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UNIVERSIDAD NACIONAL
EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE
MIRANDA” (UNEFM)
ÁREA: TECNOLOGÍA
PROGRAMA: INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO:...
CONTENIDO
 Introducción. Necesidad de su estudio
 Concepto de Estabilidad y Falla
 Fallas por Capacidad. Tipos
 Teoría...
INTRODUCCIÓN. NECESIDAD DE SU ESTUDIO
La capacidad de carga del suelo no es más que la resistencia que ofrece
el suelo a d...
INTRODUCCIÓN. NECESIDAD DE SU ESTUDIO
Los métodos que se utilizan para resolver los problemas de ingeniería civil
referent...
CONCEPTO DE ESTABILIDAD Y FALLA
 Estabilidad: es la capacidad que tienen los
cuerpos de mantenerse en equilibrio ante la
...
FALLAS POR CAPACIDAD. TIPOS
Las fallas por capacidad se producen cuando el
terreno tiene una capacidad de carga inferior a...
FALLAS POR CAPACIDAD. TIPOS
 FALLA GENERAL POR CORTE: la superficie de deslizamiento es
continua desde un borde de la cim...
FALLAS POR CAPACIDAD. TIPOS
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
Julio 2015
TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
Julio 2015
Las teorías actualmente utilizadas se fundamentan en...
TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
Julio 2015
 No se consideran fenómenos de histéresis en la cur...
TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
Julio 2015
 TEORÍA DE PRANDTL
Prandtl determinó en el marco de...
TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
Julio 2015
 TEORÍA DE HILL: obtiene el mismo valor
que la de P...
TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
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 TEORÍA DE HILL: obtiene el mismo valor
que la de P...
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
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 TEORÍA DE HILL: obtiene el mismo valor
que la de P...
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
Julio 2015
 TEORÍA DE TERZAGHI: estableció que la presión máxi...
TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
Julio 2015
 Otras teorías:
 Skempton: dijo que Nc crece al au...
FACTORES QUE AFECTAN LA CAPACIDAD
PORTANTE DE UN SUELO
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
Julio 2015
 Retracción y expansión de...
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
PROFUNDAS
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
Julio 2015
 CIMENTACIONES SUPERFICIALES: son
aquella...
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
PROFUNDAS
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
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 Aisladas: Resultan del ensanchamiento de...
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
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CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
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 Combinadas: Son las que sirven de apoyo ...
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
PROFUNDAS
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
Julio 2015
 Placas de fundación: son las que reciben...
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
PROFUNDAS
CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO
Julio 2015
 Placas de fundación: son las que reciben...
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
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 CIMENTACIONES PROFUNDAS: son cimentacion...
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y
PROFUNDAS
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CONTENIDO
 Consolidación
 Compresibilidad
 ¿Para qué se estudia la Consolidación?
 Fases de la Consolidación
 Consoli...
CONSOLIDACIÓN
Concepto
Es un proceso de disminución de volumen del suelo en un tiempo dado por la
aplicación de una carga,...
COMPRESIBILIDAD
Es que la propiedad que tiene el suelo para de reducir su
tamaño ante la aplicación de una fuerza de compr...
COMPRESIBILIDAD
 Suelos no cohesivos como las gravas y arenas, se
comprimen en un tiempo relativamente corto debido a
que...
¿PARA QUÉ SE ESTUDIA LA
CONSOLIDACIÓN?
Objetivo
El desarrollo de la consolidación de un suelo es para dar
respuesta a dos ...
FASES DE LA CONSOLIDACIÓN
 Compresión inicial: Deformación inmediata producto de la aplicación de una
carga, sin ningún c...
CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
• Suelo está totalmente saturado y es homogéneo....
CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
El movimiento de las partículas de suelos ocurre...
ECUACIÓN DE CONSOLIDACIÓN
Marzo 2014
CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
𝜕𝑢
𝜕𝑡
= 𝐶 𝑣
𝜕2
𝑢
𝜕𝑧2
Define que la variación de la ...
