KEVIN FLOW CL MECÁNICA DE SUELOS II UNIDAD DIDÁCTICA 1 1. acción de la helada en los suelos: si trata de los problemas que la congelación del agua que se encuentra en los suelos van a ocasionar a este fundamentalmente los cambios volumétricos la socavación de los propiedades mecánicas. Cuando el agua se congela en los espacios vacíos de los suelos, bajo una presión moderada actúa como una cuña, separando las partículas sólidas, aumentando el volumen de vacíos en las gravas, las Arenas este aumento es aproximadamente de un 10% por consiguiente la elevación horizontal de la superficie será de ℎ = 0.10 𝑚 𝐻 m = porosidad H = Espesor del suelo afectado a la congelación En los suelos susceptibles a las heladas esto puede ser mayor pudiendo llegar a levantar las estructuras livianas. Con el cambio de temperatura el deshielo puede producir asentamientos. En el caso de suelos que formen taludes o laderas la acción de las heladas produce un movimiento de lo de las partículas hacia el pie del talud En el caso de muros de contención la congelación del agua libre en el suelo tras de las estructuras produce un aumento de presión sobre ellos pudiendo ocasionar el colapso de la estructura, si los muros son de concreto reforzado la falla puede llegar a presentarse por esfuerza cortante entre el muro, la losa de cimentación. Soluciones para evitar la acción de las heladas: Las soluciones que se han adaptado para evitar la acción masiva del congelamiento de las capas superficiales del terreno pueden ser: KEVIN FLOW CL A. substitución de los suelos susceptibles a las heladas por otros hasta niveles en los que el efecto de las heladas no sea nocivo. B. Drenaje adecuado para abatir el nivel freático. C. Comprensión de un sistema abierto en cerrado esto se logra excavando hasta la profundidad de congelación colocando a ese nivel una capa de material gruesa no capilar, posteriormente se llena la excavación con material original esta solución se recomienda fundamentalmente en la construcción de carreteras, aeropuertos. EXPANSION CONSOLIDADO (M) HIELO CONSOLIDADO (G) CLASIFICACIÓN DE SUELOS DE ACUERDO CON SU SUSCEPTIBILIDAD A LAS HELADAS Según caja grande un suelo puede considerarse como no susceptible a las heladas se posee menos de un 3% de partículas menores a 0.02 mm Los suelos susceptibles a las heladas se clasifican en: F1 G con 3% al 20% de partículas menores de 0.02 mm F2 S con 3% a 15% de partículas menores de 0.02 mm F3 – a G con más del 20% de partículas menores de 0.02 mm N.F . KEVIN FLOW CL F3 – b S con más del 15% de partículas menores de 0.02 mm F4 – c C con índice de plasticidad mayor a 12 FH – a M todos FH – b SM con más de 15% de partículas menores de 0.02 mm FH – c FH – d C C con índice de plasticidad menor a 12 finamente estratificada Los suelos más peligrosos desde el punto de vista de la congelación son aquellos en que se combinan la granulometría más fina con la mayor permeabilidad ejemplo las arcillas finamente estratificadas con capas de arena. En general se recomienda no usar suelos F cuatro cuando la acción climática del frío es intensa fundamentalmente en carreteras, aeropistas. UNIDAD DIDÁCTICA II HIDRÁULICA DE LOS SUELOS: El ingeniero debe saber el margen de lo conocido en suelos 1 (los ítems para la identificación clasificación de un suelo) el aspecto cuantitativo de las propiedades físicas de los materiales con que trabaja. Si para una cimentación se necesita abatir el nivel de agua freática el ingeniero debe conocer las propiedades hidráulicas, las características de drenaje de los materiales del subsuelo. FLUJO: Viene a ser el movimiento de una masa líquida en una dirección definida. Se puede definir en dos grupos principales: Flujo laminar Flujo turbulento LÍNEA DE FLUJO Es la línea ideal en que cada punto tiene la misma dirección del flujo, en cualquier momento, de tal manera que en cualquiera de sus puntos el vector velocidad, la línea de flujo son tangentes. FLUJO LAMINAR: Se denomina así al flujo cuyas partículas se mueven en capas paralelas en una misma dirección sin juntarse entre sí en toda su longitud. KEVIN FLOW CL En este tipo de flujo la velocidad tiene una distribución paralela. La velocidad máxima es el doble que la velocidad promedio (H) FLUJO TURBULENTO Es aquel flujo en el cual las fuerzas de inercia San tan grandes, que las fuerzas de velocidad no pueden amortiguar los disturbios ocasionados principalmente por la rugosidad de la superficie. La distribución de la velocidad en este tipo de flujo tiende hacer uniforme. VELOCIDAD CRÍTICA Fue estudiada por Reynolds, viene a ser aquella que marca el cambio de un flujo laminar en turbulento. Todo líquido para un cierto diámetro de conducción, a una temperatura dada, si tiene una velocidad menor a la crítica tendrá un flujo laminar. Existe Asimismo una velocidad mayor encima del cual el flujo siempre es turbulento, en el caso del agua esta es 6 qué tal estáis 6.5 cm/seg la velocidad crítica. La velocidad crítica del agua puede expresarse por la ecuación. 𝑉𝑐 = 36 1 ∗ 𝑐𝑚/𝑠𝑒𝑔 2 1 + 0.0337 𝑇 + 0.00022 𝑇 𝐷 KEVIN FLOW CL T: temperatura del agua en °C D: diámetro de la conducción en cm LEY DE DARCY: Está referida al flujo del agua a través de los medios porosos, fundamentalmente los filtros formados por materias térreos. Darcy demostró que, para velocidades pequeñas, el gasto queda expresado por la fórmula: 𝑄= 𝑑𝑣 = 𝐾 𝑆 𝐼 𝑐𝑚3 /𝑠𝑒𝑔 𝑑𝑡 K: coeficiente de permeabilidad A: área total de la sección transversal del filtro I: gradiente hidráulica 𝑖= ℎ1− ℎ2 𝐿 h1 – h2: pérdida de energía = carga hidráulica h= altura y piezométrica. 𝑝 ℎ=𝑍+ ∫ 𝑜 Z: carga de elevación 𝑑𝑝 𝛿𝜔 KEVIN FLOW CL Darcy establece que la ecuación de continuidad de gasto es igual. 