SEMINARIO DE SUELOS Resistencia al Corte Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia OBJETIVO GENERAL Llevar a cabo un recuento breve de los aspectos teóricos relacionados con la teoría de Resistencia al Corte de los Suelos. Esto con el fin de encaminarse hacia una mejor comprensión de los temas específicos del curso. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ESFUERZO Hace referencia a una fuerza por unidad de área. Se representa con la letra s. 𝐹 𝜎= 𝐴 Área Igual Área diferente Se conoce también como Presión Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TIPOS DE ESFUERZO s: Esfuerzo normal 𝝈𝒙 : Esfuerzo normal en sentido x 𝝈𝒚 : Esfuerzo normal en sentido y t: Esfuerzo cortante 𝝉𝒚𝒙 : Esfuerzo cortante en el plano x-z en el sentido x 𝝉𝒙𝒚 : Esfuerzo cortante en el plano y-z en el sentido y Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CIRCULO DE MOHR El círculo de Mohr es la representación gráfica del estado de esfuerzos de un cuerpo. Punto (s,t) Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CIRCULO DE MOHR Esfuerzo Principal: Esfuerzo normal que actúa en un plano donde no hay esfuerzos cortantes. Eje X Plano t = 0 𝝈𝟏 : Esfuerzo Principal Mayor 𝝈𝟑 : Esfuerzo Principal Menor Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CIRCULO DE MOHR Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CIRCULO DE MOHR Polo El polo (𝑶𝒑 ) se denomina como el origen de los planos. Este corresponde a un punto en el circulo de Mohr con la siguiente propiedad: Una línea trazada por el punto 𝑂𝑝 y el punto A en el circulo de Mohr, será paralela al plano sobre el cual actúan los esfuerzos correspondientes al punto A. Convenciones para Geotecnia: Compresión (+) Cortante (+) Tracción (-) Cortante (-) Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CIRCULO DE MOHR Ejercicio Calcule los esfuerzos en el elemento presentado a continuación: Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Diagramas s-t (MIT) En muchos problemas es conveniente representar sobre un diagrama único, muchos estados de esfuerzos para una determinada muestra de suelo. En tales casos, resulta muy pesado trazar los círculos de Mohr; e incluso, mas difícil aún, ver lo que se ha representado en el diagrama después de dibujar todos los círculos. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Puntos s-t (MIT) Representan el punto de máxima cortante en círculo del Mohr (+ − 𝜏𝑚𝑎𝑥 ) en un plano de coordenadas s y t. 𝒕 𝑡 + 𝑠𝑖 𝜎𝑣 > 𝜎ℎ 𝒔 𝜎1 + 𝜎3 𝑠= 2 Centro 𝑡= 𝜎1 − 𝜎3 2 Pueden expresarse en términos efectivos!! Radio Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Diagramas s-t (MIT) La trayectoria de esfuerzos (Stress Path) es la unión sucesiva de los puntos s y t. 𝒕 𝒔 𝜎 s Trayectoria de Esfuerzos Totales (TSP) 𝜎′ s’ Trayectoria de Esfuerzos Efectivos (ESP) Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Compresión Condición Inicial 𝜎𝑣 = 𝜎ℎ ∆𝜎ℎ = 0 ∆𝜎𝑣 = Incrementa 𝜎𝑣 +∆𝜎𝑣 𝜎𝑣 𝜎ℎ 𝜎ℎ 𝜎ℎ 𝜎ℎ 𝜎𝑣 +∆𝜎𝑣 𝜎𝑣 t 45º Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Compresión Cimentación q Partícula sometida a compresión. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Compresión Reducida ∆𝜎ℎ =Disminuye ∆𝜎𝑣 = 0 Condición Inicial 𝜎𝑣 = 𝜎ℎ 𝜎𝑣 𝜎ℎ 𝜎𝑣 𝜎ℎ 𝜎ℎ -∆𝜎ℎ 𝜎ℎ -∆𝜎ℎ 𝜎𝑣 𝜎𝑣 t 45º Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Compresión Reducida Excavación Partícula sometida a compresión reducida. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Extensión ∆𝜎ℎ =Aumenta ∆𝜎𝑣 = 0 Condición Inicial 𝜎𝑣 = 𝜎ℎ 𝜎𝑣 𝜎ℎ 𝜎𝑣 𝜎ℎ 𝜎ℎ + ∆𝜎ℎ 𝜎ℎ ´ + ∆𝜎ℎ 𝜎𝑣 𝜎𝑣 t 45º Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Extensión Excavación Anclaje Partícula sometida a extensión. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Extensión Reducida Condición Inicial 𝜎𝑣 = 𝜎ℎ ∆𝜎ℎ = 0 ∆𝜎𝑣 = Disminuye 𝜎𝑣 − ∆𝜎𝑣 𝜎𝑣 𝜎ℎ 𝜎ℎ 𝜎ℎ 𝜎ℎ 𝜎𝑣 − ∆𝜎𝑣 𝜎𝑣 45º t Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Extensión Reducida Excavación Partícula sometida a extensión reducida. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Diagramas s-t (MIT) t CR C 45º 45º 𝝈𝒗 = 𝝈𝒉 45º ER C: Compresión E: Extensión CR: Compresión Reducida ER: Extensión Reducida 45º E Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Diagramas s-t (MIT) t CR C 45º 45º 𝝈𝒗 > 𝝈𝒉 45º ER 45º E NC C: Compresión E: Extensión CR: Compresión Reducida ER: Extensión Reducida Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Diagramas s-t (MIT) t CR C 45º 45º 𝝈𝒗 < 𝝈𝒉 45º ER 45º E SC C: Compresión E: Extensión CR: Compresión Reducida ER: Extensión Reducida Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Diagramas s-t (MIT) En un diagrama s-t se pueden representar relaciones de esfuerzo K. 𝜎ℎ 𝐾= 𝜎𝑣 K: Relación entre el esfuerzo horizontal y el esfuerzo vertical. t K 𝜎ℎ ′ 𝐾0 = 𝜎𝑣 ′ 𝛽º 45º 𝜎ℎ 𝑲𝟎 : Coeficiente de empuje de tierras en reposo. En este caso no existe deformación lateral. 