Tema 1 Esfuerzos Totales y Efectivos

 

FACULTAD DE

DE SUELOS Y ASFALTO   

UNIVERSIDAD RICARDO PALMA LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS Y ASFALTO

 

TEMA 1  SEMESTRE 2013-0  CURSO: MECANICA DE SUELOS II  PROFESOR: Ing. OSCAR DONAYRE CÓRDOVA 

 

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de los

suelos

relacionados

a la  

(defoorm (def rmac acio ione nes) s).. Comp Comple leme ment ntar aria iam men ente  te  análisis y diseño de obras geotécnicas  contención y cimentaciones. ,

 

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•de Suelos Saturados. •Cálculo de Esfuerzos Transmitidos al Subsuelo   m eime dieara nteEv laalua apción  licón  ac.ión de la Teoría de la Elasticidad. Prim Pr Eval uaci • onso ac n n mens ona , roceso e   Consolidación según la Teoría de Te,rzaghi. Tipos de  Consolidadas, Preconsolidadas y Sobreconsolidadas. Com resibilidad Estimación de asentamiento or   consolidación. •Estado de esfuerzos – Teoria de Morh Coulomb. eor a e po o y es uerzos en cua qu qu er er p an ano no    principal. Se Segu gund ndaa Ev Eval aluuac acío íon  n .  

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1° Pr Prác ácti tica ca de La Labo bora rato tori rio  o 

nsayo  e onso ac n Unidimensional de Suelos

 

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Ensayo de Consolidación Unidi ensional de Suelos

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•Resistencia al Esfuerzo Cortante de Suelos   Granulares y Limo-Arcillosos. Ensayos de Corte  D irecto, Compresión No Confinada y Compresión  Triaxial. •Capacidad de Carga de los Suelos, principales   Teorías de Terza hi, Me erhof, Skem ton, Hansen, Vesic y otros aplicados a Cimentaciones   superficiales. Estimación de asentamientos en Suelos  Granulares mediante la aplicación de la Teoría de la  Elasticidad. Te Terc rcer eraa Ev Eval alua uaci ción  ón .

 

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2° Pr Práct áctic icaa de La Labo bora rato torio  rio 

  confinada

 

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Ensayo de Compresión no confinada Deformación (%)

Esfuerzo 2

0.000

0.000

0.093

0.117

.

0.826

0.373 0.466

1.311 1.941

0.560

2.375

0.653

3.003 .

0.840

4.447

0.933

5.312

1.026

6.369

1.119 1.213

7.568 8.976

.

18.0

16.0

.

0.280

.

Esfuerzo-Deformación

Vertical  (Kg/cm )

14.0

12.0    )    2   m   c 10.0    /   g    k    (   o   z   r   e 8.0   u    f   s    E

6.0

.

1.399

11.709

1.493

14.118

1.586

16.215

1.679

17.590

1.772

17.573

1.866

16.839

1.959

16.440

4.0

2.0

0.0 0 .0

0 .5

1 .0

1 .5

2 .0

2.5

Deformación (%)

Gravedad Específica

2.58

Contenido de Humedad

%  

Peso Unitario Húmedo  

Peso Unitario Seco

Grado de Saturación Inicial

Cohesión

3

 

(kN/m )

13.57 13.02

(%) (kg/cm )

   

 

2

 

Módulo Elástico Máxima Compresión

4.23

3

(kN/m )

11.57  

401.08

2

(kg/cm ) g cm

7.420 3.71

 

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•Análisis de Estabilidad de Taludes. Método de  estabilidad. Aplicaciones mediante el Método  ueco para ue os os rc osos sa ura os con os   croivteeras aioss ode eTaeynliours- pFaerlalensiuuse;os osMémtoixdtoos,de palaras    condiciones Estáticas como Seudo-estáticas   (Dinámicas). Cuarta Evaluación Obligatoria, su  calificación no se sustituye .

 

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3° Pr Prác ácti tica ca de Lab Labor orat ator orio  io  Ensayo de Corte Directo

 

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Esfuerzo Cortante Vs Deformación Horizontal 1.60

Ensayo de Corte Directo

1.40

   )    ²   m   c    /   g    K    (   e    t   n   a    t   r   o    C   o   z   r   e    f   s    E

.

