MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012
I.C. HERMES ARIEL VACCA G. Especialista en Geotecnia Vial y Pavimentos. PUJ
Master en Ingeniería Civil. PUJ
Jefe de la Sección de Geotecnia vías y transporte PUJ
Jefe de laboratorio de Pruebas y ensayos PUJ
Profesor Departamento de Ingeniería Civil PUJ
Tel: 3 20 83 20 Ext 5399
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1. ESFEURZOS Y DEFORMACIONES
2. FLUJO
3. ENSAYOS DE LABORATORIO Compresión simple, corte directo y consolidación
4. TRIAXIAL ESÁTICO. (CU, CD Y UU) TRIAXIAL DINÁMICO ENSAYOS
5. GEOFISICOS (BENDER ELEMENT).
6. DETERMINACIÓN DEL Mr PARA MATERIALES DE BASES Y SUBBASE GRANULAR.
7. BASES ESTABILIZADAS
CONTENIDO
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1. ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
Determinar los esfuerzos y deformaciones de los materiales y en este caso de los suelos
sv = s1
sh =
s3
sh =
s3
sv = s1
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
Comportamiento frágil y dúctil
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
• Lineal: Esfuerzo es directamente proporcional a la deformación: Modulo de elasticidad. Limite lineal: limite de proporcionalidad
• Elástico: cuando un cuerpo formado por este tipo de material recupera su forma original de manera total cuando vez las fuerzas causantes de la deformación han sido retiradas. Limite de elasticidad: limite elástico
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
Si las deformaciones causadas a una muestra de suelo por la aplicación de la carga, desaparecen o no, al quitar la carga.
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
Comportamiento plástico: Esas deformaciones permanentes son función de varia variables: el valor del esfuerzo máximo, el tiempo de aplicación de la carga, la velocidad de aplicación de la carga
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
Comportamiento plástico:
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
Hardening soil:
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
Fatiga del material: Ciertamente se podría concluir que una carga menor a la soportada por el material y en la zona elástica, pudiera repetirse muchas veces sin fallar. Es así si las repeticiones son pocas, pero son millones, ocurre la ruptura del material. Una falla de fatiga es frágil y la falla no necesariamente es en el límite elástico
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
Principio de esfuerzos: Esfuerzos totales Esfuerzos efectivos
Karl Terzaghi 1883- 1963
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
Principio de esfuerzos:
Los esfuerzos efectivos no se pueden medir solo se calculan. Todo inició con Terzaghi y otros, cuando estaban analizando placas en presas que fallaban y esto principalmente las que estaban saturadas o parcialmente saturadas.
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
Principio de esfuerzos:
Skempton (1960),
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Das, 2008
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Tomando el esfuerzo como constante con la profundidad o que varia linealmente con la profundidad.
ESFUERZOS GEOSTÁTICOS VERTICALES
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ESFUERZOS GEOSTÁTICOS VERTICALES
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ESFUERZOS GEOSTÁTICOS VERTICALES
• Ko = suelos sedimentarios 0.4 – 0.5 • Ko = valores aproximados a 3.0
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
Concepto de la resistencia de los suelos: Resistencia de los suelos • Suelos friccionantes
• Factores que afectan del esfuerzo cortante. • Resistencia del suelo fino
• Factores que afectan
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
Normalmente consolidado: Si el deposito de suelo ha experimentado solo los esfuerzos debido a su propio peso. La estructura del suelo como tal en este caso no es tan rígida. Ante una carga las deformaciones por compresión van hacer grandes.
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
Sobreconsolidado: Si el deposito de suelo ha
experimentado anteriormente esfuerzos mayores a los que tienen actualmente. La estructura del suelo como tal en este caso es rígida. Ante una carga las deformaciones por compresión van hacer pequeña antes del esfuerzo de preconsolidación) El valor de OCR disminuye en la profundidad.
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
Como el comportamiento del suelo es inelástico y anisotrópico, la manera de responder del suelo de pende de la historia de carga y de la trayectoria de carga. Ensayos que puede duplicar esa trayectoria de esfuerzos, cuando un excava, carga, construye un muros, etc. Para duplicar condiciones in-situ y poder obtener parámetros elastoplasticos que me pueden determinar las deformaciones: TRAYECTORIA DE ESFUERZOS
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
El círculo de Mohr, se representará por el centro y por el radio que es el tmax. Nuevos ejes, p y q p= (s1+s3)/2 q= (s1-s3)/2 ( esfuerzo desviador) p y q me determinan el estado de esfuerzos en un instante dado, el resto ya no importa. Otros denominan ( t y s) Se formula el estado de falla.
