modulo i ms2

7/23/2019 Modulo i Ms2

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MODULO I: PROPIEDADES MECANICAS YCOMPRESIBILIDAD DE LOS SUELOS

1.1 Esfuerzo Cortante

Generalidades* Es el mximo valor de resistencia al corte del suelo, que se puede inducir dentro de sumasa antes de que falle.* La evaluacin de los parmetros de la resistencia al corte, es parte necesaria de los

procedimientos analticos y de diseo relacionados con cimientos, muros de retencin ypendiente del terreno.

Si en (b) y (c), las partculas no se han desplazado:

Nv Nh Th TvGv = ---------, Gh = -------, h = ---------, v = -----------

a a a a

Donde N = Fuerza Normal, y T = Fuerza tangencial.

Si el suelo esta seco, la presin en la fase intersticial es nula, luego el esfuerzo puedeimaginarse como la fuerza existente en el esqueleto mineral por unidad del rea del suelo.

Los esfuerzos entre partculas pueden ser muy grandes, alcanzando valores de hasta 7000kg/cm.


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Esfuerzos Geostticos

Se llama esfuerzos geostticos cuando estos se aplican sobre un suelo de superficiehorizontal; y, cuando su naturaleza vara muy poco en direccin horizontal. Este caso se

presenta frecuentemente en especial en suelos sedimentarios.

No existen esfuerzos tangenciales sobre planos verticales y horizontales a travs del suelopara los esfuerzos geostticos, de aqu que:

Gv = z Esfuerzo Geosttico Vertical

A la relacin:

Gh-------- = k (Generalmente Gh < Gv)

Gv

Donde k = Coeficiente de esfuerzo lateralSi en el suelo no se ha producido deformaciones laterales k = ko. Si el suelo evidenciacargas importantes en el pasado, Gh supera al Gv, y ko puede alcanzar valores de hasta 3.

Esfuerzos Conjugados

.En cualquier punto sometido a esfuerzos, existen 3 planos ortogonales, en los cuales los 0esfuerzos tangentes son nulos. A estos planos se les denomina Planos Principales.

Los esfuerzos normales que actan sobre estos planos se denominan ESFUERZOSPRINCIPALES.

En mecnica de suelos, los esfuerzos de traccin son (-); y, los de compresin son (+).


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Conclusiones:

* El esfuerzo cortante mximo se produce cuando sen 2 = 1, = 45

( G1 G3)

mx = ---------------2

* El esfuerzo normal mximo, se produce cuando cos 2 = 1, = 0

G mx = G1

* El esfuerzo normal mnimo, se produce cuando cos 2 = -1, = 90

G mn = G3

Circunferencia de Mohr

Otto Mohr, desarroll un procedimiento grfico para resolver las ecuaciones y hallar G y en un plano perpendicular a uno de los planos principales, y que formen un ngulo conel mayor de los otros dos planos principales.


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Deformacin y Falla

Todo material sometido a esfuerzos, sufre deformaciones, dependiendo esta deformacinde la resistencia del material y de la combinacin de esfuerzos. La resistencia del suelo a lafalla, depende del campo de esfuerzos y el tiempo. No es fcil definir el punto de falla rotura.

En suelos y rocas E no es constante en todo el rgimen posible de esfuerzos, ni es el mismopara carga y descarga. El mdulo de Poissn ( ) es la relacin entre las deformacioneslaterales y directas.

= - x/ z = - y/ z

Para materiales elsticos ideales 0 < < 0.5

= 0, no se deforma lateralmente (prisma de corcho goma esponjosa) = 0.5, volumen no cambia por efecto de la carga (gelatina).

Falla Rotura


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Se produce esencialmente por , pero el valor crtico de ste, est regulado por el Gactuando en la superficie de falla potencial.

Es una representacin grfica de una condicin lmite particular (/). Los puntos bajo laenvolvente representan posibles relaciones de esfuerzos anteriores a la flexibilidad,mientras los que estn sobre la envolvente representan la relacin de esfuerzos en laflexibilidad. No pueden existir puntos reales sobre la envolvente.

Trayectoria de Esfuerzos

Frecuentemente se desea representar los sucesivos estados de esfuerzos que existen en unamuestra de suelo al cargarla. En el crculo de Mohr, y en el diagrama p q.

Relaciones entre Esfuerzos principales

G1 = G3 N + 2c N


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Donde N = (1+sen/1-sen) = tg ()

Mtodos para hacer pruebas de Esfuerzo Cortante

Los mtodos mas usados son:

Mtodos de Laboratorio* Prueba de Corte Directo* Compresin Simple Sin Confinar* Triaxial

Mtodos de Campo

* Prueba de la Veleta* SPT (Estndar Penetration Test)

* DPL (Prueba de penetracin dinmica ligera)* Mtodo del cono Holands

Mtodos de Laboratorio:

Prueba de Corte Directo

Se encuentran limitados a los suelos limosos con caractersticas intermedias entre la arena yla arcilla. Para suelos granulares con ms de 5% de arena fina y limo:

= 25 + 0.15 DR (DR en %)

Para suelos granulares con menos de 5% de arena fina y limo:

= 30 + 0.15 DR

La tapa y fondo de la caja pueden ser placas porosas.Se registran P, S el deslizamiento y z de la muestra. Se realizan tres ensayos condiferentes cargas normales.