1.00 0.50 kg/cm²

0.80

1.00 kg/cm² . 0.60

 

.

g c m²

0.40

0.20

0.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

Defor mación Horizon tal (% (%))

PARAMETROS DE RESISTENCI RESISTENCIA A Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal 3.00

2.50

   )    ²   m 2.00   c    /    (    K   e    t   n   a    t   r   o    C   o   z   r   e   u    f   s    E

1.50

1.00

0.50

0.00 0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

Esfuerzo Normal (kg/cm²)

COHESION (c)  ANGULO DE FRICCION FRICCION (Φ)

 

(kg/cm²)

0.00

(°)

33.69  

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rome o

na =

+

+

+

El promedio promedio de de calificación calificación de de laboratorios laboratorios,, reemplaza reemplaza a la nota más baja de cualquiera de las tres primeras evaluaciones, así mismo, la Cuarta Evaluación es o ga or a. a. Las fechas de las Evaluaciones están programadas en: EV1 = Del 07 al 11 11 de Enero 2013 (15/01/2013)   EV3 = Del 11 al 15 de Febrero 2013 (12/02/2013) EV4 = Del 25 al 28 de Febrero 2013 (27/02/2013)  

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BIBLIOGRAFIA   

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Mecáni Mec ánica ca Editorial de Suel Suelos, os, T.Will T.W illiam iam Lambe Lambe – Rob Robert ert V. •Whitman, Limusa-Mexico. •Mecánica de Suelos aplicado a la Ingeniería, Karl Terzaghi. •Fundamentos de Mecánica de Suelos, Roy Whitlow. •Mecánica de Suelos –Tomos I y II, Juarez Badillo –  Alfonso • ec n cRico. a  e Sue os y mentac ones, eorge Sowers. •Análisis y Diseño de Cimentaciones, Joseph Bowles. nica ca  e Su Suee os y Ci Cime ment ntac acio ione nes, s, Ca Carr os Cr Cres espo po •Mec ni Villalaz. • ngen er a  e men ac ones, a p ec – anson Thornburn.  

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Fundam dament entos os de Mec nic nicaa de Sue Suelos los y Cimen Cimentac tacion iones, es, •Fun Braja Dass. eo cn a  de e las ngeCimentaciones, ng n er o, enr G.A. am e Leonards. or . •Ingeniería • n s s  e mentac ones, a p cott. Manuales Autores:  de Laboratorio de Mecánica de Suelos  •Joseph Bowles  •Carlos Crespo Villalaz  •Arnaldo Carrillo Gil  •Genaro Humala   

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Exploratorio

Definitivo 

Geofísico 

Pozo a cielo abierto  Perf.con posteadora 

Calicatas  Con Tubos de Pared delgada (Selby) 

Sísmico  Resistividad Eléctrica 

.   Método Lavado 

Rotativos (Diamantina) 

Magnética 

S.P.T.

Otros 

Otros   

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SPT 

 

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SPT 

 

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Cono de Penetración (ASTM D 5778)

 

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medio del SCPTu Velocidad de onda Vs Downhole por medio c ne er, 

Si Sist stem emaa de de ancl anclaa e  Fuente automática  Onda polarizada  Vs con excelente respuesta del suelo. 

 

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Velocidad e on a

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Métodos de  rueba: onda su er icial Lectora Fuente periódica o con nua geófonos

 

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  MOGRAPH RAPH IC IMA IMAG GES OF THE S-WAVE VE VEL L OCITY TO MOG WIT WI T H H ORIZONT RIZONTAL AL SMO OTH ING

NF T

BR T

TD T

Veloc Velo c i ty( m/s) >100

100-125 125-150 150-175 175-200 200-225

>200

 

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Definiciones de la const tuc n e os suelos • Los depósitos naturales   fases constituyentes:    líquido (agua) 

Gaseoso 

Líquido  Sólido VOLUMEN

 

V

  es una • Cada fase  

.

