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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





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

�

�


� = � + � tan �

Resis

ten

cia

al c

ort

e


8

�

�

��


� = � + � tan �

Resis

ten

cia

al c

ort

e


9

�

�

��

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

� = � + � tan �

Resis

ten

cia

al c

ort

e


10

�

�

��

��

��

��

��


� = � + � tan �

Resis

ten

cia

al c

ort

e

Ensayo de corte directo: ejercicio

11

�

�

50 100 150 200

63

108

151

186


� = � + � tan �

Índice

• El ángulo de fricción interna crítico





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

��


�� = �� + 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� ��


Índice






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

�� = �� = ��

�

�


0


Resis

ten

cia

al c

ort

e

25

�� = ��

�

�

En rotura

0


Resis

ten

cia

al c

ort

e

26

��

�� = ��

�� + 2� ��

�� = ��

�

�


Resis

ten

cia

al c

ort

e


Antes de aplicar el confinamiento

Después de aplicar el confinamiento


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


Resis

ten

cia

al c

ort

e

29

��

�> 0

��

�� + ��

Después de aplicar el confinamiento

1: tan(�)


Resis

ten

cia

al c

ort

e

30

��

�> 0

��


1: tan(�)


Resis

ten

cia

al c

ort

e

31

��

�

��

� ��

�

> 0


1: tan(�)


Resis

ten

cia

al c

ort

e

32

��

�

��

En rotura

> 0

1: tan(�)


Resis

ten

cia

al c

ort

e

33

��

�

��

��

��

En rotura

> 0

1: tan(�)


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�� − �� = ��

� − ��

�

��


Resis

ten

cia

al c

ort

e


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

��

�

�

�

�� − ��

�� − ��

�


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

��

�

��


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


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


Antes del incremento de carga axial


En rotura

39

< 0

< 0

< 0 (Núñez y Vardé 1973)


Resis

ten

cia

al c

ort

e

40

��

1: tan(�)

�

��

< 0

−��

Antes del incremento de carga axial


Resis

ten

cia

al c

ort

e

41

��

1: tan(�)

�

��

En rotura< 0


Resis

ten

cia

al c

ort

e

42

��

1: tan(�)

�

��

� �� −��

En rotura< 0


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




En rotura

44 > 0

> 0

0

(Núñez y Vardé 1973)

Ensayo R: intermedio

Resis

ten

cia

al c

ort

e


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


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






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

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