CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO, CONSOLIDACIÓN Y ESFUERZO CORTANTE

UNIVERSIDAD NACIONAL
EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE
MIRANDA” (UNEFM)
ÁREA: TECNOLOGÍA
PROGRAMA: INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO: VIALIDAD
UNIDAD CURRICULAR: MECÁNICA DE
SUELOS
CAPACIDAD DE
CARGA DEL SUELO,
CONSOLIDACIÓN DE
LA MASA DE SUELO
Y ESFUERZO
CORTANTE
Ing. María E. Durán S.
e-mail: [email protected]
Julio 2015
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
CONTENIDO

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



Introducción. Necesidad de su estudio
Concepto de Estabilidad y Falla
Fallas por Capacidad. Tipos
Teorías de Capacidad de Carga
Factores que afectan la Capacidad Portante de un suelo
Cimentaciones Superficiales y Profundas
Julio 2015
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
INTRODUCCIÓN. NECESIDAD DE SU ESTUDIO
La capacidad de carga del suelo no es más que la resistencia que ofrece
el suelo a deformarse, debido a la fuerza de fricción y cohesión entre sus
partículas. Por capacidad portante de un suelo se interpreta el estado
tensional límite más allá del cual se produce la falla por corte del mismo.
Esto se puede visualizar por medio del análisis del modelo mecánico
desarrollado por Khristianovich, quien desarrollo una balanza ordinaria,
cuyo desplazamiento está restringido por fricción en las guías de los
platillos, de tal forma que si un peso suficientemente pequeño se coloca
en un platillo, la balanza permanece en equilibrio, pues la fricción en las
guías puede neutralizarlo; en cambio, si el peso colocado es mayor que
la capacidad de las guías para desarrollar fricción, se requerirá un peso
suplementario en el otro platillo, para alcanzar el equilibrio. Se entenderá
por equilibrio crítico de la balanza, la situación en la que esta pierde el
equilibrio con cualquier incremento de peso en uno de sus platillos.
Julio 2015
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
INTRODUCCIÓN. NECESIDAD DE SU ESTUDIO
Los métodos que se utilizan para resolver los problemas de ingeniería civil
referentes a la capacidad de carga del suelo como cimiento se fundamentan en
las matemáticas aplicadas y en la mecánica del medio continuo, contando esta
última con dos disciplinas: la teoría de la elasticidad y la teoría de la plasticidad.
El estudio de la capacidad de carga del suelo es necesario debido a que Las
obras de ingeniería civil descansan, de una u otra forma, sobre el suelo, y muchas
de ellas, además, utilizan la tierra como elemento de construcción para
terraplenes, diques y rellenos en general, en consecuencia, su estabilidad y
comportamiento funcional y estético, estará regido por la conducta del material de
asiento situado, o por la del suelo utilizado para conformar los rellenos, y si se
sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo, o si aún sin llegar a
ellos las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos
secundarios en los miembros estructurales, quizás no tomados en consideración
en el diseño, productores a su vez de deformaciones importantes, fisuras, grietas,
alabeo o desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la
obra o a su inutilización y abandono.
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
CONCEPTO DE ESTABILIDAD Y FALLA
 Estabilidad:
es la capacidad que tienen los
cuerpos de mantenerse en equilibrio ante la
aplicación de cargas externas. Es la seguridad de
una masa de tierra contra la falla o movimiento.
 Falla:
es un deslizamiento o una discontinuidad
que se forma por el movimiento del suelo cuando
pierde su estabilidad.
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
FALLAS POR CAPACIDAD. TIPOS
Las fallas por capacidad se producen cuando el
terreno tiene una capacidad de carga inferior a las
cargas impuestas. Este tipo de fallas sucede
cuando se construye sobre rellenos no
compactados o con un nivel bajo de compactación,
cuando se colocan fundaciones superficiales en un
terreno de baja capacidad de soporte, cuando las
fundaciones son pilotes que no alcanzan terreno
firme, entre otros.
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
FALLAS POR CAPACIDAD. TIPOS



