Resistencia al corte de los Suelos
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TUCUMAN FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA Resistencia al corte de los Suelos MECANICA DE LOS SUELOS AÑO 2005 RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS Los suelos fallan o se cortan cuando exceden su resistencia al corte, es decir, cuando alcanzan una tensión equivalente a la tensión de falla MOHR-COULOMB: es una teoría que combina dos criterios RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS • MOHR: a través del análisis de sus círculos establece un nuevo criterio de falla, en el cual la falla es función de la tensión de corte. línea de falla τf = f (σf ) envolvente de falla • COULOMB: la ecuación de Coulomb es una recta cuya ordenada al origen es la cohesión del suelo. zona de falla τ = c + σ ⋅ tgϕ Todo punto que se encuentra fuera de la envolvente de falla de Mohr representa un estado de falla. C: cohesión ϕ: angulo de fricción interna RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS CRITERIO DE MOHR-COULOMB línealización zona de falla ϕ RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS Ejemplo: ensayo de Tracción Se linealiza la envolvente de Mohr, llegándose a una expresión de la forma: τ σ τf c τ = c + σ ⋅ tgϕ σ τf = tensión de corte de falla σ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ 2 RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS Ejemplo: ensayo de Compresión Caso 1: se averigua la altura máxima a la que se puede excavar sin que se produzca una falla τ σ Sup. de falla τf τf = tensión de σ corte de falla Caso 2 : nos permite determinar el valor del empuje producido por el suelo σ Sup. de falla RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS • TERZAGHI – KARL: modifico la ecuacion de Mohr-Coulomb debido a que el agua no aporta resistencia al corte. RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS línea de falla línea de falla τ ' = c' +σ ' ⋅tgϕ donde Suelos puramente cohesivos σ' = σ − μ σ' = σ= Suelos fricciónales línea de falla Tensión efectiva μ = Tensión total c' = Cohesión suelo drenado Presión neutra Suelos combinados ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ 3 RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS COHESION COHESION : • Es el valor de la resistencia al corte de los suelos cuando la tensión normal el nula. Tamaño de la partícula • Son fuerzas que mantienen unidas las partículas aún cuando las tensiones normales desaparecen. Factores que influyen en la cohesión • Esta relacionado con la afinidad electroquímica entre el suelo y el agua. Composición mineralógica Humedad Grado de consolidación RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS FRICCION INTERNA • FRICCION INTERNA : El ángulo de fricción interna depende de : n : normal al plano de contacto t : plano de contacto R: resultante de todas las fuerzas que vinculan las partículas (peso propio) T: fuerza tangente N: fuerza normal La composición mineralogica El tamaño de las partículas. Gravas Arenas Gruesas Arenas Medianas Arenas finas Limos Arcillas ϕ> 40º 35º < ϕ < 40º 30º < ϕ < 35º 26º < ϕ < 30º 20º < ϕ < 28º ϕ < 18º ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ 4 RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS FRICCION INTERNA FRICCION INTERNA El ángulo de fricción interna depende de : El ángulo de fricción interna depende de : La forma de las partículas La distribución granulométrica de las partículas ϕ > angulosas ϕ < redondeadas ϕ ϕ < suelo no uniforme La textura de las partículas ϕ ϕ > suelo uniforme La densidad relativa de las partículas > rugosas ϕ > suelo denso < lisas ϕ < suelo suelto RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS Para determinar los parámetros de resistencia al corte c y ϕ, se puede proceder de diferentes formas: Ensayos de Laboratorio Ensayos “In Situ” Ensayo de Compresión Simple Ensayo de Corte Directo Ensayo Triaxial Ensayo de Veleta Ensayo de Corte para Rocas Ensayo de Veleta o Van Test Ensayo de Penetración Estático Ensayo de Penetración Dinámico ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ 5 COMPRESIÓN SIMPLE. ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ 6 º COMPRESIÓN SIMPLE. EQUIPO DE COMPRESIÓN SIMPLE. Permite determinar la Resistencia al corte sin drenaje: cu = Rc/2 ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ___________________________________________ 7 Ensayo de Corte Ensayo de Directo Corte Directo ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ 8 Ensayos drenados con arenas C de ns o Deslizamiento por corte en C Contracción plástica en D D lto sue esfuerzo máximo esfuerzo último esfuerzo residual Relación esfuerzo-deformación unitaria ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ __________________________________________ 9 Ensayos drenados con arenas Relaciones deformación unitaria – cambio de volumen Ventajas del ensayo de corte RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS τperm = 0,75 τlim Desventajas Ventajas deldel ensayo ensayo de de corte corte Es un ensayo fácil de llevar acabo La interpretación del ensayo es sencilla Los cambios de volumen son de medición simple El equipo es de bajo costo Los valores de los parámetros de resistencia al corte son confiables No tenemos control de la presión de poros. No sabemos cuanto de la presión ejercida es efectiva y cuanto es neutra. No conocemos la distribución real de tensiones “τ” en el plano conocido de corte.Consideramos una distribucion uniforme, con valor medio de “τ” A medida que progresa el ensayo, la sección trasversal va variando. En el coeficiente de 0,75 que se usa para obtener τperm se encuentra ya la influencia de este efecto El plano de falla esta bien definido ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ 10 VANE TEST (ENSAYO DE MOLINETE O VELETA) Mide la Resistencia al Corte sin drenaje (cu) en suelos cohesivos saturados (Ensayo UU) H/D = 2 50 mm < H < 100 mm ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ___________________________________________ 11 VANE TEST (ENSAYO DE MOLINETE O VELETA) Mt = π.D.H.τ.D + 2.π.D2.τ.2.D 2 4 32 τ 12 Ensayo Triaxial Ensayo Triaxial σ1 σ3 Presión de cámara ( σ1 - σ3 ) presión desviadora σ3 σ3 σ3 σ3 σ1 ε L = ΔL / L Ensayos estándar triaxiales ε D = ΔD / D εV = Δ V / V Ensayo Triaxial 1. Consolidado - Drenado (C-D) A. Se aplica lentamente σ3 ,tal que μ0 = 0. B. La aplicación de σ1 es lenta, con drenaje abierto, de forma que en la rotura μf sea cero. Ventajas: Podemos representar y reproducir las condiciones próximas a las reales. 2. Consolidado - No drenado (C-U) A. Con drenaje abierto, se aplica termine el drenaje, tal que μ0 = 0. σ3 y se espera a que B. Se Aplica σ1 impidiendo el drenaje del agua ( μf ≠ 0) 3. No consolidado - No drenado (U-U) A y B No se permite el drenaje del agua (μ0 ≠ 0,μf ≠ 0) Podemos controlar el drenaje de la probeta, asegurándonos de la aplicación y obtención exclusiva de tensiones efectivas. Control de las deformaciones y tensiones; es decir podemos prefijar los valores de tensiones a voluntad ,y en todo momento medir las presiones de poro. ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ 13 RESISTENCIA AL CORTE DE SUELOS INCOHERENTES Ensayo Triaxial Desventajas: • Suelos incoherentes :Fricciónales Los equipos de ensayos son muy costosos El ensayo debe realizarse con mucho cuidado τ=σ tg ϕ • La resistencia al corte depende del estado del suelo (compacidad, presión de confinamiento, naturaleza del suelo, grado de densificación) • Observación naturaleza del suelo RESISTENCIA AL CORTE DE SUELOS INCOHERENTES Forma y tamaño Composición Granulométrica Rugosidad Compasión Mineralogica RESISTENCIA AL CORTE DE SUELOS COHERENTES Angulo de Fricción Interna Relativo Los ensayos que se realizan son: Uniforme ~ -3º Distribución Media ~ 0º Granulométrica Desuniforme ~ +3º Arena 0º Tamaño Grava fina +2º Grava gruesa +5º Suelos Arcillosos saturados Ensayo Consolidado – drenado (C-C) Ensayo Consolidado – No drenado (C-U) Ensayo No consolidado – No drenado (U-U) Forma y Rugosidad Aguda Media Redondeada Muy redondeada +1 0º -1º -2º Suelos Arcillosos No saturados Compacidad Suelta ~ - 6º Media ~ 0º Densa ~ +6º Ensayo Consolidado – drenado (C-C) Ensayo Consolidado – No drenado (C-U) Ensayo No consolidado – No drenado (U-U) ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ___________________________________________ 14 Suelos Arcillosos saturados Ensayo Consolidado – drenado (C-C) ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ___________________________________________ 15 Suelos Arcillosos saturados Ensayo Consolidado – No drenado (C-U) ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ 16 Suelos Arcillosos saturados Ensayo No consolidado – No drenado (U-U) τ σ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ 17 Suelos Arcillosos No saturados Ensayo Consolidado – No drenado (U-U) ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ 18 Suelos Arcillosos No saturados Ensayo No consolidado – No drenado (U-U) ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ 19 RESISTENCIA AL CORTE DE SUELOS COHERENTES Comportamiento de μ, al aumentar σ3 ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ 20 21
