizarse en problemas
de estabilidad a corto plazo y las presiones efectivas, para analizar la estabilidad a largo
plazo.
Resistencia no-drenada
La resistencia no-drenada es la resistencia del suelo cuando se carga hasta la falla en
condiciones no-drenadas o sea cuando las cargas que producen la falla, se aplican sobre
la masa de suelo a una velocidad superior a la del drenaje del suelo. El caso más común
de resistencia no-drenada, se presenta en los depósitos naturales de arcilla saturada
cuando éstos son cargados o descargados en forma relativamente rápida, comparada con
la rata en la cual puede ocurrir drenaje y/o consolidación.
Resistencia drenada
La resistencia drenada es la resistencia del suelo cuando se carga en forma lenta y no se
producen presiones de poros en exceso, debidas a la aplicación de la carga. Igualmente,
la resistencia drenada se presenta cuando la carga ha estado aplicada por un período
suficiente de tiempo de tal forma, que el suelo ya ha sido drenado. Una condición no-
drenada, con el tiempo puede convertirse en una condición drenada, en la medida en que
el agua drene.
file:///C:/Users/MI%20LAP/Downloads/librodeslizamientosti_cap3.pdf
7.4 – REALIZAR UNA INVESTIGACIÓN DE CUALES SON LAS PRUEBAS DE
LABORATORIO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA AL ESFUERZO
CORTANTE.
Para obtener los parámetros de resistencia al cortante, se pueden realizar ensayos de
resistencia de laboratorio o de campo o se pueden utilizar correlaciones empíricas a
partir de ensayos indirectos u otras propiedades de los suelos. Los ensayos de
laboratorio más comunes para el análisis de estabilidad de taludes, son los ensayos de
compresión triaxial y de corte directo.
Ensayo Triaxial
En un ensayo triaxial se colocan cargas de confinamiento (σ3) y cargas axiales (σ1)
tratando de simular las condiciones reales de esfuerzos en el suelo. Se ensayan muestras
cilíndricas dentro de una membrana delgada de caucho, colocándolas dentro de una
celda triaxial con dos tapas rígidas y pistones arriba y abajo de la muestra.
Ensayo no
consolidado, no-
drenado o ensayo
rápido
No se permite el
drenaje durante la aplicación de la presión de confinamiento y el esfuerzo desviador.
Este ensayo se utiliza para modelar el caso de un terraplén o una carga colocada
rápidamente, sobre un manto de arcilla saturada de muy baja permeabilidad.
Ensayo no consolidado
-no drenado–o ensayo
rápido.
Ensayo consolidado
no-drenado, con medición de presión de poros
Se permite el drenaje durante la aplicación del esfuerzo de confinamiento colocándolo
lentamente, pero se no se permite durante la aplicación del esfuerzo desviador.
Los ensayos no-drenados deben realizarse a una rata que no exceda una deformación
unitaria del 2% por hora, con el objeto de lograr una ecualización completa de la presión
de poros a través de la muestra.
Las lecturas se toman cada medio porcentaje de deformación o en forma continua. A
este ensayo se le conoce como ensayo R.
Ensayo consolidado no
- drenado.
• file:///C:/Users/MI
%20LAP/Downloads/librodeslizamientosti_cap3.pdf
7.5 – REALIZAR UNA INVESTIGACIÓN DE CUÁLES SON LAS PRUEBAS DE
CAMPO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA AL ESFUERZO
CORTANTE.
(“In Situ”)
La utilización de ensayos “in situ” permite determinar la resistencia al cortante
directamente en el campo, utilizando ensayos sencillos o complejos. Hay una gran
variedad de ensayos disponibles para medir la resistencia a la cortante in situ, bien sea
en forma directa o indirecta, a través de correlaciones empíricas o semi empíricas.
Cuando se planea un programa de investigación que requiere la determinación de los
parámetros de resistencia al cortante, se deben analizar los diversos equipos y sistemas
disponibles y las ventajas y desventajas de cada uno de los métodos, teniendo en cuenta
las necesidades del diseño y cómo la confiabilidad de esos parámetros va a influenciar
el comportamiento de los diseños.
Los ensayos de campo son muy útiles para determinar la resistencia al cortante en
suelos residuales, por las siguientes razones:
Se elimina la alteración por muestreo, transporte y almacenamiento.
El tamaño de la muestra de la masa de suelo es mayor y más representativo.
Ensayo de Corte Directo “In Situ”
Es un ensayo muy poco utilizado debido a su gran costo. La mayoría de los casos
reportados en la literatura, se refieren a ensayos en roca, debido a que no es posible
determinar la resistencia de estos materiales heterogéneos o estratificados mediante
ensayos de laboratorio. El ensayo de corte directo de campo es particularmente útil para
simular la condición de los esfuerzos que existen sobre una superficie plana, potencial
de deslizamiento en una ladera. También, permite el corte con cargas normales bajas,
como es el caso de las fallas poco profundas.
El principal propósito de este ensayo es determinar los valores de las resistencias pico y
residual, tanto en los materiales intactos como en las discontinuidades, incluyendo las
discontinuidades heredadas. El ensayo de corte directo “in situ”, generalmente se realiza
en apiques. La mayoría de los ensayos se organizan en tal forma que el plano es
horizontal e idealmente, el plano de corte debe ser paralelo a un grupo mayor de
discontinuidades o coincidir lo más preciso posible con una discontinuidad mayor.
El tamaño de las muestras debe ser al menos 10 veces el tamaño máximo de la partícula.
Tamaños típicos son 300 x 300 y 500 x 500 mm para suelos o roca meteorizada. La
excavación del apique y del pedestal (muestra a ensayar) debe hacerse con especial
cuidado para evitar alterar las discontinuidades en la muestra. Una vez se excava el
pedestal, debe protegerse de la exposición para evitar cambios de humedad.
Si se desea realizar el ensayo a lo largo de una discontinuidad, la orientación espacial de
la discontinuidad (Rumbo y buzamiento) debe identificarse muy claramente antes de
iniciar el tallado de la muestra.
El equipo para realizar el ensayo de corte directo en campo, consiste en pesos, apoyos y
gatos hidráulicos. Durante el ensayo, el alineamiento de la carga vertical debe
mantenerse a medida que avanza el desplazamiento de corte.
• file:///C:/Users/MI%20LAP/Downloads/librodeslizamientosti_cap3.pdf
7.6 – REALIZAR UNA INVESTIGACIÓN DE LAS TEORÍAS DE
PRESIÓN DE PORO O PRESIÓN NEUTRA.