45º 𝜎𝑣 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Puntos p-q (CAMBRIDGE) Representan el esfuerzo promedio y el esfuerzo desviador en un plano de coordenadas p y q. 𝒒 𝑞 + 𝑠𝑖 𝜎𝑣 > 𝜎ℎ 𝒑 𝑝= 𝜎1 + 2 𝜎3 3 Esfuerzo promedio 𝑞 = 𝜎1 − 𝜎3 Pueden expresarse en términos efectivos!! Esfuerzo desviador Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Puntos p-q (CAMBRIDGE) La trayectoria de esfuerzos (Stress Path) es la unión sucesiva de los puntos p y q. 𝒑 𝒒 𝜎 q Trayectoria de Esfuerzos Totales (TSP) 𝜎′ q’ Trayectoria de Esfuerzos Efectivos (ESP) Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CRITERIO DE FALLA MOHR- COULOMB Esta teoría establece que la rotura por corte en un punto de una masa de suelo ocurre cuando el esfuerzo cortante t llega a igualar la resistencia a la cizalladura s en la misma dirección. 𝑠 = 𝑐 + 𝜎 ′ tan 𝜙 𝝈′ : Esfuerzo efectivo (𝜎-m) 𝝓: Ángulo de fricción 𝑪: Mal llamado Cohesión Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CRITERIO DE FALLA MOHR- COULOMB En un sistema de coordenadas con eje horizontal representando los esfuerzos normales y eje vertical representando los esfuerzos tangenciales o de corte, dicha ecuación representa una recta que se conoce con el nombre de recta de Mohr-Coulomb. Envolvente de Falla Mohr-Coulomb f 𝑠 = 𝜏 = 𝑐 + 𝜎 ′ tan 𝜙 c Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CRITERIO DE FALLA MOHR- COULOMB Ángulo de fricción Interna (f) Cuando un suelo falla, no lo hace a través de un plano que atraviesa los granos del suelo; sino que se produce un deslizamiento que ocurre grano a grano, de manera que la resistencia que ofrece una masa de suelo tiene que ver con las fuerzas friccionales que se desarrollan entre los granos que la componen. • Tamaño de la partícula • Forma de la partícula Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CRITERIO DE FALLA MOHR- COULOMB Cohesión: Existen dos tipos de cohesión: • • Cohesión Verdadera: Producida en arcillas por fuerzas de carácter electrostáticas que son generadas por la película de agua adsorbida que se forma sobre cada partícula. Cohesión Aparente: Producida en arenas, limos y arcillas. Esta cohesión está en función de la humedad. La atracción entre partículas se pierde rápidamente si la muestra es secada o si se sumerge en agua, ya que los meniscos aumentan de radio. C es el parámetro dentro del criterio de falla de Mohr-Coulomb que representa el intercepto con el eje t!! Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CRITERIO DE FALLA MOHR-COULOMB Diagramas s-t (MIT) En un diagrama s-t se pueden representar el criterio de falla Mohr-Coulomb. Éste se representa mediante la relación de esfuerzos K en el momento de la falla (𝐾𝑓 ). 𝑲𝒇 t (Compresión) 𝜓º 𝛽º −𝛽º 𝑲𝟎 𝑲𝟎 -𝜓º 𝑲𝒇 (Extensión) Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CRITERIO DE FALLA MOHR-COULOMB Diagramas s-t (MIT) La relación entre 𝐾𝑓 y el criterio de falla de Mohr-Coulomb se presenta a continuación: t 𝜓º 𝑲𝒇 sin 𝜙 = tan 𝜓 𝑎 𝑐= cos 𝜙 a fº t Es una elección personal. Sin embargo, es más fácil trazar una línea a través de una serie de puntos (diagramas s-t) que intentar trazar una línea tangente a una serie de puntos. c Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CRITERIO DE FALLA MOHR-COULOMB Diagramas p-q (CAMBRIDGE) En un diagrama p-q se pueden representar el criterio de falla Mohr-Coulomb. Éste se representa mediante la relación de esfuerzos K en el momento de la falla (𝐾𝑓 ). q 𝑲𝒇 (Compresión) 𝑀 𝛽º −𝛽º 𝑲𝟎 𝑲𝟎 -𝑀 𝑲𝒇 (Extensión) Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CRITERIO DE FALLA MOHR-COULOMB Diagramas p-q (CAMBRIDGE) La relación entre 𝐾𝑓 y el criterio de falla de Mohr-Coulomb se presenta a continuación: q 𝑲𝒇 𝑀 3𝑀 sin 𝜙 = 𝑀+6 3 − 𝑠𝑒𝑛𝜙 𝑐=𝑎 6 cos 𝜙 a fº t Es una elección personal. Sin embargo, es más fácil trazar una línea a través de una serie de puntos (diagramas p-q) que intentar trazar una línea tangente a una serie de puntos. c Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CONDICIONES LÍMITE DE FALLA Dependiendo de que los excesos de presión de poros generados bajo la aplicación de una nueva carga puedan o no disiparse rápidamente, se reconocen dos condiciones extremas. • Condición Drenada: El cambio de esfuerzos se da tan lentamente, respecto a la capacidad de drenaje, como para que no se produzca ningún exceso en la presión de poros. • Condición No Drenada: El cambio en los esfuerzos se de tan rápidamente, respecto a la posibilidad que tiene el suelo para drenar, que no se produce disipación alguna de la presión de poros. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Condiciones Drenadas En condiciones drenadas la trayectoria de esfuerzos totales (TSP) es igual a la trayectoria de esfuerzos efectivos (ESP) ya que no se desarrollan presiones de poros. A continuación se presenta una trayectoria de esfuerzos de compresión. 