𝑄 =𝐴𝑣 A: área del conducto V: velocidad de flujo Reemplazando se tiene: 𝑣=𝐾𝑖 La velocidad de flujo es determinadamente proporcional a la gradiente hidráulica por tanto es un flujo laminar. Solo es aplicable para Arenas finas, limos, arcillas. no es aplicable para arenas gruesas, gravas. COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD DE UN SUELO. Viene a ser la velocidad del agua a través de una muestra de suelo, cuando se encuentra sujetada a una gradiente hidráulica unitaria. KEVIN FLOW CL VELOCIDAD DE DESCARGA Viene a ser la velocidad v que se calcula directamente usando la ley de Darcy, se le conoce también como simplemente velocidad. VELOCIDAD DE FILTRACIÓN. Es la velocidad media de avance del agua en la dirección del flujo. Si consideramos una muestra de suelo. Para un flujo constante. 𝐴𝑣 𝐴𝑖 = 𝐴𝑉 𝑉1 = 𝐴 𝑉 𝐴𝑣 Se conoce que: 𝐴 𝑖 𝑖+𝑒 = = 𝐴𝑣 𝑚 𝑒 Por consiguiente: 𝑉1 = VELOCIDAD DE DESCARGA 𝑖+𝑒 𝑉 𝑒 KEVIN FLOW CL Es la velocidad media más producida por el incremento sinuoso del flujo. 𝑉2 = 𝐿𝑚 𝐼 + 𝑒 𝐿𝑚 𝑉1 = 𝑉 𝐿 𝑒 𝐿 MÉTODOS DE MEDICIÓN DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD DEL SUELO El valor del coeficiente de permeabilidad depende principalmente de las características de la sustancia permeable, del peso volumétrico, de la viscosidad del líquido, los dos últimos factores son descartables al tratarse de agua. El coeficiente de permeabilidad se incrementa al aumentar el tamaño de los espacios intersticiales dependiendo la forma de éstos en la permeabilidad del suelo. Allen Hazen establece que para las Arenas sueltas, la permeabilidad es igual a: 2 𝐾 = 𝐶 𝐷10 𝑐𝑚/𝑠𝑒𝑔 C: constante = 100 𝑐𝑚−𝑠𝑒𝑔 𝐷10= diámetro efectivo en cm. Se ha encontrado Así mismo que el coeficiente de permeabilidad de los suelos gruesos varía aproximadamente con el cuadrado de la relación de vacíos. Existen varios procedimientos para la determinación de la permeabilidad de los suelos siendo los más conocidos: A. DIRECTOS: 1. Permeámetro de carga constante. 2. Permeámetro de carga variable. 3. Prueba directa de los suelos en el lugar. B. 1. 2. 3. INDIRECTOS: Cálculo a partir de la curva granulométrica. Cálculo a partir de la prueba de consolidación. Cálculo a partir de la prueba horizontal de capilaridad. KEVIN FLOW CL TABLA DE COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD DE LOS DIFERENTES SUELOS K cm/seg 10 2 Drenaje Tipo de suelo Bueno Bueno G limpia 1.0 10−1 10−2 10−3 10−4 Bueno Bueno Bueno Bueno Bueno 10−5 10−6 Malo Malo S Finas Mo, Inorganicas Prácticamente impermeables C Homogeneas 10−7 10−8 10−9 S Limpia SG Limpia Determinación de k Prueba de bombeo Permeámetro carga permeámetro constante carga variable Cálculo empleando tamaño del grano Permeámetro de carga variable Permeámetro Cálculo con de carga datos de variable consolidación CÁLCULO A PARTIR DE LA CURVA GRANULOMÉTRICA Se basa fundamentalmente en la fórmula experimental de Allen Hazen. 2 𝐾 = 𝑐 𝐷10 𝑐𝑚/𝑠𝑒𝑔 Algunos autores introducen en el cálculo la temperatura por considerar que tiene influencia este parámetro en el agua. 2 𝐾 = 𝐶 (0.70 + 0.03)𝑡 𝐷10 𝑐𝑚/𝑠𝑒𝑔 T: temperatura en °C SCHLICHTER: tome en cuenta la compacidad. KEVIN FLOW CL 𝐾 = 771 2 𝐷10 2 (0.70 + 0.03 𝑡) 𝐷10 𝑐𝑚/𝑠𝑒𝑔 𝐶 C = esta es la función en n que corresponde a los valores m c 𝐶= 0.26 23.4 0.38 24.1 0.46 12.8 𝑒 max − 𝑒 𝑒 max − 𝑒 𝑚𝑖𝑛 TERZAGH: da para suelos arenosos la siguiente fórmula. 2 (0.70 𝐾 = 𝐶1 𝐷10 + 0.003 𝑡) 𝑚 − 0.13 2 𝐶1 = 𝐶0 = ( 3 ) √1 − 𝑛 n: porosidad. Co: coeficiente. Co 800 Arenas de granos redondeados. Arenas de granos angulosos. Arenas con limos. 460 < 400 𝑐𝑚 𝑠𝑒𝑔 KEVIN FLOW CL PERMEÁMETRO DE CARGA CONSTANTE Es un instrumento que nos permite determinar el coeficiente de permeabilidad de un suelo muy permeable como las Arenas, las gravas limpias. El valor de K se calcula por medio de la ecuación. 𝐾= Q: volumen del agua de descarga. L: longitud de la muestra en la dirección del flujo. A: área de la sección transversal de la muestra. h: carga hidráulica. t: tiempo. Todas estas cantidades se miden en la prueba. 𝑄𝐿 ℎ𝐴𝑡 KEVIN FLOW CL PERMEÁMETRO DE CARGA VARIABLE Con este tipo de permeámetro si mide la cantidad de agua que atraviesa una muestra de suelo por diferencia de niveles en un tubo alimentador. Es un instrumento adecuado para probar materiales de baja permeabilidad debido a que las dimensiones del aparato pueden ajustarse de manera que las medidas de carga, del coeficiente de permeabilidad (K) El valor del coeficiente de permeabilidad K puede calcularse con cantidades medidos durante la prueba por medio de la ecuación: 𝐾 = 𝜕. 3 𝑎𝐿 ℎ0 log 𝐴𝑡 ℎ1 a: área de la sección transversal de tubo de descarga. L: longitud de la muestra. T: tiempo. h0, h1: cargas hidráulicas original, final. KEVIN FLOW CL FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS La permeabilidad se ve afectada por diversos factores incoherentes al suelo, Hola así como por las características del agua circulante siendo los principales: 1. 2. 3. 4. Relación de vacíos. Temperatura del agua. Estructura, estratificación del suelo. Textura del suelo. 1. REALCION DE VACIOS: Considerando este (valor) factor el coeficiente de permeabilidad puede calcularse utilizando la fórmula: 𝐾 = 𝐾´ 𝐹(𝑒) K´ = constante real dependiendo de la temperatura del agua. 𝐹(𝑒)= 𝑒 2 para Arenas. 𝐹(𝑒)= 𝑒3 (𝑒−𝑒0 )2 para arcillas. 𝐶3= constante. 𝑒 = relación de vacíos natural. 𝑒0 = relación de vacíos del terreno suelto. 2. TEMPERATURA DEL AGUA. Se ha comprobado que la variación del peso específico del agua como la temperatura es mínima respecto al cambio de la viscosidad. 3. ESTRUCTURA, ESTRATIFICACIÓN DEL SUELO. Un suelo tiene permeabilidades diferentes en estado inalterado, re moldeado, aun cuando su relación de vacíos (e) es la misma. KEVIN FLOW CL En general los suelos con coeficientes de permeabilidad (K) de 10−5 , 10−3 𝑐𝑚/𝑠𝑒𝑔 Presentan el peligro de desplazamiento de partículas por efecto de las fuerzas de filtración. PRESIÓN EFECTIVA Y PRESIÓN DE PORO El esfuerzo qué obra en cualquier punto de una sección de suelo saturado puede disolverse en dos partes: 1. PRESIÓN INTERSTICIAL: presión de poro o esforzamiento (Mw) actúa en el agua, en el sólido con igual intensidad en todas las direcciones. 