FALLA GENERAL POR CORTE: la superficie de deslizamiento es
continua desde un borde de la cimentación hasta la superficie del
terreno en el lado opuesto. Es una falla súbita y catastrófica, con
una inclinación substancial del cimiento y una expansión del suelo
a los lados del cimiento. Es característica de las arenas
compactas.
FALLA LOCAL POR CORTE: se produce hinchamiento y
asentamiento del suelo. Se forma una cuña debajo de la
cimentación como en la falla general por corte pero las superficies
de falla no son completas.
FALLA POR CORTE PUNZONADO: se produce movimiento
vertical de la cimentación, mediante la compresión del suelo
debajo de ella. La rotura del suelo se produce por cortante
alrededor de la cimentación. La superficie del suelo en torno al
cimiento casi no se altera por lo que no se observan movimientos
previos a la rotura.
NOTA: Cuando el suelo es incompresible, bajo el cimiento se desarrollará una
falla por corte general, y cuando el suelo es compresible, se desarrollará una
falla por punzonado.
Julio 2015
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
FALLAS POR CAPACIDAD. TIPOS
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA
Las teorías actualmente utilizadas se fundamentan en la Teoría de Elasticidad y la
Teoría de Plasticidad, siendo la última la más utilizada por tener mayor
correspondencia con la realidad y abarcar un número mucho mayor de problemas
de importancia en los suelos. Las hipótesis de la Teoría de Plasticidad son:
 El suelo es homogéneo e isótropo (hipótesis común a la Teoría de la
Elasticidad). Esta hipótesis busca la simplicidad matemática y física; en la
práctica, algunos suelos se acercan más a esta hipótesis que otros; los suelos
estratificados o aquéllos cuyas propiedades en dirección vertical y horizontal
difieren mucho, son los que se separan más de esta suposición.
 No se consideran efectos en el tiempo (hipótesis común a la Teoría de la
Elasticidad). En las arenas esta hipótesis es bastante satisfactoria, tanto en lo
referente a compresibilidad como a resistencia y aún en lo referente a las
curvas esfuerzo – deformación. En las arcillas el efecto del tiempo es de mayor
importancia y a la fecha existen muchas incertidumbres al respecto. Sin
embargo, en las aplicaciones prácticas el estudiar las condiciones más
desfavorables de la vida de la estructura, para tomarlas como criterio de
proyecto, proporciona una norma que permite superar sin peligro mucho de la
ignorancia que se tiene.
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA


No se consideran fenómenos de histéresis en la curva esfuerzo –
deformación. El aceptar esta hipótesis en los suelos conduce,
aparentemente a fuertes desviaciones de la realidad; sin embargo, en la
práctica, la situación se arregla considerando en una curva esfuerzo –
deformación que contenga tramos de carga y descarga, una ley
particular para el primero y otra diferente, para el segundo. Lo anterior
es posible y aceptable dado que los casos prácticos más frecuentes, en
la Mecánica de Suelos aplicada, corresponden o bien a un problema de
carga o bien a uno de descarga, bien definidos.
No se consideran efectos de temperatura. Dada la pequeña variación
de temperatura que afecta a los suelos reales, se considera hoy que
esta hipótesis no introduce ninguna desviación seria en los análisis.
Casos especiales como la acción de helada, se estudian en la
Mecánica de Suelos actual.
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA
TEORÍA DE PRANDTL
Prandtl determinó en el marco de la Teoría de la
Plasticidad, que el valor de la carga límite (qmax) que no
es más que la máxima presión que se puede dar al
elemento rígido sin que penetre en el medio semiinfinito,
está dada por el valor siguiente

qc = (π + 2) c
Se supone que el medio semiinfinito es rígido plástico
perfecto, plano, homogéneo e isótropo.
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA
TEORÍA DE HILL: obtiene el mismo valor
que la de Prandtl, haciendo notar que si la
superficie del medio semiinfinito no fuese
horizontal, la presión límite (qc) toma el
valor:
qc = 2c (1 + θ).
qc = 2c para θ = 0
qc = (π + 2) c para θ = 90º (superficie horizontal
en medio semiinfinito)