𝒕 𝒔 𝐬′ Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Condiciones No Drenadas En condiciones no drenadas la trayectoria de esfuerzos totales (TSP) es diferente de la trayectoria de esfuerzos efectivos (ESP) ya que se desarrollan presiones de poros. A continuación se presenta una trayectoria de esfuerzos de compresión. Allí la trayectoria de esfuerzos efectivos (ESP) se desplaza hacia izquierda, ya que 𝜎 ′ = 𝜎 − 𝜇 . En cualquier punto durante la carga el cambio en la presión de poros Δ𝜇 puede ser representada como una línea horizontal entre la trayectoria de esfuerzos totales (TSP) y la trayectoria de esfuerzos efectivos (ESP). 𝒕 𝒔 𝐬′ Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CONDICIONES DE FALLA No Consolidada No Drenada (UU): Cuando un depósito de arcilla se somete a un cambio de esfuerzos que es rápido comparado con el tiempo necesario para la disipación del exceso de presión intersticial, la falla potencial debido a la aplicación de nuevas cargas se producirá en condiciones No Consolidadas No Drenadas. Terraplén construido rápidamente sobre un depósito de arcilla blanda Presa de tierra grande construida rápidamente sin cambio en el contenido de humedad del núcleo de arcilla Zapata continua colocada rápidamente en depósito de arcilla Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CONDICIONES DE FALLA Consolidada No Drenada (CU): Cuando ya se ha producido algún grado de consolidación y los esfuerzos de corte que se generan en el suelo tienen la magnitud suficiente para producir la falla, esta se producirá rápidamente sin drenaje adicional. Terraplén elevado después de consolidarse bajo altura inicial Desembalse rápido aguas arriba de una presa. Sin drenaje del núcleo Construcción rápida de terraplén en talud natural Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CONDICIONES DE FALLA Consolidada Drenada (CD): En ciertas situaciones el suelo que se afectará con una construcción es un depósito de arena o grava, de manera que cualquier falla potencial debido a la aplicación de nuevas cargas se producirá en condiciones consolidadas drenadas, Terraplén construido muy lentamente por capas sobre un depósito de arcilla blanda Presa de tierra con estado de infiltración constante Zapata continua colocada en depósito de arcilla a largo plazo después de la construcción Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia RESITENCIA AL CORTE Ensayo de Corte Directo Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CORTE DIRECTO ASTM D3080 – I.N.V. E 154 El ensayo de corte directo consiste en someter una muestra cilíndrica o de sección cuadrada de suelo, confinada lateralmente dentro de una caja metálica, a una carga normal N para aplicarle una carga tangencial t, que se aumenta gradualmente hasta hacer fallar la muestra a través de un plano preestablecido. N N Placa Metálica Espécimen de suelo de área transversal A Piedra Porosa T T A B Suelo Plano de falla predeterminado Piedra Porosa El esfuerzo tangencial se logra debido a que la caja consta de dos secciones, una de las cuales es móvil y se desliza respecto a la otra para producir el esfuerzo tangencial o de corte. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CORTE DIRECTO Equipo Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CORTE DIRECTO Material Frágil Arenas Densas y Arcillas Duras 2 3 1 ¿Dónde Falla? Material Plástico Arenas Sueltas y Arcillas Blandas Deformación Horizontal (DH) Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CORTE DIRECTO Se acostumbra hacer el ensayo utilizando tres cargas normales 𝑁1 , 𝑁2 y 𝑁3 sobre tres muestras diferentes del mismo suelo, para las cuales las fuerzas tangenciales con las que se produce la falla serán llamadas respectivamente 𝑇1 , 𝑇2 y 𝑇3 . Los esfuerzos normales s y tangenciales t se determinan suponiendo que ellos están uniformemente distribuidos sobre la Sección A del espécimen, de 𝑁 𝑇 modo que 𝜎 = y 𝜏 = . 𝐴 𝐴 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CORTE DIRECTO Ya que el material ensayado cumple con el criterio de falla de Mohr-Coulomb, la línea que une esos tres puntos corresponde a la ecuación 𝑠 = 𝑐 + 𝜎 ′ 𝑡𝑎𝑛 𝜙. Cabe anotar que en cada una de las tres determinaciones el esfuerzo cortante t ha igualado a la resistencia al corte S del suelo. Envolvente de Falla Mohr-Coulomb t = s = c + s Tan f . . 2 . 3 f Los parámetros de resistencia al corte que se obtienen corresponden a la condición de falla del material. 