V 

Vl Vs

MASA M

Ga Liqui   o

M l

M 

M s

 

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Fases es Com one onente ntess de Suel Suelos os Parc Parcial ialme mente nte Sat Satura urados dos Fas Relaciones de Volumen

 

Va

Wa = 0

Vw

Ww

Vs

Ws

Vv

Vm= Vv+Vs

Wm=Ww+Ws  

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DISTINTAS RELACIONES DE PARAMETROS DE SUELOS PARA OBTENER:   , d, Datos 

ω

 Gs e

sat

γ )    Peso Unitario húmedo ( γ 

 

( 1 + ω  ) G γ ω    S  ( 1  + e )

   , Gs, e 

ω ,

Gs, S  

S 

ω 

(1+ e )

( 1 + ω  ) G S  γ ω 

⎛  ⎝ 

⎛ ω    GS  ⎞ ⎞ ⎝    S  ⎠ ⎠

 

 

  ω ,

Gs, n 

G S  γ ω  ( 1 −   n ) ( 1 + ω  )

   ,

,

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S 

 

ω 

−

ω 

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Datos 

Peso Unitario Seco ( γ  γ d)  d) 

Datos 

Peso Unitario Seco ( γ  γd)  d   ) 

γ 

 ,  

ω 

(1  + ω )

  Gs, e 

e, S,

ω 

ω 

(1 +   e)

sa t , e

Gs γ ω   1 − n

 

γ sat  −

e  γ ω 

 

(1 + e )

  Gs, n 

(1 +   e)  

 sa t ,

n

γ sat   − n γ ω   

Gs ω ,

s,

(1 +

ω  Gs

S 

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) 

sa t ,

G  S  

(γ sat  − γ   ω  ) Gs (Gs  − 1)

 

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Datos  Gs, e 

Peso Unitario Saturado ( γ  γ sat)  sat)  (Gs  + e)  γ ω 

Datos 

Peso Unitario Saturado ( γ  γsat)  s  at) 

e 

γ d  

n 

γ d   +   n γ w  

γd   ,

+e

+

e

+e

γ w  

 

  Gs, n 

Gs, ωsat  

(Gs (1  − n  ) + n  )γ w  

γd   ,

(1 + ω sat  )Gs

γd   , ωsat  

(1 + ω sat Gs) e, ωsat  

n, ωsat  

(

e ω sat 

)(

γ    w

(1 + ω sat  )  (1 + e)

n (1  + ω sat  ) ω sat 

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γ d   (1  + ω sat  )  

γ w  

γd   ,

) γ w  

Gs 

(1 − (

Gs

)) γ d  

+ γ w  

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densidad ad relati relativa va,tambié también resarse se en términ términos os del La densid  peso específico seco seco, o:  n uede ex resar d 

C r  (%) = ⎢

−

d  mín

d  máx

  ) −  γ d ( mín) ⎥⎥⎦ ⎢⎣ γ d ( máx (

)

(

γ d 

)

 x100

donde   d   = peso específico seco en el estado más denso; es decir, d(máx) cuando la peso relación de vacíos  d(mín) = específico secoesene el estado más suelto; es es decir, cuando la relación de vacíos es e máx 

 

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  Com acidad acidad Relati Relativa va 

Denomi Denominac nación ión

(%) 0 – 15

Muy Suelta

15 – 35

Suelta

35 – 70

Mediana

 – 85 – 10 100

Muy Compacta o muy Densa

 

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Princi io de Es uerzo Total UNIVERSIDAD RICARDO PALMA

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  suelo real, evidentemente, hace imposible el estudio de las fuerzas existentes en cada unto de contacto. Ya ue las presiones de laemplear masa deelsuelos son anisotópicas. Por loreales que esdentro necesario concepto e . Es así que el concepto de esfuerzo aplicado a los suelos, se entiende como los esfuerzos que existen en una masa de suelo debido: peso propio, al efecto de la presencia de , externas, descargas aplicadas y por último se harán re resentaciones eo étricas úti es ara co render e estado de esfuerzos en un punto de una masa de suelo.  

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El sistema de esfuerzos correspondiente al peso propio del ESFUERZOS GEOSTÁTICOS  suelo suele ser complicado. Sin embargo, existe la sistema de esfuerzos muy sencillo: cuando la superficie del terreno es horizontal cuando la naturaleza del suelo varía muy poco en dirección horizontal. Presentándose este caso muy frecuentemente, en especial en suelos de origen se imentario. En ta caso, os es uerzos se enominan  geostáticos .