2. PRESIÓN EFECTIVA: Es la que representa el exceso sobre el esfuerzo neutro, actúa entre (sobre) los puntos de contacto de las partículas sólidas. El esfuerzo total actuante de una muestra de suelo seco. 𝐹 = 𝐹´ + 𝑈 F´ = esfuerzo efectivo = (presión efectiva) U = presión de poro (presión de poro) Solamente los esfuerzos opresiones efectivos pueden originar cambios de volumen de la masa de un suelo, así, misma fricción antes en los suelos, las rocas KEVIN FLOW CL HUMEDAD DEL SUELO: Tiene como origen cualquiera de las 3 acciones: Acción de la gravedad Acción capilar Acción higroscópica 1. ACCIÓN DE LA GRAVEDAD: El agua que corre por gravedad se encuentra libre, se mueve por la acción de la fuerza de gravedad, es la única que puede extraerse por drenaje. Se filtra al suelo por los poros, grietas o agujeros. Las gravas, las arenas sobre subsuelos impermeables ofrecen excelentes canales subterráneas siempre y cuando exista una pendiente adecuada. 2. ACCIÓN CAPILAR: Es originada por el agua capilar que es aquella que se adquiere por tensión superficial a las partículas del suelo, llega al suelo por él peso de agua libre o por tracción capilar desde un estrato mojado a otro seco. La gravedad no tiene ninguna influencia por tanto pueden moverse en cualquier dirección, no puede extraerse por medio de drenaje, solo puede controlarse bajando el nivel freático. Produce en suelos con partículas finas. El problema se da en estos suelos con las heladas en una arena mediana (partículas de 0.3 mm) el agua subirá 45 cm sobre el nivel freático (aproximadamente). En un limo (particular de 0.05 mm) la elevación puede alcanzar 2.7 mt siendo mayor en arcillas. KEVIN FLOW CL DISEÑO DE SUB-DRENES. ESCURRIMIENTO SUBTERRÁNEO. La cantidad de escurrimiento subterráneo es generalmente igual a la cantidad que se aplica a la superficie, menos la que se pierde por evaporación la que corre antes de filtrarse la usada por las plantas las corrientes subterráneas dependen de la permeabilidad del suelo de la pendiente de los estratos del tamaño de la Cuenca. El escurrimiento subterráneo ha sido determinado experimentalmente como equivalente a cierta profundidad uniforme de una capa de agua que debe drenarse en un periodo de 24 horas. Ex experimentos efectuados por él E.E.S. DE.E.U.U. (engineering experiment station) de IOWA Indican que 8 a 10mm de agua en 24 horas, es un escurrimiento aceptable para el promedio de suelos, pudiendo aumentarse hasta 20-25 en regiones lluviosas. El escurrimiento puede calentarse mediante la formula 𝑄 =𝐴𝑍 Q = Descarga en 𝑚3 /𝑆𝑒𝑔. A = Área que se pretende drenas en hectáreas. 𝑚3 Z = Factor de escurrimiento subterráneo 𝑆𝑒𝑔 𝑥 𝐻𝑒𝑐𝑡𝑎𝑟𝑒𝑎𝑠 Altura de agua m3/Hectárea (mm) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 2 1 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 50 20 10 Factor de escurrimiento en m3/seg x hectárea 0,01157 0,01042 0,00926 0,0081 0,00694 0,00579 0,00463 0,00397 0,00231 0,00116 0,00058 0,00023 0,00012 KEVIN FLOW CL CLASES DE SUB-DRENES. Conocido también como drenaje subterráneo tiene por objeto controlar el agua del terreno un sub dren en la actualidad tiene las siguientes características: Una zanja llena de material permeable de grano fino bien graduado a la que se denomina FILTRO. Un tubo para dejar infiltrar el agua y darle salida rápida el tubo debe ser cribado con un mínimo de 52 perforaciones de 9,5 mm de diámetro por metro lineal del tubo para todos los diámetros de tubería para lograr la interpretación y captación , la zanja debe ser bastante profunda de manera que el tubo pueda quedar en la zona impermeable. KEVIN FLOW CL MATERIAL DE RELLENO – FILTROS. La sedimentación y obstrucción subsiguiente es una de las causas principales del fracaso de los sub - drenes. El material graduado equivalente a la arena para concretos según la norma AASHD es la mas adecuada, estes material da mejor estabilidad a la pared lateral de la zanja, por lo tanto reduce la erosión y sedimentación. Tamis estándar ASMT % que pasa tamis 10 mm N° 4 N° 16 N° 20 100 95-100 45-80 45-80 Especificaciones AASHO-M6-51 Limites de graduación de la arena para concreto. MATERIAL DE SELLADO. El empleo de una capa superficial sellada evita la infiltración del agua superficial que puede arrastrar limos y obstruir el relleno. El material empleado para obtener la impermeabilidad puede ser arcilla. Se obtiene menos obstrucciones en paredes porosas o perforadas, que dejando juntos abiertos. Se debe dar a la línea de Sub-drenaje una pendiente mínima de 0.15%. SUB - DRENAJE DE CAMINOS. La casusa fundamental del deterioro de una de una carretera seca esta afirmada o pavimentada radica fundamentalmente en que tiene demasiada agua y drenaje insuficiente. Todas las superficies de caminos dependen para su apoyo de la capa de suelo que se encuentra debajo. Se dicho apoyo es débil o sino tiene uniformidad es incapaz de desempeñar esta función, dando como resultado es caso se encuentre pavimentada el deterioro del mismo. Cuando una carretera se presentan filtraciones en las laderas deben ser interceptadas antes que el agua entre le área de camino. KEVIN FLOW CL Para la condición del manto freático o nivel freático puede abatirse el nivel de dicho manto más allá del límite capilar efectivo por medio de la construcción de suelos drenes subterráneos. SUB DRENAJE DE FERROCARRILES. Algunos suelos como los suelos granulares con elevada fricción interna, escaso cohesión y baja compresibilidad, proporcionan una base estable para las vías férreas, no así aquellos con presencia predominante de arcillas. El exceso de humedad en el suelo en una férrea lo perjudicade 4 maneras: Reduce su resistencia En el caso de heladas produce levantamientos Produce asentamientos y deslizamientos. La forma como debe efectuarse el drenaje es utilizado drenes interceptados y