apuntes 2013-1- capitulo viii

8/16/2019 Apuntes 2013-1- Capitulo VIII

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CAPITULO VIII

Comportamiento mecánico desuelos granulares

Comportamiento de suelos

Nos importa:

- relación tensión deformación

- resistencia del suelo


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Talud

Zapata corrida

Falla de suelosSuelos generalmente fallan en corte

Cuando la resistencia al corte mobilizada = resistencia al corte del suelo FALLA!!

Superficie de falla

Resistencia al cortemobilizada

Criterio de falla de Mohr-Coulomb

'tan'' f f c

La resistencia al corte esta compuesta por:

’ f

f

’

'

c’ c’

’f tan ’ componentefriccional


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Elementos de suelos en localidades distintas

Superficie de falla

XX

X ~ falla

YY

Y ~ estable

’

'tan'' c f

Y

c

c

c

c+

El elemento de suelo no falla si el circulo de

Mohr esta dentro de la superficie de falla

GL


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Y

c

c

c

GL

Comportamiento de suelosCuando una masa de suelo es cargada,

esta responde con un cambio de volumen,el cual puede ser positivo o negativo.

1. Estado suelto: salida de agua, cambio de

volumen positivo respuesta contractiva2. Estado denso: entrada de agua, cambio

de volumen negativo respuestadilatante


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Existen dos tipos de respuestas:

1. Respuesta drenada: entra o sale agua arreglo posición de partículas CAMBIODE VOLUMEN

2. Respuesta no drenada: agua no entra nisale particulas tratan de moverse pero

no pueden cambio en presión de poros

Comportamiento de suelosDado lo anterior, tenemos:

1. Respuesta contractiva:- caso drenado: disminución de volumen- caso no drenado: presión de poros (+)

2. Respuesta dilatante:- caso drenado: aumento de volumen- caso no drenado: presión de poros (-)


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Como determinamos c y ???

Ensayo de corte directo


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Ensayo de Corte Directo


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Porous plates

Pressure plate

Steel ballP

Proving ring to

measure shear force

S


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Direct shear testP

Pressure plate

Steel ball

Proving ring tomeasure shear force

S

Porous plates


H

v1 = ctefalla1

v2 = ctefalla2

v3 = ctefalla3


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v v1

falla1

v2

falla2

v3

falla3

c

: ángulo de fricción interna

C: cohesión

Criterio de rotura (o falla) deMohr Coulomb:

f = c + vtan

EjemploSe realiza una serie de tres ensayos de corte directo en

arenas obteniéndose los siguientes resultados

H v = 0.5 v = 1.0 v = 2.0

0 0 0 0

0.013 0.38 0.68 0.88

0.025 0.49 0.91 1.36

0.038 0.54 1.02 1.64

0.051 0.55 1.07 1.80

0.064 0.55 1.10 1.930.076 0.55 1.10 1.98

0.089 0.55 1.10 2.03

0.102 0.54 1.08 2.03

0.114 0.53 1.05 2.03

0.127 1.97

0.152 1.89

Se pide obtener c y


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Ensayo triaxial

Ensayo triaxial


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Ensayo triaxial

Ensayo triaxial

c c

c

+

Δ c

=

c = 3 c = 3

c + Δ = 1


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Ensayo triaxial

3 1 = 3 + Δ

c

Δ /2

Ensayo triaxial

c1 c1 + Δ 1 c2 c2 + Δ 2 c3 c3 + Δ 3

c

Envolvente de falla


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Criterio de falla Mohr Coulomb

falla = c + ’ tan

El suelo solo falla en TENSIONESEFECTIVAS

Valores típicos de ángulo de fricción interna

TIPO DE SUELO (°

)

Arena (granos redondeados)

Suelta 27 – 30

Media 30 – 35

Densa 35 – 38

Arena (granos angulares)

Suelta 30 – 35Media 35 – 40

Densa 40 – 45

Grava con algo de arena 34 – 48

Limos 26 - 35


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Tipos de ensayos triaxiales

Valvula de drenaje abierta?

si no

Muestaconsolidada

Muestra noconsolidada


si no

Carga drenada

Carga nodrenada

Bajo presion de confinamiento c

cc

c

cPaso 1

Esfuezo desviador( = q)

Carga

Paso 2

c c

c+ q

Tipos de ensayos triaxiales


si no

Muestra consolidada

Muestra no

consolidada

Bajo presion de confinamiento c

Paso 1


si no

Cargadrenada

Carga no

drenada

Carga

Paso 2

Ensayo CID

Ensayo CIU

Ensayo UU


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Ensayo triaxial

3 tipos:- CIU: isotrópicamente consolidado, nodrenado

- CID: isotrópicamente consolidado,drenado

- UU: no consolidado, no drenado

Comportamiento de suelosPodemos agrupar el comportamiento

mecánico de suelos de la siguiente forma:

- Suelos no cohesivos:- sueltos- densos

- Suelos cohesivos:- normalmente consolidados- pre consolidados


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E s

f u e r z o

d e s v

i a d o r ,

d

Desformacion axial

Arena densa o ArcillaPC

( d)f

Arena densa o ArcillaPC

Arena suelta o ArcillaNC

C a m

b i o v o

l u m e

t r i c o E

x p a n s

i o n

C o m p r e s

i o n

Desformacion axial

Ensayo CID


( d)f

Aplicaciones practicas de analisis CID para arcillas

Arcilla

1. Construccion muy lenta, en capas sobre arcilla


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2. Embalse

Nucleo


3. Excavacion o talud natural en arcilla

CID simula condiciones de largo plazo en terreno.



