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8/18/2019 Resumen de Geotecnia II 1P

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Resumen de Geotecnia II – 1er Parcial

Cap. 2: Presion Lateral del suelo

Teoria de Rankine de las presiones de tierra, activa y pasiva:

Rankine (1857) investigo las condiciones de esfuerzo en el suelo en un estado de equilibrio plástico que se refiere a la condición en que cada punto en una masa de suelo esta a punto de

fallar.

Presion de tierra en reposo (Empuje Natural):

Si el muro AB es estatico, es decir, si no se mueve ni hacia la derecha ni hacia la izquierda de su

psoicion inicial, la masa de suelo esta en un estado de equilibrio estatico. La relación del

esuerzo efectivo horizontal respecto del esfuerzo vertical se llama coeficiente de presión de

tierra en reposo:

Estado Activo de Rankine:

Si al muro AB no se le premite movimiento alguno, la condición de esfuerzo en el elemento de

suelo e representado por el circulo a de Mohr de la figura. Sin embargo, si se permite que el

muro AB se mueva alejándose gradualmente de la masa de suelo, entonces el esfuerzo efectivo

principal horizontal decrecerá. Finalmente se alcanzara un estado en el que la condición de

esfuerzo en el elemento de suelo es representada por el circulo b de Mohr, o estado de equilibrio plástico, y ocurrirá la falla del suelo, denominado estado activo de Rankine y la presión

′

sobre el plano vertical (que es un plano principal) es la presión activa de tierra de Rankine.


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Estado Pasivo de Rankine:

Si el muro AB es empujado gradualmente hacia la masa de suelo, el esfuerzo efectivo principal

horizontal se incrementara. Finalmente el muro alcanzara un estado en el que la condición de

esfuerzo en el elemento de suelo es representada por el circulo b de Mohr. En este momento

ocurrirá la falla del suelo a lo cual se le llama estado pasivo de Rankine. La presión lateral de

tierra efectiva ′ que es el esfuerzo principal mayor, se llama presión de tierra pasiva de

Rankine.


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Efecto de cedencia del muro:

La distribución de la presión lateral de tierra contra un muro es muy influenciada por la manera

en que el muro realmente cede. En la mayoría de los muros de retención simples, el movimiento

ocurre por simple traslación o, mas frecuentemente, por rotación respecto a la base.

Diagramas para la distribución de la presión lateral de tierra contra muros de retención:

- Suelo sin cohesion parcialmente sumergido soportando sobrecarga:


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- Suelo cohesivo con relleno horizontal:


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Cap. 3: Muros de contención, ataguías y tablestacas

Los muros de contención convencionales se clasifican como:

- Muros de retención de gravedad : construyen con concreto simple o con mampostería.

Dependen de su peso propio y de cualquier sulo que descanse sobre la mampostería

para su estabilidad. No es económico para muros altos.

- Muros de semigravedad: son como muros de gravedad pero se usa para la construcción

una pequeña cantidad de acero, minimizando asi el tamaño de las secciones del muro.

- Muros de retención en voladizo: hechos de concreto reforzado y constan de un tallo

delgado y una losa de base. Es económico hasta una altura aproximada de 8 metros.

- Muros de retención con contrafuertes: similares a los muros en voladizo. Sin embargo,

a intervalos regulares estos tienen losas delgadas de concreto conocidas como

contrafuertes que conectan entre si el muro con la losa de la base. El propósito de los

contrafuertes esreducir la fuerza cortante y los momentos flexionantes.

Para disenar apropiadamente los muros de retención, un ingeniero debe conocer los

parámetros básicos del suelo, peso especifico, angulo de friccion y la cohesion del suelo

retenido detrás del muro y del suelo debajo de la losa base. Conocer las propiedades del

suelo detrás del muro permite al ingeniero determinar la distribución de la presión

lateral necesaria para el diseño.

Existen dos fase en el diseño de un muro de retención convencional. Promero, conocida

la presión lateral de la tierra, la estructura en su conjunto se revisa por estabilidad, queincluye la revisión de posibles fallas por volteo, deslizamiento y capacidad de carga. En

segundo lugar, cada componente de la estructura se revisa por resistencia adecuada y se

determina el refuerzo de acero de cada componente.


