RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE

Transcripción

1 RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE Elaborado por : JAIME SUAREZ DIAZ BUCARAMANGA COLOMBIA

2 RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE τ = c + (σ - µ) Tan φ (ECUACION DE COULOMB) ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

3 φ = ANGULO DE FRICCION ROZAMIENTO = TAN φ DEPENDE DE: TAMAÑO O DE LAS PARTICULAS FORMA DE LAS PARTICULAS DISTRIBUCION DE TAMAÑOS DE PARTICULAS DENSIDAD ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

4 C = COHESION -CEMENTACION - ADHERENCIA EN SUELOS GRANULARES C = O

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6 COHESION APARENTE EN SUELOS NO SATURADOS LAS TENSIONES CAPILARES GENERAN UNA ADHERENCIA ENTRE LAS PARTICULAS DENOMINADA: COHESION APARENTE ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

7 RESISTENCIA A LA FRICCIÓN W N S N Ø W Ø S N Tan Ø = = Fricción S = N Tan Ø S = Fuerza de cortante necesaria para que se deslice S ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

8 FRICCION + COHESION Goma N C W Ø S S = C + N Tan Ø Ø = Angulo de fricción interna C = Cohesión N S C Ø W ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

9 Curva Esfuerzo - deformación τ τ x τ Dúctil (No sensitivo) Esfuerzo de cortante Frágil (Sensitivo) Elaborado por : Desplazamiento horizontal x

10 RESISTENCIA PICO Y RESISTENCIA RESIDUAL ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

11 Condiciones drenadas Se dice que una condición n es drenada cuando el agua es capaz de fluir hacia afuera o hacia adentro de la masa de suelo cuando es sometida a una carga y no se producen presiones de poro

12 Condiciones no- drenadas Se dice que una condición n es drenada cuando el agua no es capaz de fluir hacia afuera o hacia adentro de la masa de suelo cuando es sometida a una carga y se producen presiones de poro

13 Presión n de poros En general, la presión n de poros consiste en la presión n en el agua dentro de los poros del suelo y se identifica con la letra u,, el cambio de presión n de poros se denomina como u, exceso de presión n de poros o deficiencia de presión n de poros inducidas por las condiciones de carga.

14 Aumento de presión n de poros en el momento de una lluvia

15 Cambio de presión n de poros por lluvias con el tiempo

16 Esfuerzos totales y efectivos Esfuerzo total = esfuerzo efectivo + presión n de poros

17 Resistencia drenada y no-drenada La resistencia drenada es la resistencia del suelo cuando se carga en forma lenta y no se producen presiones de poro en exceso debidas a la aplicación n de la carga La resistencia no-drenada es la resistencia del suelo cuando se carga hasta la falla en condiciones no-drenada o sea cuando las cargas que producen la falla se aplican sobre la masa de suelo a una velocidad superior a la del drenaje del suelo.

18 ENVOLVENTE DE FALLA Y CIRCULO DE MOHR Punto de tangencia Circulo de Mohr ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

19 RESISTENCIA Uf<0 τ Esfuerzo de cortante Elaborado por : Uf>0 Esfuerzos efectivos (Drenados y no drenados) φ' Esfuerzos totales (No drenados) S=C, φ =0 c' σ σ σ Esfuerzos efectivos totales ' o

20 Envolvente de falla para arcillas saturadas Para presiones mayores a la presión de preconsolidación la envolvente pasa por el origen C =0 φ' NC τ Esfuerzo de cortante Alta presión de consolidación Elaborado por : φoc' C 2 ' c' φoc' Baja presión de consolidación Esfuerzos efectivos σ '

21 Envolvente suelos granulares 1500 Angulo de fricción secante 38.2 para σ =650 psi (4480 kpa) Esfuerzo de cortante -psi τ Envolvente curva Esfuerzo normal efectivo σ-psi

22 Reducción del ángulo de fricción Angulo de friccion interna-φ φ 0 φ es la reducción del angulo de friccion para un aumento de 10 veces σ 3 φ0= φ a 1 atmosfera Envolvente de esfuerzo efectivo φ (Reducción de ángulo de fricción) 1 10 Presion de confinamiento efectiva σ'3 = Escala Presion atmosferica Pa logaritmica

23 τ Envolvente para arenas gravas o enrocados A mayor densidad la envolvente es mas curva Esfuerzo de cortante Denso φ' Denso Suelto φ' Suelto Esfuerzo efectivo σ'