con sub - drenes laterales. SUB DRENAJE DE CALLES. Cuando existe agua libre en la sub razante de las calles se recomienda determinar su origen, dirección y profundidad. La corriente debe (adaptarse) interceptarse colocando un sub - dren de tubo en la berma lateral junto a la acera. Si la calle es ancha se deberá colocar tubos transversales en Angulo recto o en posición diagonal respecto al eje de la calle. KEVIN FLOW CL CARGA CAPILARES CARGA CAPILAR SUELO Grava Gruesa Grava Arenosa Grava Fina Grava Limosa Arena Gruesa Arena Media Arena Fina Limo TAMAÑO RELACION DE LAS DE VACIOS PARTICULAS e D10 mm 0.82 0.20 0.30 0.06 0.11 0.02 0.03 0.006 0,27 0,45 0,29 0,45 0,27 0,48 - 0,66 0,36 0,95 - 0,93 HCR = ALTURA AL DECENSO CAPILAR. HCS = ALTURA DE SATURACION CAPILAR. Fuente: Lane y washburn. Libro: Mecánica de suelos – LAMBE – LIMOSA. Hen (cm) Hes (cm) 5,4 28,4 19,5 106 82 239,6 165,5 359,2 6 20 20 68 60 120 112 180 KEVIN FLOW CL CARACTERISTICAS DE PERMEABILIDAD Y DRENAJE. TIPO DE SUELOS COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD EL K (cm/seg) Grava Limpia Arena gruesa limpia Arena media limpia Arena fina limpia Grava limosa y arena limosa arcilla arenosa arcilla limosa arcilla arcilla coloidal 5 – 10 0.4 – 3 0.05 – 0.15 0.004 – 0.02 10−5 − 0.01 10−6 − 10−5 10−6 10−7 10−9 FUENTE: Manual del ingeniero Merritt CARACTERISTICAS DE DRENAJE. Bueno Bueno Bueno Bueno Pobre Pobre Pobre Pobre Pobre KEVIN FLOW CL MATERIAL DE FILTRO PARA SUB – DRENES: OBRAS: CARRETERAS. MALLA 1" 3/4" N° 4 N°8 N° 30 N° 50 N° 100 % QUE PASA EN PESO 100 90 – 100 40 – 100 25 – 40 18 – 33 0–7 0-3 OBRAS: AEROPISTAS. MALLA 1" 1" 3/4" 3/8" N° 4 N° 10 N° 20 N° 40 N° 100 N° 200 % QUE PASA EN PESO 100 80 – 100 65 – 100 40 - 80 20 - 55 0 - 35 0 - 20 0 - 12 0–7 0–5 FUENTE: Secretaria de obras públicas de México SOP. KEVIN FLOW CL EJERCICIO. Una arena suelta uniforme de granos redondeados tiene un diámetro efectivo D10 igual a 0,3 mm estime su coeficiente de permeabilidad. Se a efectuado una prueba de permeabilidad permeámetro de carga constante, se utiliza una muestra de 10 cm de longitud y un diámetro de 6 cm. Se a establecido un flujo bajo una carga hidráulica de 60 cm recolectándose una descarga de 140 cm3 en 35 seg calcule el coeficiente de permeabilidad. Calcule el coeficiente de permeabilidad de una muestra de una longitud de 14 cm y un diámetro de 7 cm. Si se utilizó un permeámetro de carga variable, el cual tiene un tubo de descarga de un diámetro de 3 mm. El ensayo se efectuó durante 8 minutos observándose que la carga hidráulica disminuyo de 110 a 60 cm. KEVIN FLOW CL UNIDAD DIDACTICA 3. CONSOLIDACION DE SUELOS. COMPORTAMIENTO DE LA FASE INTERSTICIAL. La naturaleza del fluido intersticial tiene influencia sobre la magnitud de la resistencia al deslizamiento entre 2 partículas de tal forma que se a llegado a la conclusión de que: El suelo es intrínsicamente un sistema de varias fases y los elementos de la fase intersticial influyen en la naturaleza de la superficie mineral, por lo tanto, afectan a los procesos de transmisión de fuerzas en los puntos de contacto entre partículas. INTERACCIÓN FÍSICA. Si se tiene un suelo saturado (todos los espacios vacíos están ocupados por agua). A. Si consideramos que la presión del agua es hidrostática ósea que la presión en los poros en cualquier punto es igual al peso especifico del agua por la profundidad del punto considerado bajo la superficie del agua, en este caso no existirá circulación o flujo de agua. B. Al aplicarse una mayor presión en la base del recipiente se creará un flujo ascensional de agua, de tal forma que el caudal de agua que fluya estará en relación con la sobre presión aplicada y con la permeabilidad del suelo. KEVIN FLOW CL C. Si la sobrepresión aumenta se llegará en el caso se las arenas a un estado de ebullición o sifonamiento. Estas variaciones determinan que el suelo cambie de volumen ocupando uno ligeramente superior, disminuyendo considerablemente su resistencia al corte por tanto se concluye. El agua puede circular atravez del suelo ejerciendo un efecto el esqueleto mineral que modifica la magnitud de las fuerzas en los puntos de contacto entre particularidades e incluyo sobre la resistencia del suelo a la compresión y al esfuerzo cortante. KEVIN FLOW CL CONSOLIDACIÓN: Se determina consolidación a la disminución de volumen de un suelo por la expulsión gradual del agua siendo las sobrepresiones intersticiales positivas fue estudiada por Karl tarzaghi quien determino que: “Cuando la carga aplicada a un suelo es variada repentinamente esta variación es absorbida conjuntamente por el fluido intersticial obliga al agua a moverse a través del suelo con lo cual las propiedades del suelo con el tiempo. El tiempo necesario para el desarrollo del proceso de consolidación esta relacionado a los siguientes factores: El tiempo transcurrido debe ser directamente proporcional al volumen del agua que va a escapar del suelo. El tiempo será inversamente proporcional a la velocidad con que el agua puede circular a través del suelo. Se expresa por la ecuación: 𝑡= 𝑚 𝐻2 𝑘 T = necesario para que se produzca un cierto % del proceso de consolidación. M = Compresibilidad del esqueleto mineral. H = Espesor de la masa del suelo. K = Coeficiente de permeabilidad de los suelos. De la ecuación se deduce que: El tiempo necesario para la consolidación aumenta. 1. Al aumentar la compresibilidad del suelo. 2. Disminuye al aumentar la permeabilidad del suelo. 