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ESFUERZOS Y DEFORMACIONES
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ENSAYOS BÁSICOS
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TRAYECTORIS DE ESFUERZOS
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INTRODUCCIÓN A FLUJO
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Nivel freático
El Terreno, M Gonzalez Caballero
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Ts: tensión superficial, en (g/cm), disminuye al aumentar la temperatura (a 15° C, la tensión superficial es Ts = 0,075 g/cm).
gw: a temperatura ambiente (más de 4°) se considera igual a 1 g/cm3; α: ángulo de contacto de la superficie del agua con las paredes del tubo, menisco,
generalmente cóncava -aunque con mercurio el menisco es convexo. El valor de α depende de los materiales puestos en contacto. En los suelos se suele considerar el valor de cos α entre 0,5 y 0,9.
El Terreno, M Gonzalez Caballero
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Ley de Jurin en los suelos
El Terreno, M Gonzalez Caballero
C: Constante empírica que oscila entre 0,1 y 0,5, en cm2. Depende de la forma de los granos y de impurezas superficiales.
D= Diámetro del tubo En suelos: Es asumido como 0,1D10.
The porewater pressure due to capillarity is negative (suction),
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3. ENSAYOS DE LABORATORIO
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COMPRESIÓN INCONFINADA
INV E 152-07 Esfuerzo
Aplicado
Deformación
Unitaria
(kg/cm2) mm/mm
0.0000 0.0000 Tipo de Especimen SH
0.2224 0.0026 Diámetro promedio (cm) 4.90
0.3971 0.0052 Altura (cm) 9.80
0.5500 0.0078 Área, (cm2) 18.86
0.6602 0.0104 Relación L/D 2.00
0.7907 0.0130 Peso total (g) 387.80
0.9136 0.0156 Volumen total (cm3) 184.80
1.0081 0.0181 Wrmh(g) 415.10
1.1228 0.0207 Wrms(g) 359.20
1.2300 0.0233 Wrl(g) 29.40
1.3160 0.0259 Humedad Natural ( w )* (%) 16.9%
1.3947 0.0285 Peso Unitario Total (g/cm3) 2.10
1.4730 0.0311 Peso Unitario Seco (g/cm3) 1.79
1.5508 0.0337 Velocidad Promedio de Deformación (mm/s) 0.0191
1.6713 0.0389
1.8459 0.0467
1.9429 0.0518 Esfuerzo Máximo (kg/cm2) 2.22832.0187 0.0570 Esfuerzo Máximo (kPa) 218.602.1002 0.0622 Incertidumbre (kPa) 9.36E-03
2.1609 0.0674 Deformación en el Esfuerzo Máximo (%) 8.29%2.2077 0.0726
2.2279 0.0778
2.2283 0.0829
2.2027 0.0855
2.0485 0.0881
23
11
12
17
18
22
13
14
10
7
8
9
6
5
Dato
No
1
2
24
20
21
0
15
16
19
3
4
0.0000
0.5000
1.0000
1.5000
2.0000
2.5000
0.0% 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% 9.0% 10.0%
Esfu
erz
o D
esvia
do
r (k
g/c
m2)
Deformación Unitaria (%)
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COMPRESIÓN INCONFINADA
INV E 152-07
t= s1/2=qu/2=Cu
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COMPRESIÓN INCONFINADA
INV E 152-07
INV E 152 COMPRESIÓN INCONFINADA DE SUELOS
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COMPRESIÓN INCONFINADA
INV E 152-07
INV E 152 COMPRESIÓN INCONFINADA DE SUELOS
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CORTE DIRECTO
INV E 154-07
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CORTE DIRECTO
INV E 154-07
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
ES
FU
ER
ZO
CO
RT
AN
TE
(k
g/c
m2)
DEFORMACIÓN HORIZONTAL UNITARIA
ENSAYO DE CORTE DIRECTO
Esfuerzo A
Esfuerzo B
Esfuerzo C
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6
ES
FU
ER
ZO
DE
CO
RT
E (
kg
/cm
2)
ESFUERZO VERTICAL (kg/cm2)
ESFUERZO CORTANTE Vs ESFUERZO VERTICAL Esfuerzo A
Esfuerzo B
Esfuerzo C
f 11.915 (º)
Incertidumbre 0.331 (º)
C 0.376 (kg/cm2)
Incertidumbre 0.010 (kg/cm2)
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Círculo de Mohr
Elementes of soil mechanics
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Círculo de Mohr
-
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Ejercicios:
• Se tiene una arcilla normalmente consolidada a la cual se le realizó un ensayo de corte directo, encontrando que el esfuerzo normal en la falla es de 25 kN/m2 y un cortante en la falla de 18 kN/m2, encontrar los esfuerzos principales.
