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Resistencia y rigidez de arcillas
Mecánica de Suelos y Geología
Facultad de Ingeniería, Universidad de Buenos Aires
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Índice
• Resistencia al corte drenado
• Resistencia al corte no drenado
• Arcillas inalteradas
• Relación tensión-deformación
• Un ejercicio integrador
virtualuniversity.issmge.org
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Resistencia al corte de arcillas amasadas vs arenas
Similitudes
• La resistencia al corte obedece a
• Tienen la misma relación tensión-dilatancia
– Las arcillas compactas dilatan (como arenas densas)
– Las arcillas blandas contraen (como arenas sueltas)
• Mismo efecto de trayectoria de tensiones
• Ambos materiales alcanzan el estado crítico ( )
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Resistencia al corte de arcillas amasadas vs arenas
Diferencias
• Las partículas de arcilla interaccionan por fuerzas eléctricas (no tienen contacto directo grano a grano)
• Las arcillas tienen memoria: depende de la historia de tensiones, porque el material “recuerda” cual fue la presión máxima que soportó y en qué dirección ocurrió
• Para enormes deforma-ciones, las arcillas tienen un ángulo de fricción interna residual menor que
Ángulo de fricción interna de volumen constante en suelos de grano fino
decrece con el aumento de plasticidad
• Mayor actividad eléctrica
• Mayor distancia entre partículas
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(Kenny 1959)
Angulo de fricción interna residual en suelos de grano fino
Para enormes deformaciones hay alineamiento de los planos débiles de las partículas
• Ángulo de fricción interna residual
sólo vale en la dirección del reordenamiento de contactos
– En todas las demás direcciones vale
Que exista no invalidala teoría de estado crítico
• El proceso ocurre a volumen constante
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Ejercicio
Dibuje a escala el ángulo de fricción interna de volumen constante y residual de:
• Arena suelta
• Caolinita
• Illita
• Montmorillonita
Se efectúa un ensayo S de una illita con 3
• Calcule 1 para una deformación del 10%
• Calcule 1 para una deformación del 100%
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Arcillas compactas: efecto de la dilatancia
• En arcillas, igual que en arenas:
• En arenas, depende de y de la presión:
• En arcillas, depende de :
• Efecto de la dirección de carga: arcillas = arenas
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(Adaptado de Sfriso 2007)
Ejercicio
Calcule el ángulo de fricción interna de una caolinita ( ) para
• Compresión triaxial, normalmente consolidada
• Compresión triaxial, preconsolidada con OCR = 3.0
• Compresión plana, normalmente consolidada
• Compresión plana, preconsolidada con OCR = 3.0
Recordatorio
• Compresión triaxial
• Compresión plana
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Índice
• Resistencia al corte drenado
• Resistencia al corte no drenado
• Arcillas inalteradas
• Relación tensión-deformación
• Un ejercicio integrador
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Resistencia al corte no drenado de arcillasamasadas
Arcilla amasada: mezcla homogénea de partículas y agua
• No tiene: edad, estructura, cementación, anisotropía...
Su resistencia al corte no drenado es puramente función de la humedad
• Límite líquido: se aplican siempre los mismos 25 golpes, siempre falla igual
– Todos los suelos tienen la mismaresistencia al corte en el
• A una misma humedad, dos arcillas con muy distintos tienen resistencias al cortemuy distintas: se mide con
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Evidencia experimental
De la teoría de compresión edométrica:
Uniendo ambas fuentes
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Otras influencias en la resistencia al corteno drenado de arcillas amasadas
• Dirección de tensión de corte vs dirección de consolidación
– Efecto distinto que en deformación drenada
– Depende de relacióntensión-deformación
• Velocidad de carga (siempreno drenado, válvulas cerradas)
– Aumento de 10 veces de la velocidad de deformación:aumento de 10% de
– Efectos viscosos13
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Ejercicio
Calcule la resistencia al corte no drenada de una caolinita ( , )
• en compresión triaxial para
• en extensión triaxial para
• en deformación plana para
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Índice
• Resistencia al corte drenado
• Resistencia al corte no drenado
• Arcillas inalteradas
• Relación tensión-deformación
• Un ejercicio integrador
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Arcillas inalteradas:
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Cementación
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Sensitividad
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Índice
• Resistencia al corte drenado
• Resistencia al corte no drenado
• Arcillas inalteradas
• Relación tensión-deformación
• Un ejercicio integrador
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Correlación vs
La rigidez al corte no drenado de arcillas amasadas depende de
• Resistencia al corte
• Sobreconsolidación
.