24 Envolvente para arcillas parcialmente saturadas Uf<0 Uf>0 Esfuerzo efectivo (Drenado y nodrenado) Esfuerzo de cortante τ Esfuerzo total (No drenado) Elaborado por : Esfuerzos totales (No drenados) S =C, φ =0 c' Esfuerzos efectivos σ totales σ' o σ

25 Trayectoria de esfuerzos Esfuerzo de cortante τ Envolvente de esfuerzo efectivo Elaborado por : Resistencia no drenada Trayectoria de esfuerzos no drenados Esfuerzo efectivo σ' (KPa) φ' Resistencia drenada Trayectoria de esfuerzos drenados Esfuerzo inicial

26 Análisis a corto y a largo plazo Análisis a corto plazo En análisis a corto plazo se refiere a las condiciones durante la construcción n o inmediatamente después s de terminada la construcción. n. Por ejemplo, si se construye un terraplén n de material arenoso sobre una fundación de arcilla en un tiempo de dos meses el análisis a corto plazo se refiere a estos dos meses. Análisis a largo plazo Después s de un periodo prolongado de tiempo las arcillas cargadas alcanzan una condición n drenada y el análisis a largo plazo puede realizarse en condiciones drenadas.

27 Falla progresiva A Rebote Talud excavado Arcilla sobre-consolidada Esfuerzo de cortanteτ C B Tiempo t1 A B C Superficie de falla potencial Desplazamiento horizontal- x B C Esfuerzo de cortanteτ C A Tiempo t2 Esfuerzo de cortante τ B Tiempo t3 A Desplazamiento horizontal- x Desplazamiento horizontal- x

28 Altura del relleno P τ Nivel del agua 0 Esfuerzo cortante promedio τ en el punto P Tiempo u 0 Presión de poros Presión debida al nivel del agua Tiempo Variaciones con el tiempo del esfuerzo de cortante, la presión n de poros y el factor de seguridad para un terraplén n sobre una arcilla saturada Altura del relleno Se aplica método φu=0 ru Promedio Relación de persión de poros promedio sobre la superficie de falla Factor de seguridad Factor de seguridad contra falla de la fundación Método (C φ ) 0 ru= u/γz Tiempo 0 Disipación de presión de poros Presión de poros de equilibrio Tiempo Construcción rápida

29 Nivel de agua original Nivel piezométrico inicial Nivel de agua final Nivel piezométrico final Linea equipotencial Presiñon de poros µ 0 Nivel de agua final A=1 A=0 Presión de poros al final de excavación A=1 Presión de poros al final de excavación A=0 Nivel de agua final Tiempo Variación n con el tiempo de la presión n de poros y del factor de seguridad durante y después s de la excavación n de un talud en arcilla Se aplica método φu=0 Factor de seguridad F 0 Nivel de agua final A=0 Factor de seguridad Método (C φ ) A=1 Redistribución de presión de poros Presión de de poros de equilibrio Tiempo Construcción rápida

30 ECUACION DE COULOMB PARA SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS τ = c + (σ - µ) Tan φ + (µ - µa) Tan φ

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32 σ1f Vertical β=90 3A-14 Horizontal β=90 σ1f Inclinado β=30 σ1f 30 Su Su = Su vertical Su pra β Lutita, Su=3300 kpa Lutita, Su=125 kpa Arcilla, Su=28kPa Lodo, Su=19kPa β=angulo del eje de la muestra triaxial con la horizontal en el terreno

33 Fatiga (creep) 1 hora 1 día 1 Semana Tiempo de falla en minutos Resistencia la compresión (σ1 σ3)f -psi Resistencia la compresión (σ1 σ3)f -KN/m² Porcentaje de la resistencia a corto plazo

34 ENSAYOS DE RESISTENCIA El objetivo es obtener: Envolvente de falla efectiva (c' and φ' ) Resistencia al cortante ς max = c' + σ N ' tan φ' Resistencia total o no drenada S u o c u S u / σ vo ' = 0.5 sen φ' OCR 0.5 ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

35 TIPOS DE ENSAYO Compresión inconfinada o simple Compresión triaxial Corte directo Columna resonante Veleta miniatura C B R ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

36 ENSAYO DE COMPRESIÓN N INCONFINADA ESFUERZO AXIAL ESFUERZO AXIAL ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

37 Inconfinada (U) Carga de falla Conf. es cero Plano de falla de menor resistencia ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

38 RESISTENCIA A LA COMPRESION INCONFINADA 120 Unconfined Compression Axial Stress, σ a (kpa) Axial Strain, ε a (%) qu = 102 kpa = 2 cu Resistencia al corte no-drenado cu = su = 51 kn/m2