• Se tiene la resistencia máxima de un suelo arcilloso saturado en compresión simple o inconfinado (UU) correspondiente a 55 kN/m2, Determine la cohesión Cu.
• De una prueba de corte directo en un suelo arenoso seco se tiene: El
tamaño de la muestra es de 5x5x2 cm. Encontrar los parámetros de resistencia
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EQUIPO TRIAXIAL GDS 2Hz
TIPOS DE ENSAYOS
Estáticos
Dinámicos:
Cíclicos
Módulos resilientes en materiales de subrasante y granulares.
Foto 1: Equipo Triaxial GDS – 2Hz, PUJ
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Características del equipo
• Celda de carga:
• Frecuencias: 0.3 Hz – 2.0 Hz.
• Celda de Presión: 1700 KPa.
• Muestras (Diámetro): 3.0 cm – 10 cm.
Foto 2: Celda de presión de cámara
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ENSAYO TRIAXIAL
TIPOS DE ENSAYOS
Estáticos: (CD, UU, CU)
Dinámicos:
Cíclicos
Módulos resilientes en materiales de subrasante y granulares.
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• Exploración en campo
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• Transporte de muestras al laboratorio.
Inalterados o alteradas?
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• Transporte de muestras al laboratorio.
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• Identificación
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Inalterados o alteradas?
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Inalterados o alteradas?
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Identificación. Humedad?
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ENSAYO TRIAXIAL
RESUMIENDO
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Importancia de la manipulación de las muestras.
Toma de muestras
Transporte
Manipulación
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Importancia de la manipulación de las muestras.
Toma de muestras
Transporte
Manipulación
Otros.
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ENSAYO TRIAXIAL
PROCEDIMIENTO
DEL ENSAYO
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• Preparación de la muestra.
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• Preparación de la muestra.
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• Preparación de la muestra.
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• Preparación de la muestra.
Mediadas.
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Preparación de la muestra.
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Controladores de presión kPa
Cámara
Caja de datos
PC
Actuador
Celda carga
P. Poros
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Preparación de los aditamentos.
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Preparación y montaje.
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Cámara – Presión de confinamiento.
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ENSAYO TRIAXIAL ESTATICO
Parámetros a determinar: C y Φ
TIPOS DE ENSAYOS
Consolidado Drenado. CD
Consolidado No drenado. CU
No consolidado No drenado. UU
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ENSAYO TRIAXIAL ESTATICO
B DE SKEMPTON
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ENSAYO TRIAXIAL ESTATICO
CONSOLIDAD NO DRENADO
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 4 8 12 16 20 24 28
Deformacion Axial Unitaria (%)
Esfu
erz
o D
esvia
do
r
d (
kP
a)
53 kPa 123 kPa 155 kPa
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
0 4 8 12 16 20 24 28
Deformacion Axial Unitaria (%)
Pre
sió
n d
e P
oro
s (
kP
a)
53 kPa 123 kPa 155 kPa
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p` vs q
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
p` (kPa)
q (
kP
A)
53 kPa 123 kPa155 kPa Criterio q/p` MáximoCriterio de desviador Máximo Circulo Criterio Desviador MáximoCirculo Criterio q/p` Máximo Circulo Criterio Desviador MáximoCirculo Criterio q/p` Máximo Circulo Criterio Desviador MáximoCirculo Criterio q/p` Máximo Lineal (Criterio de desviador Máximo)
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CD
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UU
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Juarez B. ; Rico R.1999
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R. H. G. Parry., 2004
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Ejercicios: • Se obtuvieron los siguientes resultados de una prueba triaxial
drenada, sobre una arcilla normalmente consolidada: Confinamiento = 112 kN/m2
Esfuerzo desviador máximo = 175 kN/m2
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Ejercicios: • Se obtuvieron los siguientes resultados de una prueba triaxial
drenada, sobre una arcilla normalmente consolidada: Confinamiento = 110 kN/m2
Esfuerzo desviador máximo = 175 kN/m2
Hallar: Ángulo de fricción y el ángulo que forma el plano de falla con el esfuerzo principal mayor.