1 c Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CORTE DIRECTO Aplicabilidad y Limitaciones La norma ASTM D3080 únicamente cubre la ejecución del ensayo bajo las condiciones CD. Los recorridos del drenaje a través de la muestra ensayada son cortos y permiten mejor y más rápidamente la disipación de presión de poros. No obstante, la velocidad de falla del ensayo debe ser suficientemente lenta para que se pueda asegurar que efectivamente 𝛿𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑎 𝛿𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑎 se hace un ensayo drenado. 𝑉= 50 𝑡50 = 11,6 𝑡90 𝛿𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑎 = 10 𝑚𝑚 𝑁𝐶 𝑦 𝑙𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑆𝐶 𝛿𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑎 = 5 𝑚𝑚 𝑜𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜𝑠 Los esfuerzos y las deformaciones no son uniformemente distribuidas dentro del espécimen, razón por la cual no pueden determinarse parámetros de deformabilidad tales como el Módulo de elasticidad. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CORTE DIRECTO Aplicabilidad y Limitaciones La falla ocurre a través de un plano predeterminado. El intervalo de cargas normales debe ser apropiado para las condiciones del suelo investigado. Las condiciones deben ser representativas del suelo que se esta investigando. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia CORTE DIRECTO TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Durante la consolidación en el ensayo de Corte Directo se genera la siguiente trayectoria de esfuerzos: t 𝑲𝟎 Durante la consolidación el anillo restringe la deformación lateral; por lo tanto, la muestra se consolida mediante condiciones 𝑘0 . Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia RESITENCIA AL CORTE Ensayo de Compresión Simple Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia COMPRESIÓN SIMPLE ASTM D2166 – I.N.V. E - 152 El ensayo de compresión simple consiste en someter una muestra cilíndrica de suelo sin confinamiento lateral a una carga axial, con el fin de medir deformaciones y registrar el esfuerzo que produce la falla. P Muestra de suelo Área A Placa Inferior Placa Superior L Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia COMPRESIÓN SIMPLE ASTM D2166 – I.N.V. E - 152 Mediante este ensayo se obtiene la curva de Esfuerzo vs Deformación. 𝐹 𝜎= 𝐴 𝛿 𝜀= 𝐿 P Muestra de suelo Área A 𝒒𝒖 Corresponde al valor del esfuerzo en el momento de falla de la muestra o el correspondiente al 15% de la deformación, lo que primero ocurra. Placa Superior qu = smax L Deformación Unitaria (e) Placa Inferior Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia COMPRESIÓN SIMPLE ASTM D2166 – I.N.V. E - 152 ¿Representa las condiciones In-situ? Z 𝝈𝒗 𝝈𝒉 Es una prueba índice !! Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia COMPRESIÓN SIMPLE ASTM D2166 – I.N.V. E - 152 Una prueba índice permite determinar la consistencia del suelo. Revisar ASTM D2488 y I.N.V. E 102 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia COMPRESIÓN SIMPLE ASTM D2166 – I.N.V. E - 152 Si se calcula la resistencia a la compresión simple a muestras inalteradas y a muestras remoldeadas, se puede calcular la sensibilidad 𝑺𝒕 . 𝑞𝑢 (𝐼𝑛𝑎𝑙𝑡𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎) 𝑆𝑡 = 𝑞𝑢 (𝑟𝑒𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒𝑎𝑑𝑎) La sensibilidad o susceptibilidad de una arcilla es la propiedad que tienen la mayoría de éstas de perder la estructura con que se formaron en la naturaleza al ser remoldeadas, lo cual trae consigo grandes disminuciones en su resistencia y aumento de su compresibilidad. Este cambio ocurre porque al remoldear la arcilla se rompen las fuerzas de ligación físico químicas entre las partículas que mantenían su estructura. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia COMPRESIÓN SIMPLE ASTM D2166 – I.N.V. E - 152 De acuerdo con la magnitud de st, las arcillas pueden calificarse de la siguiente manera: Arcillas normalmente sensibles Arcillas muy sensibles Arcillas extra-sensibles 2 < st < 4 st > 4 st > 8 En contraposición a la sensibilidad está la tixotropía. Esta propiedad la tienen todas las arcillas, unas en mayor grado que otras, y consiste en la capacidad que tienen éstas de recuperar parte de su resistencia y rigidez iniciales después de ser remoldeadas si se les deja en reposo durante un tiempo determinado. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia COMPRESIÓN SIMPLE ASTM D2166 – I.N.V. E - 152 DATOS MUESTRA Tara Nº Código Muestra Peso suelo húmedo (g) Peso suelo seco (g) Peso agua (g) Humedad (%) Humedad promedio (%) Diámetro (cm) Área (cm2) Altura (cm) Volúmen (cm3) Densidad húmeda (kN/m3) Densidad seca (kN/m3) Relación Altura/Diámetro Factor de corrección Esfuerzo Máximo (kPa) Módulo de Elasticidad (kPa) Carga Axial (kg) 0.00 10.95 17.71 23.93 29.75 35.56 40.70 40.97 36.10 129 04 314.70 243.50 71.20 29.24 4.80 18.10 9.00 162.86 19.32 14.95 1.88 0.99 209.08 4268.64 Área Deformación corregida unitaria (%) (cm2) 0.000 0.706 1.411 2.117 2.822 3.528 4.233 4.939 5.221 18.10 18.22 18.35 18.49 18.62 18.76 18.90 19.04 19.09 Esfuerzo (kPa) 0.00 58.35 93.68 125.67 155.07 184.03 209.08 208.92 183.55 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia RESITENCIA AL CORTE Ensayo Triaxial Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ASPECTOS IMPORTANTES Ensayo de Corte Directo • La normativa solo cubre la ejecución del ensayo bajo las condiciones CD; por lo tanto, la velocidad de falla debe ser lo suficientemente lenta para garantizar la disipación de la presión de 𝛿𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑎 𝛿𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑎 poros. 𝑉= = 50 𝑡50 11,6 𝑡90 • Permite determinar parámetros pico y parámetros residuales. • La falla ocurre a través de un plano predeterminado. • Mediante este ensayo no pueden determinarse parámetros de deformabilidad. N Placa Metálica Piedra Porosa T Suelo Plano Piedra Porosa Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ASPECTOS IMPORTANTES Ensayo de Compresión Simple • Este ensayo solo corresponde a una prueba índice para calificar cualitativamente la consistencia del material. • Mediante este ensayo no es posible determinar parámetros de resistencia. • Es posible determinar la sensibilidad. • La muestra no cuenta con confinamiento lateral; por lo tanto, la muestra no se ensaya bajo las condiciones in-situ. P Muestra de suelo Área A Placa Superior L Placa Inferior Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL Se realiza sobre muestras cilíndricas que van envueltas en una membrana impermeable de caucho y dentro de una celda que se llena de agua para de esta manera aplicar una presión de confinamiento que el suelo recibe uniformemente en todas las direcciones. Luego se aplica una carga axial con medida de deformaciones y de presión intersticial hasta llevar el suelo a la falla. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL Mediante la presión de cámara se genera un esfuerzo de confinamiento 𝜎3 . Posteriormente, el pistón aplica un esfuerzo axial adicional Ds hasta que la muestra de suelo falle. Ds Esfuerzo desviador. 𝝈𝟏 = ∆𝝈 + 𝝈𝟑 + = 𝝈𝟏 = ∆𝝈 + 𝝈𝟑 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL Material Frágil Arenas Densas y Arcillas Duras 2 3 1 ¿Dónde Falla? Material Plástico Arenas Sueltas y Arcillas Blandas Deformación Unitaria (e) Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL Debido a que no se aplican esfuerzos de corte sobre los planos en donde actúan los esfuerzos axial s1 y de confinamiento s3, estos planos son principales y por lo tanto los esfuerzos son también principales. D 𝝈𝟏 + 𝝈𝟑 𝝈− 𝟐 t 𝟐 𝝈 𝟏 − 𝝈𝟑 +𝝉 = 𝟐 𝟐 𝟐 2q A B s3 s s1 s 3 s1 s 3 2 s1 2 Puedo representar las condiciones del ensayo mediante el Circulo de Mohr. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL s1dACosq RELACIÓN ENTRE LOS ESFUERZOS PRINCIPALES q q q q q q q dASenq Área dA sdA (s 1dACosq )Cosq (s 3dASenq )Senq s s1Cos 2q s 3Sen2q tdA (s 1dACosq )Senq (s 3dASenq )Cosq t (s 1 s 3 )SenqCosq 1 q Cos q Cos2 2 Sens2q SenqCosq 2 1 q Sen q Cos2 2 𝐶𝑜𝑠 2 2ߠ +𝑆𝑒𝑛2 2ߠ =1 2 2 𝜎 = 𝜎1 1 + 𝑐𝑜𝑠2𝜃 1 − 𝑐𝑜𝑠2𝜃 𝜎1 𝜎1 𝜎3 𝜎3 + 𝜎3 = + cos2θ + − 𝑐𝑜𝑠2𝜃 2 2 2 2 2 2 𝜎1 + 𝜎3 𝜎1 − 𝜎3 𝜎= + 𝑐𝑜𝑠2𝜃 2 2 𝜏= 𝜎1 − 𝜎3 𝑠𝑒𝑛2𝜃 2 𝜎1 + 𝜎3 𝜎1 − 𝜎3 𝜎− = 𝑐𝑜𝑠2𝜃 2 2 𝜎1 + 𝜎3 2 2 𝜎− 𝜎1 + 𝜎3 2 2 𝜎− 𝜎1 + 𝜎3 2 2 𝜎− 𝜎1 + 𝜎3 2 2 𝜎− 𝜎1 + 𝜎3 2 2 𝜎− = 2 𝜎1 − 𝜎3 𝑐𝑜𝑠2𝜃 2 + 𝜏2 = 𝜎1 − 𝜎3 𝑐𝑜𝑠2𝜃 2 2 + 𝜏2 = 𝜎1 − 𝜎3 𝑐𝑜𝑠2𝜃 2 2 + 𝜏2 = 𝜎1 − 𝜎3 2 2 + 𝜏2 = 𝜎1 − 𝜎3 2 2 𝝈𝟏 + 𝝈𝟑 𝝈− 𝟐 + 𝜏2 + 𝑐𝑜𝑠 2 2ߠ + 𝟐 + 𝝉𝟐 = 𝜎1 − 𝜎3 𝑠𝑒𝑛2𝜃 2 𝜎1 − 𝜎3 2 2 2 𝑠𝑒𝑛2 2ߠ 𝑐𝑜𝑠 2 2ߠ +𝑠𝑒𝑛2 2ߠ 𝝈𝟏 − 𝝈𝟑 𝟐 𝟐 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL RELACIÓN ENTRE LOS ESFUERZOS PRINCIPALES 𝜎1 𝜙 D 𝜏𝜃 𝜙 𝜎3 2𝜃 = 90 + 𝜙 𝑐 A 𝜎𝜃 𝜃 𝜙 𝜙 𝜃 = 45 + 2 O B 𝜎1 = 𝜎3 tan2 45 + 𝜎3 𝜙 𝜙 + 2𝑐 tan 45 + 2 2 𝜎1 𝝈𝟏 = 𝝈𝟑 𝑵𝝓 +𝟐𝒄 𝑵𝝓 𝜎= 𝜎1 + 𝜎3 𝜎1 − 𝜎3 + cos 2𝜃 2 2 𝜎1 − 𝜎3 𝜏= 𝑠𝑒𝑛2𝜃 2 𝜏 = 𝑐 + 𝜎 𝑡𝑎𝑛𝜙 𝜃 = 45 + 𝜙 2 𝑵𝝓 = 𝐭𝐚𝐧𝟐 𝟒𝟓 + 𝝓 𝟐 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL Ya que se busca determinar la recta que representa le envolvente de falla de Mohr-Coulomb, se requiere llevar a cabo dos o más ensayos sobre muestras del mismo suelo con presiones de confinamiento diferentes . Para cada una de las pruebas se tendrá la combinación s1 y s3 que produce la falla del material, con la representación correspondiente del circulo de Mohr; por lo tanto, al menos un punto de cada círculo representa los esfuerzos normal s y tangencial t asociados a la falla. f D La envolvente de falla será la recta tangente a los círculos de falla!! D D c s3 s3 s1 s3 s1 s1 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL Deformímetro del anillo de carga que registrando deformación de éste permite determinar la carga axial P que se está aplicando Anillo de