Resistencia al corte de los Suelos

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE TUCUMAN FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA Resistencia al corte de los Suelos MECANICA DE LOS SUELOS AÑO 2005

2 Los suelos fallan o se cortan cuando exceden su resistencia al corte, es decir, cuando alcanzan una tensión equivalente a la tensión de falla MOHR-COULOMB: es una teoría que combina dos criterios COULOMB: la ecuación de Coulomb es una recta cuya ordenada al origen es la cohesión del suelo. línea de falla τ = c + σ tgϕ C: cohesión ϕ: angulo de fricción interna MOHR: a través del análisis de sus círculos establece un nuevo criterio de falla, en el cual la falla es función de la tensión de corte. zona de falla envolvente de falla ( ) τ f = f σ f Todo punto que se encuentra fuera de la envolvente de falla de Mohr representa un estado de falla. CRITERIO DE MOHR-COULOMB Ejemplo: ensayo de Tracción c zona de falla ϕ línealización Se linealiza la envolvente de Mohr, llegándose a una expresión de la forma: τ = c + σ tgϕ σ σ τ τf σ τf = tensión de corte de falla 2

3 Ejemplo: ensayo de Compresión τ σ τf σ σ τf = tensión de corte de falla Sup. de falla Sup. de falla Caso 1: se averigua la altura máxima a la que se puede excavar sin que se produzca una falla Caso 2 : nos permite determinar el valor del empuje producido por el suelo TERZAGHI KARL: modifico la ecuacion de Mohr-Coulomb debido a que el agua no aporta resistencia al corte. τ' = c' + σ' tgϕ donde σ' = σ μ línea de falla Suelos puramente cohesivos línea de falla línea de falla Suelos fricciónales σ' = Tensión efectiva σ = Tensión total μ = Presión neutra c' = Cohesión suelo drenado Suelos combinados 3

4 COHESION : COHESION Es el valor de la resistencia al corte de los suelos cuando la tensión normal el nula. Son fuerzas que mantienen unidas las partículas aún cuando las tensiones normales desaparecen. Esta relacionado con la afinidad electroquímica entre el suelo y el agua. Factores que influyen en la cohesión Tamaño de la partícula Composición mineralógica Humedad Grado de consolidación FRICCION INTERNA : n : normal al plano de contacto t : plano de contacto R: resultante de todas las fuerzas que vinculan las partículas (peso propio) T: fuerza tangente N: fuerza normal FRICCION INTERNA El ángulo de fricción interna depende de : La composición mineralogica El tamaño de las partículas. Gravas ϕ > 40º Arenas Gruesas 35º < ϕ < 40º Arenas Medianas 30º < ϕ < 35º Arenas finas 26º < ϕ < 30º Limos 20º < ϕ < 28º Arcillas ϕ < 18º 4

5 FRICCION INTERNA El ángulo de fricción interna depende de : La forma de las partículas ϕ > angulosas ϕ < redondeadas La textura de las partículas ϕ > rugosas ϕ < lisas FRICCION INTERNA El ángulo de fricción interna depende de : La distribución granulométrica de las partículas ϕ > suelo uniforme ϕ < suelo no uniforme La densidad relativa de las partículas ϕ > suelo denso ϕ < suelo suelto Para determinar los parámetros de resistencia al corte c y ϕ, se puede proceder de diferentes formas: Ensayos de Laboratorio Ensayo de Compresión Simple Ensayo de Corte Directo Ensayo Triaxial Ensayo de Veleta Ensayos In Situ Ensayo de Corte para Rocas Ensayo de Veleta o Van Test Ensayo de Penetración Estático Ensayo de Penetración Dinámico 5

6 COMPRESIÓN SIMPLE. 6

7 º COMPRESIÓN SIMPLE. EQUIPO DE COMPRESIÓN SIMPLE. Permite determinar la Resistencia al corte sin drenaje: c u = R c /2 7

8 Ensayo de Ensayo Corte de Corte Directo Directo 8

9 Ensayos drenados con arenas denso C Deslizamiento por corte en C Contracción plástica en D suelto D esfuerzo máximo esfuerzo último esfuerzo residual Relación esfuerzo-deformación unitaria 9