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Ejercicios: • Se tienen los resultados de dos pruebas triaxiales drenadas sobre arcilla
saturada:
• Muestra 1: Esf de confinamiento 70kPa; Esf desviador = 170kPa • Muestra 2: Esf de confinamiento 105kPa; Esf desviador = 235kPa
Determinar los parámetros de resistencia
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Utilización parámetros de ensayos
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Utilización parámetros de ensayos
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
Berdugo Iván. 2009
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
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MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
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ENSAYO TRIAXIAL DINÁMICO
Parámetros a determinar:
-80
-40
0
40
80
120
160
200
-0,040 -0,030 -0,020 -0,010 0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060
Deformación Axial (mm/mm)
0,5
Esfu
erz
o d
esvia
do
r (K
Pa)
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
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ENSAYO TRIAXIAL DINÁMICO
-10
-5
0
5
10
15
20
-0,100 -0,080 -0,060 -0,040 -0,020 0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100
Deformación Axial(mm/mm)
0,5
Es
fue
rzo
de
sv
iad
or
(kP
a)
Ciclo No 1
Ciclo No 2
Ciclo No 3
Ciclo No 4
Ciclo No 5
Ciclo No 6
Ciclo No 7
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0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1E-06 1E-05 0.0001 0.001 0.01 0.1 1
Gta
n/
Gm
áx
g (%)
17.55 43 80 125 175
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Módulo vs Deformación; profundidad de 20 a 30 m.
Módulo vs Deformación; profundidad de 30 a 40 m.
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
1,00E-06 1,00E-05 1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02 1,00E-01 1,00E+00Deformación (mm/mm)
Mód
ulo
de E
last
icid
ad, E
(kP
a)
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
1,00E-06 1,00E-05 1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02 1,00E-01
Deformación (mm/mm)
Mód
ulo
de E
last
icid
ad, E
(kP
a)
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
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5. ENSAYOS GEOFÍSICOS - BENDER ELEMENT
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LABORATORIO DE PRUEBAS Y ENSAYOS DE
INGENIERIA CIVIL ACREDITADO Resolución No 16395 de 2004
Superintendencia de industria y comercio
Calle 40 No 5-50 Ed. Jose G. Maldonado S.J. Bogotá D.C.
Propiedades e índice del material
Suelos arcillosos de alta plasticidad (CH)
Información de la perforación (trabajo in situ. Humedad. Límites de consistencia Límite Líquido. LL. Límite plástico. LP. Índice de plasticidad. IP. Relación de vacíos. e. Peso unitario.
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Curvas esfuerzo - deformación
Suelos arcillosos de alta plasticidad (CH)
-80
-40
0
40
80
120
160
200
-0,040 -0,030 -0,020 -0,010 0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060
Deformación Axial (mm/mm)
0,5
Esf
uer
zo d
esvi
ado
r (K
Pa)
Geofísicos: velocidad de ondas Vp - vs.
Relación de Poisson, Módulos de rigidez, Elástico, Bulk
ENSAYOS Y CARACTERIZACIÓN DE MUESTRAS
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Diámetro (cm) Velocidad Vp
Altura (cm)
Area (cm2) Módulo de elasticidad E kPa
Volumen (cm3)
Peso (g)
Humedad Inicial (%) Amortiguamiento
Humedad Final (%) Calculado a partir de la fase de vibración libre de la muestra
Poisson (Asumido) luego del pulso (decremento logarítmico)
Peso unitario húmedo (kg/m3)
II. CARACTERISTICAS DEL EQUIPO
IV. DATOS
Secuencia de
ciclosTiempo
(10
-5) (s) Vp (m/s)
Módulo de
elasticidad (kPa)
1re ciclo 252,00 84,54 11430,00
2do ciclo 260,00 81,94 10737,44
3er ciclo 220,00 96,84 14996,91
4to ciclo 216,00 98,63 15557,50
5to ciclo 225,00 94,69 14337,79
6to ciclo 214,00 99,55 15849,65 98,00
55,91 7,49% 98,00
98,00
Frecuencia de pulso (Excitación)
(kHz)
29,71
Vs (m/s)Amortiguamiento
(%)
4
30,0
1919,10
0,25
6,15
29,2
701,2
12,30
365,38
Esfuerzo de
confinamiento
(kPa)
11,07%
57,48
47,31
7,47%
7,61%
7,22%
98,00
48,81 12,72% 98,00
56,94
54,67
98,00
21
)1(2
Vs
Vp
22
22243
sp
sps
VV
VVVE
ni
i
x
xLn
n
1
2
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
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• Muestras de suelo ensayadas fueron extraídas entre los 4,5 y 50,0 metros de profundidad.
y = 0,017x + 0,9146
R2 = 0,7723
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
50 70 90 110 130 150 170 190 210Índice de Plasticidad, IP (%)
Rel
ació
n de
Vac
iós,
e
Correlación entre la Relación de Vacíos y el Índice de Plasticidad, IP
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Correlación entre el Peso Unitario y el Índice de Plasticidad, IP.