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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA
TEORÍA DE HILL: obtiene el mismo valor
que la de Prandtl, haciendo notar que si la
superficie del medio semiinfinito no fuese
horizontal, la presión límite (qc) toma el
valor:
qc = 2c (1 + θ).
qc = 2c para θ = 0
qc = (π + 2) c para θ = 90º (superficie horizontal
en medio semiinfinito)

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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA
TEORÍA DE HILL: obtiene el mismo valor
que la de Prandtl, haciendo notar que si la
superficie del medio semiinfinito no fuese
horizontal, la presión límite (qc) toma el
valor:
qc = 2c (1 + θ).
qc = 2c para θ = 0
qc = (π + 2) c para θ = 90º (superficie horizontal
en medio semiinfinito)

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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA
TEORÍA DE TERZAGHI: estableció que la presión máxima es:
qc = c Nc + ϒ h Nq + 0.5 ϒ B Nϒ

Donde Nc , Nq y Nϒ son los “factores de capacidad de carga” coeficientes
adimensionales que dependen de Φ, Φ es el ángulo de fricción interna del suelo, h
es la altura de desplante de la cimentación y ϒ es el peso específico del suelo.
La resistencia del suelo a las cargas aplicadas depende en gran medida de la
capacidad de la zona C a oponerse al empuje de la zona B y al asentamiento de la
zona A.
El esfuerzo admisible será qc dividido por el factor de seguridad (FS), el cual es de
3 para la mayoría de las normas vigentes y no debe ser menor que ese valor. qc
tendrá diferentes expresiones según la geometría de la fundación y el tipo de
suelo.
Terzagui descubrió que la falla general se produce en arcillas duras y arenas
densas y el corte local se produce en arcillas sensibles o blandas y arenas sueltas.
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA
 Otras
teorías:
 Skempton: dijo que Nc crece al aumentar la
profundidad de la cimentación, por lo que no
siempre valdrá 5.7 en suelos cohesivos (Φ =
0) como dice Terzagui sino que dependerá de
la relación D/B.
 Meyerhof: toma en cuenta los esfuerzos
cortantes desarrollados en el suelo arriba del
nivel de desplante del cimiento, a diferencia
de Terzagui que dice que es una sobrecarga
permanente flexible.
Julio 2015
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
FACTORES QUE AFECTAN LA CAPACIDAD
PORTANTE DE UN SUELO









Retracción y expansión del suelo.
Proximidad del nivel freático.
Defectos o fallas del subsuelo.
Acción de heladas y deshielos.
Erosión y corrosión en el suelo.
Aplicación de cargas inclinadas o excéntricas.
Proximidad de las bases a laderas.
Excesiva cercanía entre bases o en linderos.
Licuefacción por la acción de cargas dinámicas.
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
PROFUNDAS
 CIMENTACIONES
SUPERFICIALES: son
aquellas fundaciones que se apoyan en toda
o casi toda el área de la base sobre el
terreno, en un estrato no mayor de 5 m de
profundidad, medido desde la cota superior
del predio a construir, y donde el suelo
ofrezca la suficiente capacidad portante para
soportar las cargas impuestas por la
superestructura,
con
moderados
asentamientos.
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
PROFUNDAS


Aisladas: Resultan del ensanchamiento del extremo
inferior de las columnas o pedestales en el plano de
apoyo del suelo de modo de disminuir la magnitud de
presiones de contacto con éste y asegurar la
estabilidad de la superestructura.
Continuas: se conocen como corridas y son las que
transmiten al suelo de fundación las cargas de los
muros de concreto, las paredes de mampostería, o una
fila de columnas alineadas próximas entre sí.
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
PROFUNDAS


