III. Geotecnia. Resistencia a rotura del suelo PDF

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Resistencia a rotura del suelo...

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Resistencia a rotura del suelo Como se comporta el suelo cuando le aplico cargas estáticas. Cualquier suelo va a tener cargas estáticas (como mínimo su propio peso).

TRANSMISIÓN DE ESFUERZOS EN EL SUELO ▪

Tensión vertical en el suelo: - Suelo seco: ¿Qué carga va a estar soportando el rectángulo naranja del suelo? Cualquier suelo a distintas profundidades va a tener un estado de carga(tensiones) debido a su propio peso (carga vertical) y van aumentando con la profundidad. ↑ ↑ (peso específico) * (metros que tenga) 𝑘𝑁 𝜎𝑣 ( 2 ) = 𝜌𝑑 ∗ ℎ 𝑚 Debido al empuje del suelo que le rodea aparecen unas cargas horizontales. Aparecen como consecuencia de las cargas verticales y dependen del suelo (K) 𝜎ℎ ( -

𝑘𝑁 ) = 𝐾 ∗ 𝜎𝑣 𝑚2

Suelo saturado de agua: N’: fuerza que reciben las partículas Si tengo un suelo saturado las partículas soportan solo parte de la tensión por que la otra parte la esta soportando el agua. Esfuerzo efectivo = Esfuerzo total – Presión intersticial Tensión total: tensión que tengo a una cierta profundidad Tensión efectiva: tensión real que están soportando las partículas

(σefectiva = σ total – σ la que soporta el agua en los poros)

La tensión que soportan las partículas es menor a la tensión total que soporta el suelo.

TENSIÓN VERTICAL EN EL SUELO: Suelo saturado de agua

𝜎 = ℎ1 · 𝛾𝑑 + ℎ2 · 𝛾𝑠𝑎𝑡 𝑢 = ℎ2 · 𝛾w 𝜎 ′ = ℎ1 · 𝛾𝑑 + ℎ2 · 𝛾sum

Tensiones provocadas en una masa de suelo por una carga puntual en superficie. Teoría de Boussinesq: Si la tensión es solo debajo de la carga:

Esta fórmula la puedo aplicar en diferentes materiales, no influye en ningún parámetro.

TENSIONES ANTE CARGAS SUPERFICIALES: Para hacer un estudio geotécnico, nos interesa ir hasta profundidades de orden, 2-3 veces las dimensiones de la zapata.

Gráfico de Newmark (1942) para el cálculo de esfuerzos verticales bajo las zapatas rectangulares -

Dibujar la zapata a escala de forma que la profundidad coincida con la distancia indicada en la escala gráfica. El punto en el que se quiere determinar la tensión coincidirá con el centro de la circunferencia. Conteo de sectores dentro de la zapata, considerando los parciales como medio sector. Multiplicar el nº de sectores por el coeficiente de influencia y la tensión superficial

CÍRCULO DE MOHR DE TENSIONES

Permite obtener las tensiones que actúan en planos que no son el horizontal ni el vertical

RESISTENCIA A ESFUERZOS CORTANTES: ROTURA A CORTANTE DEL SUELO: -

Los suelos carecen de resistencia a la tracción, por tanto, suelen romper por cortante.

-

La resistencia que ofrece el suelo a la rotura es función de las fuerzas de fricción y de cohesión (adherencia) entre las partículas.

CRITERIO DE ROTURA DE MOHR-COULOMB (tensiones totales): 𝜏𝑓 = 𝑐 + 𝜎 · tan o

𝜏𝑓: Máxima tensión tangencial que el suelo puede soportar, sometido a una tensión normal σ Cuanto ↑ tensión tangencial ↑ resistencia a las roturas

CRITERIO DE ROTURA DE MOHR-COULOMB (tensiones efectivas):

Ecuación fundamental de la mecánica de suelos. - Cohesión (c): es la adherencia entre partículas, lo aportan las arcillas. En un suelo que no contiene arcillas, la recta pasaría por el origen. - Cuanto mayor rozamiento tengan las partículas - La tensión sólo depende de la cohesión

Parámetros resistentes de un suelo DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS RESISTENTES DE UN SUELO (c, Φ) -

Ensayo de corte directo Ensayo triaxial

ENSAYO DE CORTE DIRECTO Deslizamiento de una muestra de suelo a lo largo de un plano de corte predefinido, mediante la acción de una fuerza de corte horizontal (FH), mientras se aplica una carga normal (N) al plano del movimiento. La fuerza de corte es aplicada en incrementos iguales hasta que la muestra falla y ésta ocurre a lo largo del plano de división de la caja de corte. Después de la aplicación de cada carga incremental, el desplazamiento cortante de la mitad superior de la caja se mide con un indicador horizontal. El cambio en la altura de la muestra (y por lo tanto el cambio de volumen) durante la prueba se puede obtener a partir de las lecturas de un indicador que mide el movimiento vertical de la placa superior de carga. La ventaja de las pruebas de deformación controlada es que, en el caso de la arena densa, la resistencia máxima al corte (es decir, a la falla), así como la resistencia mínima al corte (esto es, en un punto después de la falla, denominado resistencia última). Esquema del aparato: La muestra está contenida en un molde muy rígido, de sección cuadrada o circular, de unos 50-100 mm de lado, dividido en dos mitades por un plano horizontal. El equipo de prueba consiste en una caja de corte de metal en la que se coloca la muestra de suelo. Las muestras de suelo pueden ser cuadradas o circulares. El tamaño de las muestras utilizadas generalmente es alrededor de 20 a 25 cm2 de sección transversal y de 25 a 30 mm de altura. La caja se divide horizontalmente en dos mitades. La fuerza normal sobre la muestra se aplica desde la parte superior de la caja de corte. El esfuerzo normal sobre las muestras puede ser tan grande como 1000 kN/m2. La fuerza cortante se aplica moviendo una mitad de la caja con respecto a la otra para provocar una falla en la muestra de suelo Mediciones:  = Tensión normal =