y = -1,8247x + 1610,7
R2 = 0,7063
1200
1250
1300
1350
1400
1450
1500
1550
1600
50 70 90 110 130 150 170 190 210Índice de Plasticidad, IP
Pes
o U
nita
rio H
úmed
o (k
g/m
3)
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Correlación entre la humedad y el Índice de Plasticidad, IP.
y = 1,2845x + 10,346
R2 = 0,9835
y = 0,5987x + 45,943
R2 = 0,5221
y = 0,2845x + 10,346
R2 = 0,745
0
50
100
150
200
250
300
70,0 90,0 110,0 130,0 150,0 170,0 190,0 210,0IP (%)
Hum
edad
(%)
LL LP Wn Lineal (LL) Lineal (Wn) Lineal (LP)
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Go = -65751Ln(x) + 407785
Go = -88895Ln(x) + 518555
1000
10000
100000
1000000
50 100 150 200 250
Índice de Plasticidad, IP (%)
Mód
ulo
de
Rig
idez M
áxim
o, G
o
(kP
a)
Go Bender Go Logarítmica (Go Bender) Logarítmica (Go)
Valores de Go obtenidos con el Bender y la Correlación establecida para los suelos de Bogotá
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DETERMINACIÓN DEL Mr PARA MATERIALES DE BASES Y SUBBASE GRANULAR
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MODULO RESILIENTE
Parámetros a determinar: Mr
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Deformaciones
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EN SUELOS FINOS
Esfuerzo de
Desviación
Nominal sd
Presión de
Cámara
Deformación
Recuperada
Promedioer promedio
sd Aplicado
Promedio
Módulo
Resiliente
s d / e r
(kPa) (kPa) mm mm/mm (kPa) (MPa)
27,6 41,4 183,53 0,00184 45,87 25,0
13,8 41,4 79,53 0,00080 35,12 44,5
27,6 41,4 178,78 0,00179 44,85 25,1
41,4 41,4 280,55 0,00281 55,05 19,6
55,2 41,4 333,25 0,00333 65,06 19,5
68,9 41,4 422,08 0,00422 72,24 17,1
13,8 27,6 88,58 0,00089 32,21 36,6
27,6 27,6 187,68 0,00188 40,76 21,7
41,4 27,6 288,78 0,00289 52,27 18,2
55,2 27,6 342,35 0,00342 64,39 18,8
68,9 27,6 425,98 0,00426 71,43 16,8
13,8 13,8 84,55 0,00085 33,59 39,7
24,8 13,8 193,03 0,00193 42,17 21,8
37,3 13,8 293,95 0,00294 50,40 17,2
49,7 13,8 340,50 0,00341 62,98 18,5
62,0 13,8 417,43 0,00417 72,56 17,4
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EN SUELOS FINOS
Módulo Resiliente Mr Vs. Esfuerzo Desviador sd
10,0
100,0
10,00 100,00
Esfuerzo Desviador sd (kPa)
Mó
du
lo R
esil
ien
te M
r (M
Pa)
41.4 kPa 27.6 kPa 13.8 kPa
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EN SUELOS FINOS
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
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EN SUELOS GRANULARES
Invariante de
esfuerzos q
Esfuerzo de
Desviación
Nominal sd
Presión
de
Cámara
Deformación
Recuperada
Promedioer promedio
sd Aplicado
Promedio
Módulo
Resiliente
s d / e r
(kPa) (kPa) (kPa) mm mm/mm (kPa) (Mpa)
544,67 103,4 103,4 274,63 0,001373 234,47 170,81
86,26 20,7 20,7 53,70 0,000269 24,16 90,52
105,90 41,4 20,7 91,95 0,000460 43,80 95,19
124,24 62,1 20,7 125,88 0,000629 62,14 98,71
139,81 35,4 34,5 76,30 0,000382 36,31 95,41
178,67 68,9 34,5 133,60 0,000668 75,17 112,15
227,71 103,4 34,5 235,58 0,001178 124,21 104,58
297,62 68,9 68,9 168,93 0,000845 90,92 106,56
431,65 137,9 68,9 262,45 0,001312 224,95 171,50
431,65 206,8 68,9 262,45 0,001312 224,95 171,50
380,21 68,9 103,4 128,58 0,000643 70,01 104,81
507,55 103,4 103,4 256,80 0,001284 197,35 154,14
507,55 206,8 103,4 256,80 0,001284 197,35 154,14
643,01 103,4 137,9 269,35 0,001347 229,31 169,55
660,99 137,9 137,9 288,05 0,001440 247,29 171,80
660,99 275,8 137,9 288,05 0,001440 247,29 171,80
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EN SUELOS GRANULARES
Módulo Resiliente Mr Vs. Invariante de Esfuerzos q
10,00
100,00
1000,00
10,00 100,00 1000,00
Invariante de Esfuerzos q (kPa)
Mó
du
lo R
es
ilie
nte
Mr
(MP
a)
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