Combinadas: Son las que sirven de apoyo a dos
columnas muy cercanas, evitando así la superposición
de sus bases aisladas. La forma y dimensiones de la
planta debe adaptarse para que la resultante de sus
cargas y momentos de las columnas coincida con el
baricentro de la base, de modo de poder obtener una
distribución uniforme de presiones en toda el área de
contacto con el suelo.
Conectadas:
soportan
cargas
excéntricamente
aplicadas en las columnas, y al unirlas mediante
tensores o vigas rígidas, se anula el efecto de
volcamiento y se otorga estabilidad al conjunto.
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
PROFUNDAS

Placas de fundación: son las que reciben las cargas de
un grupo de columnas y muros. Se las utiliza cuando
el área en planta de las bases aisladas resulta
prácticamente la misma que la superficie del terreno
bajo la construcción. Presentan por lo general un
espesor considerable y en algunos casos tienen
nervios o vigas de entramado conectando las
columnas y los muros, que cumplen la función de
disminuir el espesor de las placas y aumentar la rigidez
de la fundación.
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
PROFUNDAS

Placas de fundación: son las que reciben las cargas de
un grupo de columnas y muros. Se las utiliza cuando
el área en planta de las bases aisladas resulta
prácticamente la misma que la superficie del terreno
bajo la construcción. Presentan por lo general un
espesor considerable y en algunos casos tienen
nervios o vigas de entramado conectando las
columnas y los muros, que cumplen la función de
disminuir el espesor de las placas y aumentar la rigidez
de la fundación.
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
PROFUNDAS
Julio 2015
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
PROFUNDAS
Julio 2015
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
PROFUNDAS
Julio 2015
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
PROFUNDAS

CIMENTACIONES PROFUNDAS: son cimentaciones que se
utilizan cuando los estratos superficiales del suelo no son lo
suficientemente resistentes para soportar las cargas
impuestas por la superestructura, evitando los problemas de
asentamientos locales excesivos y fallas del suelo por
superar su capacidad portante.
Los pilotes son miembros estructurales de gran esbeltez, con
sección transversal circular o poligonal, que penetran en suelos de
baja capacidad portante a fin de transmitir las cargas a niveles más
profundos del subsuelo.
Se clasifican en prefabricados y vaciados en sitio.
Julio 2015
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
PROFUNDAS
Julio 2015
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
CONTENIDO










Consolidación
Compresibilidad
¿Para qué se estudia la Consolidación?
Fases de la Consolidación
Consolidación Unidimensional
Ecuación de Consolidación
Ensayo de Consolidación
Suelos Pre consolidados y Normalmente consolidados
Cálculo de asentamientos
Módulo de reacción del suelo
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
CONSOLIDACIÓN
Concepto
Es un proceso de disminución de volumen del suelo en un tiempo dado por la
aplicación de una carga, produciéndose un asentamiento por la disipación del
exceso de la presión intersticial debida a la expulsión del agua a través del suelo.
P
Vacíos
Sólido
Suelo Saturado
Por lo tanto, cuando un suelo se consolida ante la aplicación de una carga, se
produce una disminución de la relación de vacíos y un incremento del esfuerzo
efectivo.
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
COMPRESIBILIDAD
Es que la propiedad que tiene el suelo para de reducir su
tamaño ante la aplicación de una fuerza de compresión.
Cuando a un suelo se le aplica una fuerza de
compresión, con la finalidad de reducir su tamaño, lo que
en realidad se reduce son los espacios vacíos por
reacomodo de sus partículas, por lo que si se trata de un
suelo saturado, la compresión producida es debida a la
expulsión del agua de los vacíos, y como el agua fluye
lentamente, es un proceso diferido con el tiempo. Si por
el contrario se trata de un suelo parcialmente saturado, la
compresión producida es debida a la expulsión del aire,
por lo que el fenómeno ocurre de forma casi instantánea,
es decir que toma poco tiempo.
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
COMPRESIBILIDAD

Suelos no cohesivos como las gravas y arenas, se
comprimen en un tiempo relativamente corto debido a
que su permeabilidad es relativamente alta, por lo que
los asentamiento en este tipo de suelos ocurre durante
la fase de construcción de la estructura (horas o días).