Desventajas:

* La distribucin de los esfuerzos no es uniforme en toda la superficie donde se produce el (mayores en los bordes y menores en el centro).


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* El suelo esta obligado a cortarse en un plano pre determinado, que puede no ser el masdbil (resistencia alta).* Es difcil controlar el drenaje.

CORTE DIRECTO

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

2,25

2,50

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

ESFUERZO NORMAL

ESFUERZOD

ECOR

Prueba de Compresin Simple sin Confinar

En este caso 3= 0Los suelos sin rozamiento interno se rompen segn = 45, donde:1 = qu = P/A = Carga/rea corregida = 2cEl rea corregida (A) ser:


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En la figura: = dh/hAh = AhA = Ah/h

Pero: h = h-dh = h h = h (1 )

Luego: A= A h/((h )) = A/(1 )Entonces:

A= A/(1- )

La Sensibilidad (St) de una arcilla se mide de la siguiente manera:

St = qu(inalterada)/qu(alterada)


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COMPRESION INCONFINADA

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,00 0

1,20 0

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

DEFORMAC ION UNITARIA (%)

Pruebas Triaxiales


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Mtodos de Campo:

Prueba de Veleta

Formula para determinar el esfuerzo de corte: c = 2T/(DL), donde:T = Momento de torsinD = Dimetro de la veletaL = Longitud de la veleta

Prueba del SPT


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NoProf.(m)

Dens.Unt.(ton/m)

C.Peck Cn

SPTN

NcorrNapa

Esf.Efect.

(ton/m)

Correc.Esf.

Efect.Ncorr. Nprom SUCS Cota

1 0,00 1,60 0 0 0 0,00 1,00 0 0 CL 25,19

2 0,75 1,60 17 9 9 1,20 1,00 9 9 CL 24,44

3 1,50 1,60 20 10 10 2,40 1,00 10 9 CL 23,69

4 2,25 2,00 13 7 7 3,15 1,39 9 9 SP 22,94

5 3,00 2,00 57 29 22 3,90 1,32 29 14 SW 22,19

6 3,75 2,00 19 10 10 4,65 1,26 12 14 SW 21,44

7 4,50 2,00 49 25 20 5,40 1,21 24 15 SW 20,69

8 5,25 2,00 71 36 25 6,15 1,16 29 17 SW 19,94

9 6,00 2,00 83 42 28 6,90 1,13 32 19 SW 19,19

10 6,75 2,00 125 63 39 7,65 1,09 42 21 SW 18,44

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

0 10 20 30 40 50

Ncorr

Profundidad(m)


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Prueba de DPL


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4. Compresibilidad y Asentamiento

Generalidades

La deformacin en suelos, no se produce en forma simultnea a la aplicacin de la carga,sino que se desarrolla en el transcurso del tiempo.Un estrato de suelo confinado por la masa circundante y sujeto a un aumento relativamenteuniforme de esfuerzo, la relacin de vacos (e) decrece de modo apreciable.

Prueba de Compresibilidad:

CONSOLIDOMETRO (EDOMETRO)


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Compresin de un estrato de suelo

eo = relacin de vacos inicial

De las figuras se deduce:

H e-------- = ------------H 1 + eo

Luego:H e

H = --------------1 + eo

Relacin entre el esfuerzo efectivo y la relacin de vacos:

La pendiente de la curva es una medida de la compresibilidad del suelo. En la forma G- (Esfuerzo-Deformacin)

d mv = -------

dG

ESCALA NATURAL ESCALA SEMILOGARITMICA

Donde mv = coeficiente de compresibilidad volumtrica (deformacin vertical es

aproximadamente igual a la deformacin volumtrica).Otra forma de expresin es el Coeficiente de Compresibilidad av:


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de

av = ---------dG

Los coeficientes mv y av se relacionan:avmv = ----------

(1+eo)

mv y av son variables y disminuyen conforme aumenta el esfuerzo.

Mtodo emprico para el trazado de la curva de Compresibilidad

Cuando no se pueden efectuar pruebas de consolidacin necesarias, Terzaghi propone lasiguiente expresin para determinar el trazado de la curva de compresibilidad:

e = eo Cc log (p/po)

Go+ Ge = - Cc log (-------------- )

Go

Go = Esfuerzo de la sobrecarga del sueloCc = ndice de compresin (pendiente de la curva virgen en papel semilogartmico).

Mecanismo de Compresin

* La de mayor importancia es la flexin y distorsin de la fase slida (reversible elstico).* La fractura de los slidos en los puntos de contacto no es reversible (descompresin

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