Introducción a la resistencia al corte de los suelos
(84.07) Mecánica de Suelos y Geología
Alejo O. Sfriso: [email protected]
Ernesto Strina: [email protected]
Índice
• El ángulo de fricción interna
• El ensayo de corte directo
• El ensayo triaxial
• Ensayo lento (S), rápido (Q) e intermedio (R)
• Aspectos tecnológicosResis
ten
cia
al c
ort
e
2
Ángulo de fricción interna
• Experiencia: la botella con arena
• Experiencia: el ángulo de reposo
• Ángulo de reposo ~ Ángulo de fricción interna crítico
3
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Índice
• El ángulo de fricción interna
• El ensayo de corte directo
• El ensayo triaxial
• Ensayo lento (S), rápido (Q) e intermedio (R)
• Aspectos tecnológicosResis
ten
cia
al c
ort
e
4
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Ensayo de corte directo: equipo
5
Ensayo de corte directo: descripción
• Se aplica una carga vertical constante
• Se aplica una carga horizontalcreciente
• Se mide el desplazamiento horizontal y vertical
• El ensayo impone un plano de falla en la muestra
• En ese plano se mide la resistencia al corte �
• Se determinan los parámetros resistentes
Nota: el procedimiento se basa en una interpretación obsoleta del comportamiento de los suelos
Resis
ten
cia
al c
ort
e
6
� = � + � tan �
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Ensayo de corte directo: resultados
7
�
�
Nota: el procedimiento se basa en una interpretación obsoleta del comportamiento de los suelos
� = � + � tan �
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Ensayo de corte directo: resultados
8
�
�
��
Nota: el procedimiento se basa en una interpretación obsoleta del comportamiento de los suelos
� = � + � tan �
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Ensayo de corte directo: resultados
9
�
�
��
��Nota: el procedimiento se basa en una interpretación obsoleta del comportamiento de los suelos
� = � + � tan �
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Ensayo de corte directo: resultados
10
�
�
�� �� �� ��
��
��
��
��
Nota: el procedimiento se basa en una interpretación obsoleta del comportamiento de los suelos
� = � + � tan �
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Ensayo de corte directo: ejercicio
11
�
�
50 100 150 200
63
108
151
186
Nota: el procedimiento se basa en una interpretación obsoleta del comportamiento de los suelos
� = � + � tan �
Índice
• El ángulo de fricción interna crítico
• El ensayo de corte directo
• El ensayo triaxial
• Ensayo lento (S), rápido (Q) e intermedio (R)
• Aspectos tecnológicosResis
ten
cia
al c
ort
e
12
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Ensayo triaxial
σ1
σ3
13
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Cámara triaxial
14
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Ensayo triaxial: mediciones
Mediciones
• Carga axial P
• Despl. axial δa
• Cambio volumen Δv
• Presión de poros u
• Despl. radial δr
P, δa
ΔVu
σ3
15
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Ensayo triaxial: cálculos
Cálculos
• σd = P / A
• εa = δa / H
• εv = ΔV / V
• Curva tensión –deformación σd - εa
• Resistencia σdf
• Cohesión y ángulo de fricción interna con
P, δa
ΔVu
σ3
16
�� = ���� + 2� ��
-link-
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Ensayo triaxial: ejercicio
17
��
50 100 150 200
191
335
496
642
��
Nota: el procedimiento se basa en una interpretación obsoleta del comportamiento de los suelos
�� = ���� + 2� ��
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Ensayo triaxial: dibuje círculos de Mohr
18
τ
100 200 300 400
100
200
300
400
�500 600 700
�� ��
50 191100 335150 496200 642
�� = ���� + 2� ��
Nota: el procedimiento se basa en una interpretación obsoleta del comportamiento de los suelos
Índice
• El ángulo de fricción interna crítico
• El ensayo de corte directo
• El ensayo triaxial
• Ensayo lento (S), rápido (Q) e intermedio (R)
• Aspectos tecnológicosResis
ten
cia
al c
ort
e
19
Para qué se emplea el ensayo triaxial
• El ensayo triaxial se emplea para predecir la resistencia del suelo