Fuerza vertical aplicada (P) Área de la sección de corte

 = Tensión tangencial=

Fuerza de corte (S)

Área de la sección de corte

Componentes de la caja de corte: Desarrollo del ensayo:

Paso 1: Aplicar una carga vertical y esperar la consolidación Paso 2: La caja inferior se desplaza a velocidad constante Curvas tensión-deformación: 1. En arena suelta la resistencia al esfuerzo cortante aumenta con el desplazamiento cortante hasta que se alcanza un esfuerzo cortante de falla tƒ. Después de eso, la resistencia al esfuerzo cortante permanece aproximadamente constante con cualquier incremento adicional en el desplazamiento de cizalladura. 2. En la arena densa la resistencia al esfuerzo cortante aumenta con el desplazamiento cortante hasta que alcanza un esfuerzo de falla tƒ. Este tƒ es llamado resistencia máxima al corte. Después que se alcanza el esfuerzo de falla, la resistencia al esfuerzo cortante disminuye gradualmente a medida que aumenta el desplazamiento de cizalladura hasta que finalmente se alcanza un valor constante llamado resistencia cortante última (túlt).

Determinación de parámetros resistencia al corte (c, Φ): Repitiendo el ensayo con varias muestras y diferentes esfuerzos normales:

Modalidades de ensayo Consolidado-drenado (CD) ▪ ▪

Aplicable a suelos granulares y cohesivos saturados. Velocidad de carga lenta (2-5 días en suelos arcillosos).

▪

Se permite la disipación de la presión intersticial, al drenar el agua de los poros, obteniéndose parámetros efectivos.

Consolidado-no drenado (CU) ▪ ▪ ▪

Aplicable únicamente a suelos cohesivos arcillosos. Ensayo rápido y en la fase de rotura en condiciones no drenadas. Se obtendrán parámetros totales.

No consolidado-no drenado (UU) ▪ ▪

Aplicable únicamente a suelos cohesivos arcillosos saturados. A velocidad lo suficientemente rápida para que no se produzca el drenaje. Ensayo de corte directo

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Ventajas Más económico que otros ensayos equivalentes La preparación de las muestras es sencilla. Puede usarse con otros materiales de contacto. Es fácil conseguir la disipación de presión intersticial, dado el pequeño espesor de la muestra.

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Inconvenientes La superficie de rotura es predeterminada. El área de contacto en el plano de rotura disminuye a medida que se produce el desplazamiento horizontal relativo entre ambas mitades de la caja. La distribución de tensiones en la superficie de corte no es uniforme.

ENSAYO TRIAXIAL: La prueba triaxial de corte es uno de los métodos más confiables disponibles para la determinación de los parámetros de resistencia cortante. Es ampliamente utilizada para la investigación y las pruebas convencionales. La prueba se considera confiable por las siguientes razones: 1. Proporciona información sobre el comportamiento esfuerzo-deformación del suelo que la prueba de corte directo no. 2. Proporciona condiciones de esfuerzo más uniformes que la prueba de corte directo al hacer su concentración de esfuerzos a lo largo del plano de falla. 3. Proporciona más flexibilidad en términos de la trayectoria de carga. En la prueba triaxial de corte generalmente se utiliza una muestra de suelo de 38 mm de diámetro y 76 mm de largo. La muestra está encerrada por una fina membrana de hule y se coloca dentro de una cámara cilíndrica de plástico que por lo general se llena con agua o glicerina. La muestra es sometida a una presión de confinamiento por la compresión del fluido en la cámara. (Observe que el aire se utiliza a veces como un medio de compresión.) Para causar la falla cortante en la muestra se aplica esfuerzo axial a través de un pistón de carga vertical (a veces llamado esfuerzo desviador). El esfuerzo es sumado en una de dos maneras: 1. Aplicación de pesos muertos o presión hidráulica en incrementos iguales hasta que la muestra falla. (La deformación axial de la muestra resultante de la carga aplicada a través del pistón se mide mediante un indicador de cuadrante.) 2. Aplicación de la deformación axial a una velocidad constante por un reductor o prensa hidráulica de carga. Ésta es una prueba de deformación controlada. La carga axial aplicada por el pistón de carga correspondiente a una deformación axial dada se mide por un anillo de prueba o célula de carga unida al pistón. Se aplican presiones verticales y horizontales a la muestra de suelo hasta alcanzar su rotura.

Esquema de ensayo triaxial:

Preparación de muestras para ensayo triaxial (muestras inalteradas):

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Ensayo de corte directo Ventajas Inconvenientes Permite determinar las presiones intersticiales. − La realización del ensayo es bastante laboriosa. Pueden realizarse una gran variedad de tipos de − Se debe corregir la deformación de la muestra. ensayos. − Los tamaños de muestra son pequeños, lo que Se evitan líneas de rotura predeterminadas. dificulta el ensayo de materiales granulares gruesos.

Explicar la teoría de Mohr-Coulomb, los parámetros se los que dependen (intervienen la cohesión y ángulo de razonamiento). Saber explicar el corte directo vs triaxial. Diferencia entre presión total y efectiva. La efectiva descuenta el agua de los poros...