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E s

f u e r z o

d e s v

i a d o r ,

d

Desformacion axial

Arena densa o Arcilla

PC

( d)f

Arena densa o ArcillaOC


u

+

-Desformacion axial

Ensayo CIU


( d)f

Arcilla

Aplicaciones practicas de analisis CIU para arcillas

1. Construccion rapida, en capas sobre arcilla


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2. Vaciamiento rapido de embalse

Nucleo


3. Construccion rapida

Suelos estan completamente consolidados pero se aplica una carga rapida que no permite que ocurra drenaje



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e

logp’

Línea de estadoúltimo

p

q

Línea de estado

último

q =a + Mp’ e c = e r - log(p’/p r )

Generalmente e r = cuando p r ’=1 kPa

ec = - log(p’)

sen

ca

sen

sen M

3

cos3

3

3

Línea deconsolidacionisotropica

Para conocer cuanto resiste el suelo,necesito:

- Cohesión ( c ) y ángulo de fricción ( )

- Nivel de carga y trayectoria de tensiones


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Ejemplo trayectoria de tensiones

Para otros aspectos del comportamientose realizan otros tres ensayos con unatensión vertical v = 1.5 kg/cm 2.Determinar para cada uno de ellos latensión de corte en la falla.

Ejemplo trayectoria de tensionesEnsayo 1: el modo de carga es tal que al

aumentar en una unidad el corte, la tensiónnormal disminuye en una unidad

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Sabemos que:

f = 0.97 x v

Trayectoria de tensiones:

= - v + 1.5

Igualando tenemos:

= 0.74 kg/cm 2


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Ejemplo trayectoria de tensionesEnsayo 2: el modo de carga es tal que al aumentar

en una unidad el corte, la tensión normalaumenta en una unidad

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Sabemos que:

f = 0.97 x v


= v - 1.5

Igualando tenemos:

= 48.5 kg/cm 2 0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60

Ejemplo trayectoria de tensionesEnsayo 3: el modo de carga es tal que al aumentar

en una unidad el corte, la tensión normalaumenta en dos unidades

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Sabemos que:

f = 0.97 x v


=0.5x v – 0.75

Igualando tenemos:

= -1.54 kg/cm 2 -5

0

5

10

15

20

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20


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Trayectoria de tensiones

c c

c

+

Δc

=

c = 3 c = 3

c + Δ = 1

p = ( 1 + 2 + 3)/3

q = ( 1 - 3)/2

p = ( c + + 2 c)/3 = c + /3

q = ( c + - c)/2 = /2

p = c + 2q/3 q = (3/2)(p - c)

Trayectoria de tensionesq

p

Envolvente de falla

c1 c2 c3

q = (3/2)(p - c)

Trayectoria detensiones de ensayodrenado

En un ensayotriaxial sonposibles distintastrayectorias detensiones


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Caso drenado de arena sueltaSerie triaxial

e

p

LEU

Curva de consolidación isótropa

c1 c2 c3P f1 P f2 P f3

Comportamiento no drenado en arenas

LEU

q

p’

denso

Densidad media

Arena suelta


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e

p

LEU

denso

Densidad media

Arena suelta

Comportamiento no drenado en arenas

Normalmente consolidadoPre consolidado

3

2

u >0

q

p’

Comportamiento no drenado en suelo fino (limo – arcilla)

Norm. Consolidado : se diseña con no-drenadoPre. Consolidado : se diseña con drenado

LEU


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e

p

LEU

denso

Pre consolidado

Normalmente consolidado

Comportamiento no drenado en arcillas

• En ambos casos puedodesarrollar la mismaresistencia, lo quecambia son los nivelesde deformación

• Estado ultimo es elmismo para el estadosuelto y denso unico

a

q

suelto

denso

peak

Estadoultimo

d s


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peak

residual

Para igual presión de confinamiento

Caso drenado

LEU

q

pp0

e

eo suelto

e1 denso

e final

Estado último

Donde las deformaciones volumétricasno sufren variación


Caso drenado


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e

p

LEU

p0

eo suelto

e1 denso

e final


Caso drenado

q Para igual índice de hueco (ei = cte)

Caso no - drenado

u < 0

u > 0

q final


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LEU

q

p’ p0

Para igual índice de hueco (ei = cte)

Caso no - drenado

p1

u < 0

u > 0q final

e

p’

LEU

p0

suelto

denso

e finalei =cte

Para igual índice de hueco (ei = cte)

Caso no - drenado

p1

e0 e1


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Comportamiento de suelos• Para el caso no drenado, lo mas

importante es el cambio en la presión deporos, no el ángulo de fricción interna ni lapresión de confinamiento inicial

• Para el caso drenado, lo mas importantees el nivel de presiones iniciales y elángulo de fricción interna. Importa ademásla trayectoria de tensiones


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33/33

31/05/

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

0.1 1 10

p´

eLEU

LEI

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

0.1 1 10

p´

e

LEU

LEI

Serie3

Evaluando p’ = 3 kg/cm 2 en LEI:

e = 0.9-0.2log(3) = 0.805

Como es un ensayo nodrenado, no hay cambio devolumen, por lo que el índicede huecos se mantieneconstante. Evaluando e = 0.805en LEU:

0.805=0.81-0.2log(p f ’)

p f ’ = 1.064 kg/cm 2

Además sabemos que =30

°

M=3sen30/(3-sen30)=0.6

Finalmente q =Mp q f = 0.6x1.064 = 0.638 kg/cm 2

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 1 2 3 4 5 6

p´

q

apuntes 2013-1- capitulo viii

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