3. Aumentar rápidamente con el espesor de la masa del suelo. KEVIN FLOW CL CONSOLIDACION DE ARCILLAS. La relación entre presión vertical el asentamiento y el tiempo se determina en laboratorio mediante la prueba de COMPRENSION CONFINADA conocida también como consolidación edométrica. La presión P se aplica por etapas manteniéndose la carga constante hasta que causa la deformación. Los resultados se presentan gráficamente en una curva que relaciona los espacios vacíos finales con las presiones aplicadas conociéndose como la curva e – log p (escala logarítmica). CONSOLIDACION EN DEPOSITOS PRE – CONSOLIDADOS. Son aquellos estrados que en algún periodo han soportado presiones verticales mayores que los que en el momento del estudio están en actividad. Comúnmente se verifica su una arcilla se encuentra pre – consolidada de su humedad natural se aproxima más al límite plástico que al límite líquido. KEVIN FLOW CL INDICE DE COMPRESIÓN Cc. Viene a ser la pendiente del coeficiente de permeabilidad, hasta definido por la ecuación. 𝐶𝑐 = 𝑒0− 𝑒1 𝑃 𝐿𝑜𝑔 𝑃𝑖 0 𝑒0 = Relación inicial de vacíos. 𝑒1 = Relación de vacíos para una presión 𝑃1 5 Kempton definió que el valor de Cc para las arcillas 𝐶𝑐 = 0.009 (𝐿𝐿 − 10) 𝐿𝐿 = Limite liquido se expresa como porcentaje. CALCULO DE ASENTAMIENTO: El asentamiento en un estrato de arcilla puede ser calculado mediante la formula. 𝑆= 𝑐𝑐 = Índice de comprensión. 𝑒0 = Relación de vacíos inicial. H = Espesor del estrado. 𝑃0 = Presión efectiva Original. ∆𝑃 = Incremento de presión. 𝑐𝑐 𝑃0 + ∆𝑃 𝐻 log 1 + 𝑒0 𝑃0 KEVIN FLOW CL GRADO DE CONSOLIDACIÓN MEDIO V (%) Viene a ser la magnitud aproximada del asentamiento que ha ocurrido en un tiempo dado, comparado con la cantidad total que se producirá como consecuencia del incremento de presión ∆𝑃. Se conoce la siguiente relación teórica U% - T U% 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 T 0.000 0.008 0.018 0.031 0.049 0.071 0.096 0.126 0.159 0.197 0.238 0.287 0.342 0.405 0.477 0.565 0.684 0.848 1.127 ∞ COEFICIENTE DE CONSOLIDACION Cv Viene a ser un factor constante durante todo el proceso de consolidación, está dado por la fórmula 𝐶𝑉 𝑇 𝐻2 𝑡 KEVIN FLOW CL RELACIÓN DE FACTORES DE CONSOLIDACIÓN. A. Permaneciendo constantes todos los factores el tiempo para alcanzar cierto grado de consolidación correspondiente a un factor tiempo dado varía en forma directamente proporcional al cuadro del espesor efectivo del estrato. 𝑡1 𝐻1 2 = 𝑡2 𝐻2 2 B. Con todos los factores constantes, el tiempo te pasa que un suelo alcance cierto grado de consolidación es inversamente proporcional al coeficiente de permeabilidad. 𝑡1 𝐾2 = 𝑡2 𝐾1 KEVIN FLOW CL EJERCICIOS Si se conoce el límite líquido de una arcilla blanda normalmente consolidada el cual tiene un valor de 59% (¿cuál es su índice de comprensión? En una prueba de consolidación sobre una muestra de arcilla con espesor de 2.5 cm sí alcanzó el 50% de su consolidación en 8 minutos. El estrato de arcilla del que se tomó la muestra tiene un espesor de 7.90 Mt y está cubierto por un estrato de arena por el que el agua puede ser drenada y se encuentra sobre un estrato prácticamente impermeable de lutita laminar ¿cuánto tiempo tardará la capa de arcilla en alcanzar el 50% de consolidación? Se ha estimado que el coeficiente de consolidación de una arcilla es 0.56 x 10−5 𝑚2 . 𝑚𝑖𝑛 El promedio de la humedad natural del depósito es de 40%, el peso específico relativo de los sólidos es 2,28 gr/cm3, el índice de comprensión es 0,36 y la relación de vacíos inicial es de 1,12. Si el depósito de arcilla tiene un espesor de 6,10 mY. Y se encuentra entre 2 estratos de grava, Asimismo la presión efectiva por peso propio es el centro del estrato de arcilla es de 19,53. Ton/m2 y el incremento de presión que producirá el asentamiento es 2.82 ton/m2 calcule el asentamiento final y el tiempo para los diferentes grados de consolidación. KEVIN FLOW CL UNIDAD DIDACTICA 4 ESFUERZOS APLICADOS AL SUELO. ESFUERZOS APLICADOS EN UN SUELO SATURADO SIN INFILTRACIÓN En una columna de suelo saturado sin infiltración de agua en ninguna dirección el esfuerzo total en la elevación de cualquier. se obtiene a partir del peso específico saturado del suelo y del espesor específico del agua sobre el punto. El esfuerzo total se divide en dos partes una porción es tomada por el agua en los espacios vacíos y actúa con igual intensidad en todas las direcciones y el segundo o Resto es tomado por los sólidos en sus puntos de contacto, A la primera se le denomina esfuerzo neutro o presión de poro y a la segunda se le denomina esfuerzo efectivo. KEVIN FLOW CL ESFUERZO EFECTIVO. Viene a ser la suma de las componentes verticales de las fuerzas desarrollados en los puntos de contacto de las partículas de sólidos por área de sección transversal unitaria de la masa del suelo. ESFUERZO TOTAL. KEVIN FLOW CL EJERCICIOS. 1. Calcule el esfuerzo total, la presión o esfuerzos efectivo y la presión de pozo en los puntos A,B,C y D. Esfuerzo en un suelo saturado con infiltración. FILTRACION ASCENDENTE. Si se tiene infiltración el esfuerzo efectivo en cualquier punto de la masa de un suelo será diferente, el esfuerzo aumentará o disminuirá dependiendo de la dirección de la filtración, se tiene ℎ a sí mismo que 𝐻 = 𝑖 (gradiente hidráulica). 2 KEVIN FLOW CL FILTRACIÓN DESCENDENTE. KEVIN FLOW CL EJERCICIOS. 1. Se efectúa una perforación exploratoria en un estrato de arcilla firme saturada verificándose que la capa de suelo ubicada debajo del estrato de arcilla es una arena bajo presión artesiana el agua en la perforación se eleva hasta una altura de cuatro m arriba de la capa de arena si se desea efectuar una excavación al cielo abierto en una arcilla qué profundidad debe tener esta excavación para que el fondo de la misma no se bufé. KEVIN FLOW CL ESFUERZO CAUSADO POR UNA CARGA PUNTUAL. Boussinesq resolvió el problema de los esfuerzos producidos en cualquier punto de un medio homogéneo elástico e isotrópico como resultado de una capa puntual aplicada sobre la superficie de un semi espacio infinitamente grande. Para el cálculo planteado las siguientes ecuaciones. KEVIN FLOW CL EJERCICIO. Calcule y grafique la variación del incremento del esfuerzo vertical a las profundidades de ½ m, 1m, 2m, 3, 4, 5, mts. Originada por la aplicación de una carga puntual de una magnitud de 6,5 kn debajo de la superficie del