1 Mecánica de suelos aplicada RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE Profesor Ph.D. Manolo Galván Ceballos Email: [email protected]Universidad del Valle Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil y Geomática Primer Semestre del 2012 ÍNDICE ÍNDICE I. CONCEPTOS PREVIOS II. CRITERIO DE MOHR-COULOMB III. ENSAYOS DE LABORATORIO IV. ENSAYO DE CORTE DIRECTO V. ENSAYO TRIAXIAL VI. COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERSTICIAL VII. RESISTENCIA A CORTE EN ARENAS Manolo Galván Ceballos Ph.D. 2
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Escuela de Ingeniería Civil y GeomáticaPrimer Semestre del 2012
ÍNDICEÍNDICE
I. CONCEPTOS PREVIOS
II. CRITERIO DE MOHR-COULOMB
III. ENSAYOS DE LABORATORIO
IV. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
V. ENSAYO TRIAXIAL
VI. COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERSTICIAL
VII. RESISTENCIA A CORTE EN ARENAS
Manolo Galván Ceballos Ph.D. 2
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TEMA 3: RESITENCIA A
CORTE DE LOS SUELOS
I. CONCEPTOS PREVIOS
Acciones sobre el terreno ➱➱➱➱ ESFUERZOSESFUERZOSESFUERZOSESFUERZOS� Normales
� Tangenciales
El suelo debe ser capaz de resistir ➱➱➱➱ RESISTENCIARESISTENCIARESISTENCIARESISTENCIA� Compresión
� Tracción (nula)
� Resistencia a corte
Evaluación de la resistencia a corte ➱➱➱➱ ESTABILIDADESTABILIDADESTABILIDADESTABILIDAD� Taludes
� Cimentaciones
� Muros
I. CONCEPTOS PREVIOS
II. CRITERIO DE MOHR-COULOMB
III. ENSAYOS DE LABORATORIO
IV. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
V. ENSAYO TRIAXIAL
VI. COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERSTICIAL
VII. RESISTENCIA A CORTE EN ARENAS
TEMA 3: RESITENCIA A
CORTE DE LOS SUELOS
I. CONCEPTOS PREVIOS
Acciones sobre el terreno ➱➱➱➱ ESFUERZOSESFUERZOSESFUERZOSESFUERZOS� Normales
� Tangenciales
I. CONCEPTOS PREVIOS
II. CRITERIO DE MOHR-COULOMB
III. ENSAYOS DE LABORATORIO
IV. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
V. ENSAYO TRIAXIAL
VI. COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERSTICIAL
VII. RESISTENCIA A CORTE EN ARENAS
x
z
y
σy
σy
σx
σz
σz
σx
τzx
τxy
τzy
τxz
τyz
τyx
Si consideramos unaporción elemental deterreno tridimensional.Las tensiones normalesactúan en cada una delas direcciones delespacio mientras quelas componentestangenciales actúan encada uno de los tresplanos perpendicularesa cada una de estasdirecciones.
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TEMA 3: RESITENCIA A
CORTE DE LOS SUELOS
I. CONCEPTOS PREVIOS
El suelo debe ser capaz de resistir ➱➱➱➱ RESISTENCIARESISTENCIARESISTENCIARESISTENCIA� Compresión
� Tracción (nula)
� Resistencia a corte
I. CONCEPTOS PREVIOS
II. CRITERIO DE MOHR-COULOMB
III. ENSAYOS DE LABORATORIO
IV. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
V. ENSAYO TRIAXIAL
VI. COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERSTICIAL
VII. RESISTENCIA A CORTE EN ARENAS
+
COMPRESIÓN
_
TRACCIÓN
+
TANGENCIALES
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TEMA 3: RESITENCIA A
CORTE DE LOS SUELOS
I. CONCEPTOS PREVIOS
Evaluación de la resistencia a corte ➱➱➱➱ ESTABILIDADESTABILIDADESTABILIDADESTABILIDAD� Taludes
� Cimentaciones
� MurosI. CONCEPTOS PREVIOS
II. CRITERIO DE MOHR-COULOMB
III. ENSAYOS DE LABORATORIO
IV. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
V. ENSAYO TRIAXIAL
VI. COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERSTICIAL
VII. RESISTENCIA A CORTE EN ARENAS
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TEMA 3: RESITENCIA A
CORTE DE LOS SUELOS
I. CONCEPTOS PREVIOS
Conceptos de RESISTENCIA DE MATERIALES:RESISTENCIA DE MATERIALES:RESISTENCIA DE MATERIALES:RESISTENCIA DE MATERIALES:
� El estado tensional en un punto está definido por e l elipsoide de tensiones.elipsoide de tensiones.elipsoide de tensiones.elipsoide de tensiones.