En lo descrito anteriormente se considera que no existen esfuerzos tangenciales sobre planos verticales y or zon a e raza o a ra rav e ue o. or o que e esfuerzo vertical geostático se calcula considerando el   . UNIVERSIDAD RICARDO PALMA

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Nivel del Terreno (N.T.)

eEns suelos uerzoslose compresión se matemáticamente como cantidades positivas.

h

 

γ: Peso Unitario del suelo

  El esfuerzo vertical total (σv) en un un punto punto es el esfue esfuerzo rzo roduct rod (es ucto decir o del el geostático) eso de los mat materi queeriale seales encuentran s com one onente por ntesencima s del sue suelo del lo punto considerado. σv   Donde: “γ” es el peso unitario del suelo “ ”  UNIVERSIDAD RICARDO PALMA

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Caso a E  es uerzo vertica tota (σv cuan o e ni nive re tico coincide con la superficie del terreno γ v suelo   sat wsaturado Donde: γsat peso unitario del

Caso  e buerzo ver ca o a   σv cuando el nivel freático está por enci en terreno cima ma de la su er erfi fici ciee del del σv = γw h1 + γsat h2 Don e: γ peso unitario e sue o   saturadosat

N.F. h1  

γw N.T.

h2

γsat

σv

 

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Caso c (experimental)  e uerzo ver ca o a   σv cuando el suelo está seco σv   Donde: γd peso unitario seco

N.T.

h

σv

Caso  es duerzo ver ca o a   σv cuando el suelo está parcialmente

. .

h

saturado σv = γ h Donde: eso unitario húmedo o

γd

S ≠ 100% ω>0

σ

parcialmente saturado  

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Caso general σv     conformado por varios estratos o capas de suelos σ = h + h  + h γsat1 peso unitario del suelo saturado tipo 1 Donde: esoo uni es unita tari rioo del del sue suelo lo sa satu tura rado do ti o 2 N.F. h1

 

γw

N.T.

γsat 1

sa

  2

σv  

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Concepto de Presión de poro, presión neutra,

intersticios, vacios o poros de un suelo saturado. Por lo que masa de suelo. n e ca caso que no ex s a u o e agua a pres n e poros es igual a la presión hidrostática . Por lo que la presión

n ers c a μ en un pun o e erm na o es gua a peso unitario del agua multiplicado por la distancia (hw) del punto a n ve re co. μ = γw hw  

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Para obtener información de los niveles freáticos se pueden utilizar las siguientes alternativas, dependiendo características del estudio.de las Los observaciones se pueden hacer mediante: a ozos ex s en es; uper c es e agua libre (lagos, ríos, canales, manantiales o “ ”, , , . de observación especialmente instalados para .  

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Pozos de observación del nivel freático   ozo s n u o ozo en u a o

 

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n e ca caso cuan o e . . co nc e con a super c e del terreno, el esfuerzo neutro (  ) será: μ = γw

w = γw

N.T.

1+ 2 N.F.. N.F

h1

Suelo 1

h2

Suelo 2

 

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  . . debajo de la superficie del terreno, el esfuerzo neutro será: μ= γw hw = γw (h1+h2-ho) N.T. h1

N.F. Suelo 1

h2

Suelo 2

 

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ho

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Concepto desuelo, Ascención Capilar Suelos En una masa de los espacios vacíos en o intersticios

interconectados pueden comportarse como tubos capilares e iv iver erso sosspuede i met etro ros. s. or oque queeel aagua qu uerz ue rza tens te nsii n superficial ocasionar enael esuelo . esta ascen ascención esta ascenció capilar ciónn ca dependerá ilarr dismin ila disminuir del uiráádiámetro con el incr con increme deemento losnto “tubos”, del del diámetro de los “tubos”. Como estos en el suelo tienen diámetros variables, la altura de la ascención capilar no ser un orme. en o a μ en cu cuaa qu er pu punt ntoo en a zo zona na e ascención capilar aproximadamente a: μ= hacia -S γwarriba h´ desde el nivel freático Donde h´= distancia medida  

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Ascención capilar La presión en el punto A dentro del tubo capilar,

hc

A

h´

μ = -γw h´ (p (par araa h´= h´= 0 a hc)

h´

Zona de ascención capilar en el perfil del N.F.