Suelos cohesivos, como las arcillas, presentan alta
compresibilidad, pero como tienen baja permeabilidad,
se comprimen en un tiempo más largo que los no
cohesivos, por lo que el fenómeno puede durar años, e
incluso siglos.
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
¿PARA QUÉ SE ESTUDIA LA
CONSOLIDACIÓN?
Objetivo
El desarrollo de la consolidación de un suelo es para dar
respuesta a dos preguntas:
1.
¿Cuánto se deforma el suelo?
2.
¿En cuánto tiempo ocurre la deformación total?
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
FASES DE LA CONSOLIDACIÓN

Compresión inicial: Deformación inmediata producto de la aplicación de una
carga, sin ningún cambio en el contenido de agua del suelo.

Consolidación primaria: Resultado de un cambio de volumen en suelos
saturados cohesivos debido a la expulsión del agua que ocupa los espacios
vacíos.

Consolidación secundaria: Resultado del ajuste plástico de la estructura de
suelo. Deformación plástica de las partículas que componen el suelo.
El estudio de las relaciones esfuerzo – deformación de los suelos ha dado como
resultado un comportamiento elasto – plasto – viscoso, muy alejado de las
hipótesis de ser un material linealmente elástico o linealmente plástico, y debido a
esa naturaleza se ha determinado que cuando a un suelo se le aplica una fuerza,
la deformación que se produce es función del tiempo.
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CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL
Hipótesis de la
Teoría de
Consolidación
Unidimensional
• Suelo está totalmente saturado y es homogéneo.
• Tanto el agua como las partículas de suelo son
incompresibles.
• La Ley de Darcy aplica para el flujo de agua.
• La variación de volumen es unidimensional en la
dirección del esfuerzo aplicado.
• El coeficiente de permeabilidad en esta dirección
permanece constante.
• La variación de volumen corresponde al cambio en
la relación de vacíos.
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CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL
El movimiento de las partículas de suelos ocurre sólo en
dirección vertical.
Analogía de Terzaghi (Transmisión de los esfuerzos
externos a esfuerzos efectivos)
Orificio
Pistón sin fricción
Resorte
Cilindro de sección A
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
ECUACIÓN DE CONSOLIDACIÓN
𝜕𝑢
𝜕2𝑢
= 𝐶𝑣 2
𝜕𝑡
𝜕𝑧
Define que la variación de la presión de poro en el tiempo va a ser una función
de un valor constante (Cv) afectado de la variación de segundo orden de la
presión de poro con respecto a la posición dentro del estrato compresible.
𝐶𝑣 = Coeficiente de Consolidación
𝐶𝑣 =
𝑘(1 + 𝑒)
𝑎𝑣 𝛾𝑤
k = Permeabilidad
e = relación de vacíos
𝑎𝑣 = Coeficiente de compresibilidad (mide la razón de variación de la relación de
vacíos con la presión)
𝑑𝑒
𝑎𝑣 =
𝑑𝑝
𝛾𝑤 = Peso específico del agua destilada a 4 ºC
𝑢 = 𝑓 𝑧, 𝑡 Presión neutra y es función de la profundidad z y el tiempo t
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN
Ensayo de Consolidación
Carga
Agua
Anillo de
confinamiento
Muestra de suelo
FINALIDAD DEL ENSAYO:
1. ¿Cuánto se deforma?
2. ¿En cuánto tiempo?
Curva de compresibilidad
Curva de consolidación
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
CURVA DE CONSOLIDACIÓN
U (%)
Una curva para cada carga aplicada y se obtiene el parámetro de Cv
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
CURVA DE CONSOLIDACIÓN
Es una gráfica que relaciona el grado de consolidación U(%) con
el tiempo(t). En las ordenas en escala aritmética y en las
abscisas
en
escala
aritmética
o
semilogarítimica,
respectivamente.
U(%) es la relación entre la consolidación que ya ha tenido lugar
a esa profundidad y la consolidación total que ha de producirse
bajo el incremento de carga impuesto.
La curva es asintótica debido a que llega un punto en que a
medida que pasa el tiempo, el grado de consolidación
permanece constante.
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
CURVA DE COMPRESIBILIDAD
Tramo de Recompresión
Tramo Virgen
Tramo de Descarga
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
CURVA DE COMPRESIBILIDAD
Es una curva que establece la relación de presión – relación de vacíos. En las
abscisas en escala natural o logarítmica y en las ordenadas en escala natural. Se
obtiene una de cada prueba de consolidación completa. Generalmente una curva de
compresibilidad tiene 3 tramos, el A es un tramo curvo que comienza en forma casi
horizontal y cuya curvatura es progresiva, alcanzado su máximo en la proximidad de
su unión con el tramo B. El tramo B es generalmente un tramo recto y con él se llega
a la etapa final de carga de la prueba de consolidación, al aplicar el máximo
incremento de carga, que corresponde a la máxima presión sobre la muestra. A
partir de ese punto es común someter a la muestra a una segunda etapa, ahora de
descarga, en la que se sujeta al espécimen a cargas decrecientes, dejando un
tiempo prudencial hasta que la velocidad de deformación se reduzca prácticamente
a cero; en esta etapa se tiene una recuperación del espécimen, sabiendo que este
nunca llega nuevamente a su relación de vacíos inicial; el tramo c corresponde a la
segunda etapa, con el espécimen llevado a carga nula.
El tramo A se llama tramo de recompresión, el tramo B tramo virgen y el c tramo de
descarga.
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
CURVA DE COMPRESIBILIDAD
El tramo A recibe ese nombre porque en experimentos realizados a muestras a
las que se les ha aplicado ciclos de carga y descarga consecutivos, una vez
que culmina la descarga del primer ciclo y empieza la carga del segundo, a una
presión mayor que la máxima alcanzada en el primer ciclo, el tramo A del
segundo ciclo se extiende hasta la máxima presión a la que se cargó el suelo
en el primer ciclo, mientras que el tramo B se define como una prolongación del
tramo virgen del ciclo anterior y el tramo c resulta similar al del primer ciclo.
De esto se concluye que el tramo A se produce cuando a una muestra de suelo
se le aplican presiones que ya ha soportado en épocas anteriores, mientras
que el tramo B resulta de aplicar presiones que la muestra nunca antes ha
soportado, de manera que los nombres asignados para cada tramo es lógico.
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
SUELOS PRE CONSOLIDADOS Y
NORMALMENTE CONSOLIDADOS
Suelos Pre consolidados
• Suelos que están sometidos a presiones
menores que las soportadas a lo largo de
su historia geológica.
Suelos Normalmente consolidados
• Suelos que están sometidos a la máxima
presión que han soportado.
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
CÁLCULO DE ASENTAMIENTOS
∆𝐻 =
∆𝑒
𝐻
1 + 𝑒1
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
CÁLCULO DE ASENTAMIENTOS
Ejercicio: En una prueba de consolidación de una muestra de
arcilla inalterada se obtuvieron los siguientes resultados:
𝐾𝑔
𝑝1 = 1,65 𝑐𝑚2 ; 𝑒1 = 0,895
𝐾𝑔
𝑝2 = 3,10 𝑐𝑚2 ;
𝑒2 = 0,732
Determine el asentamiento total de un estrato de esta arcilla de
10 m de espesor.
∆𝑒
𝐻
1 + 𝑒1
0,163
∆𝐻 =
10 𝑚
1,895
∆𝐻 =
∆𝐻 = 0,86 𝑚
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
CÁLCULO DE ASENTAMIENTOS
Existe otro método para el cálculo de asentamiento 𝛿 basado en
el parámetro de compresibilidad 𝑚𝑣 obtenido del ensayo de
consolidación, 𝛿 se define mediante la ecuación
𝛿 = 𝑚𝑣 ∆𝜎
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
MÓDULO DE REACCIÓN DEL SUELO
Es la relación entre la tensión capaz de generar una penetración
de una placa rígida (cuadrada de 30,5 cm de lado o circular de
30,5 cm de diámetro) en el terreno de 0,05” (0,127 cm).
Generalmente se identifica con la letra k.
k = q/y
Donde,
k = módulo de reacción del suelo
q = tensión aplicada por la placa.
y = penetración o asentamiento de la placa
Marzo 2014
ESFUERZO CORTANTE
CONTENIDO