I. CONCEPTOS PREVIOS
II. CRITERIO DE MOHR-COULOMB
III. ENSAYOS DE LABORATORIO
IV. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
V. ENSAYO TRIAXIAL
VI. COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERSTICIAL
VII. RESISTENCIA A CORTE EN ARENAS
� En un plano determinado actúa una tensión total
� normal al plano (normal al plano (normal al plano (normal al plano (ϭϭϭϭ ))))� tangencial (tangencial (tangencial (tangencial (ττττ))))
� Para cada punto existen tres planos, denominados planos principalesplanos principalesplanos principalesplanos principales, donde la tensión tangencial es nula
La roturaroturaroturarotura de un material es debida a una combinación de lacombinación de lacombinación de lacombinación de latensión normal (tensión normal (tensión normal (tensión normal (ϭϭϭϭ ) y tangencial ) y tangencial ) y tangencial ) y tangencial (ττττ)))) actuando en un plano. actuando en un plano. actuando en un plano. actuando en un plano.
Representación gráfica de ( ( ( ( ττττ , , , , ϭϭϭϭ )))) ➱➱➱➱ LÍNEA DE RESISTENCIA. LÍNEA DE RESISTENCIA. LÍNEA DE RESISTENCIA. LÍNEA DE RESISTENCIA.
COULOMB (1773)
La rotura a corte en un plano se produce
➱➱➱➱ RECTA DE RESISTENCIA. RECTA DE RESISTENCIA. RECTA DE RESISTENCIA. RECTA DE RESISTENCIA.
donde c c c c es la cohesión aparente y ɸ ɸ ɸ ɸ es el ángulo de rozamiento
Terzaghi: el esfuerzo cortante en un suelo es resi stido únicamente por las partículas sólidas
donde c’ c’ c’ c’ es la cohesión efectiva y ɸ ‘ ɸ ‘ ɸ ‘ ɸ ‘ es el ángulo de rozamiento efectivo
TERRENOS GRANULARES Y ARCILLAS NORMALMENTE CONSOLID ADAS ➱➱➱➱ c’≈ 0.
I. CONCEPTOS PREVIOS
II. CRITERIO DE MOHR-COULOMB
III. ENSAYOS DE LABORATORIO
IV. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
V. ENSAYO TRIAXIAL
VI. COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERSTICIAL
VII. RESISTENCIA A CORTE EN ARENAS
Tema IV: Resistencia a corte 9
TEMA 3: RESITENCIA A
CORTE DE LOS SUELOS Estados de TENSIONES posibles en el TERRENO ::::
Admitiendo como válido el criterio de rotura de Admitiendo como válido el criterio de rotura de Admitiendo como válido el criterio de rotura de Admitiendo como válido el criterio de rotura de MohrMohrMohrMohr----CoulombCoulombCoulombCoulomb
II. Criterio de rotura de MOHR-COULOMB
I. CONCEPTOS PREVIOS
II. CRITERIO DE MOHR-COULOMB
III. ENSAYOS DE LABORATORIO
IV. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
V. ENSAYO TRIAXIAL
VI. COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERSTICIAL
VII. RESISTENCIA A CORTE EN ARENAS
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Círculo de Mohr se reduce a un punto ➱➱➱➱ no tangente a la recta de resistencia no tangente a la recta de resistencia no tangente a la recta de resistencia no tangente a la recta de resistencia ➱➱➱➱ no se produce la rotura.no se produce la rotura.no se produce la rotura.no se produce la rotura.
Para que se produzca la Para que se produzca la Para que se produzca la Para que se produzca la roturaroturaroturarotura, el suelo debe estar sometido a un estado , el suelo debe estar sometido a un estado , el suelo debe estar sometido a un estado , el suelo debe estar sometido a un estado tensional que induzca tensional que induzca tensional que induzca tensional que induzca esfuerzos de corteesfuerzos de corteesfuerzos de corteesfuerzos de corte ➱➱➱➱ tensión desviadora no nulatensión desviadora no nulatensión desviadora no nulatensión desviadora no nula➱➱➱➱ circulo de Mohr tangente a la recta de resistenciacirculo de Mohr tangente a la recta de resistenciacirculo de Mohr tangente a la recta de resistenciacirculo de Mohr tangente a la recta de resistencia
recta de resistencia
ϭ
τ
c’
ɸ’
u
TEMA 3: RESITENCIA A
CORTE DE LOS SUELOS
II. Criterio de rotura de MOHR-COULOMB
¿ es posible la rotura en un suelo sometido a un estado de compresión ¿ es posible la rotura en un suelo sometido a un estado de compresión ¿ es posible la rotura en un suelo sometido a un estado de compresión ¿ es posible la rotura en un suelo sometido a un estado de compresión hidrostático de valor q? hidrostático de valor q? hidrostático de valor q? hidrostático de valor q?