• Como el suelo está formado por partículas sólidas, agua y aire, ésta resistencia depende de la velocidad de carga
– Muy rápido: el agua y aire no tienen tiempo para drenar, el suelo se deforma a volumen constante
– Muy lento: el agua y aire tienen tiempo para salir, el suelo se deforma con volumen variable, el agua y aire mantienen la presión constante
Resis
ten
cia
al c
ort
e
20
Para qué se emplea el ensayo triaxial
• El ensayo triaxial se emplea para predecir la resistencia del suelo
• Como el suelo está formado por partículas sólidas, agua y aire, ésta resistencia depende de la velocidad de carga
– Muy rápido: ensayo Q
– Muy lento: ensayo S
– Construcción tipica (carga permanente lenta, carga accidental rápida): ensayo R
Resis
ten
cia
al c
ort
e
21
Resis
ten
cia
al c
ort
e
22
Saturación
Consolidación
Etapas de saturación y consolidación
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Presiones totales de Poros Efectivas
Al fin de la consolidación isotrópica
Durante el incremento de carga axial
En rotura
23
0
0
0 (Núñez y Vardé 1973)
Ensayo S: lento, drenado
Resis
ten
cia
al c
ort
e
24
�� = �� = �� ��
�
�
Al fin de la consolidación isotrópica
0
Ensayo S: lento, drenado
Resis
ten
cia
al c
ort
e
25
���� = �� ��
�
�
En rotura
0
Ensayo S: lento, drenado
Resis
ten
cia
al c
ort
e
26
��
��� = ��
��� + 2� ��
�� = �� ��
�
�
Ensayo S: lento, drenado
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Presiones totales de Poros Efectivas
Antes de aplicar el confinamiento
Después de aplicar el confinamiento
Durante el incremento de carga axial
En rotura
27
< 0
> 0
> 0
> 0 (Núñez y Vardé 1973)
Ensayo Q: rápido, no drenado
Resis
ten
cia
al c
ort
e
28
����
1: tan(�)
�
���
< 0
−��
Antes de aplicar el confinamiento
Ensayo Q: rápido, no drenado
Resis
ten
cia
al c
ort
e
29
��
�> 0
�����
�� + ����
Después de aplicar el confinamiento
1: tan(�)
Ensayo Q: rápido, no drenado
Resis
ten
cia
al c
ort
e
30
��
�> 0
����� ��
Durante el incremento de carga axial
1: tan(�)
Ensayo Q: rápido, no drenado
Resis
ten
cia
al c
ort
e
31
��
�
����� ����
� ���
�
> 0
Durante el incremento de carga axial
1: tan(�)
Ensayo Q: rápido, no drenado
Resis
ten
cia
al c
ort
e
32
��
�
�� �����
En rotura
> 0
1: tan(�)
Ensayo Q: rápido, no drenado
Resis
ten
cia
al c
ort
e
33
��
�
�� ����� ��
���
���
En rotura
> 0
1: tan(�)
Ensayo Q: rápido, no drenado
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Se mide la “resistencia al corte no drenada” su
Se obtiene el díametro del círculo (2 su), pero no su posición
34�� − �� = ��
� − ��� ��
�
��
Ensayo Q: rápido, no drenado
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Se mide la “resistencia al corte no drenada” su
Se obtiene el díametro del círculo (2 su), pero no su posiciónSi se mide la presión de poros u, se conoce la posición del círculo de falla y se puede calcular ϕ
35
��
�
�
�
�� − ��
��� − ��
�
Ensayo Q: rápido, no drenado
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Si en un ensayo S la muestra reduce su volumen, en un ensayo Q el círculo se corre a la izquierda
36
��
�
� > 0
���
�
���
Ensayo Q: rápido, no drenado
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Si en un ensayo S la muestra reduce su volumen, en un ensayo Q el círculo se corre a la izquierdaSi en un ensayo S la muestra aumenta su volumen, en un ensayo Q el círculo se corre a la derecha
37
��
�
� > 0
���
�
���
� < 0
Ensayo Q: rápido, no drenado
Resis
ten
cia
al c
ort
e
El ensayo no drenado más simple de todos es el ensayo de compresión simple
38 �� − �� = ��� − ��
���
�
��
Ensayo de compresión simple
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Presiones totales de Poros Efectivas
Antes del incremento de carga axial
Durante el incremento de carga axial
En rotura
39
< 0
< 0
< 0 (Núñez y Vardé 1973)
Ensayo de compresión simple
Resis
ten
cia
al c
ort
e
40
����
1: tan(�)
�
���
< 0
−��
Antes del incremento de carga axial
Ensayo de compresión simple
Resis
ten
cia
al c
ort
e
41
����
1: tan(�)