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ENSAYO DE CORTE RÁPIDO
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Deformación (%)
Esfu
erz
o D
esvia
do
r (k
Pa)
ENSAYO DE CORTE RÁPIDO
0
10
20
30
40
50
60
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0
Deformación (%)
Esfu
erz
o D
esvia
do
r (k
Pa)
EN SUELOS GRANULARES
EN SUELOS FINOS
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
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Correlaciones entre el módulo resiliente y el CBR
Mr = 17,6 CBR0,64 (MPa) 2 < CBR < 12
Mr = 22,1 CBR0,55 (MPa) 12 < CBR < 80
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ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MÓDULO RESILIENTE (Mr) CON RESPECTO A LA VARIACIÓN DE ENERGÍA DE
COMPACTACIÓN Y HUMEDAD PARA SUELOS GRANULARES DEL ÁREA DE BOGOTÁ D.C.
LABORATORIO DE PRUEBAS Y ENSAYOS DE INGENIERIA CIVIL
ACREDITADO
Resolución No 16395 de 2004
Superintendencia de industria y comercio
Calle 40 No 5-50 Ed. Jose G. Maldonado S.J. Bogotá D.C.
LABORATORIO DE PRUEBAS Y ENSAYOS DE INGENIERIA CIVIL
ACREDITADO
Resolución No 16395 de 2004
Superintendencia de industria y comercio
Calle 40 No 5-50 Ed. Jose G. Maldonado S.J. Bogotá D.C.
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
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1. INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN
h1
h2
h4
h3
Estructura de pavimento convencional
CAPA DE RODADURA
CONCRETO ASFÁLTICO
BASE GRANULAR
SUB-BASE GRANULAR
SUBRASANTE
DETERMINACIÓN
DEL
MÓDULO
RESILIENTE.
Correlaciones
establecidas.
Ensayos de carga
estática
(Campo y laboratorio)
Ensayos de carga
dinámica
(Campo y Laboratorio)
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
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1. INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN
h1
h2
h4
h3
CAPA DE RODADURA
CONCRETO ASFÁLTICO
BASE GRANULAR
SUB-BASE GRANULAR
SUBRASANTE
ESTUDIO DEL MÓDULO RESILIENTE GRANULARES
Aire
Agua
Sólido
Volumen (cm3) Peso (g)
Wa
Ws
Ww W
Va
Vs
Vw V
Vv
RELACIONES DE FASE DEL SUELO
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sv = s1
sh =
s3
sh =
s3
sv = s1
Muestra de material granular
Montaje equipo Triaxial GDS - PUJ
Equipo Triaxial, Pontificia Universidad Javeriana.
DETERMINACIÓN DEL Mr (TRIAXIAL GDS)
1. INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN
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ESTUDIO DEL MÓDULO RESILIENTE PARA MATERIALES GRANULARES
• Tipo de material, (Arena arcillosa SC y Grava arcillo limosa GC-GM).
• Condiciones de estado.
• Energía de compactación.
• Contenido de agua.
3. CARACTERIZACIÓN
Compactación de muestras.
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
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3. CARACTERIZACIÓN
CARACTERIZACIÓN BÁSICA DE LOS MATERIALES ESTUDIADOS
INVIAS, (Instituto nacional de vías). Normas y especificaciones técnicas. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, Bogotá DC., 1998.
SUCS SC GC-GM
Material que pasa el tamiz No 200 % 28,7 42,6
Gravas % 27,9 28,9
Arenas % 43,4 28,5
Límite Líquido % 26 27
Límite Plástico % 16 23
índice plasticidad % 10 4
Peso específico de sólidos Gs 2,511 2,678
CARACTERIZACIÓN BÁSICA DE LOS MATERIALES
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3. CARACTERIZACIÓN
COMPACTACIÓN EN LABORATORIO
CURVA DE COMPACTACIÓN
2,00
2,02
2,04
2,06
2,08
2,10
2,12
2,14
2,16
3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00
Contenido de Humedad %
Peso
Un
itari
o S
eco
g/c
m3
Proctor Modificado Método D. INV E 142-98. INVIAS, (Instituto nacional de vías). Normas y especificaciones técnicas. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, Bogotá DC., 1998.
