Calculo de Resistencia en Suelos

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  • U.P.V. E.H.U.

    - 1 -

    IntroducciIntroduccinn

    Hasta ahora sabemos cmo calcular las tensiones en el terreno: Peso propio + acciones exteriores. Crculos de Mohr (tensiones efectivas y tensiones totales).

    TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.

    El terreno resiste esas tensiones? En este tema se estudia. SI Se puede realizar la construccin que transmite esas tensiones.NO Hay que redisear la obra para reducir las tensiones.NO Si se construye la obra tal como est diseada, se producirel fallo (colapso) del terreno.

  • U.P.V. E.H.U.

    - 2 -

    DefiniciDefinicin de fallo de un suelon de fallo de un suelo (I)(I)

    El suelo no es capaz de resistir esfuerzos de traccin. S puede resistir esfuerzos de compresin. Se produce el fallo en forma de deslizamientodeslizamiento a lo largo de una superficie interna del terreno.

    La resistencia de un suelo es una funcin de su resistencia aldeslizamiento Resistencia al esfuerzo cortante. Depende de:n Fuerza normal entre superficies deslizante y fija.o Rozamiento entre partculas.p Cohesin.

    TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.

    Imgenes extradas del CTE. DB-SE-Cimientos

  • U.P.V. E.H.U.

    - 3 -

    Criterio de fallo de MohrCriterio de fallo de Mohr--CoulombCoulomb (I)(I)

    TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.

    FF

    SSlido rlido rgidogidoTT

    FF

    Se producir el deslizamiento del slido sobre la superficie si T F. es el coeficiente de rozamiento entre slido y superficie. Cuanto mayor sea la fuerza F, mayor ser la fuerza de rozamiento F.

    Analoga con el comportamiento de un slido rgido

  • U.P.V. E.H.U.

    - 4 -

    Criterio de fallo de MohrCriterio de fallo de Mohr--CoulombCoulomb (II)(II)

    TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.

    FF

    SueloSuelo

    TT

    Comienza a producirse el deslizamiento entre la mitad superior y la mitad inferior cuando:

    Analoga con el comportamiento de un slido rgido:qu ocurrira en una "pastilla" de suelo?

    fmxmx

    AT ====== tgA

    FA

    FA

    T Rmx

    = tgf

    es el "ngulo de rozamiento interno", y es una constante del suelo

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    - 5 -

    Criterio de fallo de MohrCriterio de fallo de Mohr--CoulombCoulomb (III)(III)

    TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.

    No todos los suelos se comportan igual. Las arcillas presentan "cohesin", independientemente de F, que tambin aporta resistencia.

    La "cohesin" se representa por c y tambin es una constante del suelo

    += tgcf

    Por lo tanto, en un suelo genrico la ley que regula su comportamiento resistente sera:

    En 1925, Terzaghi observa diferencias con la experiencia y modifica la expresin:

    += tgcf Adems, puesto que en algunos tipos de suelos su comportamiento es variable en el tiempo, se hablar de una resistencia "rpida" o "a corto plazo" y otra "lenta" o "a largo plazo, con parmetros y c distintos, tal como se puede observar en la pgina siguiente.

  • U.P.V. E.H.U.

    - 6 -

    Criterio de fallo de MohrCriterio de fallo de Mohr--CoulombCoulomb (IV)(IV)

    nn Suelos granulares y arcillas NC en condiciones de drenaje (largSuelos granulares y arcillas NC en condiciones de drenaje (largo plazo).o plazo).

    cf = c

    f = c + tg

    f = tg

    LLneas de resistencia intrneas de resistencia intrnsecanseca

    oo Cualquier tipo de arcilla sin posibilidad de drenaje (corto plaCualquier tipo de arcilla sin posibilidad de drenaje (corto plazo).zo).pp Arcillas Arcillas sobreconsolidadassobreconsolidadas en condiciones de drenaje (largo plazo) y suelos en condiciones de drenaje (largo plazo) y suelos que contienen todo tipo de partque contienen todo tipo de partculas.culas.

    Angulo de rozamiento internoCohesin

    TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.

    1

    2

    3

  • U.P.V. E.H.U.

    - 7 -

    Criterio de fallo de MohrCriterio de fallo de Mohr--CoulombCoulomb (V)(V)

    =24

    tgc224

    tg213

    ++

    +=24

    tgc224

    tg231

    TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.

    c

    NO FALLO

    c

    1

    3

    FALLO

    Por lo tanto, conocido el estado de tensiones en un punto del suelo y representado mediante el crculo de Mohr, se comparar con la recta de resistencia intrnseca (ver figuras) dando lugar a situaciones de fallo o no fallo.

    Expresiones que relacionan las tensiones principales en un punto del suelo con sus parmetros resistentes, y c, en la situacin de fallo.