 

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Ascención capilar en suelos   poros o vacíos se produce el fenómeno fenómeno de ascensión capilar. Cumpliéndose el principio siguiente “mientras más pequeños son poros laesaltura la continuación que asciende se el dan agua por encima nivellos freático mayor.a A da n valores de ladel c   suelos indicados en la tabla: Ti o de  uelo

uelto Cr: 15% – 35%

Denso Cr: 70% – 85%

Arena gruesa

0.03 – 0. 0 .12

0.04 – 0 0..15  

Arena media

0.12 – 0 0..50

0.35 – 11..10  

Arena fina

0.30 – 2 2..00

0.40 – 3 3..50  

Limo

1.50 – 10.00

2.50 – 12.00  

Arcilla 

 

≥  10.00   

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Concepto de Esfuerzo Efectivo ons ere un es uerzo ver ca en un punto A situado a una profundidad h1+h2   vertical total en el punto “A” . es: esfuerzo σA = h1γ + h2γsat ue o se denomina es uerzo e ectivo vertical en A (σA´) a la diferencia entre el esfuerzo total en A menos la resión de poros en dicho punto, conociéndose también a esta presión efectiva como presión intergranular: σ ´ =  +

 

h1

N.T.

γ

N.F.

h2

γsat

A´

sa   

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N.T.

1

 

 

. .

2

sat

A´

´   sat σA´ = h1γ + h2γsat – γ ω (h2) σ

Esfuerzo Efectivo en “A” (σA´ ):

 

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Esfuerzo en Condiciones r o n m c ca a s Cuan Cu ando do ex exis iste te mo movi vimi mien ento to o fl fluu o de a ua ua,, la lass

presiones ya no se consideran hidrotáticas sino que presiones es epasan caso ca so,, hacer para pa ra co cono noce cerr oshidrodinámicas. va or ores es e as En presiones de poro es necesario medirlas “in ”, instrumentación geotécnica como son los iezómetros.

 

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Piezómetro (Tubo abierto o Casagrande) Un piezómetro es una tubería de diámetro pequeño, abierta en ambos extremos, generalmente no perforada (excepto en una sección pequeña, no superior a 10-20 cm), instalada revistiendo el pozo filtraciones entre la pared exterior del tubo y el sinterior uello lo ue erm rmit itir ir sólo ue por tod odaaelelextremo a ua ueinferior. in re resse a su haga

 

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Piezómetro Tubo Abierto o Casan rande

 

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Instalación de piezómetro Tapa

S Arena

anura o e Tubo

 

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Piezómetro e cer m caabierto

Sonda de nivel  

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  PIEZÓMETROS ÚLTIMA GENERACIÓN

 

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PIEZÓMETROS NEUMÁTICOS Piezómetros neumáticos neumáticos o de Diafragma Hidraúlica

 

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Piezómetros neumáticos y lectora de presiones

 

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Piezómetros eléctrico o de Cuerda Vibrante

 

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de Tubo aPara iertelo caso o asde agrPiezómetros an e Si se em lea leara ra con fin fines es de mon monito itoreo reo eot eotécn écnico ico los pizómetros de tubo abierto o Casagrande, se podría presentar los siguientes casos durante la ns rumen ac n e cua se se n erpre ar a e a siguiente manera:

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Cuando nivel del agua en el tubo abierto coincideelcon el N.F.   hidrostática; por lo tanto no existe flujo ni movimiento del agua: N.T.

N.F.

h1

hp

A

 

ω

p

No hay flujo   

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Cuando el nivelencima del agua el tubo abierto se encuentra del en N.F.   hidrodinámica; por lo tanto si existe flujo o movimiento del agua: N.T.

N.F. hp h1

A

hp >h1 μ = γω (h ) Existe flujo ascendente   

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Cuando el nivelpordeldebajo agua en tubo abierto se encuentra delelN.F.   hidrodinámica; por lo tanto si existe flujo o movimiento del agua: N.T.

N.F.

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