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CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
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TEMAS 5 Y 6. CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO, CONSOLIDACIÓN Y ESFUERZO CORTANTE

  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE MIRANDA” (UNEFM) ÁREA: TECNOLOGÍA PROGRAMA: INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO: VIALIDAD UNIDAD CURRICULAR: MECÁNICA DE SUELOS CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO, CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO Y ESFUERZO CORTANTE Ing. María E. Durán S. Julio 2015 e-mail: mariaedurans@gmail.com
  2. 2. CONTENIDO  Introducción. Necesidad de su estudio  Concepto de Estabilidad y Falla  Fallas por Capacidad. Tipos  Teorías de Capacidad de Carga  Factores que afectan la Capacidad Portante de un suelo  Cimentaciones Superficiales y Profundas CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015
  3. 3. INTRODUCCIÓN. NECESIDAD DE SU ESTUDIO La capacidad de carga del suelo no es más que la resistencia que ofrece el suelo a deformarse, debido a la fuerza de fricción y cohesión entre sus partículas. Por capacidad portante de un suelo se interpreta el estado tensional límite más allá del cual se produce la falla por corte del mismo. Esto se puede visualizar por medio del análisis del modelo mecánico desarrollado por Khristianovich, quien desarrollo una balanza ordinaria, cuyo desplazamiento está restringido por fricción en las guías de los platillos, de tal forma que si un peso suficientemente pequeño se coloca en un platillo, la balanza permanece en equilibrio, pues la fricción en las guías puede neutralizarlo; en cambio, si el peso colocado es mayor que la capacidad de las guías para desarrollar fricción, se requerirá un peso suplementario en el otro platillo, para alcanzar el equilibrio. Se entenderá por equilibrio crítico de la balanza, la situación en la que esta pierde el equilibrio con cualquier incremento de peso en uno de sus platillos. CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015
  4. 4. INTRODUCCIÓN. NECESIDAD DE SU ESTUDIO Los métodos que se utilizan para resolver los problemas de ingeniería civil referentes a la capacidad de carga del suelo como cimiento se fundamentan en las matemáticas aplicadas y en la mecánica del medio continuo, contando esta última con dos disciplinas: la teoría de la elasticidad y la teoría de la plasticidad. El estudio de la capacidad de carga del suelo es necesario debido a que Las obras de ingeniería civil descansan, de una u otra forma, sobre el suelo, y muchas de ellas, además, utilizan la tierra como elemento de construcción para terraplenes, diques y rellenos en general, en consecuencia, su estabilidad y comportamiento funcional y estético, estará regido por la conducta del material de asiento situado, o por la del suelo utilizado para conformar los rellenos, y si se sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo, o si aún sin llegar a ellos las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizás no tomados en consideración en el diseño, productores a su vez de deformaciones importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la obra o a su inutilización y abandono. CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015
  5. 5. CONCEPTO DE ESTABILIDAD Y FALLA  Estabilidad: es la capacidad que tienen los cuerpos de mantenerse en equilibrio ante la aplicación de cargas externas. Es la seguridad de una masa de tierra contra la falla o movimiento.  Falla: es un deslizamiento o una discontinuidad que se forma por el movimiento del suelo cuando pierde su estabilidad. CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015
  6. 6. FALLAS POR CAPACIDAD. TIPOS Las fallas por capacidad se producen cuando el terreno tiene una capacidad de carga inferior a las cargas impuestas. Este tipo de fallas sucede cuando se construye sobre rellenos no compactados o con un nivel bajo de compactación, cuando se colocan fundaciones superficiales en un terreno de baja capacidad de soporte, cuando las fundaciones son pilotes que no alcanzan terreno firme, entre otros. CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015
  7. 7. FALLAS POR CAPACIDAD. TIPOS  FALLA GENERAL POR CORTE: la superficie de deslizamiento es continua desde un borde de la cimentación hasta la superficie del terreno en el lado opuesto. Es una falla súbita y catastrófica, con una inclinación substancial del cimiento y una expansión del suelo a los lados del cimiento. Es característica de las arenas compactas.  FALLA LOCAL POR CORTE: se produce hinchamiento y asentamiento del suelo. Se forma una cuña debajo de la cimentación como en la falla general por corte pero las superficies de falla no son completas.  FALLA POR CORTE PUNZONADO: se produce movimiento vertical de la cimentación, mediante la compresión del suelo debajo de ella. La rotura del suelo se produce por cortante alrededor de la cimentación. La superficie del suelo en torno al cimiento casi no se altera por lo que no se observan movimientos previos a la rotura. NOTA: Cuando el suelo es incompresible, bajo el cimiento se desarrollará una falla por corte general, y cuando el suelo es compresible, se desarrollará una falla por punzonado. CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015