SUCS SC GC-GM
Densidad seca máxima g/cm3
2,154 1,966
Contenido de humedad óptima % 8 11
DATOS DE PROCTOR MODIFICADO MÉTODO D (INVE 142-98)
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3. CARACTERIZACIÓN
ENERGÍA DE COMPACTACIÓN Y CAMBIO DE HUMEDAD
Ec=
V
W h N n
W: Peso del martillo de compactación.
h.: Altura libre del martillo de compactación.
N: Número de capas en que se coloca el suelo
n: No. de golpes que se le aplica a cada capa con el martillo de compactación.
V: Volumen del suelo compactado el cual debe ser igual al molde de compactación.
Nota: EL No de golpes/capa corresponde a al energía de compactación para la determinación del CBR.
Designación
Ec1 250.4 ALTA
Ec2 116.2 MEDIA
Ec3 53.7 BAJA
Ec1 + 5% w 250.4 ALTA
Ec2 + 5% w 116.2 MEDIA
Ec3 + 5% w 53.7 BAJA
Energía de compactación Ton m/m3
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3. CARACTERIZACIÓN
DETERMINACIÓN DEL MÓDULO RESILIENTE (EQUIPO TRIAXIAL)
Celda Triaxial
SecuenciaPresón de
confinamiento
Máximo
Esfuerzo Axial
Esfuerzo
Cíclico
Esfuerzo de
Contacto# de Ciclos
(kPa) (kPa) (kPa) (kPa)
Acondicionamiento 103,4 103,4 93,1 10,3 500
1 20,7 20,7 18,6 2,1 100
2 20,7 41,4 37,3 4,1 100
3 20,7 62,1 55,9 6,2 100
4 34,5 34,5 31,1 3,5 100
5 34,5 68,9 62,0 6,9 100
6 34,5 103,4 93,1 10,3 100
7 68,9 68,9 62,0 6,9 100
8 68,9 137,9 124,1 13,8 100
9 68,9 206,8 186,1 20,7 100
10 103,4 68,9 62,0 6,9 100
11 103,4 103,4 93,1 10,3 100
12 103,4 206,8 186,1 20,7 100
13 137,9 103,4 93,1 10,3 100
14 137,9 137,9 124,1 13,8 100
15 137,9 275,8 248,2 27,6 100
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
3. CARACTERIZACIÓN
DETERMINACIÓN DEL MÓDULO RESILIENTE (TRIAXIAL)
Módulo Resiliente Mr Vs. Invariante de Esfuerzos q
10
100
1000
10 100 1000
Invariante de Esfuerzos q (kPa)
Mó
du
lo R
es
ilie
nte
Mr
(MP
a)
E = K1 θK2
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
ANÁLISIS CON RESPECTO A LA ENERGÍA DE COMPACTACIÓN PARA LOS MATERIALES.
1,85
1,90
1,95
2,00
2,05
2,10
0 40 80 120 160 200 240 280
Energía de Compactación Ton m / m3
Pe
so
Un
ita
rio
g/c
m3
SC SC + 5%w
1,70
1,75
1,80
1,85
1,90
1,95
2,00
0 40 80 120 160 200 240 280
Energía de Compactación Ton m / m3
Peso
Un
itari
o g
/cm
3
GC-GM GC-GM+5%w
1,70
1,75
1,80
1,85
1,90
1,95
2,00
2,05
2,10
0 40 80 120 160 200 240 280
Energía de Compactación Ton m / m3
Peso
Un
itari
o g
/cm
3
SC SC + 5%w GC-GM GC-GM+5%w
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
0 40 80 120 160 200 240 280
Energía de Compactación Ton m / m3
Satu
ració
n (
%)
SC SC + 5%w
60
65
70
75
80
85
90
0 40 80 120 160 200 240 280
Energía de Compactación Ton m / m3
Satu
ració
n (
%)
GC-GM GC-GM+5%w
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
0 40 80 120 160 200 240 280
Energía de Compactación Ton m / m3
Satu
ració
n (
%)
