Unidad III

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IV.1

IV.2

IV.3 IV.4

Introducción Resistencia al corte en suelos F Definición. F Criterios de falla  Deformación Plana Condición de falla Mohr Coulomb Obtención de los parámetros de resistencia al corte en campo y en laboratorio. F En campo: S. P. T.; cono eléctrico; veleta F En laboratorio: corte directo; compresión simple y triaxiales.

María del Rocío García Sánchez

2


Una de las funciones más importantes en la mecánica de suelos es: ➢

Predecir la magnitud de los esfuerzos, las deformaciones que estos ocasionan la falla, bajo cargas que produzcan deformaciones excesivas

María del Rocío García Sánchez

3


Definición .-

Es una propiedad mecánica, que se define como el valor máximo ó límite que presenta un material hasta que sus planos potenciales de falla deslizan, consecuencia de inducir esfuerzos normales

María del Rocío García Sánchez

N

T

T

T

N

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Es una alteración o un cambio en la estructura del suelo (remoldeo) acompañado por una gran deformación.

Es el inicio de un comportamiento inelástico del material.

En suelos la falla se debe al rodamiento o deslizamiento de los granos. Debido a este tipo de falla los esfuerzos de interés son los esfuerzos cortantes. María del Rocío García Sánchez

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Z Esfuerzos normales (sx,sy,sz) y Esfuerzos cortantes(txz=tzx, txy=tyx, tzy=tyz,)

sz tzx tzy

txz sx

tyz

sy

Y

tyx

txy

sx

X

sz María del Rocío García Sánchez

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En un medio continuo sometido a un estado de esfuerzos normales sx, s y, sz., se generan tres planos ortogonales.  Se define un plano al que resulten paralelos los segmentos representativos denominados esfuerzos principales.  Los esfuerzos normales y tangenciales paralelos a este plano son nulos. 

sy = tyx= tyz =0

María del Rocío García Sánchez

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Compresión (+)

sx

sz sz

sx

Tensión(-)

sx

María del Rocío García Sánchez

sz sz

sx

8


tzx (-)

+

txz (+)

María del Rocío García Sánchez

-

9


sz

Z

sx

tzx

A

txz

txz

m (-Sen , Cos ) txz

sx

sx

tzx sz

sn

 Cos  AB

P

n (Cos  Sen )

Sen  AB

tzx

sz

B

X

 sx tzx  T  t xz s z  

María del Rocío García Sánchez

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Sn = Tn s x Sn   t xz

t xz  cos    s x cos   t xz sen   s z   sen  t xz cos   s z cos  

s n = S nn sn  cos 

s x cos   t xz sen  sen   t cos   s cos  z  xz 

t = S nm t ¨cos  

sen  

s x cos   t xz sen     t xz cos   s z cos  

María del Rocío García Sánchez

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sx  sz  sx  sz  2 s1     ( t ) xz  2 2   2

Tan2  sx  sz  sx  sz  2 s3     ( t ) xz  2 2   2

María del Rocío García Sánchez

2t yz sz  sy

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Mohr Entre observaciones adicionales define la envolvente de falla, la cual es la tangente del circulo que representa las resistencias, por lo que basándose en análisis de falla plana se pueden encontrar los parámetros de resistencia

María del Rocío García Sánchez

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sx.- Esfuerzo normal en x sz.- Esfuerzo normal en z txz.- Esfuerzo cortante en el plano xz s3.- Esfuerzo principal menor s1.- Esfuerzo principal mayor s1 - s3.- Esfuerzo desviador s1 - s3 .- Radio 2 = Ángulo de falla sn .-Esfuerzo normal t.- Esfuerzo cortante María del Rocío García Sánchez

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sz

t

s

tzx s

sx txz

sn

st)

Orientación del Plano de

s3

Orientación del Plano s1

sz

tzx)

s s3

s1 sxtxz)

s3 s1

s1

s3 2

María del Rocío García Sánchez

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Sondeo profundo (Tubo Shelby) ó Sondeo superficial (Pozo a Cielo Abierto)

    

Corte directo. Compresión simple Compresión triaxial rápida Compresión triaxial rápida consolidada Compresión triaxial lenta


Dinámicos

Cinemáticas

Condición de falla en función de los esfuerzos actuantes.

Condición de falla en función de las deformaciones producidas

María del Rocío García Sánchez

Máximo esfuerzo cortante (Rankine). Máximo esfuerzo cortante ó la máxima diferencia entre los esfuerzos principales (Guest).