  8. 8. FALLAS POR CAPACIDAD. TIPOS CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015
  9. 9. TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015 Las teorías actualmente utilizadas se fundamentan en la Teoría de Elasticidad y la Teoría de Plasticidad, siendo la última la más utilizada por tener mayor correspondencia con la realidad y abarcar un número mucho mayor de problemas de importancia en los suelos. Las hipótesis de la Teoría de Plasticidad son:  El suelo es homogéneo e isótropo (hipótesis común a la Teoría de la Elasticidad). Esta hipótesis busca la simplicidad matemática y física; en la práctica, algunos suelos se acercan más a esta hipótesis que otros; los suelos estratificados o aquéllos cuyas propiedades en dirección vertical y horizontal difieren mucho, son los que se separan más de esta suposición.  No se consideran efectos en el tiempo (hipótesis común a la Teoría de la Elasticidad). En las arenas esta hipótesis es bastante satisfactoria, tanto en lo referente a compresibilidad como a resistencia y aún en lo referente a las curvas esfuerzo – deformación. En las arcillas el efecto del tiempo es de mayor importancia y a la fecha existen muchas incertidumbres al respecto. Sin embargo, en las aplicaciones prácticas el estudiar las condiciones más desfavorables de la vida de la estructura, para tomarlas como criterio de proyecto, proporciona una norma que permite superar sin peligro mucho de la ignorancia que se tiene.
  10. 10. TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015  No se consideran fenómenos de histéresis en la curva esfuerzo – deformación. El aceptar esta hipótesis en los suelos conduce, aparentemente a fuertes desviaciones de la realidad; sin embargo, en la práctica, la situación se arregla considerando en una curva esfuerzo – deformación que contenga tramos de carga y descarga, una ley particular para el primero y otra diferente, para el segundo. Lo anterior es posible y aceptable dado que los casos prácticos más frecuentes, en la Mecánica de Suelos aplicada, corresponden o bien a un problema de carga o bien a uno de descarga, bien definidos.  No se consideran efectos de temperatura. Dada la pequeña variación de temperatura que afecta a los suelos reales, se considera hoy que esta hipótesis no introduce ninguna desviación seria en los análisis. Casos especiales como la acción de helada, se estudian en la Mecánica de Suelos actual.
  11. 11. TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015  TEORÍA DE PRANDTL Prandtl determinó en el marco de la Teoría de la Plasticidad, que el valor de la carga límite (qmax) que no es más que la máxima presión que se puede dar al elemento rígido sin que penetre en el medio semiinfinito, está dada por el valor siguiente qc = (π + 2) c Se supone que el medio semiinfinito es rígido plástico perfecto, plano, homogéneo e isótropo.
  12. 12. TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015  TEORÍA DE HILL: obtiene el mismo valor que la de Prandtl, haciendo notar que si la superficie del medio semiinfinito no fuese horizontal, la presión límite (qc) toma el valor: qc = 2c (1 + θ). qc = 2c para θ = 0 qc = (π + 2) c para θ = 90º (superficie horizontal en medio semiinfinito)
  13. 13. TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015  TEORÍA DE HILL: obtiene el mismo valor que la de Prandtl, haciendo notar que si la superficie del medio semiinfinito no fuese horizontal, la presión límite (qc) toma el valor: qc = 2c (1 + θ). qc = 2c para θ = 0 qc = (π + 2) c para θ = 90º (superficie horizontal en medio semiinfinito)
  14. 14. TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015  TEORÍA DE HILL: obtiene el mismo valor que la de Prandtl, haciendo notar que si la superficie del medio semiinfinito no fuese horizontal, la presión límite (qc) toma el valor: qc = 2c (1 + θ). qc = 2c para θ = 0 qc = (π + 2) c para θ = 90º (superficie horizontal en medio semiinfinito)
  15. 15. TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015  TEORÍA DE TERZAGHI: estableció que la presión máxima es: qc = c Nc + ϒ h Nq + 0.5 ϒ B Nϒ Donde Nc , Nq y Nϒ son los “factores de capacidad de carga” coeficientes adimensionales que dependen de Φ, Φ es el ángulo de fricción interna del suelo, h es la altura de desplante de la cimentación y ϒ es el peso específico del suelo. La resistencia del suelo a las cargas aplicadas depende en gran medida de la capacidad de la zona C a oponerse al empuje de la zona B y al asentamiento de la zona A. El esfuerzo admisible será qc dividido por el factor de seguridad (FS), el cual es de 3 para la mayoría de las normas vigentes y no debe ser menor que ese valor. qc tendrá diferentes expresiones según la geometría de la fundación y el tipo de suelo. Terzagui descubrió que la falla general se produce en arcillas duras y arenas densas y el corte local se produce en arcillas sensibles o blandas y arenas sueltas.
