Resistencia al corte de arcillas. (84.07) Mecánica de Suelos y Geología Alejo O. Sfriso:

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Beatriz Guzmán Caballero
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1 Resistencia al corte de arcillas (84.07) Mecánica de Suelos y Geología Alejo O. Sfriso: asfriso@fi.uba.ar

2 Índice Similitudes y diferencias: arcillas y arenas Ángulo de fricción interna crítico y residual Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas Arcillas inalteradas Suelos no saturados Un ejercicio integrador 2

3 Resistencia al corte de arcillas amasadas vs arenas Similitudes La resistencia al corte obedece a Las arcillas compactas dilatan (como arenas densas) Las arcillas blandas contraen (como arenas sueltas) Ambas alcanzan el mismo estado crítico luego de una deformación grande = + tan 3

4 Resistencia al corte de arcillas amasadas vs arenas Diferencias Las partículas de las arcillas no tienen contacto directo grano a grano Las arenas no tienen memoria: no depende de la historia de tensiones Las arcillas tienen memoria: depende de la historia de cargas, porque el material recuerda cual fue la presión máxima que soportó y en qué dirección ocurrió Para enormes deformaciones, las arcillas tienen un ángulo de fricción interna residual menor que 4

5 Resistencia al corte de arcillas amasadas vs arenas 5

6 Índice Similitudes y diferencias: arcillas y arenas Ángulo de fricción interna crítico y residual Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas Arcillas inalteradas Suelos no saturados Un ejercicio integrador 6

7 Ángulo de fricción interna crítico suelos de grano fino en 7 (Kenny 1959)

8 Ángulo de fricción interna crítico formación Postpampeano en Ángulo de fricción vs. plasticidad ' [ ] ' = I p Formación Postpampeano I p [%]

9 Estimación del ángulo de fricción interna residual se mide con distorsiones mayores al 100% 9

10 Ejercicio Dibuje a escala el ángulo de fricción interna crítico y residual de: Arena suelta Caolinita Illita Montmorillonita Se efectúa un ensayo S de una illita con 3 = 100 Calcule 1 para una deformación del 10% Calcule 1 para una deformación del 100% 10

11 Índice Similitudes y diferencias: arcillas y arenas Ángulo de fricción interna crítico y residual Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas Arcillas inalteradas Suelos no saturados Un ejercicio integrador 11

12 La dilatancia En las arcillas, igual que en las arenas En las arenas, la dilatancia depende de la densidad relativa y de la presión En las arcillas, la dilatancia depende del grado de sobreconsolidación = + = +, = + OCR 12

13 Ensayo de compresión unidimensional 13 (Mitchell 1996)

14 Ensayo de corte directo muestra normalmente consolidada = + OCR Normalmente consolidada = (Mitchell 1996)

15 Ensayo de corte directo muestra muy sobreconsolidada = + OCR Muy sobreconsolidada (Mitchell 1996)

16 Ensayo de corte directo muestras sobreconsolidadas = + OCR Normalmente consolidada = Muy sobreconsolidada (Mitchell 1996)

17 Ensayo de corte directo muestras sobreconsolidadas = + OCR Normalmente consolidada = Muy sobreconsolidada (Mitchell 1996)

18 Ensayo de corte directo muestras sobreconsolidadas = + OCR Normalmente consolidada = Muy sobreconsolidada Poco sobreconsolidada < (Mitchell 1996)

19 Estimación de para arcillas sobreconsolidadas 19 No hay un criterio universalmente establecido Provisionalmente puede emplearse la expresión tan tan ln = 0 (Adaptada de Sfriso 2007)

20 Efecto de la dirección de carga 20

21 Ejercicio Calcule el ángulo de fricción interna de una caolinita ( = 30º) para TC, OCR = 1.0 PSC, OCR = 1.0 TE, OCR = 1.0 TC, OCR = 2.0 TC, OCR = 3.0 TC, OCR = 4.0 PSC, OCR = 4.0 TE, OCR =

22 Índice Similitudes y diferencias: arcillas y arenas Ángulo de fricción interna crítico y residual Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas Arcillas inalteradas Suelos no saturados Un ejercicio integrador 22

23 = La resistencia al corte no drenada de las arcillas amasadas depende de su índice de liquidez 1.7 exp 4.6 = = 1 1.7kPa = 0 170kPa 23

24 =, Como =, y = Queda =, 0.23 / 0.23 OCR / / 24

25 : Efecto de la dirección de carga Plane strain compression (PSC) 0.34 Triaxial compression (CK 0 UC) 0.33 Iso-consolidated triaxial compression (CIUC) 0.32 Iso-consolidated triaxial extension (CIUE) 0.24 Direct simple shear (DSS) 0.20 Plane strain extension (PSE) 0.19 Unconsolidated Undrained (UU) Triaxial extension (CK 0 UE) 0.16 Unconfined compression (UC)

26 : Influencia de la velocidad de carga 26

27 Ejercicio Calcule la resistencia al corte no drenada de una caolinita ( = 40, = 29) en compresión triaxial para = 50%, 40%, 30%, 20% en extensión triaxial para = 50%, 40%, 30%, 20% en deformación plana para = 50%, 40%, 30%, 20% 27

28 Índice Similitudes y diferencias: arcillas y arenas Ángulo de fricción interna crítico y residual Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas Arcillas inalteradas Suelos no saturados Un ejercicio integrador 28

29 Arcillas inalteradas: ± < <

30 Arcillas inalteradas: : Postpampeano c u [KPa ] R esistencia vs. profundidad c u = 1.14 D Prof [m ]

31 Anisotropía por consolidación 31

32 : Precaución - TC vs TE 32 (EPRI 1990)

33 Cementación 33

34 Sensitividad = intacta remoldeada 34

35 Suelos cementados: Ensayo triaxial escalonado En suelos cementados hay mucha dispersión de resultados Es mejor hacer varias etapas sobre una misma muestra "In situ" E i 300 q 30% u m 1 "In situ" Undisturbed sample Representative sample E 0 s 1 d p a d d dr p p 3 0.5p 3 a a a 35 E p s a

36 Suelos cementados: Ensayo triaxial escalonado Etapa 1: Se avanza hasta que la línea es clara Etapa 2: Se llega a rotura E secante (kg/cm 2 ) d (kg/cm 2 ) d d (kg/cm 2 ) % 5% 10% 1 15%

37 Índice Similitudes y diferencias: arcillas y arenas Ángulo de fricción interna crítico y residual Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas Arcillas inalteradas Suelos no saturados Un ejercicio integrador 37

Fuerza capilar = tensión intergranular Introducción a suelos no saturados Las fuerzas generadas por la tensión superficial se convierten en tensión efectiva y aumentan la

38 Fuerza capilar = tensión intergranular Introducción a suelos no saturados Las fuerzas generadas por la tensión superficial se convierten en tensión efectiva y aumentan la resistencia al corte del suelo Es por eso que existen los castillos de arena age/21677/sand-castle 38 Para hacer algo como la foto se agrega azúcar al agua ( porqué?)

39 Resistencia al corte Introducción a suelos no saturados = + tan + tan 39

40 Porqué existe? Introducción a suelos no saturados Compresibilidad del agua veces mayor que la del aire (a 100kPa): no drenado no significa incompresible 40

41 Índice Similitudes y diferencias: arcillas y arenas Ángulo de fricción interna crítico y residual Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas Arcillas inalteradas Suelos no saturados Un ejercicio integrador 41

42 Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla Etapas Construcción de terraplén compactado Construcción de tanque Llenado = =

43 El silo Transcosna,

44 Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla Construcción de terraplén compactado = = 44 = 0.23 = = 18 = 17 = 1.5 = 5.0 = 5.14 = 52.4 Limo cementado = 2 =

45 Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla Construcción y llenado de tanque (2.6m) = = 70.5 = 0.23 = 16.2 = 18 = 17 = 1.5 = 5.0 = 5.14 = 83.3 Limo cementado = 2 =

46 Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla 46 Llenado del tanque (4.0m) = 2 = 41.6 Se puede llenar el tanque hasta su altura final porque la presión aplicada en la primera etapa (2.6m) redujo la relación de vacíos y con ello aumentó la resistencia al corte no drenada del terreno (el cálculo real es más complejo, lo veremos más adelante) = 18 = 1.5 = 17 = 5.0 Limo cementado

47 Bibliografía Básica Powrie. Soil Mechanics. 2 da Ed. Spon Press Complementaria Mitchell. Fundamentals of soil behavior. Wiley. Terzaghi, Peck, Mesri. Soil Mechanics in Engineering Practice. 3 ra Ed. Wiley Fredlund y otros. Unsaturated Soil Mechanics in Engineering Practice. Wiley 47

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