Máxima deformación unitaria elástica (Saint-Venant). Para altas presiones el material se comporta casi elástico (Brigman). 17


0.005 0.08 0.0055 0.006 0.00165 0.06 0.007

0.127 0.1397 0.1524 0.04191 0.1778

0.38608 0.57912 Falla frágil 0.77216 0.96520 1.15824 1.35128 1.54432 1.73736

0.3 0.45 0.72 1.1 1.73 2.48 4.6 8.3

1.93040 2.12344 2.31648 0.63703 2.70256

Falla plástica

0.18 0.16 Esfuerzo s 1s

0.0254 0.0381 0.0508 0.0635 0.0762 0.0889 0.1016 0.1143

Esfuerzos s1-s3

0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.12 0.004 0.0045 0.1

9.079 0.04 40.7148 10.5 0.02 10.0489667

0.12 0.1

0.08 0.06 0.04

0.02

0 0.00

0.14

0.50

1.00

1.50

2.00

0 0

Deformación Unitaria (%)

María del Rocío García Sánchez

10

20

30

Deformaciones Unitarias (%)

18

40

5


e

María del Rocío García Sánchez

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En Campo

obtienen parámetros de resistencia (c, f) o resistencia al esfuerzo cortante por medio de correlaciones

➢Sondeo

:Se

superficial 

 

Veleta Torcómetro Penetrómetro de bolsillo

Sondeo profundo

Penetración estándar (muestra alterada representativa) Penetración por cono eléctrico Penetración por cono dinámico (panda) Phitómetro

Dilatómetro plano de Marchetti

  

María del Rocío García Sánchez

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Z sz

H sx

sgH

sy

X Y

María del Rocío García Sánchez

sx

sz

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sz

w sz

+

sx



sz

sz +

sx

sx + sx sy + sy

sx +

sz +

sz

María del Rocío García Sánchez

sz

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sx


Sondeo profundo (Tubo Shelby) ó Sondeo superficial (Pozo a Cielo Abierto)

 

  

Corte directo. Compresión simple Compresión triaxial rápida Compresión triaxial rápida consolidada Compresión triaxial lenta


Cabezal

Piedra porosa

Mem brana de latex

Pedesta

María del Rocío García Sánchez

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s s

s

María del Rocío García Sánchez

25


s s1

s s

s

s s1

s

s

calcular

María del Rocío García Sánchez

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Esfuerzos principales s1, s2y s3, el más grande de estos tres esfuerzos es esfuerzo principal mayor , el más pequeño es el esfuerzo principal menor , en donde s2 = s3

Ko < 1 Ko = 1 Ko > 1

Esfuerzo principal menor

Esfuerzo principal menor

s1 = sv

sh = Ko s1

s1 = s3 = s v = s h s1 = sh = Ko sv

María del Rocío García Sánchez

s1 = sv

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Plano de falla

tf

s1s s

s

(s n,t)

2 2of

s

45f/2

f s1 ss

s 1 - s3

s

ss1 s

s1

s1 s3 2

María del Rocío García Sánchez

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P t

s n t)

sn t)

T

s n t)

f

s

t

A

sn t) sn t)

sn t) f

s P

t T

A

A María del Rocío García Sánchez

s

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1ª Fase

2ª Fase

t

N U

tc

T

U

s

Prueba: Rápida C

D

W

t

t = s n tan F

F

Prueba: Lenta

s C

U

W

t

t = c + s n tan F

F

Prueba: Rápida consolidada

mW ]

s María del Rocío García Sánchez

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s1= s3+ ss1< s3

s2 = s 3 < s1

María del Rocío García Sánchez

s3= s1+ s

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s1= s3+ ss1< s3

s2 = s3 < s1

María del Rocío García Sánchez

s3= s1+ s

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II. En Campo

obtienen parámetros de resistencia (c, f) o resistencia al esfuerzo cortante por medio de correlaciones

➢Sondeo

:Se

superficial 

 

Veleta Torcómetro Penetrómetro de bolsillo

Sondeo profundo 

  

Penetración estándar (muestra alterada representativa) Penetración por cono eléctrico Penetración por cono dinámico (panda) Phitómetro

Dilatómetro plano de Marchetti María del Rocío García Sánchez

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El Dilatómetro Plano de Marchetti (DMT) consiste una paleta plana que se hinca en el terreno y está provista de una fina membrana metálica circular expandible horizontalmente en el suelo mediante gas a presión. Se determinan la presión P0 requerida para iniciar el movimiento de la membrana y la P1 presión para un desplazamiento de 1,1 mm en el centro de la misma a intervalos regulares, usualmente de 20 cm.