  16. 16. TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015  Otras teorías:  Skempton: dijo que Nc crece al aumentar la profundidad de la cimentación, por lo que no siempre valdrá 5.7 en suelos cohesivos (Φ = 0) como dice Terzagui sino que dependerá de la relación D/B.  Meyerhof: toma en cuenta los esfuerzos cortantes desarrollados en el suelo arriba del nivel de desplante del cimiento, a diferencia de Terzagui que dice que es una sobrecarga permanente flexible.
  17. 17. FACTORES QUE AFECTAN LA CAPACIDAD PORTANTE DE UN SUELO CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015  Retracción y expansión del suelo.  Proximidad del nivel freático.  Defectos o fallas del subsuelo.  Acción de heladas y deshielos.  Erosión y corrosión en el suelo.  Aplicación de cargas inclinadas o excéntricas.  Proximidad de las bases a laderas.  Excesiva cercanía entre bases o en linderos.  Licuefacción por la acción de cargas dinámicas.
  18. 18. CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y PROFUNDAS CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015  CIMENTACIONES SUPERFICIALES: son aquellas fundaciones que se apoyan en toda o casi toda el área de la base sobre el terreno, en un estrato no mayor de 5 m de profundidad, medido desde la cota superior del predio a construir, y donde el suelo ofrezca la suficiente capacidad portante para soportar las cargas impuestas por la superestructura, con moderados asentamientos.
  19. 19. CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y PROFUNDAS CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015  Aisladas: Resultan del ensanchamiento del extremo inferior de las columnas o pedestales en el plano de apoyo del suelo de modo de disminuir la magnitud de presiones de contacto con éste y asegurar la estabilidad de la superestructura.  Continuas: se conocen como corridas y son las que transmiten al suelo de fundación las cargas de los muros de concreto, las paredes de mampostería, o una fila de columnas alineadas próximas entre sí.
  20. 20. CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y PROFUNDAS CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015  Combinadas: Son las que sirven de apoyo a dos columnas muy cercanas, evitando así la superposición de sus bases aisladas. La forma y dimensiones de la planta debe adaptarse para que la resultante de sus cargas y momentos de las columnas coincida con el baricentro de la base, de modo de poder obtener una distribución uniforme de presiones en toda el área de contacto con el suelo.  Conectadas: soportan cargas excéntricamente aplicadas en las columnas, y al unirlas mediante tensores o vigas rígidas, se anula el efecto de volcamiento y se otorga estabilidad al conjunto.
  21. 21. CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y PROFUNDAS CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015  Placas de fundación: son las que reciben las cargas de un grupo de columnas y muros. Se las utiliza cuando el área en planta de las bases aisladas resulta prácticamente la misma que la superficie del terreno bajo la construcción. Presentan por lo general un espesor considerable y en algunos casos tienen nervios o vigas de entramado conectando las columnas y los muros, que cumplen la función de disminuir el espesor de las placas y aumentar la rigidez de la fundación.
  22. 22. CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y PROFUNDAS CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015  Placas de fundación: son las que reciben las cargas de un grupo de columnas y muros. Se las utiliza cuando el área en planta de las bases aisladas resulta prácticamente la misma que la superficie del terreno bajo la construcción. Presentan por lo general un espesor considerable y en algunos casos tienen nervios o vigas de entramado conectando las columnas y los muros, que cumplen la función de disminuir el espesor de las placas y aumentar la rigidez de la fundación.
  23. 23. CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y PROFUNDAS CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015
  24. 24. CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y PROFUNDAS CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015
  25. 25. CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y PROFUNDAS CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015
  26. 26. CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y PROFUNDAS CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015  CIMENTACIONES PROFUNDAS: son cimentaciones que se utilizan cuando los estratos superficiales del suelo no son lo suficientemente resistentes para soportar las cargas impuestas por la superestructura, evitando los problemas de asentamientos locales excesivos y fallas del suelo por superar su capacidad portante. Los pilotes son miembros estructurales de gran esbeltez, con sección transversal circular o poligonal, que penetran en suelos de baja capacidad portante a fin de transmitir las cargas a niveles más profundos del subsuelo. Se clasifican en prefabricados y vaciados en sitio.
  27. 27. CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y PROFUNDAS CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO Julio 2015
  28. 28. CONTENIDO  Consolidación  Compresibilidad  ¿Para qué se estudia la Consolidación?  Fases de la Consolidación  Consolidación Unidimensional  Ecuación de Consolidación  Ensayo de Consolidación  Suelos Pre consolidados y Normalmente consolidados  Cálculo de asentamientos  Módulo de reacción del suelo CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO Marzo 2014
  29. 29. CONSOLIDACIÓN Concepto Es un proceso de disminución de volumen del suelo en un tiempo dado por la aplicación de una carga, produciéndose un asentamiento por la disipación del exceso de la presión intersticial debida a la expulsión del agua a través del suelo. Suelo Saturado Por lo tanto, cuando un suelo se consolida ante la aplicación de una carga, se produce una disminución de la relación de vacíos y un incremento del esfuerzo efectivo. Marzo 2014 Vacíos Sólido CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO P
  30. 30. COMPRESIBILIDAD Es que la propiedad que tiene el suelo para de reducir su tamaño ante la aplicación de una fuerza de compresión. Cuando a un suelo se le aplica una fuerza de compresión, con la finalidad de reducir su tamaño, lo que en realidad se reduce son los espacios vacíos por reacomodo de sus partículas, por lo que si se trata de un suelo saturado, la compresión producida es debida a la expulsión del agua de los vacíos, y como el agua fluye lentamente, es un proceso diferido con el tiempo. Si por el contrario se trata de un suelo parcialmente saturado, la compresión producida es debida a la expulsión del aire, por lo que el fenómeno ocurre de forma casi instantánea, es decir que toma poco tiempo. Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
  31. 31. COMPRESIBILIDAD  Suelos no cohesivos como las gravas y arenas, se comprimen en un tiempo relativamente corto debido a que su permeabilidad es relativamente alta, por lo que los asentamiento en este tipo de suelos ocurre durante la fase de construcción de la estructura (horas o días).  Suelos cohesivos, como las arcillas, presentan alta compresibilidad, pero como tienen baja permeabilidad, se comprimen en un tiempo más largo que los no cohesivos, por lo que el fenómeno puede durar años, e incluso siglos. Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
  32. 32. ¿PARA QUÉ SE ESTUDIA LA CONSOLIDACIÓN? Objetivo El desarrollo de la consolidación de un suelo es para dar respuesta a dos preguntas: 1. ¿Cuánto se deforma el suelo? 2. ¿En cuánto tiempo ocurre la deformación total? Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
  33. 33. FASES DE LA CONSOLIDACIÓN  Compresión inicial: Deformación inmediata producto de la aplicación de una carga, sin ningún cambio en el contenido de agua del suelo.  Consolidación primaria: Resultado de un cambio de volumen en suelos saturados cohesivos debido a la expulsión del agua que ocupa los espacios vacíos.  Consolidación secundaria: Resultado del ajuste plástico de la estructura de suelo. Deformación plástica de las partículas que componen el suelo. El estudio de las relaciones esfuerzo – deformación de los suelos ha dado como resultado un comportamiento elasto – plasto – viscoso, muy alejado de las hipótesis de ser un material linealmente elástico o linealmente plástico, y debido a esa naturaleza se ha determinado que cuando a un suelo se le aplica una fuerza, la deformación que se produce es función del tiempo. Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO
  34. 34. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO • Suelo está totalmente saturado y es homogéneo. • Tanto el agua como las partículas de suelo son incompresibles. • La Ley de Darcy aplica para el flujo de agua. • La variación de volumen es unidimensional en la dirección del esfuerzo aplicado. • El coeficiente de permeabilidad en esta dirección permanece constante. • La variación de volumen corresponde al cambio en la relación de vacíos. Hipótesis de la Teoría de Consolidación Unidimensional
  35. 35. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO El movimiento de las partículas de suelos ocurre sólo en dirección vertical. Analogía de Terzaghi (Transmisión de los esfuerzos externos a esfuerzos efectivos) Orificio Pistón sin fricción Cilindro de sección A Resorte
  36. 36. ECUACIÓN DE CONSOLIDACIÓN Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO 𝜕𝑢 𝜕𝑡 = 𝐶 𝑣 𝜕2 𝑢 𝜕𝑧2 Define que la variación de la presión de poro en el tiempo va a ser una función de un valor constante (Cv) afectado de la variación de segundo orden de la presión de poro con respecto a la posición dentro del estrato compresible. 𝐶𝑣 = Coeficiente de Consolidación 𝐶𝑣 = 𝑘(1 + 𝑒) 𝑎 𝑣 𝛾 𝑤 k = Permeabilidad e = relación de vacíos 𝑎 𝑣= Coeficiente de compresibilidad (mide la razón de variación de la relación de vacíos con la presión) 𝑎 𝑣 = 𝑑𝑒 𝑑𝑝 𝛾 𝑤= Peso específico del agua destilada a 4 ºC 𝑢 = 𝑓 𝑧, 𝑡 Presión neutra y es función de la profundidad z y el tiempo t
  37. 37. ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO Ensayo de Consolidación Carga Anillo de confinamiento Agua FINALIDAD DEL ENSAYO: 1. ¿Cuánto se deforma? Curva de compresibilidad 2. ¿En cuánto tiempo? Curva de consolidación Muestra de suelo
  38. 38. CURVA DE CONSOLIDACIÓN Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO Una curva para cada carga aplicada y se obtiene el parámetro de Cv U (%)
  39. 39. CURVA DE CONSOLIDACIÓN Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO Es una gráfica que relaciona el grado de consolidación U(%) con el tiempo(t). En las ordenas en escala aritmética y en las abscisas en escala aritmética o semilogarítimica, respectivamente. U(%) es la relación entre la consolidación que ya ha tenido lugar a esa profundidad y la consolidación total que ha de producirse bajo el incremento de carga impuesto. La curva es asintótica debido a que llega un punto en que a medida que pasa el tiempo, el grado de consolidación permanece constante.
  40. 40. CURVA DE COMPRESIBILIDAD Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO Tramo de Recompresión Tramo Virgen Tramo de Descarga
  41. 41. CURVA DE COMPRESIBILIDAD Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO Es una curva que establece la relación de presión – relación de vacíos. En las abscisas en escala natural o logarítmica y en las ordenadas en escala natural. Se obtiene una de cada prueba de consolidación completa. Generalmente una curva de compresibilidad tiene 3 tramos, el A es un tramo curvo que comienza en forma casi horizontal y cuya curvatura es progresiva, alcanzado su máximo en la proximidad de su unión con el tramo B. El tramo B es generalmente un tramo recto y con él se llega a la etapa final de carga de la prueba de consolidación, al aplicar el máximo incremento de carga, que corresponde a la máxima presión sobre la muestra. A partir de ese punto es común someter a la muestra a una segunda etapa, ahora de descarga, en la que se sujeta al espécimen a cargas decrecientes, dejando un tiempo prudencial hasta que la velocidad de deformación se reduzca prácticamente a cero; en esta etapa se tiene una recuperación del espécimen, sabiendo que este nunca llega nuevamente a su relación de vacíos inicial; el tramo c corresponde a la segunda etapa, con el espécimen llevado a carga nula. El tramo A se llama tramo de recompresión, el tramo B tramo virgen y el c tramo de descarga.
  42. 42. CURVA DE COMPRESIBILIDAD Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO El tramo A recibe ese nombre porque en experimentos realizados a muestras a las que se les ha aplicado ciclos de carga y descarga consecutivos, una vez que culmina la descarga del primer ciclo y empieza la carga del segundo, a una presión mayor que la máxima alcanzada en el primer ciclo, el tramo A del segundo ciclo se extiende hasta la máxima presión a la que se cargó el suelo en el primer ciclo, mientras que el tramo B se define como una prolongación del tramo virgen del ciclo anterior y el tramo c resulta similar al del primer ciclo. De esto se concluye que el tramo A se produce cuando a una muestra de suelo se le aplican presiones que ya ha soportado en épocas anteriores, mientras que el tramo B resulta de aplicar presiones que la muestra nunca antes ha soportado, de manera que los nombres asignados para cada tramo es lógico.