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Los muros de retención mecánicamente estabilizados tienen sus rellenos estabilizados

por elementos de refuerzo tales como franjas metálicas, mallas de alambre soldado,

geotextiles y geomallas. Estos muros son relativamente flexibles y soportan grandes

desplazamientos verticales y horizontales sin mucho daño.

Para muros de retención con contrafuertes, la proporción general del cuerpo y la losa de

base es la misma que para muros en voladizo. Sin embargo las losas de los contrafuertes

deben tener aproximadamente 0.3 m. de espesor y estar espaciadas a distancias centro a

centro de entre 0.3H y 0.7H.

Las ataguías, también conocidas como tablaestacas, a menudo se usan para construirmuros continuos de estructuras costeras que van desde embarcaderos para lanchas

pequeñas de recreo hasta muelles para embarcaciones de gran tamaño. No requieren

usualmente el desague del sitio. Se usan también para estructuras temporales, como

cortes apuntalados. Se usan de madera, concreto prefabricado, acero y aluminio. Las de

madera se usan solo para estructuras ligeras temporales arriba del nivel de agua freática.

Las de concreto prefabricado son pesadas y diseñan con refuerzo para resistir los

esfuerzos permanentes a los que la estructura estará sometida después de la

construcción y también para tomar los esfuerzos producidos durante la construcción.

Las de acero se usan por resistencia a los grandes esfuerzos desarrollados durante el

hincado en suelos duros, además son ligeras y reusables.

Las tablestacas se clasifican en dos tipos: en voladizo y ancladas. Estas se hunden en el

terreno y luego se coloca el relleno sobre el lado de tierra o primero se hinca en el

terreno y luego se draga el suelo al frente. En todo caso, el suelo de relleno detrás es

generalmente granular. El suelo debajo de la línea de dragado puede ser arenoso o

arcilloso. La superficie del suelo en el lado del agua se denomina línea de dragado.


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Las tablestacas en voladizo son usualmente recomendadas para muros de altura

moderada, de aproximadamente 6 m. medida desde la línea de dragado. Estas actúan

como anchas vigas en voladizo por arriba de la línea de dragado.

Tablestacas en voladizo en suelos arenosos:


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Tablestacas en voladizo en suelos arcilloso:


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Cap. 4: Estabilidad de Taludes

Un talud es una superficie de terreno expuesta situada a un angulo con la horizontal, y

puede ser natural o construido. Si la componente de gravedad es suficientemente grande

ocurrirá la falla del talud , es decir la masa de suelo se deslizara hacia abajo. La fuerza

actuante vence a la fuerza resistente de la resistencia al corte del suelo a lo largo de la

superficie de ruptura.

El análisis de la estabilidad de taludes, implica determinar y comparar el esfuerzo

cortante desarrollado a lo largo de la superficie mas probable de falla con la resistenciacortante del suelo.


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La mayotia de los análisis convencionales por estabilidad de taludes se han hecho

suponiendo que la curva de deslizamiento potencial es el arco de un circulo. Sin

embargo, en muchas circunstancias (por ejemplo, presas y cimentaciones sobre estratos

débiles), el análisis de estabilidad usando fallas planas de deslizamiento es mas

apropiado y conduce a resultados excelentes.

Talud con superficie de falla plana:

La falla de los taludes ocurre en uno de los siguientes modos: falla de talud, falla de

talud superficial y falla de base.

Procedimiento de masa, aquí la masa del suelo arriba de la superficie de deslizamiento

se toma como unitaria. Esto es útil cuando el suelo que forma el talud se supone

homogéneo, aunque no es común en el caso de la mayoría de los taludes naturales.


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Talude es suelo arcilloso homogéneo con = 0 (Condicion no drenada):


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Taludes en suelo homogéneo com > 0


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Estabilidad de taludes infinitos sin infiltración:

Un talud infinito es aquel en el que H es mucho mayor que la altura del talud.

Estabilidad de taludes infinitos con infiltrracion:


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Cap. 5: Permeabilidad

El estudio del flujo de agua a través de un suelo como medio poroso es importante en la

mecánica de suelos, siendo necesario para estimar la cantidad de infiltración subterránea

bajo varias condiciones hidráulicas, para investigar problemas que implican el bombeo

de agua para construcciones subterráneas y para el análisis de estabilidad de las presasde tierra y de estructurs de retención de tierra sometidas a fuerzas de infiltración.

