1CAPITULO IVTENSIONES DENTRO DE

MASA DE SUELO

Esfuerzo geosttico

z

elemento A

Esfuerzos en el elemento A estncompuestos por las cargas externasy por el peso propio del suelo porsobre el elemento A. Ambos sistemasson complicados de cuantificar. Sinembargo, si tomamos el casohabitual en que la superficie delterreno es horizontal y el material esbastante homogneo en la direccinhorizontal esfuerzos geostticos

Esfuerzo geosttico: esfuerzo asociado al peso propio delsuelo. Podemos tener esfuerzos geostaticos verticales y

horizontales.Como se calculan?

2Esfuerzo geosttico

z

elemento A

Esfuerzos geostticos verticales:Equivalen al peso de una columna desuelo de densidad

- Si =cte v =zx en estecaso, el esfuerzo vertical variarlinealmente con la profundidad, esdecir a mayor profundidad mayor elesfuerzo vertical.

-Si =variablePorque podria ser variable??

zv dz0 Que pasa cuando tenemosestratos?

3Esfuerzo geosttico

z

elemento A

Esfuerzos geostticos horizontales:Generalmente, v hComo se determina h?- Si retomamos el elemento A a unaprofundidad z, este elemento desuelo no se puede moverhorizontalmente el suelo seencuentra en reposo

Llevar muestra de suelo allaboratorio y obtenemos Ko:coeficiente de transmisin lateralen reposo

Si tenemos Ko y vpodemos obtener h

vhK

0

4Esfuerzo geosttico Valores tpicos de Ko:

Suelo granular suelto: 0.5 0.6 Suelo granular denso: 0.3 0.5 Arcillas (blandas): 0.9 1.1 Arcillas (duras): 0.8 0.9

Principio de presin efectiva

z

elemento A

Si tenemos un suelo y lo cargamos, este esfuerzo es tomado por laspartculas de suelo a travs del contacto entre partculas. Ahora, si elsuelo se encuentra saturado, el agua en los vacos tambin puedetomar carga esto nos va a generar un incremento de presin.

5Principio de presin efectiva En 1923 Terzaghi present el principio de ESFUERZO

EFECTIVO Aplica SOLO a suelos saturados

Cuando existe presencia de agua, en el elemento Aactan:

esfuerzo total (): esfuerzo imaginando que el suelo esmonofsico, i.e. suelo + agua = una fase

presin de poros (u): presin de agua que llena losporos

esfuerzo efectivo (): representa el esfuerzo transmitidoslo por las partculas

= u

Principio de presin efectiva Como se calcula la presin de poros??? Peso columna de agua sobre el elemento A

Presin de poros: u = w x z

De donde el esfuerzo efectivo vertical se escribe como:v = v u = x z - w x z = b x z

Ahora, dado que el nivel de la napa fretica no esconstante, tendremos distintos casos dependiendo delnmero de estratos y de la posicin de la NF

6Principio de presin efectiva

z t

N.T.

z sat

N.T.

za

zb sat

N.T.

t

zw

zasat

N.T.w

za

zb tb

ta

sat

N.T.

zw

Tensiones dentro de masa de sueloResumen para el clculo de esfuerzos geostaticosverticales y horizontales en presencia de agua.

1. Obtener esfuerzos totales verticales2. Obtener esfuerzos efectivos verticales (totales presin de

poros)3. Obtener esfuerzos efectivos horizontales (usando Ko ->

IMPORTANTE! Ko se usa solo con esfuerzos efectivos!!!)4. Obtener esfuerzos totales horizontales (efectivos + presin

de poros)

7Tensiones dentro de masa de sueloEfecto de capilaridadEl efecto de capilaridad se produce en suelos queestn sobre pero cerca de la napa fretica. Elsuelo sobre la napa fretica chupa el agua hastauna cierta altura.La altura de la columna de agua que un suelo puedemantener es inversamente proporcional al tamaode los poros del suelo en el contacto agua suelo,es decir, entre mas grandes los poros mas baja esla altura de la columna de agua.Esta columna de agua por sobre la napa fretica sellama altura o carga capilar.

Tensiones dentro de masa de sueloEfecto de capilaridadBajo la napa fretica las presiones de porosson positivas, sin embargo sobre la napa laspresiones de poros son negativas, i.e.presiones inferiores a la atmosfrica, por loque: = (- u) = + u los esfuerzosefectivos son mayores que los totales!!

8N.F.

N.T.Agua

Arena gruesa, w=20% Gs = 2.7, Ko = 0.4

Arcilla arenosa, t =1.9 t/m3 , e = 0.67,w=26.8%, Ko = 0.6

5 m

5 m

7 m

A

B

C

D

Calcule las presiones verticales, horizontales (totales y efectivas)y presiones de poro en los puntos A, B, C y D.

Tensiones por cargas externasCarga puntual:

Carga distribuida

P

zR

2522

1

123

ZRz

Pv

qb=mz

a=nz z

En la ESQUINA:

2222

222222

222222

112

12

112

4 mnnmnmmnarcsennm

nmnmnm

nmmnqv

9

10

11

Para el mismo ejercicio anterior, onsidere ahora que lanapa fretica es agotada hasta el nivel B y se agrega unacarga rectangular de 5 t/m2 considerada de longitudinfinita de 6 m de largo.Calcule el incremento de tensin vertical al centro de lacarga rectangular a la profundidad D.

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CAPITULO VCOMPACTACION DE SUELOS

CompactacinDefinicin: Densificacin del suelo por remocinde aire (mediante mtodos mecnicos)

no hay cambio significante en el volumen deagua

Se mide en trminos de su peso especficoseco

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Fases de la compactacin

CompactacinDensificacin de suelos de manera de:

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Ensayo Proctor (1930-1940) Necesidad de compactar eficientementecon las mquinas existentes en la poca

Necesidad de medir los resultados de lacompactacin

Ensayo Proctor

28

Equipo

Das, 1998

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Ensayo Proctor- Molde: altura = 116.3 mm

dimetro = 101.6 mm

- 3 capas iguales de material, golpeadas 25veces cada una con un martinete de peso24.4 N desde una altura de 304.8 mm

- Esta energa corresponde a la disponibleen la poca

Ensayo Proctor Para cada ensayo se determina el pesoespecfico hmedo del suelo y luego elpeso especfico seco

Se repite esto 4 o 5 veces con distintosgrados de humedad

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EjemploLos datos de un

ensayo decompactacinProctor estndar sepresentan en lasiguiente tabla.Encuentre el pesoespecfico secomximo y lahumedad ptima decompactacin.

Volumenmolde Proctor(cm3)

Masa desuelohmedo en elmolde (kg)

Contenidode humedad(%)

943.3 1.76 12943.3 1.86 14943.3 1.92 16943.3 1.95 18943.3 1.93 20943.3 1.90 22

Volumen moldeProctor(cm3)

Masa desuelo hmedoen el molde(kg)

t(g/cm3)

w(%)

d(g/cm3)

943.3943.3943.3943.3943.3943.3

17

1.641.661.681.7

1.721.741.761.78

0 5 10 15 20 25humedad

dens

idad s

eca

Posteriormente, dado que exista mayor energa decompactacin disponible. Se desarroll el ProctorModificado

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Proctor Modificado Establece 3 procedimientos:

Factores que afectan lacompactacin

TIPO DE SUELO:

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Factores que afectan la compactacin

Factores que afectan lacompactacin

ENERGIA DE COMPACTACION Se define: Ee = Energa equivalente

Donde:- N: nmero de golpes por capa- n: nmero de capas- w: pero pisn o martinete- h: altura de cada- v: volumen del molde

VhwnNEe

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Energa de compactacinAplicando la ecuacinanterior se puedever que la relacinentre el Proctorestndar y el Proctormodificado es de 1:4

Pst Pm

N 3 5

n 25 25

w (N) 24.4 44.5

h (m) 0.3048 0.4572

v (cm3) 944 944

Ee (KNm/m3) 591.3 2696VhwnNEe

Energa de compactacind(t/m2)

w (%)

ProctorModificado

Proctor Estndar

A mayor energa de compactacin:Densidad seca mayorHumedad ptima menor

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Energa de compactacinPara un contenido de agua dado, el pesoespecfico mximo terico se obtiene cuando noexiste aire en los espacios vacos S = 100%

d Gs 1 A 1 wGs w

Compactacin en terreno Objetivo compactacin: mejorar laspropiedades ingenieriles del terreno

Se debe especificar la densidad seca paracumplir con los propsitos del proyecto

Se define: CR = compactacin relativa ogrado de compactacin

CR = peso unitario seco en terreno x100%peso unitario seco en ensayo

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Las especificaciones tcnicas para laconstruccin de un tarreapln exigen que el sueloa utilizarse sea compactado por lo menos al 95%del Proctor Modificado. Una medicin realizadaen el terrapln entrega un valor de t =1.98 t/m3 yS=70%. En base a esta medicin determine si seest cumpliendo la especificacin decompactacin. Adems calcule la cantidad de airepara el mximo del Proctor Modificado

Compactacin en terreno Habitualmente CR = 90 105% Adems se especifica la humedad almomento de compactar. Esta humedadcorresponde a la humedad ptimaobtenida en laboratorio, o valorescercanas a ella (1.5% mas , 3% menos)

Las diferencias con respecto a wop sondebido a factores climticos

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Como se procede en terreno?En trminos bien generales:- Se dispone del material especificadopara rellenar el suelo existente- Se extiende en capas de espesoressueltos compatibles con la maquinariadisponible (espesores 15 cm a 60 cm)- Se compacta con los equiposespecificados- Se realiza control de calidad

Equipos de compactacin Pisn de mano

Altamente ineficiente Baja energa decompactacin

W = 20 kg

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Equipos de compactacin Plancha vibradora

Suelos granulares W = 50 - 100 kg

Equipos de compactacin Rodillo liso

Para la mayora de lossuelos menos arenasuniformes o arenaslimosas

W = 400 kg - 20 ton

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Equipos de compactacin Rodillo lisovibratorio Suelos granulares W = 400 kg - 20 ton W Wop

Equipos de compactacin Rodillos con placas

Suelos no granulares W = 400 kg - 20 ton

26

Equipos de compactacin Rodillos patas decabra Fundamentalmentearcillas

W = 400 kg - 20 ton

Equipos de compactacin

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Control de calidad Verificar si se cumplen las propiedadesexigidas

Ubicacin de muestras debe serrepresentativa en capas y materiales

Se recomiendo una muestra cada 1000m3 a 3000 m3 o en cambios de material oespecificaciones

Control de calidad Dos tipos de ensayos:

Destructivos: obtener una muestra dematerial genera un espacio que despusdebe ser compactado

No destructivo: mtodos indirectos que norequieren muestra de suelo

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Ensayo destructivo Densidad in situ: cono de arena

Cono de arena

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Cono de arena Aplicable a partculas de tamao < 50 mm

Obtener el peso de suelo hmedo de unapequea perforacin hecha sobre lasuperficie y generalmente del espero de lacapa compactada

Se obtiene el volumen de materialextrado

Cono de arena- Se obtiene la densidad aparente seca dela arena normalizada

- Se hace un hoyo en la capa y se rellenacon la arena normalizada conociendoel peso y la densidad de la arenanormalizada obtenemos el volumen

- Conociendo el volumen y el peso de suelohmedo y luego la humedad obtenemos ladensidad seca grado de compactacin

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Ensayo no destructivo- Densmetro nuclear

Densmetro nuclear Basado en la interaccin de rayos gammaprovenientes de una fuente radioactiva ylos electrones de las rbitas exteriores delos tomos del suelo

Lectura de intensidad de radiacin esconvertida a una medida de densidadhmeda por medio de una curva decalibracin propia del equipo

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CBR Forma de evaluar y clasificar la capacidad

de un material como sub-rasante omaterial de base en la construccin decarreteras.

Mide la resistencia al corte de un suelobajo condiciones de humedad y densidadcontroladas.

Se hacen generalmente sobre muestrascompactadas con el contenido dehumedad ptimo, determinado en elensayo de compactacin Proctor. Amenudo se compactan dos muestras, unopara penetracin inmediata y otro parapenetracin despus de dejarlo saturarpor 96 horas para simular las condicionesms desfavorables en cuanto a drenaje deun camino y para determinar su posibleexpansin.