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Introducción a la resistencia al corte de los suelos

(84.07) Mecánica de Suelos y Geología

Alejo O. Sfriso: asfriso@fi.uba.ar

Ernesto Strina: estrina@fi.uba.ar

Índice

• El ángulo de fricción interna

• El ensayo de corte directo

• El ensayo triaxial

• Ensayo lento (S), rápido (Q) e intermedio (R)

• Aspectos tecnológicosResis

Ángulo de fricción interna

• Experiencia: la botella con arena

• Experiencia: el ángulo de reposo

• Ángulo de reposo ~ Ángulo de fricción interna crítico

Índice

• El ángulo de fricción interna

Ensayo de corte directo: equipo

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

� = � + � tan �

Ensayo de corte directo: resultados

� = � + � tan �

��

� = � + � tan �

��

��Nota: el procedimiento se basa en una interpretación obsoleta del comportamiento de los suelos

� = � + � tan �

��

� = � + � tan �

Ensayo de corte directo: ejercicio

50 100 150 200

� = � + � tan �

Índice

• El ángulo de fricción interna crítico

Ensayo triaxial

Cámara triaxial

Ensayo triaxial: mediciones

Mediciones

• Carga axial P

• Despl. axial δa

• Cambio volumen Δv

• Presión de poros u

• Despl. radial δr

P, δa

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

�� = �� + 2� ��

-link-

Ensayo triaxial: ejercicio

��

50 100 150 200

��

�� = �� + 2� ��

Ensayo triaxial: dibuje círculos de Mohr

100 200 300 400

�500 600 700

��

50 191100 335150 496200 642

�� = �� + 2� ��

Índice

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

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

Saturación

Consolidación

Etapas de saturación y consolidación

Presiones totales de Poros Efectivas

Al fin de la consolidación isotrópica

Durante el incremento de carga axial

En rotura

0 (Núñez y Vardé 1973)

Ensayo S: lento, drenado

�� = �� = ��

�� = ��

En rotura

��

�� = ��

�� + 2� ��

�� = ��

Antes de aplicar el confinamiento

Después de aplicar el confinamiento

En rotura

> 0 (Núñez y Vardé 1973)

Ensayo Q: rápido, no drenado

��

1: tan(�)

��

−��

Antes de aplicar el confinamiento

��

�> 0

��

�� + ��

Después de aplicar el confinamiento

1: tan(�)

��

�> 0

��

1: tan(�)

��

� ��

1: tan(�)

��

En rotura

1: tan(�)

��

En rotura

1: tan(�)

Se mide la “resistencia al corte no drenada” su

Se obtiene el díametro del círculo (2 su), pero no su posición

34�� − �� = ��

� − ��

��

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

��

�� − ��

Si en un ensayo S la muestra reduce su volumen, en un ensayo Q el círculo se corre a la izquierda

��

� > 0

��

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

��

� > 0

��

� < 0

El ensayo no drenado más simple de todos es el ensayo de compresión simple

38 �� − �� = �� − ��

��

Ensayo de compresión simple

Antes del incremento de carga axial

En rotura

< 0 (Núñez y Vardé 1973)

��

1: tan(�)

��

−��

Antes del incremento de carga axial

��

1: tan(�)

��

En rotura< 0

��

1: tan(�)

��

� �� −��

En rotura< 0

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

0.0% 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0%

En rotura

44 > 0

(Núñez y Vardé 1973)

Ensayo R: intermedio

para distintos valores de σ3

Se determina el coeficiente

� =��

��

��,��

��,�� ,�

Ensayo R: intermedio

El silo Transcosna, 1913

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

� =��

��

��,��

Cómo calcular el problema del silo de Transcosna

Van a encontrar estas definiciones en libros, apuntes y en informes geotécnicosNo existen ccu y ϕcu porque la abcisa tiene ¡un corte!

Solo existe

� =��

��

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

Índice

Armado de la muestra

Instrumentos de medición

P: celda de carga

u: transductores

δa: LVDT o LDT Montaje

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

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)

Medición local de deformación: LVDT

Registro por desplazamiento de un núcleo ferromagnético móvil dentro de un bobinado

Medición local de deformación: LVDT

Consecuencias de los errores en la medición de deformaciones

Ensayo 1

LDTL1-CC

LDTL2-CC

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 mm

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

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