39 ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ ENSAYO DE COMPRESIÓN N INCONFINADA Ensayo Ø= 0 Esf. De corte, τ Esf. De corte, τ C C = q u 2 Esf. Normal, σ

40 ENSAYO DE COMPRESION SIMPLE ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ S u = 1/2 qu

41 ENSAYO DE COMPRESIÓN N INCONFINADA Ensayo rápido y económico para aproximar la resistencia de suelos cohesivos a poca profundidad. Son poco confiables para muestras obtenidas a profundidades grandes. Solo debe realizarse en muestras extruídas directamente del tubo y ensayados a la totalidad de diámetro original. ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

42 ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL Esfuerzo Axial σ 1 Esf. lateral σ 3 suelo σ 1 σ 3 ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

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46 ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

47 ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ Envolvente de falla τ Ø S = C + σ Tan Ø S = C + σ Tan Ø Esf.. De corte, τ C σ σ 3 σ 1 Esf.. normal, σ

48 ENVOLVENTE DE MOHR SM/ML Residuum, Opelika NGES, Alabama 600 Shear Stress, τ (kpa) Mohr-Coulomb Parameters: c' = 0; φ' = 34.0 σ3f' Effective Normal Stress, σ N ' (kpa) tanφ' = ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

49 TRAYECTORIA DE ESFUERZOS SM/ML Residuum, Opelika NGES, AL 300 Mohr-Coulomb Parameters: q = = (σ1' - σ3')/2 (kpa) q = 0.58 p' r 2 = 0.93 n = 22 c' = 0; φ' = p' = (σ 1 ' + σ 3 ')/2 (kpa) sinφ' ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

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51 TIPOS DE ENSAYO TRIAXIAL No consolidado No drenado (UU) Consolidado No drenado (CU) Consolidado drenado ( CD) Consolidado No drenado con medición de presión de poros (CU o CU ) ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

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53 ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO DRENADO C D La muestra es consolidada La carga se aplica permitiéndole a la muestra drenar Aplicable para evaluar resistencia a largo plazo ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

54 TRIAXIAL CONSOLIDADO - DRENADO - ES LENTO - FACIL DE HACER - ES EL MAS UTILIZADO - LA VELOCIDAD DE ENSAYO NO DEBE PERMITIR PRESIONES DE PORO SUPERIORES AL 50% DE LA PRESION DE CONFINAMIENTO

55 ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO DRENADO C D Se gasta mucho tiempo para encontrar la resistencia a esfuerzos efectivos para un rango de presiones de consolidación. Se requiere ensayar varias muestras. Los resultados son útiles para estabilidad de taludes en cortes. ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

56 ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO NO-DRENADO C U A la muestra se le permite drenar al colocarle la carga de consolidación. Se impide el drenaje para colocarle la carga axial. CU con/ presión de poros (CU) ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

57 TRIAXIAL CONSOLIDADO- NO DRENADO C U EJEMPLO: - COLOCACION RAPIDA DE UN TERRAPLEN - DESEMBALSE RAPIDO DE UNA PRESA

58 ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO NO-DRENADO C U Ensayo rápido con varias muestras para determinar la resistencia al corte para un rango de presiones de consolidación. Si se miden las presiones de poro se pueden determinar los parámetros de presión efectiva. Los resultados son útiles para problemas de construcción por estapas. ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

59 ENSAYOS TRIAXIALES NO-CONSOLIDADOS NO-DRENADOS U U No se permite el drenaje de las muestras durante la totalidad de los mensayos. Los resultados dependen del grado de saturación (S) Si S = 100% φ = 0 Este ensayo no produce resultados confiables para suelos granulares saturados.

60 ENSAYOS TRIAXIALES NO-CONSOLIDADOS NO-DRENADOS U U Rápidos y relativamente económicos micos. La confiabilidad depende de que la muestra retenga las propiedades In-situ. Los ensayos deben realizarse solamente en muestras extruídas directamente del tubo y ensayados a la totalidad del diámetro metro. Utilizados para problemas de estabilidad de terraplenes. ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

61 TRIAXIAL NO CONSOLIDADO NO DRENADO U U (ENSAYO RAPIDO) CARGA COLOCADA MUY RAPIDAMENTE SOBRE UNA ARCILLA NO SATURADA

62 φ MAYORES CONSOLIDADO DRENADO C D φ MENORES NO CONSOLIDADO NO DRENADO U U ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

63 SELECCION DE LA PRESION DE CONFINAMIENTO Debe simular las presiones reales in-situ Generalmente tres presiones de confinamiento Presión original (σ ( vo Máxima presión vertical futura esperada Una presión intermedia vo ) ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