�
�����
En rotura< 0
Ensayo de compresión simple
Resis
ten
cia
al c
ort
e
42
����
1: tan(�)
�
�����
� �� ���−��
En rotura< 0
Ensayo de compresión simple
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Ensayo Q: curvas típicas
w 53.2 %
g 16.2 KN/m3
gs 27.1 KN/m3
gd 10.6 KN/m3
einicial 1.56
Sr 92 %
LL 68 %
LP 29 %
SUCS CH
Pasa #200 98 %
vel. def. 0.80 mm/min
cte def 0.01 mm/div
Hinicial 100.5 mm
Finicial 50.5 mm
s3 150 kPa
s3 300 kPa
DATOS INICIALES
PRESION EN CAMARA
ENSAYO TRIAXIAL
ESCALONADO
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0.0% 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0%
e1
sd
(kPa)
43
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Presiones totales de Poros Efectivas
Al fin de la consolidación isotrópica
Durante el incremento de carga axial
En rotura
44 > 0
> 0
0
(Núñez y Vardé 1973)
Ensayo R: intermedio
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Se mide la “resistencia al corte no drenada” su
para distintos valores de σ3
Se determina el coeficiente
45
� =������
��
�
��,��
��,��
��,�� ��,�
�
Ensayo R: intermedio
Resis
ten
cia
al c
ort
e
El silo Transcosna, 1913
46
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Se mide la “resistencia al corte no drenada” su
para distintos valores de σ3
Se determina el coeficiente
Carga rápida, el peso del grano no
produce consolidación
Carga lenta, el peso del granoproduce consolidación parcial
y aumento de resistencia
47
� =������
��
�
��,��
��,��
Cómo calcular el problema del silo de Transcosna
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Van a encontrar estas definiciones en libros, apuntes y en informes geotécnicosNo existen ccu y ϕcu porque la abcisa tiene ¡un corte!
Solo existe
48
� =������
��
�
���
���
Ensayo R: intermedioInterpretación incorrecta
Ejercicio ensayo R(como lo estamos enseñando en FIUBA)
• ��,� = 120���, �� = 130���, � = 50���
• ��,� = 430���, �� = 320���, � = 250���
• ¿cuánto vale �’? R: 28o
• ¿cuánto vale ���? R: 14o
• ¿qué significa ���?: R: no significa nada
49
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Índice
• El ángulo de fricción interna crítico
• El ensayo de corte directo
• El ensayo triaxial
• Ensayo lento (S), rápido (Q) e intermedio (R)
• Aspectos tecnológicosResis
ten
cia
al c
ort
e
50
Resis
ten
cia
al c
ort
e
51
Armado de la muestra
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Instrumentos de medición
P: celda de carga
u: transductores
δa: LVDT o LDT Montaje
52
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Fuentes de error
Fuentes de error(medición externa de deformación axial)
Tensión vertical
• Fricción vástago
• Alineación muestra
• Deformación muestra
Deformación
• Alineación muestra
• Contacto con piedrasporosas
• Deformaciones equipo
53
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Medición local de deformación: LDT
SGSG
SGSG
54
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Medición local de deformación: LDT
Registro de desplazamientos por variación de resistencias eléctricas en un Puente de Wheatstone
SG1 – SG3: cara traccionada (aumenta resistencia)SG2 – SG4: cara comprimida (disminuye resistencia)
55
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Medición local de deformación: LVDT
Registro por desplazamiento de un núcleo ferromagnético móvil dentro de un bobinado
56
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Medición local de deformación: LVDT
57
Resis
ten
cia
al c
ort
e
Consecuencias de los errores en la medición de deformaciones
Ensayo 1
LDTL1-CC
LDTL2-CC
FL-AC
0
100
200
300
400
500
600
700
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 mm
Ca
rga
(N
)
58
Resis
ten
cia
al c
ort
e
59
Bibliografía
Básica
• Powrie. Soil Mechanics. Spon Press.
• Jiménez Salas y otros. Geotecnia y Cimientos I. Ed. Rueda
Complementaria
• Bishop y Henkel. The triaxial test. Wiley.
• Mitchell. Fundamentals of soil behavior. Wiley.
• Terzaghi, Peck, Mesri, Soil Mechanics in EngineeringPractice. 3ra ed. Wiley
Resis
ten
cia
al c
ort
e
60