carga con el cual se registra la carga axial P aplicada a la muestra durante la falla Deformímetro con el cual se registra la deformación vertical de la muestra durante los procesos de carga. Pistón de carga para aplicación del esfuerzo desviador de falla s1 – s3 = P/Ac. Cuando a este esfuerzo se le suma el esfuerzo de confinamiento o esfuerzo principal menor s3 se obtiene entonces el esfuerzo principal mayor s1 Tubo de nylon flexible por el cual se extrae aire al principio de la saturación por percolación y agua cuando este tipo de saturación ya no puede avanzar más teniendo que pasar a saturación por contrapresión Piedra porosa superior que permite drenaje pero evita migración del suelo Anillos superiores con los cuales se sujeta la membrana que impermeabiliza la muestra Agua en la cámara con la cual se aplica el esfuerzo de confinamiento sc que además es llamado esfuerzo principal menor s3 Membrana de caucho que impermeabiliza a la muestra e impide que el agua de la cámara la dañe Muestra Anillos inferiores con los cuales se sujeta la membrana que impermeabiliza la muestra Conexión con la cámara por medio de la cual es posible aplicar el esfuerzo de confinamiento sc que además es llamado esfuerzo principal menor s 3 Conducto por el cual se puede enviar agua a la muestra para saturación bien sea por percolación o por contrapresión Cámara normalmente de acrílico que se llena con agua para poder aplicar el confinamiento a la muestra Piedra porosa inferior que permite drenaje pero evita migración del suelo. Conducto hacia la bureta de drenaje para registrar salida de aire o agua Conexión a transductor de presión de poros para verificar saturación por contrapresión, avance de consolidación y para medir Pablo Vélez Velásquez presiones de poros Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL PARÁMETROS DE SKEMPTON A. W. Skempton propone una forma para la evaluación de la presión de poros 𝜇 en un ensayo triaxial. Los coeficiente A y B pueden obtenerse en una prueba en la que Δ𝜎1 y Δ𝜎3 representan el cambio en los esfuerzos principales. Λ𝜇 = Δ𝜇1 + Δ𝜇2 = 𝐵Δ𝜎3 + 𝐴(Δ𝜎1 − Δ𝜎3 ) Para un elemento de suelo consolidado bajo una presión P; es decir, P actúa sobre la estructura del suelo y no sobre el agua del mismo. Si los esfuerzos varían en dos etapas, se tendrá primero un incremento Δ𝜎3 igual en todas las direcciones y posteriormente, un esfuerzo desviador Δ𝜎. 𝑃 𝑃 𝑃 𝑃 Δ𝜎 Δ𝜎3 + Δ𝜎3 Δ𝜇1 Δ𝜎3 Δ𝜎3 + Δ𝜇2 Δ𝜎 𝑃 + Δ𝜎3 + Δ𝜎 𝑃 + Δ𝜎3 = 𝜇 𝑃 + Δ𝜎3 𝑃 + Δ𝜎 + Δ𝜎 Pablo Vélez Velásquez 3 Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL PARÁMETROS DE SKEMPTON 𝑃 𝑃 𝑃 𝑃 Δ𝜇1 𝐵= Δ𝜎3 Δ𝜎 Δ𝜎3 + Δ𝜎3 Δ𝜇1 Δ𝜎3 Δ𝜎3 + Δ𝜇2 Δ𝜎 𝑃 + Δ𝜎3 + Δ𝜎 𝑃 + Δ𝜎3 = 𝜇 𝑃 + Δ𝜎3 𝑃 + Δ𝜎3 + Δ𝜎 Un incremento en Δ𝜎3 producirá un incremento en las presiones de poros Δ𝜇1 . El coeficiente B se define como la relación entre el aumento en la presión de poros Δ𝜇1 y el aumento en el esfuerzo Δ𝜎3 . El valor de B varía entre 0 y 1. Se obtienen valores de 1 para suelos completamente saturados y valores muy cercanos a 0 cuando el suelo está muy seco. Δ𝜇2 𝐴= Δ𝜎1 − Δ𝜎3 El incremento Δ𝜎 produce además un incremento en las presiones de poros Δ𝜇2 . El coeficiente A se define como la relación entre el aumento en la presión de poros Δ𝜇2 y el aumento en el esfuerzo desviador Δ𝜎. En el caso de arcillas de alta sensibilidad, la degradación de la estructura bajo deformaciones hace que se generen grandes presiones de poro, alguna veces mayores que el esfuerzo desviador aplicado; por lo que el coeficiente A=1 o incluso mayor. En arcillas fuertemente preconsolidadas, la deformación bajo el esfuerzo desviador aplicado libera en Pablo Vélez Velásquez la estructura la capacidad de expansión; por lo cual la presión de poros generada resulta Ingeniero Civil en tensión; por lo que el coeficiente A da valores negativos. Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL PARÁMETROS DE SKEMPTON De acuerdo con Skempton (1964) con el coeficiente A obtenido durante la falla del suelo 𝐴𝑓 , la muestra se podrá clasificar como: Tipo de Suelo Arcilla Altamente Sensible Arcilla Normalmente Consolidada Arcilla Ligeramente Sobreconsolidada Arcilla Altamente Sobreconsolidada Arena Fina Muy Suelta Arena Fina Intermedia Arena Fina Densa 𝑨𝒇 1,2 - 2,5 0,7 - 1,3 0,3 - 0,7 -0,5 - 0,7 2.0 - 3,0 0,0 - 1,0 -0,3 - 0,0 El valor de 𝐴𝑓 es directamente proporcional a la relación de vacíos del suelo. Cuanto mayor sea la relación de vacíos 𝑒 (materiales sueltos), el valor de 𝐴𝑓 crecerá; por el contrario, si la relación de vacíos 𝑒 decrece (materiales densos), el valor de 𝐴𝑓 será menor. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL PROCEDIMIENTO • Preparación de la muestra: Minimizar alteraciones. • Saturación: Garantizar ∆𝑉𝑜𝑙 y 𝜇𝑒 . • Consolidación: Llevar la muestra a las condiciones insitu. • Creep: Recuperar parcialmente durante el muestreo. • Falla: De acuerdo con las condiciones del proyecto. rigidez perdida Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL PREPARACIÓN DE LA MUESTRA CONDICIONES IN-SITU 𝜎𝑣 𝜎ℎ 𝜇 𝜎ℎ 𝜎𝑣 Esfuerzo Efectivo Presión de Poros Esfuerzos Totales - 𝜇 𝜎𝑣 − 𝜇 𝜇 𝜇 = 𝜎ℎ − 𝜇 𝜎ℎ − 𝜇 𝜎𝑣 − 𝜇 𝜎′ = 𝜎 − 𝜇 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL PREPARACIÓN DE LA MUESTRA CONDICIONES INICIALES EN EL LABORATORIO 0 0 Esfuerzo Residual 𝜎𝑣′ = 𝜇𝑟 𝜇𝑟 0 0 Esfuerzo Efectivo Presión de Poros Esfuerzos Totales - 𝜇𝑟 𝜇𝑟 𝜇𝑟 𝜎𝑟 = 𝜇𝑟 = 𝜎ℎ′ = 𝜇𝑟 𝜎ℎ′ = 𝜇𝑟 𝜎𝑣′ = 𝜇𝑟 𝜎′ = 𝜎 − 𝜇 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL TRAYECTORIA DE ESFUERZO - MUESTREO Durante la etapa de muestreo se cambian las condiciones de esfuerzo sobre la muestra. En ésta etapa se genera la siguiente trayectoria de esfuerzos. 𝒕 Asociado a 𝜎ℎ′ y 𝜎𝑣′ 𝜎𝑟′ = 𝜇𝑟 𝐬′ Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL PREPARACIÓN DE LA MUESTRA 𝜎𝐶á𝑚𝑎𝑟𝑎 La muestra tiene una condición inicial de esfuerzos 𝜎𝑟′ asociada a una presión de poros residual 𝜇𝑟′ ; por lo tanto se hace necesario calcular la presión de poros residual 𝝁′𝒓 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Posteriormente, se descarga la presión de cámara (decrementos de 100 kPa) y se registra la presión de poros (equilibrada) para estos esfuerzos. Finalmente, se grafica: 𝜎𝐶á𝑚𝑎𝑟𝑎 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL SATURACIÓN La saturación de la muestra se logra en dos etapas: 1. Saturación por percolación. Q Ingreso de agua mediante una pequeña cabeza hidráulica. Se busca desplazar la mayor cantidad de aire posible. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL MEDICIÓN DEL GRADO DE SATURACIÓN A. W. Skempton propone un coeficiente B a partir del cual es posible medir el grado de saturación de las muestras en el ensayo triaxial. Un incremento en el esfuerzo de cámara 𝜎𝑐á𝑚𝑎𝑟𝑎 producirá un incremento en las presiones de poros Δ𝜇. 𝐵= Δ𝜇 Δ𝜎𝑐á𝑚𝑎𝑟𝑎 El valor de B varía entre 0 y 1. Se obtienen valores de 1 para suelos completamente saturados y valores muy cercanos a 0 cuando el suelo está muy seco. 𝐵 ≥ 95% Suelo saturado Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL SATURACIÓN 2. Saturación por el contrapresión 𝜇𝑏𝑝 . La presión de cámara y la contrapresión deben tener una diferencia igual al esfuerzo residual. Q 𝜎𝐶á𝑚𝑎𝑟𝑎 − 𝜇𝑏𝑝 = 𝜇𝑟 Ingreso de agua a presión para que las comprimir las burbujas de aire remanentes. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL SATURACIÓN POR CONTRAPRESIÓN Grado de saturación Inicial (%) Con base el grado de saturación obtenido durante la saturación por percolación se halla la contrapresión necesaria para saturar la muestra el grado de saturación deseado. 𝜎𝐶á𝑚𝑎𝑟𝑎 − 𝜇𝑏𝑝 = 𝜇𝑟 Contrapresión requerida (PSI) Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL MEDICIÓN DEL GRADO DE SATURACIÓN A. W. Skempton propone un coeficiente B a partir del cual es posible medir el grado de saturación de las muestras en el ensayo triaxial. Un incremento en el esfuerzo de cámara 𝜎𝑐á𝑚𝑎𝑟𝑎 producirá un incremento en las presiones de poros Δ𝜇. 𝐵= Δ𝜇 Δ𝜎𝑐á𝑚𝑎𝑟𝑎 El valor de B varía entre 0 y 1. Se obtienen valores de 1 para suelos completamente saturados y valores muy cercanos a 0 cuando el suelo está muy seco. 𝐵 ≥ 95% Suelo saturado Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDACIÓN La importancia de la consolidación radica en: • Restablece las esfuerzos efectivos in-situ. • Recobra la mayoría de la resistencia al corte inalterada no drenada. • Aunque no se puede recobrar la totalidad de la rigidez, la consolidación ayuda a evitar la destrucción de la estructura del suelo. 𝑲𝒇 t Z 𝑻𝑺𝑷 𝑲𝟎 𝑬𝑺𝑷 𝝈𝒗 𝝈𝒉 𝜎𝑟′ = 𝜇𝑟 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDACIÓN Para consolidar la muestra se aplica una presión de cámara o de confinamiento 𝝈𝒄á𝒎𝒂𝒓𝒂 teniendo abierta la válvula de comunicación con la bureta y dejando transcurrir el tiempo necesario para que haya una completa consolidación ( ∆𝑣𝑜𝑙 = 0; 𝜇 ≈ 0) bajo la presión actuante. Condición hidrostática La consolidación se lleva a cabo en los ensayos triaxiales bajo la condición CD y CU. En la condición UU no se lleva a cabo esta etapa. Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL FALLA La muestra es llevada a la falla aplicando una carga axial (esfuerzo desviador Ds ) mediante el pistón. La velocidad de aplicación de la carga esta en función del coeficiente de consolidación 𝐶𝑣 y de la condición de drenaje del ensayo 𝝈𝟏 = ∆𝝈 + 𝝈𝟑 𝝈𝟏 = ∆𝝈 + 𝝈𝟑 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO DRENADO - CD Se aplica una presión de cámara o de confinamiento 𝝈𝒄á𝒎𝒂𝒓𝒂 teniendo abierta la válvula de comunicación con la bureta y dejando transcurrir el tiempo necesario para que haya una completa consolidación (∆𝑣𝑜𝑙 = 0; 𝜇 ≈ 0) bajo la presión actuante. Posteriormente, la muestra es llevada a la falla aplicando la carga axial en pequeños incrementos, cada uno de los cuales se mantiene el tiempo necesario para que la presión de poros, se reduzca a cero. Segunda Etapa Primera Etapa u=0 Etapa Final Esfuerzos Totales = Esfuerzos Efectivos + u=0 = u=0 u=0 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO DRENADO - CD La resistencia del suelo queda en términos de esfuerzos efectivos; por lo tanto, es posible hallar los parámetros de resistencia drenados del suelo C’ y f’. t c’ s tan f’ f’ c’ s3 s3 s1 s1 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO DRENADO – CD Trayectoria de Esfuerzos En condiciones consolidadas drenadas la trayectoria de esfuerzos totales (TSP) es igual a la trayectoria de esfuerzos efectivos (ESP) ya que no se desarrollan presiones de poros. 𝑲𝒇 𝑲𝟎 t 𝜎𝑟′ = 𝜇𝑟 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO NO DRENADO - CU Se aplica una presión de cámara o de confinamiento 𝝈𝒄á𝒎𝒂𝒓𝒂 teniendo abierta la válvula de comunicación con la bureta y dejando transcurrir el tiempo necesario para que haya una completa consolidación (∆𝑣𝑜𝑙 = 0; 𝜇 ≈ 0) bajo la presión actuante. Posteriormente, la muestra es llevada a la falla aplicando la carga axial con la válvula de salida del agua de la bureta cerrada, de modo que no se permita ninguna consolidación adicional en el espécimen. Esto hace que a medida que se aplique el esfuerzo desviador se desarrollen presiones de poro. Segunda Etapa Primera Etapa u=0 + u = Etapa Final Esfuerzos Totales vs. Esfuerzos Efectivos u u Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO NO DRENADO - CU La resistencia del suelo queda en términos de esfuerzos totales; por lo tanto, es posible hallar los parámetros de resistencia no drenados del suelo C y f. Sin embargo, si se realizan mediciones de presiones de poro, es posible determinar la resistencia en términos de esfuerzos efectivos y a su vez hallar parámetros de resistencia drenados del suelo C’ y f’. t c’ s tan f’ f' f c' t c s tan f c s3 u s3 s1 u s1 c y f reciben el nombre de cohesión y ángulo de fricción interna aparente, y son simplemente parámetros matemáticos que se consideran para determinar la resistencia al corte del suelo en este tipo de prueba a partir de los esfuerzos Pablo Vélez Velásquez normales totales que también son aparentes, pues no son los que Ingeniero Civil el suelo soporta realmente en su estructura. Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO NO DRENADO – CU Trayectoria de Esfuerzos En condiciones no drenadas la trayectoria de esfuerzos totales (TSP) es diferente de la trayectoria de esfuerzos efectivos (ESP) ya que se desarrollan presiones de poros. 𝑲𝒇 t 𝑻𝑺𝑷 𝑲𝟎 𝑬𝑺𝑷 𝜎𝑟′ = 𝜇𝑟 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO NO DRENADO – CU Trayectoria de Esfuerzos Compresión de arcilla altamente sobreconsolidada. En este tipo de materiales 𝐾0 > 1 ; además, se desarrolla una presión de poros negativa (−∆𝜇) ya que ésta tiende a expandirse durante la cortante pero ésta no puede. (En condiciones no drenadas ∆𝑣𝑜𝑙 = 0 𝑦 ∆𝜇 ≠ 0). 𝒕 𝝈𝒗 < 𝝈𝒉 𝒔 𝐬′ Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL NO CONSOLIDADO NO DRENADO - UU Se aplica una presión de cámara o de confinamiento 𝝈𝒄á𝒎𝒂𝒓𝒂 teniendo cerrada la válvula de comunicación con la bureta; por lo tanto, la muestra de suelo no se consolida bajo la presión actuante. Posteriormente, la muestra es llevada a la falla aplicando la carga axial con la válvula de salida del agua de la bureta cerrada, de modo que no se permita ninguna consolidación adicional en el espécimen. Esto hace que a medida que se aplique el esfuerzo desviador se incrementen las presiones de poro dentro de la muestra. Segunda Etapa Primera Etapa u1 + u2 = Etapa Final Esfuerzos Totales vs. Esfuerzos Efectivos u1 +u2 u1 +u2 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL NO CONSOLIDADO NO DRENADO - UU La resistencia del suelo queda en términos de esfuerzos totales; por lo tanto, es posible hallar los parámetros de resistencia no drenados del suelo C y f. Sin embargo, si se realizan mediciones de presiones de poro, es posible determinar la resistencia en términos de esfuerzos efectivos y a su vez hallar parámetros de resistencia drenados del suelo C’ y f’. t c’ s tan f’ f' f c' t c s tan f c s3 u=u1+u2 s3 s1 u=u1+u2 s1 Representa las condiciones in-situ? Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia ENSAYO TRIAXIAL NO CONSOLIDADO NO DRENADO - UU Representa las condiciones in-situ? 𝑡 Asociado a 𝜎ℎ′ y 𝜎𝑣′ 𝜎𝑟′ = 𝜇𝑟 No hay medición de 𝜎𝑟′ = 𝜇𝑟 No hay saturación de la muestra!! s′ 𝑲𝒇 t 𝑻𝑺𝑷 𝑲𝟎 𝑬𝑺𝑷 𝜎𝑟′ = 𝜇𝑟 Pablo Vélez Velásquez Ingeniero Civil Magíster en Ingeniería – Geotecnia Gracias!!