• diámetro círculo de Mohr: ( ϭϭϭϭ1111 –––– ϭϭϭϭ3333) = 0 ) = 0 ) = 0 ) = 0 ➱➱➱➱ tensión desviadoratensión desviadoratensión desviadoratensión desviadora• abcisa del centro del círculo: ½ ( ϭϭϭϭ1 + ϭϭϭϭ3) = p ➱➱➱➱ tensión mediatensión mediatensión mediatensión media
I. CONCEPTOS PREVIOS
II. CRITERIO DE MOHR-COULOMB
III. ENSAYOS DE LABORATORIO
IV. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
V. ENSAYO TRIAXIAL
VI. COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERSTICIAL
VII. RESISTENCIA A CORTE EN ARENAS
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TEMA 3: RESITENCIA A
CORTE DE LOS SUELOS
I. CONCEPTOS PREVIOS
II. CRITERIO DE MOHR-COULOMB
III. ENSAYOS DE LABORATORIO
IV. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
V. ENSAYO TRIAXIAL
VI. COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERSTICIAL
VII. RESISTENCIA A CORTE EN ARENAS
III. Ensayos de Laboratorio
Para determinar la resistencia a esfuerzo cortante de un suelo necesitamos conocer sus Para determinar la resistencia a esfuerzo cortante de un suelo necesitamos conocer sus Para determinar la resistencia a esfuerzo cortante de un suelo necesitamos conocer sus Para determinar la resistencia a esfuerzo cortante de un suelo necesitamos conocer sus parámetros resistentes: parámetros resistentes: parámetros resistentes: parámetros resistentes: cccc y y y y ɸ.ɸ.ɸ.ɸ.
Ensayos que habitualmente se realizan para determinar estos parámetros:Ensayos que habitualmente se realizan para determinar estos parámetros:Ensayos que habitualmente se realizan para determinar estos parámetros:Ensayos que habitualmente se realizan para determinar estos parámetros:
• VaneVaneVaneVane----Test (=Molinete o escisómetro)Test (=Molinete o escisómetro)Test (=Molinete o escisómetro)Test (=Molinete o escisómetro)
Según las condiciones de drenaje se pueden realizar los siguientes tipos de ensayos:Según las condiciones de drenaje se pueden realizar los siguientes tipos de ensayos:Según las condiciones de drenaje se pueden realizar los siguientes tipos de ensayos:Según las condiciones de drenaje se pueden realizar los siguientes tipos de ensayos:
�Sin consolidación y sin drenaje: UU (Sin consolidación y sin drenaje: UU (Sin consolidación y sin drenaje: UU (Sin consolidación y sin drenaje: UU (ensayo rápido) ....
�Consolidado y sin drenaje: CU.Consolidado y sin drenaje: CU.Consolidado y sin drenaje: CU.Consolidado y sin drenaje: CU.
�Consolidado y con drenaje: CD (Consolidado y con drenaje: CD (Consolidado y con drenaje: CD (Consolidado y con drenaje: CD (ensayo lento) ....
Según condiciones de aplicación del esfuerzo de rotura:Según condiciones de aplicación del esfuerzo de rotura:Según condiciones de aplicación del esfuerzo de rotura:Según condiciones de aplicación del esfuerzo de rotura:
Esquema de “la caja” Esquema de “la caja” Esquema de “la caja” Esquema de “la caja” de corte directode corte directode corte directode corte directo
Esquema de aplicación de esfuerzos:Esquema de aplicación de esfuerzos:Esquema de aplicación de esfuerzos:Esquema de aplicación de esfuerzos:
1)1)1)1) Fase de consolidación: N, Fase de consolidación: N, Fase de consolidación: N, Fase de consolidación: N, δδδδvvvv
2)2)2)2) Fase de rotura: T, Fase de rotura: T, Fase de rotura: T, Fase de rotura: T, δδδδhhhh
Se ensayan tres probetas a distintas tensiones normales: Se ensayan tres probetas a distintas tensiones normales: Se ensayan tres probetas a distintas tensiones normales: Se ensayan tres probetas a distintas tensiones normales: ϭϭϭϭ1111, , , , ϭϭϭϭ2 y ϭϭϭϭ3
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TEMA 3: RESITENCIA A
CORTE DE LOS SUELOS
I. CONCEPTOS PREVIOS
II. CRITERIO DE MOHR-COULOMB
III. ENSAYOS DE LABORATORIO
IV. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
V. ENSAYO TRIAXIAL
VI. COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERSTICIAL
VII. RESISTENCIA A CORTE EN ARENAS
IV. Ensayo de CORTE DIRECTO
Resultado del ensayo:Resultado del ensayo:Resultado del ensayo:Resultado del ensayo:
Se interpreta que se ha producido la rotura cuando el suelo presenta alguno de los siguientes comportamientos:
�Alcanza un valor de esfuerzo vertical máximo (valor de pico)
�Alcanza un valor máximo en el que se mantiene
(ϭ2 , τ2)
(ϭ3 , τ3)
(ϭ1 , τ1)
Cálculos:Cálculos:Cálculos:Cálculos:Tensión tangencial de rotura:
Tensión normal:
donde: FHmáx es el esfuerzo horizontal máximo alcanzado,
FV es el esfuerzo vertical que transmite la tensión normal.
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TEMA 3: RESITENCIA A
CORTE DE LOS SUELOS
I. CONCEPTOS PREVIOS
II. CRITERIO DE MOHR-COULOMB
III. ENSAYOS DE LABORATORIO
IV. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
V. ENSAYO TRIAXIAL
VI. COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERSTICIAL
VII. RESISTENCIA A CORTE EN ARENAS
V. Ensayo TRIAXIAL
Esquema de la célula triaxial:Esquema de la célula triaxial:Esquema de la célula triaxial:Esquema de la célula triaxial: