exposición de esfuerzo y corte

7/21/2019 Exposicin de Esfuerzo y Corte.

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INGENIERA DE PETRLEOS

GEOLOGA ESTRUCTURAL

EXPOSICIN: ESFUERZO Y RESISTENCIA

CORTANTE

JHERSON HERNANDO ALVAREZ

JORGE MARIO PUENTES

EDINSON HAIR DIAZ ROJAS


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29/11/2013 21:17 Esfuerzo y Resistencia Cortante 2

RESISTENCIA ALESFUERZO CORTANTE

Todo estudio de Mecnica de Suelos

consta centralmente de dos aspectos:

1. Clculo y anlisis de asentamientos.2. Anlisis de estabilidad.


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Para la discusin de los asentamientos, resulta imprescindible el uso

teoras; en lo que se refiere a los Anlisisde Estabilidadhabr queatender no a las resistencias y en concreto a la resistencia al corte.Usualmente, en Ingeniera estos Anlisisde Estabilidadse refieren a:

a) Estructuras de contencin de rellenos.

b) Taludes en excavaciones o en otros lugares u obras.c) Cimentaciones, para lo cual se evala la Capacidadde soporteode carga.

Esta resistencia del suelo determina factores como la estabilidad de untalud, la capacidad de carga admisible para una cimentacin y el empujede un suelo contra un muro de contencin.


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ESFUERZOSTIPOS COMUNES DE ESFUERZOS


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ESFUERZOS DE CORTECOMPUESTOS

Se considera el estudio de los esfuerzos en un plano arbitrario

que corta a un elemento de un sometido a varias solicitacionessimultaneas. En general si se separa de un cuerpo un elemento

plano estar sometido a los esfuerzos normales xy y, ascomo a el esfuerzo cortante xy, como se muestra en la figura.


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ESFUERZOS EN UN PLANO INCLINADO

Se supone estudiar el estado de los esfuerzos x, y, y xy en un

plano inclinado un ngulo respecto a un eje x, tal y como serepresenta en la siguiente figura. Los esfuerzos normal y cortante

en ese plano se representa como xn y quedando demostradoque el esfuerzo normal y cortante viene resumida.



LEY DE COULOMB

La modelacin o representacin matemtica del fenmeno de falla al cortante

en un deslizamiento se realiza utilizando las teoras de la resistencia demateriales.

Las rocas y los suelos al fallar al corte se comportan de acuerdo a las teorastradicionales de friccin y cohesin, segn la ecuacin generalizada deCoulomb:

= c + (-) Tan (Para suelos saturados)= c + (-) Tan + (-a) )Tan (para suelos parcialmente saturados)

Donde:= Esfuerzo de resistencia al corte

c = Cohesin o cementacin efectiva =Esfuerzo normal total= Presin del agua intersticial o de porosa = Presin del aire intersticial = Angulo de friccin interna del material = Angulo de friccin del material no saturado.



El anlisis de la ecuacin de Coulomb requiere predefinir los parmetros,ngulo de friccin y cohesin, los cuales se consideran como propiedadesintrnsecas del suelo.

La presencia del agua reduce el valor de la resistencia del suelo

dependiendo de las presiones internas o de poros de acuerdo a la ecuacinde Coulomb, en la cual el factor u est restando al valor de la presinnormal. La presin resultante se le conoce con el nombre de presin efectiva

(Presin efectiva) =- = Angulo de friccin para presiones efectivas.c = Cohesin para presiones efectivas.



Angulo de Friccin

El ngulo de friccin es la representacin matemtica del coeficiente derozamiento, el cual es un concepto bsico de la fsica:Coeficiente de rozamiento = Tan

El ngulo de friccin depende de varios factores entre ellos algunos delos ms importantes son:

a.Tamao de los granosb. Forma de los granosc. Distribucin de los tamaos de granosd. Densidad



Cohesin

La cohesin es una medida de la cementacin o adherencia entre laspartculas de suelo. La cohesin en mecnica de suelos es utilizada pararepresentar la resistencia al cortante producida por la cementacin. Ensuelos eminentemente granulares en los cuales no existe ningn tipo decementante o material que pueda producir adherencia, la cohesin se

supone igual a 0 y a estos suelos se les denomina Suelos no Cohesivos.

Cohesin aparente

En los suelos no saturados el agua en los poros produce un fenmeno deadherencia por presin negativa o fuerzas capilares. Esta cohesin aparente

desaparece con la saturacin.