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65 Ensayo triaxial cíclico Ensayo ciclíco Esfuerzo desviador KPa Ensayo ciclíco Confinamiento efectivo KPa Tiempo - Segundos Tiempo - Segundos 20 0 Esfuerzo desviador σ1 σ KPa en la segunda parte del ensayo Ensayo ciclíco Esfuerzo axial % Tiempo - Segundos Deformación Axial (Relativa a la posición antes de los ciclos) %

66 ENSAYO DE CORTE DIRECTO Esf. normal, σ Muestra Esf. Corte Esf. corte Plano corte

71 ENSAYO DE CORTE DIRECTO Esfuerzo pico Esfuerzo de corte, τ Esfuerzo último Esfuerzo normal, σ Deformación horizontal C Ø Esf.. De corte τ

72 RESULTADOS DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO Shear Stress, τ (kpa) Direct Shear Tests on Triassic Clay, Raleigh, NC Displacement, δ (mm) σ n ' (kpa)= Shear Stress, τ (kpa) Direct Shear Tests on Triassic Clay, Raleigh, NC Effective Normal Stress, σ n ' (kpa) = tanφ' Strength Parameters: c' = 0; φ' = 26.0 o

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74 ENSAYO DE CORTE DIRECTO Utilizado en suelos granulares para obtener el ángulo de fricción. El tamaño de las partículas está limitado por el tamaño de la caja de ensayo. Se puede obtener el ángulo de fricción residual para valores gtrandes de Strain Para suelos cohesivos se requiere de equipos especiales. ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

75 ENSAYO DE CORTE DIRECTO El más antiguo y más sencillo Se pueden realizar ensayos UU, CU, CD Desventajas : Superficie de falla pre-determinada El área de falla disminuye a medida que avanza el ensayo El control al drenaje es limitado La distribución de esfuerzos sobre la superficie de falla no es uniforme ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

76 ENSAYO DE CORTE DIRECTO - SIMPLE Y ECONOMICO - NO MIDE PRESION DE POROS - BUENO PARA NIVELES BAJOS DE ESFUERZOS -SE OBTIENEN RESISTENCIAS MAYORES QUE LOS TRIAXIALES ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

77 Corte directo en anillo

78 Ensayo de superficie de falla plana

79 Ensayo de veleta Manija Cabeza de torque y lector Resorte calibrado e h d eje Veleta Muestra

80 1 pulg Ensayo de torvane

81 ENSAYO DE COLUMNA RESONANTE ENSAYO DE COLUMNA RESONANTE ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

82 ENSAYO DE C B R ENSAYO DE C B R ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

83 ENSAYO DE C B R ENSAYO DE C B R ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

84 ENSAYO EN CENTRIFUGA

85 ENSAYO EN CENTRIFUGA

86 FUNDAMENTO DEL ENSAYO DE CENTRIFUGA ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

87 ENSAYO EN CENTRIFUGA ELABORACION DEL MODELO ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

88 ENSAYO EN CENTRIFUGA RECIPIENTE PARA COLOCACION DEL MODELO ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

89 ENSAYO EN CENTRIFUGA MODELO ENSAYADO ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

90 Ensayo de Penetración n Estándar ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

92 SPT ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

93 PENETRACION ESTANDAR SUELOS GRUESOS Numero de penetración estándar N 0 a 3 3 a 8 8 a a a 58 Densidad relativa % 0 a a a a a 100 Estado del suelo Muy suelto Suelto Medio Denso Muy denso

94 PENETRACION ESTANDAR SUELOS FINOS Numero de penetración estándar N 0 a 2 2 a 5 5 a a a 30 > 30 Consistencia Muy blanda Blanda Medio firme Firme Muy firme Dura Resistencia a compresión kpa 0 a a a a a 400 > 400

95 Presion normal efectiva σ'vo (kgf/cm²) SPT SPT (N)

96 ENSAYO DE PENETRACION DE CONO ENSAYO DE PENETRACION DE CONO ENSAYO DE PENETRACION DE CONO ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

97 CPT ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

99 0 CPT Presion normal efectiva - σ 'vo (kgf/cm²) 0.5 φ Resistencia de cono qc (kgf/cm²)

100 PRUEBA DE PRESUROMETRO PRUEBA DE PRESUROMETRO PRUEBA DE PRESUROMETRO ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

101 PRUEBA DE DILATOMETRO PRUEBA DE DILATOMETRO PRUEBA DE DILATOMETRO ELABORÓ : JAIME SUAREZ DIAZ

102 - Quiz