terreno en un punto cuyas coordenadas son:DC= 1.5 m y Y= 2 m. DATOS: KEVIN FLOW CL UNIDAD DIDACTIDA 5 COMPACTACIÓN. Es la densificación del suelo por remosión del aire lo que requiere energía mecánica. El grado de compactación de un suelo se mide en términos de su peso específico seco 𝛿𝑑 cuando se agrega el agua al suelo durante la compactación este actúa como un agente hablandados de las partículas solidas del suelo, originado que sí des dicen entre sí y se mueva en una posición de empaque más denso. el peso específico de seco después de la compactación se incrementa primero conforme aumenta el contenido de humedad. Cuando el contenido de agua es cero el peso específico húmedo. es igual al peso específico seco. Cuando el contenido del agua es gradualmente incrementado se usa el mismo esfuerzo compactador. para la compactación el peso (W) del suelo de un volumen unitario crece en forma gradual correspondiendo un peso específico húmedo ꙋHm a un determinado peso específico seco ꙋd1 bajo Este contenido el agua en peso específico seco podrá ser calculado mediante la siguiente fórmula: El contenido de agua bajo el cual se alcanza el máximo peso específico seco se llama contenido de agua óptimo la prueba de laboratorio para obtener el ꙋd max de compactación y el contenido de agua optimo CH8 es la prueba de proctor. KEVIN FLOW CL PROCTOR ESTANDAR. ASTM D698 MTC E 116 – 2000 AASHTO T 99 - 01 Es el ensayo que nos permite calcular la densidad seca máxima y el contenido de humedad óptimo de un suelo la muestra es compactada en un molde. MOLDE: Volumen 943.3 cm3 Diámetro 101.6 mm Altura 116.4 mm Se mezcla el suelo con agua y se compacta en 3. capas con pison: peso 24.4 N N° de golpes: 25 golpes Altura de caída: 304.8 mm Para cada prueba se calcula el peso específico húmedo con la formula: KEVIN FLOW CL Para cada prueba se determina el contenido de humedad del suelo compactado (w) conociendo este dato calcula la densidad seca Yd utilizando la ecuación: Los valores del peso específico se gráfica utilizando además del contenido de humedad para obtener la densidad seca máxima (ꙋd max) y el contenido de humedad óptimo (CH0). Para un contenido de agua dado el peso específico seco máximo ꙋd max teórico se obtiene cuando no existe aire en los espacios vacíos es decir el grado de saturación es igual al 100% así entonces el peso específico seco máximo para un contenido de humedad con cero vacíos de Aires se puede calcular utilizando la fórmula: KEVIN FLOW CL Se determina la densidad de sólidos del suelo Para un suelo saturado: Para graficar la curva de cero vacíos de aire. Se sigue el procedimiento siguiente: 1. Se determina la densidad de sólidos del suelo. 𝐺𝑠 = 𝑊𝑠 𝛾𝑤 2. Se determina el 𝛾𝑤 3. Se supone varios valores de contenido de humedad y se calcula el Bajo ninguna circunstancia alguna parte de la curva de compactación debe encontrarse a la derecha o cruzar la curva de cero vacíos de aire. Factores que afectan a la compactación. Los factores que afectan la compactación son: 1. contenido de agua 2. tipo de suelo 3. esfuerzo de compactación 1. contenido de agua. KEVIN FLOW CL 2. Tipo de suelo: La distribución granulométrica referida a la forma de los granos del suelo, la densidad de los sólidos del suelo y la cantidad de arcillas tienen gran influencia en el CHO Así mismo. En la forma de la curva de compactación. 3. Esfuerzo de compactación. Conocida también como energía de compactación viene a ser la fuerza aplicada mecánicamente para densificar el suelo se calcula mediante la fórmula siguiente: KEVIN FLOW CL Se tiene la conclusión siguiente: Para todos los suelos: 1. Conforme se incrementa el esfuerzo de compactación la ꙋd may de compactación también aumenta. 2. Conforme se incrementa el esfuerzo de compactación el CH0 disminuyen alguna medida por consiguiente el grado de compactación no es directamente proporcional al esfuerzo de compactación. PROCTOR MODIFICADO. AASHTO T – 180 ASTM D - 1557 Con el desarrollo de rodillos pesados y su uso en la compactación de campo la prueba de Proctor estándar fue modificada para representar mejor las condiciones de campo. el ensayo tiene las siguientes características: Debido a que se incrementa el esfuerzo de compactación en esta prueba se incrementa el ꙋd max del suelo disminuyendo el contenido de agua óptimo. KEVIN FLOW CL COMPACTACIÓN DE CAMPO Se efectúa con compactadoras de rodillos de las cuales hay cuatro tipos. 1. 2. 3. 4. Compactadoras de rodillos de Rueda liza compactadoras con neumáticos compactadoras como rodillo de pata de cabra compactadoras de rodillos vibratorios. 1. COMPACTADORES DE RODILLO LIZO: Son apropiadas para la compactación de sub - rasantes y para operaciones finales de relleno con suelos arenosos y arcillosos estas máquinas originan una presión de contacto de 310 - 380 KN/m2 no funciona para capaz de suelos gruesos cubren el 100% bajo la Rueda. 2. COMPACTADORAS CON NEUMATICOS. Son mejores que los equipos de rodillo liso, la presión de contacto es de 600 – 700. su cobertura es de 70 a 80%, se usa para compactación de suelos arenosos y arcillosos la compactación se logra por una acción de presión y amazamiento. 3. RODILLO PATA DE CABRA. Son tambores con un gran número de protuberancias el área de estas protuberancias, varía entre 25 y 85 cm2 tienen mayor efectividad en la compactación de suelos arcillosos la presión de contacto varía entre 1386 y 1900 4. RODILLO VIBRATORIO. Son muy eficientes en la compactación de suelos granulares. KEVIN FLOW CL Determinación de la densidad de campo después de la compactación. Se puede efectuar mediante. 1. El método de cono de arena. 2. El método de globo de Google. 3. El método nuclear. 