María del Rocío García Sánchez

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Si N< 15 entonces N’ = N

Si N > 15 N’ = N + 0.5 ( N – 15)

Material fino

Material grueso

Consistenci a

No. de go lp es N

------

------

Kg/cm2

KPa

Muy blanda

<2

<0.25

<24.53

Blanda

2–4

0.250.5 0

24.5349.05

Media

4–8

0.50-1.0

49.0598.10

Firme

8– 15

1.0 - 2.0

98.10– 196.2

Muy firme

15-30

2.0 – 4.0

196.2– 392.4

>30

>4.0

Dura

qu = KN

Resistencia a la Compresión qu

>392.4

El valor María de Kdel= Rocío 12) García Sánchez

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Valores empíricos de ángulo de fricción interna ( f), compacidad relativa (Dr), peso volumétrico (g m) en suelos granulares basados SPT, a profundidades hasta 6 m ( f= 28º + 15º Dr aproximadamente)

Descripción Compacidad relativa

Dr SPT N’70

Fino Medio Grueso

f:Fino Medio Grueso peso volumétrico g m (KN/m3)

Muy suelta

Suelta

Media

Densa

Muy densa

0

0.15

0.35

0.65

0.85

1–2 2–3 3–6

3–6 4–7 5–9

7 – 15 8 – 20 10 – 25

16 – 30 21 – 40 26 – 45

¿? > 40 > 45

26 -28 27 – 28 28 – 30

28 -30 30 – 32 30 – 34

30 – 34 32 – 36 33 – 40

33 – 38 36 – 42 40 - 50

< 50

11 – 16

14 – 18

17 – 20

17 – 22

20 - 23

María del Rocío García Sánchez

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Material fino Resistencia qc 0 0

5

10

15

20

25

30

C : Cohesión no drenada media del suelo, en Kg/cm2 qc : Resistencia promedio a la penetración de punta el cono eléctrico en un cierto estrato, en Kg/cm2 NK :Factor de corrección (ver las graficas 1 ó 2a, para seleccionar el valor correspondiente) Fr : Factor de reducción, Fr :=0.75 para corregir la velocidad de hincado del cono respecto a una prueba triaxial

5

Profundidades

10

15

20

tf  c

25

qc  gZ Nk

qc Fr NK

María del Rocío García Sánchez

37


Suelo

Valores de Nk

Arcillas marinas blandas

15 – 24

Promedio para arcillas marinas blandas Arcillas preconsolidadas

17

Todos los tipos de suelos

5 – 70

Arcillas blandas

14

María del Rocío García Sánchez

17

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Materiales sin finos qc : resistencia en la punta (kg/cm2) 

sO´: esfuerzos efectivos (kg/cm2)

qc so´

400

Muy suel ta

Suelta

Media

Densa

300 200

f´   tanf ´   1  tan f´) tan  45  e 100 so 2  qc

2

50 10

20o 45o María del Rocío García Sánchez

25o

30o

35o

f

40o

39

Muy Densa


Veleta.- se aplica un par de torsión para hacer girar a una velocidad de 1º /s. Paleta rectangular

Paleta trapezoidal

María del Rocío García Sánchez

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Características de la veleta

Tamaño del ademe

Diámetro D, mm (pulg.)

Altura, H mm (pulg.)

Espesor de la paleta mm (pulg.)

Diámetro de la varilla mm (pulg.)

AX

38.1(1 ½)

76.2 (3)

1.6 (1/16)

12.7(1/2)

BX

50.8 (2)

101.6 (4)

1.6 (1/16)

12.7(1/2)

NX

63.5(2 ½ )

127.0 (5)

3.2 (1/8)

12.7(1/2)

4 pulg.

92.1 (3 5/8)

174.1 (7 ¼)

3.2 (1/8)

12.7(1/2)

(101.6mm)

Tamaños típicos (H/D)2

Laboratorio

Campo

12 x 12 mm

76 x 38 mm

16 x 16 mm

100 x 50 mm

H=1 D

tf =3 Tmáx 2 D3

H=2 D

tf =6 Tmáx 7 D3

2 D.- diámetro; H.- Altura de la veleta

María del Rocío García Sánchez

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T  f (Cu, H, D) T Cu ( campo )  K 2 D     D H  K   6  1    3H   10  2  Cu = lCu(campo) Bjerrum (1972)

Morris y Williams (1994)

l= 1.7 – 0.54 log ( IP) l= 1.18 e - 0.08 (IP) +0.57 l =7.01 e - 0.08 (IP) +0.57

María del Rocío García Sánchez

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Establece que sistemas estáticamente equivalentes producen los mismos efectos.

Sin embargo, se puede concluir que la aplicación de la carga en un tramo limitado puede considerarse como una discontinuidad que provoca alteraciones en la transmisión de la carga. No obstante, a una distancia suficientemente alejada de la zona de aplicación, dicha discontinuidad no tiene afecto alguno.

María del Rocío García Sánchez

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