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    - 8 -

    La prueba de corte directoLa prueba de corte directo (I)(I)

    TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.

    Es una prueba relativamente sencilla que reproduce la rotura de un suelo tal como la estudi Coulomb.

    Se emplea en arenas y limos arenosos. Consiste en aplicar una fuerza horizontal que separa en dos partes una muestra de suelo y medir cunta fuerza es necesaria para producir esa rotura.

    Se lleva a cabo en aparatos de corte directo, como el representado de forma esquemtica en la pgina siguiente, y en la fotografa adjunta.

    Este ensayo est normalizado segn las normas UNE 103401:1998 y ASTM D3080-04.

    Imagen procedente del

    Catlogo de Controls S.L.

  • U.P.V. E.H.U.

    - 9 -

    La prueba de corte directoLa prueba de corte directo (II)(II)

    Fases del ensayoFases del ensayo::nn AplicaciAplicacin fuerza vertical.n fuerza vertical.oo AplicaciAplicacin fuerza / desplazamiento horizontal.n fuerza / desplazamiento horizontal.pp Medida simultMedida simultnea del desplazamiento horizontal / fuerza.nea del desplazamiento horizontal / fuerza.

    TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.

    Agua

    Pistn de carga

    Placas porosas

    Ranuras dedrenaje

    Suelo

    Esquema de un aparato de corte directoEsquema de un aparato de corte directo

    Fuerza vertical

    Fuerza/despl.horizontal

    Caja de corte

    Yugo cuello de cisne

    Fuerza/despl.horizontal

  • U.P.V. E.H.U.

    - 10 -

    c

    La prueba de corte directoLa prueba de corte directo (III)(III)

    3 = Fv3/Af32 = Fv2/Af21 = Fv1/Af1

    H

    f1

    1

    f2

    2

    f3

    3

    TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.

    El ensayo se realiza con tres muestras del mismo suelo para cargas verticales distintas.

    Para cada muestra se representa un diagrama de desplazamiento relativo horizontal frente a la carga horizontal creciente aplicada (figura derecha).

    En la situacin de fallo se tiene la tensin de fallo, f , y la tensin vertical, , que estarn sobre la lnea de resistencia intrnseca del suelo.

    Se sitan los tres puntos de los tres ensayos en el diagrama (figura derecha) y se dibuja la recta, obtenindose la cohesin y el ngulo de rozamiento interno del suelo.

  • U.P.V. E.H.U.

    - 11 -

    La prueba de corte directoLa prueba de corte directo (IV)(IV)

    p1

    f1

    H

    1 = Fv1/A

    Valor picoValor pico

    Valor Valor ltimoltimo

    Suelos granulares sueltosArcillas blandas

    Suelos granulares densosArcillas duras

    TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.

    En el caso de suelos granulares densos y arcillas duras, se obtiene un valor mximo (pico) de la resistencia del suelo, p. Y un valor ltimo de la resistencia, que por seguridad es el que se toma como tensin de fallo, f.

  • U.P.V. E.H.U.

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    Pruebas de compresiPruebas de compresin triaxialn triaxial (I)(I)

    TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.

    La prueba de corte directo no representa el comportamiento real del suelo. Las pruebas triaxiales (biaxiales) son ms adecuadas. Estn normalizadas segn UNE 103402:1998, ASTM D4767-04 y ASTM D2850-03a(2007).

    Esquema de los elementos fundamentales de un ensayo triaxialImagen procedente del Catlogo de Controls S.L.

  • U.P.V. E.H.U.

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    Pruebas de compresiPruebas de compresin triaxialn triaxial (II)(II)

    TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.

    MMquina triaxialquina triaxial

    Sistema de presiSistema de presinn

    Fotografa que muestra el equipamiento completo para el ensayo triaxialImagen procedente del Catlogo de Controls S.L.

  • U.P.V. E.H.U.

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    Pruebas de compresiPruebas de compresin triaxialn triaxial (III)(III)

    n Aplicacin de presin en cmara.No se permite el drenaje del agua. Toda la presin de cmara se transmite al agua.

    o Se permite el drenaje del agua.Hasta que la presin intersticial es nula. Toda la presin es soportada por las partculas slidas, es decir, es una tensin efectiva. La tensin es la misma en todas las direcciones (istropa).

    Fase IFase I: Consolidaci: Consolidacin isn istropa.tropa.

    TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.TEMA 6. CALCULO DE LA RESISTENCIA EN SUELOS.

    t

    vt

    u

    v0

    u0v

    t

    v

    t

    vt

    u

    t

    u

    v0

    u0vv

    1

    2

  • U.P.V. E.H.U.

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    Pruebas de compresiPruebas de compresin triaxialn triaxial (IV)(IV)

    Adicionalmente se aplica una fuerza vertical con el pistn. El estado de tensiones deja de ser i