  43. 43. SUELOS PRE CONSOLIDADOS Y NORMALMENTE CONSOLIDADOS Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO Suelos Pre consolidados • Suelos que están sometidos a presiones menores que las soportadas a lo largo de su historia geológica. Suelos Normalmente consolidados • Suelos que están sometidos a la máxima presión que han soportado.
  44. 44. CÁLCULO DE ASENTAMIENTOS Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO ∆𝐻 = ∆𝑒 1 + 𝑒1 𝐻
  45. 45. CÁLCULO DE ASENTAMIENTOS Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO Ejercicio: En una prueba de consolidación de una muestra de arcilla inalterada se obtuvieron los siguientes resultados: 𝑝1 = 1,65 𝐾𝑔 𝑐𝑚2 ; 𝑒1 = 0,895 𝑝2 = 3,10 𝐾𝑔 𝑐𝑚2 ; 𝑒2 = 0,732 Determine el asentamiento total de un estrato de esta arcilla de 10 m de espesor. ∆𝐻 = ∆𝑒 1 + 𝑒1 𝐻 ∆𝐻 = 0,163 1,895 10 𝑚 ∆𝐻 = 0,86 𝑚
  46. 46. CÁLCULO DE ASENTAMIENTOS Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO Existe otro método para el cálculo de asentamiento 𝛿 basado en el parámetro de compresibilidad 𝑚 𝑣 obtenido del ensayo de consolidación, 𝛿 se define mediante la ecuación 𝛿 = 𝑚 𝑣∆𝜎
  47. 47. MÓDULO DE REACCIÓN DEL SUELO Marzo 2014 CONSOLIDACIÓN DE LA MASA DE SUELO Es la relación entre la tensión capaz de generar una penetración de una placa rígida (cuadrada de 30,5 cm de lado o circular de 30,5 cm de diámetro) en el terreno de 0,05” (0,127 cm). Generalmente se identifica con la letra k. k = q/y Donde, k = módulo de reacción del suelo q = tensión aplicada por la placa. y = penetración o asentamiento de la placa
  48. 48. CONTENIDO ESFUERZO CORTANTE Julio 2015  Qué es la resistencia cortante  Por qué es importante conocer la resistencia al esfuerzo cortante  Implicaciones de conocer la resistencia del suelo al esfuerzo cortante  Para qué se usa la resistencia al esfuerzo cortante  Cuál es la respuesta típica del suelo ante fuerzas cortantes  En qué momento el suelo está sujeto a esfuerzo cortante  Circulo de Mohr
  49. 49. QUÉ ES LA RESISTENCIA CORTANTE ESFUERZO CORTANTE Julio 2015 Es la resistencia interna por área unitaria que la masa de suelo ofrece para resistir la falla y el deslizamiento a lo largo de cualquier plano de él. Los ingenieros deben entender la naturaleza de la resistencia cortante para analizar los problemas de la estabilidad del suelo, tales como capacidad de carga, estabilidad de taludes y la presión lateral sobre estructuras de retención de tierras.
  50. 50. POR QUÉ ES IMPORTANTE CONOCER LA RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE ESFUERZO CORTANTE Julio 2015 Todas las obras civiles se cimientan sobre el suelo y el comportamiento de éste repercutiría en la estructura. Por lo que si el suelo falla, la estructura puede fallar. Imaginemos una masa de suelo y veamos qué ocurre internamente entre 2 granos muy pequeños confinados en la masa del suelo que están sometidos a una presión de contacto σn
  51. 51. POR QUÉ ES IMPORTANTE CONOCER LA RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE ESFUERZO CORTANTE Julio 2015 Cuando una estructura falla, hay un deslizamiento del suelo y la posición inicial de las partículas cambia y se desarrolla un esfuerzo cortante τ . Si las 2 partículas nunca se deslizan una sobre la otra es porque NUNCA es sobrepasado el esfuerzo cortante τ .
  52. 52. POR QUÉ ES IMPORTANTE CONOCER LA RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE ESFUERZO CORTANTE Julio 2015 El esfuerzo cortante τ depende de la presión de contacto σn. Solamente cuando una partícula se desliza sobre la otra, se sobrepasa el esfuerzo cortante τ. La importancia de su estudio, es porque los suelos fallan por esfuerzo cortante τ.
  53. 53. IMPLICACIONES DE CONOCER LA RESISTENCIA DEL SUELO AL ESFUERZO CORTANTE ESFUERZO CORTANTE Julio 2015 La seguridad de la estructura: edificio, túnel, terraplén, presa, entre otras, depende de la resistencia al esfuerzo cortante, ya que a mayor esfuerzo cortante, más segura es la estructura. Si la conocemos bien, podemos:  Mitigar el riesgo de pérdida de vidas humanas ante el colapso de una estructura.  Conocer las implicaciones económicas, si una estructura no colapsa por completo al sobrepasar la resistencia al esfuerzo cortante, sino que tenga importantes daños estructurales.
  54. 54. PARA QUÉ SE USA LA RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE ESFUERZO CORTANTE Julio 2015  Determinar la capacidad de carga del suelo, ya que podemos conocer las dimensiones de las fundaciones que vamos a utilizar (zapatas, pilotes)  Se puede evitar que ocurran deslizamientos o asentamientos importante, si en una estructura aún no ha sido sobrepasada la capacidad de carga pero ya la estructura se ha vuelto inestable.
  55. 55. PARA QUÉ SE USA LA RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE ESFUERZO CORTANTE Julio 2015  Determinar la capacidad de carga del suelo, ya que podemos conocer las dimensiones de las fundaciones que vamos a utilizar (zapatas, pilotes)  Se puede evitar que ocurran deslizamientos o asentamientos importante, si en una estructura aún no ha sido sobrepasada la capacidad de carga pero ya la estructura se ha vuelto inestable.
  56. 56. PARA QUÉ SE USA LA RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE ESFUERZO CORTANTE Julio 2015
  57. 57. PARA QUÉ SE USA LA RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE ESFUERZO CORTANTE Julio 2015 A diferente esfuerzo cortante, dimensiones diferentes Edificio desplantado en superficie irregular, una parte sobre terreno plano y otra sobre ladera. Cada una será diferente. No hay falla por capacidad de carga, pero se desarrolla una superficie de falla. Es inestable. Muro de retención con depósito de tierra empujando al muro. Las cargas generan una carga al suelo por lo que hay que revisar que no se sobrepase la capacidad de carga. Puede que se genere una superficie de falla que produzca el deslizamiento por lo que se vuelve inestable y hay que verificar la fricción entre la base del muro y el suelo, para que no haya deslizamiento de la base.
  58. 58. CUÁL ES LA RESPUESTA TÍPICA DEL SUELO ANTE FUERZAS CORTANTES ESFUERZO CORTANTE Julio 2015
  59. 59. EN QUÉ MOMENTO EL SUELO ESTÁ SUJETO A ESFUERZO CORTANTE ESFUERZO CORTANTE Julio 2015 En todo momento. Al aplicar una fuerza vertical Fn se produce el esfuerzo de contacto y al aplicar la carga F se produce un esfuerzo cortante dentro de ese plano. Imaginemos un pedacito de suelo. Al aplicar un esfuerzo cortante, resulta una deformación cortante que produce un cambio de volumen. Por ejemplo al aplicar esfuerzo cortante a un suelo suelto, las partículas se acomodan y disminuye su volumen. Si por el contrario el suelo está compacto, al aplicar esfuerzo cortante, las partículas se superpondrán una sobre la otra por lo que el volumen aumenta. Esto se puede apreciar con las gráficas esfuerzo deformación.
  60. 60. CUÁL ES LA RESPUESTA TÍPICA DEL SUELO ANTE FUERZAS CORTANTES ESFUERZO CORTANTE Julio 2015
  61. 61. CIRCULO DE MOHR ESFUERZO CORTANTE Julio 2015  Es el espacio geométrico en el que se representan los estados tensionales que generan la falla del suelo de modo que para valores que estén contenidos en él, el suelo será inestable. La envolvente de falla se determina con la siguiente expresión (criterio de falla Mohr- Coulomb):
  62. 62. CIRCULO DE MOHR ESFUERZO CORTANTE Julio 2015
  63. 63. CIRCULO DE MOHR ESFUERZO CORTANTE Julio 2015
  64. 64. CIRCULO DE MOHR ESFUERZO CORTANTE Julio 2015
  • MarisCamilo

    Oct. 4, 2020
  • GuillermoAguayoRobles

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    Jul. 26, 2017
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  • AdilsonPerezDavalos

    May. 5, 2017
  • GreciaTrejoLuque

    Apr. 9, 2017

Capacidad de carga del suelo, consolidación y esfuerzo cortante en suelos

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