Si se aplica la ecuación de Bernoulli al flujo de agua a través de un suelo medio poroso,

el termino que contiene la carga de velocidad se desprecia porque la velocidad de

infiltración es pequeña.

La perdida de carga entre dos puntos, A y B se da por:

La perdida de carga ∆ℎ se expresa en forma adimensional como:

En la mayoría de los suelos, el flujo de agua a través de los espacios vacios se consideralaminar. En rocas, piedras y gravas fracturadas asi como en arenas muy gruesas, existen

condiciones de flujo turbulento.

La Ley de Darcy es una simple ecuación empírica para la velocidad de descarga del

agua a través de suelos saturados; se basa principalmente en observaciones relativas al

flujo de agua a través de arenas limpias y se expresa por:


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La velocidad real del agua (velocidad de infiltración) a través de los espacios vacios es

mayor que la velocidad de descarga.

Velocidad de infiltración:

La permeabilidad de los suelos depende de varios factores:

- Viscosidad del fluido

- Distribucion del tamaño de los poros

- Distribucion granulométrica

- Relacion de vacios

- Rugosidad de las partículas minerales

- Grado de saturación del suelo

En muchos casos, el flujo de agua a través de un suelo no es solo en una dirección, y no

es uniforme sobre toda el área perpendicular al flujo. En estos casos, el flujo del agua

subterránea se calcula generalmente usando graficas llamadas redes de flujo. Este

concepto se basa en la ecuación de continuidad de Laplace, que gobierna la condición

de flujo permanente para un punto dado en la masa del suelo.

Una línea de flujo es una línea a lo largo de la cual una particula de agua viaja del ladoaguas arriba al lado aguas abajo en medio del suelo permeable. Una línea equipotencial

es una línea a lo largo de la cual la carga de potencial es igual en todos sus puntos.

(figuta 4.12a)

Una red de flujo es la combinación de varias líneas de flujo y equipotenciales. Estas se

construyen para calcular el flujo del agua en el medio considerado. Las líneas

equipotenciales deben cruzar a las de flujo según angulos rectos y los elementos de flujo

formados deben ser aproximadamente cuadrados. En la figura 4.12b y 4.13, es el

numero de canales de flujo en la red, y es el numero de caídas de potencial.

Para la red de flujo mostrada en la figura 4.12b, son aplicables las siguientes

condiciones de frontera de una red de flujo:

- Las superficies aguas arriba y abajo del estrato permeable (líneas ab y de) son líneas

equipotenciales.

- Todas las líneas de flujo las intersecan a ab y de en angulos rectos.

- La frontera del estrato impermeable (la línea fg ) es una línea de flujo y también lo es la

superficie de la tablestaca impermeable (línea acd ).

-

Las líneas equipotenciales intersecan acd y fg , en angulos rectos


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Calculo de la infiltración con una red de flujo:

En cualquier red de flujo, la franja entre dos líneas de flujo cualquiera se llama canal de flujo.

La figura muestra un canal de flujo con las líneas equipotenciales formando elementos

cuadrados. Si los elementos de flujo se dibujan como cuadrados aproximados, entonces la caída

en el nivel piezometrico entre dos líneas equipotenciales cualquiera es la misma, y se llama

caída de potencial.

∆ =


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Tasa de total de flujo a través de todos los canales por unidad de longitud:


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Ascencion capilar en suelos:

Los espacios caios en el suelo actúan como montones de tubos capilares con secciones

transversales variables: por lo tanto, debido al efecto de la tensión superficial, el

movimiento del agua en el suelo tiene lugar por ascensión capilar.

Aunque el concepto de ascensión capilar demostrado para un tubo capilar ideal se aplica a

suelos, debe ser claro que los tubos capilares formados en los suelos tienen secciones

transversales variables debido a la continuidad de los vacios. Los resultados de la no

uniformidad en la ascensión capilar se ven cuando una columna seca de suelo arenoso es

colocada en contacto con agua.

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