CONCEPTO DE ESFUERZO EFECTIVO

Una masa de suelo saturada consiste de dos fases distintas: el esqueleto departculas y los poros entre partculas llenos de agua.Cualquieresfuerzo impuesto sobre el suelo es soportado por el esqueleto departculas y la presin en el agua. Tpicamente, el esqueleto puede transmitiresfuerzos normales y de corte por los puntos de contacto entre partculas y

el agua a su vez puede ejercer una presin hidrosttica, la cual es igual entodas las direcciones. Los esfuerzos ejercidos por el esqueleto solamente, seconocen como esfuerzos efectivos y los esfuerzos hidrostticos del agua seles denomina presin de poros.

Los esfuerzos efectivos son los que controlan el comportamiento del sueloy no los esfuerzos totales. En problemas prcticos el anlisis con esfuerzostotales podra utilizarse en problemas de estabilidad a corto plazo y laspresiones efectivas para analizar la estabilidad a largo plazo.


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Desde el punto de vista de la relacin esfuerzodeformacin, en estabilidad

de taludes se deben tener en cuenta dos tipos de resistencia:

Resistencia mxima o resistencia picoEs la resistencia al corte mxima que posee el material que no ha sido falladopreviamente, la cual corresponde al punto ms alto en la curva esfuerzo -deformacin. La utilizacin de la resistencia pico en el anlisis de estabilidad

asume que la resistencia pico se obtiene simultneamente a lo largo de toda lasuperficie de falla. Sin embargo, algunos puntos en la superficie de falla hanalcanzado deformaciones mayores que otros, en un fenmeno de fallaprogresiva y asumir que la resistencia pico acta simultneamente en toda lasuperficie de falla puede producir errores en el anlisis.


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Resistencia residual

Es la resistencia al corte que posee el material despus de haber ocurrido lafalla. En los suelos residuales la resistencia pico tiende a ser generalmente, muy

similar a la resistencia residual.

Otro factor que determina las diferencias entre la resistencia pico y residual esla sensitividad, la cual est relacionada con la perdida de resistencia por elremoldeo o la reorientacin de las partculas de arcilla.


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PARMETROS DE PRESIN DE POROS

El anlisis de esfuerzos efectivos requiere del conocimiento de laspresiones de poro en el campo. Estas presiones de poro pueden serestimadas si los cambios de Esfuerzo dentro del suelo se puedendeterminar. Para esta estimacin se pueden utilizar los parmetros depresin de poros A y Bpropuestos por Skempton (1954) para calcularlas presiones de poro en exceso.

u = B[3 + A(1 - 3)]

Donde:u = Exceso de presin de porosA = Parmetro de presin de poros A

B = Parmetro de presin de poros B1 = Cambio en el esfuerzo principal mayor3 = Cambio en el esfuerzo principal menor.


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Los parmetros A y B deben ser determinados de ensayos de laboratorio oseleccionados de la experiencia.


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El valor de A est muy influenciado por el nivel al cual el suelo ha sidopreviamente deformado, el esfuerzo inicial del suelo, la historia de esfuerzos yla trayectoria de esfuerzos, tales como carga y descarga.


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CIRCULO DE MOHR

Todo lo expresado en las ecuaciones anteriores puede representarsegrficamente por el llamado circulo de Mohr. En esta representacin se llevanlos esfuerzos normales sobre el eje horizontal y los cortantes en el vertical.

Se representa a escala los esfuerzos x, y y xy, y se traza un circulo poresos puntos, con centro en el eje horizontal.


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DISTRIBUCIN DE ESFUERZOS EN CIRCULO DE MOHR


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Envolvente de Falla

El crculo de Mohr se utiliza para representar o describir la resistencia alcortante de los suelos, utilizando la envolvente de falla Mohr Coulomb, locual equivale a que una combinacin crtica de esfuerzos se ha alcanzado.Los esfuerzos por encima de la envolvente de falla no pueden existir.La envolvente de falla Mohr - Coulomb es generalmente una lnea curva que

puede representarse en la forma:

s = A()b

Donde:

s = Resistencia al cortante = Esfuerzo normal efectivoA y b = Constantes


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En la prctica normal de Ingeniera, generalmente, esta curva se define comouna recta aproximada dentro de un rango seleccionado de esfuerzos, en elcual s = c + tan

Donde:c = Intercepto del eje de resistencia (cohesin) y = Pendiente de la envolvente (ngulo de friccin).


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Se pueden trazar tres tipos diferentes de trayectorias as:

a. Trayectoria de esfuerzos efectivos, la cual pretende presentar el

verdadero comportamiento de la muestra de suelo.

b. Esfuerzos totales menos presin de poros esttica. Esta trayectoriamuestra el estado de esfuerzos en el suelo con un margen para la presinde poros en el agua, debida al nivel esttico de aguas subterrneas.