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El modelo hiperbólico en función de su
resultado
experimental
hiperbola de
Kondner
iE
1
1
1
df
i df
R
E
d
df
u
1f21
Suelos cementados: Ensayo triaxial escalonado
En suelos cementados hay mucha dispersión de resultados
(A veces) es mejor hacer varias etapas sobre una misma muestra
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d
sE 1
0.95d dr
1
0
m
"In situ"
300 30%i uE q
"In situ"
Undisturbed sample
Representative sample
1s aE p 470
2.03
2.45
3.20
2 31 4 50
d
ap
3
3
3
2.0
1.0
0.5
a
a
a
p
p
p
580800
Etapa 1: Se avanza hasta que la línea es clara
Etapa 2: Se llega a rotura
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Suelos cementados: Ensayo triaxial escalonado
d - 1
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
0% 5% 10% 15%1
d (k
g/c
m2 )
0
100
200
300
400
500
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
d (kg/cm2)
E s
ec
an
te (
kg
/cm
2 )
Trayectoria de tensiones en edómetro y triaxial
El edómetro y el triaxial someten al suelo a diferentes trayectorias de tensiones: para cada unase mide una rigidez diferente
En el espacio , , ,la curva de resistenciaintrínseca se escribe
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Trayectoria de tensiones en edómetro y triaxial
• En trayectorias a
• Compresión isotrópica ,
• Compresión edométrica,
• Oblicuidad del estado crítico,
Noten la superficie quese forma uniendo lascurvas de colores
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Trayectoria de tensiones en edómetro y triaxial: trayectoria de corte
• En trayectorias a
• Compresión isotrópica ,
• Compresión edométrica,
• Oblicuidad del estado crítico,
Noten la superficie quese forma uniendo lascurvas de colores
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Comportamiento integrado: resistencia y rigidez
mide la historia de tensiones y controla la rigidez
y la arcilla tiene mayor rigidez
y la arcilla tiene menor rigidez
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(Adaptado de Sfriso 2007)
Modelo de estado crítico para arcillas
• Se postula una única super-ficie de fluencia
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(Mitchell 1996)
Modelo de estado crítico para arcillas
• Se postula una única super-ficie de fluencia
• Comportamiento elástico
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(Mitchell 1996)
Modelo de estado crítico para arcillas
• Se postula una única super-ficie de fluencia
• Comportamiento elástico
alto: dilata, reduce
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(Mitchell 1996)
Modelo de estado crítico para arcillas
• Se postula una única super-ficie de fluencia
• Comportamiento elástico
alto: dilata, reduce
bajo: contrae, aumenta
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(Mitchell 1996)
Modelo de estado crítico para arcillas
• Comportamiento elástico
alto: dilata, reduce
: contrae mucho
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(Mitchell 1996)
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Índice
• Resistencia al corte drenado
• Resistencia al corte no drenado
• Arcillas inalteradas
• Relación tensión-deformación
• Un ejercicio integrador
virtualuniversity.issmge.org
Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla
Etapas
• Construcción de terraplén compactado
• Construcción de tanque
• Llenado
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El silo Transcosna, 1913
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Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla
Construcción de terraplén compactado
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Limo cementado
Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla
Construcción y llenado de tanque (2.6m)
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Limo cementado
Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla
Llenado del tanque (4.0m)
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 drenado del terreno
(el cálculo real es más complejo, lo veremos más adelante)
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Limo cementado
Bibliografía
Básica
• Powrie. Soil Mechanics. 2da Ed. Spon Press
Complementaria
• Mitchell. Fundamentals of soil behavior. Wiley.
• Terzaghi, Peck, Mesri. Soil Mechanics in Engineering Practice. 3ra Ed. Wiley
• Fredlund y otros. Unsaturated Soil Mechanics in Engineering Practice. Wiley
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