Qué es la resistencia cortante
Por qué es importante conocer la resistencia al
esfuerzo cortante
Implicaciones de conocer la resistencia del suelo al
esfuerzo cortante
Para qué se usa la resistencia al esfuerzo cortante
Cuál es la respuesta típica del suelo ante fuerzas
cortantes
En qué momento el suelo está sujeto a esfuerzo
cortante
Circulo de Mohr
Julio 2015
ESFUERZO CORTANTE
QUÉ ES LA RESISTENCIA CORTANTE
Es la resistencia interna por área unitaria que la
masa de suelo ofrece para resistir la falla y el
deslizamiento a lo largo de cualquier plano de
él. Los ingenieros deben entender la naturaleza
de la resistencia cortante para analizar los
problemas de la estabilidad del suelo, tales
como capacidad de carga, estabilidad de
taludes y la presión lateral sobre estructuras de
retención de tierras.
Julio 2015
ESFUERZO CORTANTE
POR QUÉ ES IMPORTANTE CONOCER LA
RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE
Todas las obras civiles se cimientan sobre el
suelo y el comportamiento de éste repercutiría
en la estructura. Por lo que si el suelo falla, la
estructura puede fallar.
Imaginemos una masa de suelo y veamos qué
ocurre internamente entre 2 granos muy
pequeños confinados en la masa del suelo que
están sometidos a una presión de contacto σn
Julio 2015
ESFUERZO CORTANTE
POR QUÉ ES IMPORTANTE CONOCER LA
RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE
Cuando una estructura falla,
hay un deslizamiento del suelo
y la posición inicial de las
partículas
cambia
y
se
desarrolla un esfuerzo cortante
τ . Si las 2 partículas nunca se
deslizan una sobre la otra es
porque NUNCA es sobrepasado
el esfuerzo cortante τ .
Julio 2015
ESFUERZO CORTANTE
POR QUÉ ES IMPORTANTE CONOCER LA
RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE
El esfuerzo cortante τ depende
de la presión de contacto σn.
Solamente
cuando
una
partícula se desliza sobre la
otra, se sobrepasa el esfuerzo
cortante τ. La importancia de su
estudio, es porque los suelos
fallan por esfuerzo cortante τ.
Julio 2015
ESFUERZO CORTANTE
IMPLICACIONES DE CONOCER LA
RESISTENCIA DEL SUELO AL ESFUERZO
CORTANTE
La seguridad de la estructura: edificio, túnel,
terraplén, presa, entre otras, depende de la
resistencia al esfuerzo cortante, ya que a mayor
esfuerzo cortante, más segura es la estructura. Si la
conocemos bien, podemos:


Mitigar el riesgo de pérdida de vidas humanas ante
el colapso de una estructura.
Conocer las implicaciones económicas, si una
estructura no colapsa por completo al sobrepasar la
resistencia al esfuerzo cortante, sino que tenga
importantes daños estructurales.
Julio 2015
ESFUERZO CORTANTE
PARA QUÉ SE USA LA RESISTENCIA AL
ESFUERZO CORTANTE
 Determinar
la capacidad de carga del suelo,
ya que podemos conocer las dimensiones de
las fundaciones que vamos a utilizar
(zapatas, pilotes)
 Se puede evitar que ocurran deslizamientos o
asentamientos importante, si en una
estructura aún no ha sido sobrepasada la
capacidad de carga pero ya la estructura se
ha vuelto inestable.
Julio 2015
ESFUERZO CORTANTE
PARA QUÉ SE USA LA RESISTENCIA AL
ESFUERZO CORTANTE
 Determinar
la capacidad de carga del suelo,
ya que podemos conocer las dimensiones de
las fundaciones que vamos a utilizar
(zapatas, pilotes)
 Se puede evitar que ocurran deslizamientos o
asentamientos importante, si en una
estructura aún no ha sido sobrepasada la
capacidad de carga pero ya la estructura se
ha vuelto inestable.
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ESFUERZO CORTANTE
PARA QUÉ SE USA LA RESISTENCIA AL
ESFUERZO CORTANTE
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ESFUERZO CORTANTE
PARA QUÉ SE USA LA RESISTENCIA AL
ESFUERZO CORTANTE
A diferente
esfuerzo
cortante,
dimensiones
diferentes
Edificio desplantado en superficie
irregular, una parte sobre terreno
plano y otra sobre ladera. Cada
una será diferente. No hay falla por
capacidad de carga, pero se
desarrolla una superficie de falla.
Es inestable.
Muro de retención con depósito de tierra empujando al muro. Las cargas
generan una carga al suelo por lo que hay que revisar que no se
sobrepase la capacidad de carga. Puede que se genere una superficie de
falla que produzca el deslizamiento por lo que se vuelve inestable y hay
que verificar la fricción entre la base del muro y el suelo, para que no haya
deslizamiento de la base.
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ESFUERZO CORTANTE
CUÁL ES LA RESPUESTA TÍPICA DEL SUELO
ANTE FUERZAS CORTANTES
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ESFUERZO CORTANTE
EN QUÉ MOMENTO EL SUELO ESTÁ SUJETO
A ESFUERZO CORTANTE
En todo momento. Al aplicar una fuerza vertical Fn se
produce el esfuerzo de contacto y al aplicar la carga F se
produce un esfuerzo cortante dentro de ese plano.
Imaginemos un pedacito de suelo. Al aplicar un esfuerzo
cortante, resulta una deformación cortante que produce
un cambio de volumen. Por ejemplo al aplicar esfuerzo
cortante a un suelo suelto, las partículas se acomodan y
disminuye su volumen. Si por el contrario el suelo está
compacto, al aplicar esfuerzo cortante, las partículas se
superpondrán una sobre la otra por lo que el volumen
aumenta. Esto se puede apreciar con las gráficas
esfuerzo deformación.
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ESFUERZO CORTANTE
CUÁL ES LA RESPUESTA TÍPICA DEL SUELO
ANTE FUERZAS CORTANTES
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ESFUERZO CORTANTE
CIRCULO DE MOHR
 Es
el espacio geométrico en el que se
representan los estados tensionales que
generan la falla del suelo de modo que para
valores que estén contenidos en él, el suelo
será inestable.
La envolvente de falla se determina con la
siguiente expresión (criterio de falla MohrCoulomb):
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ESFUERZO CORTANTE
CIRCULO DE MOHR
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ESFUERZO CORTANTE
CIRCULO DE MOHR
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ESFUERZO CORTANTE
CIRCULO DE MOHR
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