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MEDICION DE LA RESISTENCIA AL CORTANTE

La determinacin precisa de las resistencias de los materiales de un talud

es esencial para un anlisis de estabilidad representativo de suscondiciones reales, aunque es posible en algunas circunstancias realizarensayos in situ, la forma ms comn de obtener los parmetros deresistencia al corte son los ensayos de laboratorio.


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Seleccin de las muestras

La determinacin precisa de resistencias al cortante son esenciales para

un anlisis de estabilidad de taludes; Sin embargo, los valores de laresistencia al cortante que se obtienen dependen de muchos factores,especialmente de la calidad de las muestras, su tamao y el mtodo deanlisis. La resistencia al cortante depende del grado de saturacin y serecomienda trabajar siempre con muestras saturadas.


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PRUEBAS PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA ALESFUERZO CORTANTE DEL SUELO.

En la practica Sse determina ya sea en el laboratorio o en el sitio deinters segn sea el equipo disponible, grado de aproximacin deseada,

presupuesto disponible etc. A continuacin discutiremos tales pruebassomeramente.

a) Prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante.b) Prueba in situ por medio de la veleta.

c) Pruebas triaxiales de resistencia al esfuerzo cortante.d) Prueba de compresin simple o sin confinar.


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Prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante.

Este ensaye que predomino durante muchos aos posteriormente fuedesplazado por pruebas de tecnologa ms avanzadas (pruebas triaxiales).Debido a su simplicidad tiene inconvenientes en lo que respecta a laprecisin y a la aplicabilidad, sin embargo, esta simplicidad tiene a su vezventajas (pequeas): El inters prctico y didctico.


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Desventajas o inconvenientes de la prueba

1.- Es imposible conocer los esfuerzos que actan en planos distintos alde falla durante su realizacin.

2.- La prueba es aplicable a suelos de falla plstica (arena suelta, arcilla yalgunos limos blandos), no debiendo ser aplicada a suelos de falla frgil

(arcilla compacta, arenas y gravas compactas).

3.- El rea de la seccin critica, en realidad varia durante la aplicacin de lafuerza tangencial lo que conducira a efectuar correcciones quenormalmente no suelen hacerse.

4.- Es imposible impedir el drenaje de las muestras cuando esto seadeseable.


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Prueba in situ por medio de veleta

La gran ventaja de esta prueba, es que mediante ella, es posible conocerSa distintas profundidades del deposito en estudio (Z1 Z 2 etc.) de unamanera sencilla, y en el instante en que se realiza una simple operacinaritmtica.

Se hacen perforaciones a profundidades ligeramente menores a las que sedesean conocer S,despus se hinca la veleta a la profundidad deseada(quedando sumergida) posteriormente se le aplica un giro produciendo unmomento (Mm) que es posible medir con un aparato colocado en laparte superior.


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Pruebas de compresin sin confinar

El calificativo de este ensayo especifica claramente la naturaleza deel, pues consiste en cargar axialmente a una muestra inalterada yrepresentativa hasta llevarla a la falla, sin confinamiento alguno.


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Pruebas triaxiales de resistencia al esfuerzocortante

Estos ensayes, aunque resultan ms caros, predominan sobre losanteriormente discutidos debido a su refinamiento en la tecnologa

que proporciona una mayor.

aproximacin en los resultados buscados, pues simula masaceptablemente lo que en la naturaleza ocurre con l deposito enestudio. Las siguientes figuras muestran esquemticamente a la

cmaratriaxialy un somero relato acerca de su realizacin.


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Procedimiento:

1. Se coloca la muestra envuelta en la membrana de ltex, sobre elpedestal.

2. La muestra, sellada con la membrana se coloca en la cmara, aplicando

lateralmente la presin de confinamiento con aire y por medio de aguaque llena la cmara.

3. Se controla el drenaje de la muestra mediante la vlvula inferior.

4. Se aplica la carga vertical, mediante el vstago que penetra en la cmara,

hasta que se produce la rotura.


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Estas pruebas se dividen en dos etapas:

1ra. Etapa: Aplicacin del esfuerzo de confinamiento presionando con

aire el agua dentro de la cmara.2da. Etapa: Aplicacin del esfuerzo desviador por medio del vstago.


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RESISTENCIA AL CORTANTE DE ROCAS

La resistencia al cortante de macizos rocosos se analiza asumiendoque la roca se comporta de acuerdo a Mohr-Coulomb. La rocapuede ser intacta o fracturada. Para ensayos de roca intacta seutiliza comnmente el ensayo de Compresin Simple o inconfinada,en el cual se obtiene un valor de la cementacin o cohesin, aunqueexisten formas de determinar el ngulo de friccin y cohesin de lasrocas.


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GRACIAS..!!!

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