1. El método de cono de arena. Se efectúa utilizando la arena de Otawa. El aparato usado es un recipiente de vidrio o plástico con cono de metal. El recipiente se llena con arena de Otawa seca se determina el peso del envase, peso de la arena y el peso del cono: Peso del embalse, peso de la arena y peso del cono = W1 En el campo se excava un agujero en el área compactada se mide. Eso del suelo húmedo excavado del agujero = W2 Se obtiene el contenido de humedad del suelo excavado = W Se calcula el peso seco del suelo excavado = W3 Después de excavado el agujero el recipiente con el cono se invierte y se coloca en el agujero permitiéndose que fluya la arena del envase, una vez que el agujero y el cono están llenos se determina: Peso del recipiente del cono y peso de la arena restante en el embase = W4 Se determina: Peso para llenar el agujero y el cono = W5 = W1 – W4 KEVIN FLOW CL Se calcula el: Se efectúa el cálculo de la densidad de compactación: 2. METODO DEL GLOBO DE HULE. Es un método que se efectúa utilizando un equipo que tiene un globo de hule se utiliza una cantidad de agua para calcular el volumen del agujero, excavado, luego se efectúa el cálculo de la densidad seca en forma similar al método del cono de arena. 3. METODO NUCLEAR. Se efectúa utilizando un equipo denominado densímetro nuclear el cual nos proporciona directamente el valor de la densidad seca máxima de compactación. KEVIN FLOW CL EJERCICIO. efecto del correspondiente ensayo de laboratorio para una prueba de productor estándar se ha obtenido la información siguiente: KEVIN FLOW CL UNIDAD DIDACTICA 6 RESISTENCIA A LOS SUELOS AL ESFUERZO CORTANTE. La resistencia cortante de una masa de suelo es la resistencia por área unitaria que la masa de suelo ofrece para resistir la falla y el deslizamiento a lo largo de cualquier plano dentro de él. CRITERIO DE FALLA DE MEDIO - COULOMB Plantea que un material falla debido a una combinación crítica de esfuerzo normal y esfuerzo cortante y no solo por la presencia de un esfuerzo máximo normal o bien de un esfuerzo máximo cortante. Esta relación origina una curva a la que denominamos envolvente de Falla. Para la mayoría de problemas de mecánica de suelos es suficiente aproximar el esfuerzo cortante sobre el plano de Falla como una función lineal del esfuerzo normal, esta relación está definida por la siguiente ecuación: KEVIN FLOW CL Si el esfuerzo normal y el esfuerzo cortante sobre un plano de masa de suelo son tales que son representados en el punto a del gráfico entonces no ocurrirá una falla cortante a lo largo de este plano. Sin esfuerzo normal y el esfuerzo cortante sobre un plano son representados por el punto B entonces ocurrirá una falla cortante a lo largo del plano. Un estado de esfuerzo representado en el punto de del gráfico no existe por encontrarse sobre la envolvente de Falla y la falla cortante ya hubiera ocurrido en el suelo. KEVIN FLOW CL PLANO DE FALLA. CIRCULO DE MORH Y ENVOLVENTE DE FALLA La falla por cortante ocurrirá cuando el esfuerzo cortante sobre un plano alcance su máximo valor, lo que podría ser calculado por la ecuación: KEVIN FLOW CL AB es el plano principal en el terreno CD AD es el plano de Falla en el terreno EF En el círculo de Morh para Ø KEVIN FLOW CL FALLA POR ESFUERZOS CORTANTES EN SUELOS SATURADOS. En suelo saturado el esfuerzo normal va a ser igual al esfuerzo efectivo más la presión de poro. El esfuerzo efectivo es tomado por los sólidos del suelo por consiguiente el esfuerzo cortante podrá ser calculado mediante la fórmula. IMPORTANTE: 1. El valor de la cohesión para Arenas y gravas es 0. 2. El valor de la cohesión para las arcillas normalmente consolidadas es 0. 3. El valor de la cohesión para las arcillas sobre consolidadas es mayor de 0. KEVIN FLOW CL KEVIN FLOW CL VALORES TIPICOS DEL ANGULO DE FRINCCION INTERNA. PRUEBA DE CORTE DIRECTO El equipo consiste en una caja de corte metálico en la que se coloca el espécimen de un tamaño de 25 a 30 mm de altura y de 20 a 25 cm2 de área transversal. La carga está cortada horizontalmente en dos partes, la fuerza normal se aplica desde la parte superior de la caja de corte esta fuerza no debe ser menor a 1000 KN/m2 La fuerza cortante es aplicada moviéndose una mitad de la caja respecto de la otra para generar la falla en el espécimen del suelo. Dependiendo del equipo la prueba de corte puede ser controlada por el esfuerzo o por la deformación unitaria. KEVIN FLOW CL PRUEBAS CONTROLADOS POR ESFUERZO. Es aquella en la cual la fuerza cortante se aplica en incrementos iguales hasta que el espécimen falle lo cual tiene lugar a lo largo del plano de separación de la caja de corte, después de la aplicación de cada incremento de carga. El desplazamiento cortante de la mitad superior de la caja se mide con un micrómetro horizontal. PRUEBAS CONTROLADAS POR LA DEFORMACIÓN UNITARIA. Es aquella en la cual se aplica una razón constante de desplazamiento cortante a una mitad de la caja por medio de un motor que actúa atravez de engranajes, la fase constante del desplazamiento uniforme mide con un micrómetro horizontal. KEVIN FLOW CL EJERCICIO: Se han efectuado pruebas de corte directo en un suelo arenoso seco con un especimen de dimensiones 50 mm x 50 mm x 20 mm habiéndose obtenido los resultados siguientes. Encontrar los parámetros del esfuerzo cortante (T y T) KEVIN FLOW CL PRUEBA DE COMPRESION TRIAXIAL DE CORTE Es uno de los métodos mas confiables para determinar los parámetros de la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo, se considera confiable por las razones siguientes: 1. Proporciona información sobre el comportamiento, esfuerzo y deformación unitaria del suelo. 2. Proporciona condiciones mas uniformes de esfuerzo que la prueba de corte directo co sus concentraciones a lo largo del plano de la falla. 3. Permite mayor flexibilidad en los términos de aplicación de carga. KEVIN FLOW CL TIPOS ESTANDAR DE PRUEBAS DE COMPRESION TRIAXIAL. 1. Prueba consolidada drenada. 2. Prueba consolidada no drenada 3. Prueba no consolidada no drenada 1. PRUEBA CONSOLIDADA DRENADA. CD – CD CU UU CD – CD En esta prueba el espécimen se somete a una presión de confinamiento (T3) a todo su alrededor mediante compresión del fluido en la cámara. Conforme se aplica la presión de confinamiento, la presión de poro del agua del espécimen se incrementa en una cantidad Uc, se expresa en forma de un parámetro adicional igual a: Los valores que toma este parámetro son para suelos blandos saturados B=1; para suelos finos saturados B < 1. (firmes). TIPO DE SUELOS KEVIN FLOW CL Cuando la conexión al drenaje se mantiene abierta se disipa el exceso de presión de poro del agua por consiguiente también la consolidación volviéndose la presión de poro = 0. Si el esfuerzo desviador se incrementa en ΔTd permitiendo la completa discipación de la presión de poro de agua, se tendrá que no existe mayor incremento en la presión de poro en consecuencia el esfuerzo de confinam iento total será igual al esfuerzo de confinamiento efectivo. KEVIN FLOW CL Y el esfuerzo axial total y efectivo sera igual al esfuerzo de confinamiento mas el incremento del esfuerzo desviador. Se efectua varias pruebas sobre especimenes similares variando las presiones de confinamiento con los valores del esfuerzo de confinamiento y el esfuerzo axial de cada ensayo. Se dibi¿uja el circulo de mohor y se obtiene la envolvente de falla. Las coordenadas del punto de tangente de la envolvente de falla con el circulo de mohor dan los esfuerzos nomal y cortante sobre el plano de falla de ese especimen. Una prueba consolidad drenada sobre un suelo arcilloso lleva varios dias en terminarse por que el esfuerzo desexador tiene que aplicarse a escasa velociodad para garantizar un drenaje completo: KEVIN FLOW CL EJERCICIOS: 1. Efectuados los ensayos de comprension triaxial consolidada drenada en una muestra de arcilla normalmente consolidada se ha obtenido los resultados siguientes: Presion de confinamiento en la camara = 122 kn/m2 Incremento del esfuerzo desviador en la falla = 188 kn/m3 CALCULE: a. El angulo de friccion interna (Ø) b. El angulo de falla (ө) c. Calcule el esfuezo normal efeectivo sobre el plano de esfuerzo cortante maximo KEVIN FLOW CL EJERCICIO 2 2. Se tiene los resultados de dos pruebas traxiales drenados sobre una arcilla saturada. Se a obtenido que la mustra 1: Esfuerzo de confinamiento es igual a 70 kn/m2 Incremento del esfuerzo desviador es igual a 173 kn/m2 En la muestra 2: Esfuerzo de confinamiento es igual a 105 kn/m2 Incremento del esfuerzo desviador es igual a 235 kn/m2 Determine los parametros de la resistencia al corte del suelo ensayado. KEVIN FLOW CL PRUEBA CONSOLIDADA NO DRENADA CU. Es el tipo mas común de prueba triaxial, en este ensayo el especimen de suelo saturado es primero consolidado por una presión en todo su alrededor mediante el fluido en la cámara manteniéndose abierto el drenaje después que la presión de poro del agua generada por la presión de confinamiento ha sido completamente disipada, es decir cuando la presión de poro va a ser igual a cero (0) El esfuerzo desviador se incrementa sobre el especimen se mantiene cerrada. Como no se permite el drenaje, la presión de poro del agua crecerá en un valor ΔUd; Durante la prueba se hacen mediciones del incremento del esfuerzo desviador y del incremento de la presión de poro. El incremento de la presión de poro del agua se expresa en forma adimensional mediante el parámetro de la presión de poro. A diferencia que la prueba consolidada drenada los esfuerzos totales y efectivos principales no son iguales: KEVIN FLOW CL Como en esta prueba se mide la presión de poro en la falla los esfuerzos principales se analizan de la forma siguiente: Esfuerzo principal mayor en la falla: Esfuerzo principal mayor en la falla efectivo. Esfuerzo principal menor en la falla. Esfuerzo principal menor efectivo en la falla. Se efectúa pruebas sobre los especímenes similares con diferentes presiones de confinamiento para determinar los parámetros de resistencia al esfuerzo cortante. KEVIN FLOW CL KEVIN FLOW CL EJERCICIO. Se ha efectuado un ensayo de compresión triaxial consolidado no drenado con una muestra procedente de una arcilla normalmente consolidada obteniéndose los resultados siguientes: - Esfuerzo principal menor en la falla total = 95 kn/m2 Incremento del esfuerzo del ensayo deseados = 73.4 kn/m2 Incremento de la presión de poro = 53.5 kn/m2 Calcule el Angulo de friccion consolidado no drenado (ØCu) y el angulo de friccion drenado. KEVIN FLOW CL PRUEBA DE COMPRESION TRIAXIAL NO CONSOLIDADA NO DRENADA UU En esta prueba el drenaje del especimen del suelo no se permite durante la aplicación de la presión de la cámara. El especimen de prueba es cortado a la falla por la aplicación del esfuerzo desviador sin permitir el drenaje. Como no se permite el drenaje en ninguna etapa del ensayo este se efectua en forma rápida debido a la aplicación de la presión de confinamiento en la cámara. La presión de poro del agua en el especimen del suelo se incrementa en una cantidad Uc originando un aumento adicional en la presión de poro debido a la aplicación del esfuerzo desviador por consiguiente la presión de poro total en el especimen en cualquier etapa del ensayo será igual. La prueba Mu es usualmente llevada acabo sobre arcillas y en estos suelos la envolvente de falla para los círculos de mohor tienden a ser uniformes y el esfuerzo total se vuelve una línea horizontal por consiguiente el angulo de friccion interna será igual a cero (0) y el esfuerzo de corte será igual a la cohesión. KEVIN FLOW CL KEVIN FLOW CL La prueba de compresión sobre arcillas saturados es un tipo especial de prueba no consolidada no drenada se usa comúnmente para suelos arcillosos, en esta prueba la presión de confinamiento es cero (T3 = 0) una carga axial se aplica rápidamente al especimen para generar la falla. El esfuerzo principal mayor (T1) y como la resistencia de corte no drenada es independiente de la presión de confinamiento tendremos que el corte es igual a:
