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Resistencia al corte de arcillas
(84.07) Mecánica de Suelos y Geología
Alejo O. Sfriso: [email protected]
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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
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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 elmismo estado crítico luego de unadeformación grande
� = � + � tan �
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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 ��
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Resistencia al corte de arcillas amasadas vs arenas
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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
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Ángulo de fricción interna crítico �� en suelos de grano fino
(Kenny 1959)
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Ángulo de fricción vs. plasticidad
' = 28.1-0.062Ip
20.0
21.0
22.0
23.0
24.0
25.0
26.0
27.0
28.0
29.0
30.0
20 30 40 50 60 70
Ip [%]
' [°]
Ángulo de fricción interna crítico �� en formación Postpampeano
Formación Postpampeano
Estimación del ángulo de fricción interna residual ��
�� se mide con distorsiones mayores al 100%
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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%
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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
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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
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� = �� + �
� = �� + � OCR
� = �� + � ��, �
�
��
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Ensayo de compresión unidimensional
(Mitchell 1996)
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Ensayo de corte directomuestra normalmente consolidada
(Mitchell 1996)
���� = �� + � OCR
�
��
��
��
Normalmente consolidada
�� = ��
1.0
��
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Ensayo de corte directomuestra muy sobreconsolidada
(Mitchell 1996)
�
��
��
��
����
Muy sobrecon-solidada �� ≪ ��
3.5 1.0
��
���� = �� + � OCR
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Ensayo de corte directomuestras sobreconsolidadas
(Mitchell 1996)
�
��
��
��
����
Normalmente consolidada
�� = ��
1.03.5
��
Muy sobrecon-solidada �� ≪ ��
���� = �� + � OCR
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Ensayo de corte directomuestras sobreconsolidadas
(Mitchell 1996)
�
��
��
��
����
Normalmente consolidada
�� = ��
1.03.5
��
Muy sobrecon-solidada �� ≪ ��
���� = �� + � OCR
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Ensayo de corte directomuestras sobreconsolidadas
(Mitchell 1996)
�
��
��
��
����
Normalmente consolidada �� = ��
Poco sobreconso-lidada �� < ��
1.01.43.5
��
Muy sobrecon-solidada �� ≪ ��
���� = �� + � OCR
Estimación de � para arcillas sobreconsolidadas
No hay un criterio universalmente establecido
Provisionalmente puede emplearse la expresión
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(Adaptada de Sfriso 2007)
tan �
tan ��
�
+ 1.443 ln�
��= 0
��� � � ��� 24.0 27.0 30.02.0 24.0 27.0 30.02.5 27.1 39.2 33.63.3 30.4 33.9 37.35.0 34.1 37.8 41.3
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Efecto de la dirección de carga
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 = 4.0
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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
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�� = � ��
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
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�� = � �, ���
Como � = � �, ���y �� = � �
Queda �� = � �, ���
�� ≅ 0.23 ��� ��/�� ��
� ����/��
�� ≅ 0.23��� OCR ����/��
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��: Efecto de la dirección de carga
Plane strain compression (PSC) 0.34
Triaxial compression (CK0UC) 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) 0.185
Triaxial extension (CK0UE) 0.16
Unconfined compression (UC) 0.14
��
����
��
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��: Influencia de la velocidad de carga
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%
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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
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Arcillas inalteradas: ��
�� ≅ 0.11 + 0.0037�� ����
�� ≅ 0.23 ± 0.004 ����
0.01 ��� <��
��� < 0.0117 ���
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Arcillas inalteradas: ��: Postpampeano
Resistencia vs. profundidad
cu = 1.14 D + 3.05
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
5 10 15 20 25 30
Prof [m]
cu [KPa]
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Anisotropía por consolidación
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��: Precaución - TC vs TE
(EPRI 1990)32
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Cementación
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Sensitividad
� =�� intacta
�� remoldeada
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rcill
as En suelos cementados hay
mucha dispersión de resultados
Es mejor hacer varias etapas sobre una misma muestra
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
Suelos cementados: Ensayo triaxial escalonado
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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)
Etapa 1: Se avanza hasta que la línea es clara
Etapa 2: Se llega a rotura
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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
Fuerza capilar = tensión intergranular
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
Para hacer algocomo la foto seagrega azúcar alagua (¿porqué?)
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Intr
od
ucci
ón a
su
elo
s n
o s
atu
rado
s
www.lovethispic.com/image/21677/sand-castle
Resistencia al corteIn
tro
ducci
ón a
su
elo
s n
o s
atu
rado
s
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� = �� + � − �� tan �� + �� − �� tan ��
Intr
od
ucci
ón a
su
elo
s n
o s
atu
rado
s
¿Porqué existe ��?
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Compresibilidad del agua 10000 veces mayor que la del aire (a 100kPa): “no drenado” no significa “incompresible”
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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
Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla
Etapas
• Construcción de terraplén compactado
• Construcción de tanque
• Llenado
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�� = 5.14 ��
���� =��
��
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El silo Transcosna, 1913
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Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla
Construcción de terraplén compactado
�� = 18��
��
�� = 17��
��
��� = 1.5�
��� = 5.0�
��� = 18
��
��1.5� + 7
��
��
5.0�
2
��� = 44���
�� = 0.23��� = 10.2���
�� = 5.14 �� = 52.4���
���� =��
2= 26.2���
Limo cementado
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Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla
Construcción y llenado de tanque (2.6m)
�� = 18��
��
�� = 17��
��
��� = 1.5�
��� = 5.0�
��� = 44.5��� + 10
��
��2.6�
��� = 70.5���
�� = 0.23��� = 16.2���
�� = 5.14 �� = 83.3���
���� =��
2= 41.6���
Limo cementado
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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 drenada del terreno
(el cálculo real es más complejo, lo veremos más adelante)
�� = 18��
��
�� = 17��
��
��� = 1.5�
��� = 5.0�
���� =��
2= 41.6���
Limo cementado
Bibliografía
Básica
• Powrie. Soil Mechanics. 2da Ed. Spon Press
Complementaria
• Mitchell. Fundamentals of soil behavior. Wiley.
• Terzaghi, Peck, Mesri. Soil Mechanics in EngineeringPractice. 3ra Ed. Wiley
• Fredlund y otros. Unsaturated Soil Mechanics in Engineering Practice. Wiley
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![(Microsoft PowerPoint - Ppt0000014 [S\363lo lectura])](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/58642f1d1a28ab0e3092c106/microsoft-powerpoint-ppt0000014-s363lo-lectura.jpg)
![363lo Lectura] [Modo De Compatibilidad])](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/559a7c321a28aba7648b4666/363lo-lectura-modo-de-compatibilidad.jpg)
![(Microsoft PowerPoint - Ppt0000002 [S\363lo lectura])](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/58690ba11a28abe7568be750/microsoft-powerpoint-ppt0000002-s363lo-lectura.jpg)