10 Ensayos drenados con arenas Relaciones deformación unitaria cambio de volumen τ perm = 0,75 τ lim Ventajas del ensayo de corte Es un ensayo fácil de llevar acabo La interpretación del ensayo es sencilla Los cambios de volumen son de medición simple El equipo es de bajo costo Los valores de los parámetros de resistencia al corte son confiables Desventajas Ventajas del del ensayo ensayo de de corte corte No tenemos control de la presión de poros. No sabemos cuanto de la presión ejercida es efectiva y cuanto es neutra. No conocemos la distribución real de tensiones τ en el plano conocido de corte.consideramos una distribucion uniforme, con valor medio de τ A medida que progresa el ensayo, la sección trasversal va variando. En el coeficiente de 0,75 que se usa para obtener τ perm se encuentra ya la influencia de este efecto El plano de falla esta bien definido 10

11 VANE TEST (ENSAYO DE MOLINETE O VELETA) Mide la Resistencia al Corte sin drenaje (c u ) en suelos cohesivos saturados (Ensayo UU) H/D = 2 50 mm < H < 100 mm 11

12 VANE TEST (ENSAYO DE MOLINETE O VELETA) Mt = π.d.h.τ.d + 2.π.D 2.τ.2.D τ 12

13 Ensayo Triaxial Ensayo Triaxial σ 1 σ 3 Presión de cámara σ 3 σ 3 ( σ 1 - σ 3 ) presión desviadora σ 3 σ 3 σ 1 ε L = ΔL / L ε D = ΔD / D ε V = ΔV / V Ensayos estándar triaxiales 1. Consolidado - Drenado (C-D) A. Se aplica lentamente σ 3,tal que μ 0 = 0. B. La aplicación de σ 1 es lenta, con drenaje abierto, de forma que en la rotura μ f sea cero. 2. Consolidado - No drenado (C-U) A. Con drenaje abierto, se aplica σ 3 y se espera a que termine el drenaje, tal que μ 0 = 0. B. Se Aplica σ 1 impidiendo el drenaje del agua ( μf 0) 3. No consolidado - No drenado (U-U) A y B No se permite el drenaje del agua (μ 0 0,μ f 0) Ventajas: Ensayo Triaxial Podemos representar y reproducir las condiciones próximas a las reales. Podemos controlar el drenaje de la probeta, asegurándonos de la aplicación y obtención exclusiva de tensiones efectivas. Control de las deformaciones y tensiones; es decir podemos prefijar los valores de tensiones a voluntad,y en todo momento medir las presiones de poro. 13

14 Ensayo Triaxial RESISTENCIA AL CORTE DE SUELOS INCOHERENTES Desventajas: Suelos incoherentes :Fricciónales τ = σ tg ϕ Los equipos de ensayos son muy costosos El ensayo debe realizarse con mucho cuidado La resistencia al corte depende del estado del suelo (compacidad, presión de confinamiento, naturaleza del suelo, grado de densificación) Observación naturaleza del suelo Forma y tamaño Composición Granulométrica Rugosidad Compasión Mineralogica Distribución Granulométrica RESISTENCIA AL CORTE DE SUELOS INCOHERENTES Angulo de Fricción Interna Relativo Uniforme ~ -3º Media ~ 0º Desuniforme ~ +3º Tamaño Arena 0º Grava fina +2º Grava gruesa +5º RESISTENCIA AL CORTE DE SUELOS COHERENTES Los ensayos que se realizan son: Suelos Arcillosos saturados Ensayo Consolidado drenado (C-C) Ensayo Consolidado No drenado (C-U) Ensayo No consolidado No drenado (U-U) Forma y Rugosidad Aguda +1 Media 0º Redondeada -1º Muy redondeada -2º Compacidad Suelta ~ - 6º Media ~ 0º Densa ~ +6º Suelos Arcillosos No saturados Ensayo Consolidado drenado (C-C) Ensayo Consolidado No drenado (C-U) Ensayo No consolidado No drenado (U-U) 14

15 Suelos Arcillosos saturados Ensayo Consolidado drenado (C-C) 15

16 Suelos Arcillosos saturados Ensayo Consolidado No drenado (C-U) 16

17 Suelos Arcillosos saturados Ensayo No consolidado No drenado (U-U) τ σ 17

18 Suelos Arcillosos No saturados Ensayo Consolidado No drenado (U-U) 18

19 Suelos Arcillosos No saturados Ensayo No consolidado No drenado (U-U) 19

20 RESISTENCIA AL CORTE DE SUELOS COHERENTES Comportamiento de μ, al aumentar σ 3 20

21 21

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