SC SC + 5%w GC-GM GC-GM+5%w
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0 40 80 120 160 200 240 280
Energía de Compactación Ton m / m3
Re
lac
ión
de
va
cio
s e
SC SC + 5%w
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0 40 80 120 160 200 240 280
Energía de Compactación Ton m / m3
Rela
ció
n d
e v
acio
s e
GC-GM GC-GM+5%w
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0 40 80 120 160 200 240 280
Energía de Compactación Ton m / m3
Rela
ció
n d
e v
acio
s e
SC SC + 5%w GC-GM GC-GM+5%w
10
15
20
25
30
0 40 80 120 160 200 240 280
Energía de Compactación Ton m / m3
Po
rosid
ad
SC SC + 5%w
10
15
20
25
30
35
40
0 40 80 120 160 200 240 280
Energía de Compactación Ton m / m3
Po
rosid
ad
GC-GM GC-GM+5%w
10
15
20
25
30
35
40
0 40 80 120 160 200 240 280
Energía de Compactación Ton m / m3
Po
rosid
ad
SC SC + 5%w GC-GM GC-GM+5%w
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
4. Análisis del Mr variando Energía de compactación y contenido de humedad.
ANÁLISIS CON RESPECTO AL PORCENTAJE DE COMPACTACIÓN
1,85
1,90
1,95
2,00
2,05
2,10
86% 88% 90% 92% 94% 96% 98%
Porcentaje de compactación
Peso
Un
itari
o g
/cm
3
SC SC + 5%w
1,70
1,75
1,80
1,85
1,90
1,95
2,00
88% 92% 96% 100% 104%
Porcentaje de compactación
Peso
Un
itari
o g
/cm
3
GC-GM GC-GM+5%w
1,70
1,75
1,80
1,85
1,90
1,95
2,00
2,05
2,10
84% 88% 92% 96% 100%
Porcentaje de compactación
Peso
Un
itari
o g
/cm
3
SC SC + 5%w GC-GM GC-GM+5%w
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
86% 88% 90% 92% 94% 96% 98%
Porcentaje de compactación
Satu
ració
n (
%)
SC SC + 5%w
60
65
70
75
80
85
90
88% 90% 92% 94% 96% 98% 100% 102%
Porcentaje de compactación
Satu
ració
n (
%)
GC-GM GC-GM +5%w
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
86% 88% 90% 92% 94% 96% 98% 100%
Porcentaje de compactación
Satu
ració
n (
%)
SC SC + 5%w GC-GM GC-GM +5%w
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
85% 87% 89% 91% 93% 95% 97%
Porcentaje de compactación
Rela
ció
n d
e v
acio
s e
SC SC + 5%w
10
15
20
25
30
86% 88% 90% 92% 94% 96% 98%
Porcentaje de compactación
Po
rosid
ad
SC SC + 5%w
9
14
19
24
29
34
39
88% 90% 92% 94% 96% 98% 100% 102%
Porcentaje de compactación
Po
rosid
ad
GC-GM GC-GM +5%w
9
14
19
24
29
34
39
86% 88% 90% 92% 94% 96% 98% 100% 102%
Porcentaje de compactación
Po
rosid
ad
SC SC + 5%w GC-GM GC-GM +5%w
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
88% 90% 92% 94% 96% 98% 100%
Porcentaje de compactación
Rela
ció
n d
e v
acio
s e
GC-GM GC-GM + 5%w
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
86% 88% 90% 92% 94% 96% 98% 100%
Porcentaje de compactación
Re
lac
ión
de
va
cio
s e
GC-GM GC-GM + 5%w SC SC + 5%w
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
MATERIAL GC-GM
10
100
1000
10 100 1000Invariante de esfuerzos
Mr
(MP
a)
Ec1 Ec2 Ec3 Ec1+5% Ec2+5% Ec3+5%
MATERIAL GRANULAR SC
10
100
1000
10 100 1000Invariante de esfuerzos
Mr
(MP
a)
Ec1 Ec2 Ec3 Ec1+5% Ec2+5% Ec3+5% Ec1(2da prueba)
4. Análisis del Mr variando Energía de compactación y contenido de humedad.
ANÁLISIS DEL Mr VARIANDO LAS CONDICIONES DE ESTADO.
50 - 70 MPa
GC-GM
SC
50 - 70 MPa
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
4. Análisis del Mr variando Energía de compactación y contenido de humedad.
VARIACIÓN DE LOS VALORES DE K1 Y K2.
Energía de compactación K1 Mpa K2
Ec1 19,77 0,29
Ec1(2da prueba) 74,96 0,07
Ec2 31,34 0,24
Ec3 35,98 0,21
Ec1 + 5% w 2,86 0,53
Ec2 + 5% w 2,48 0,55
Ec3 + 5% w 2,60 0,53
Material Granular SC
Energía de compactación K1 Mpa K2
Ec1 37,55 0,18
Ec2 51,28 0,11
Ec3 25,50 0,26
Ec1 + 5% w 2,75 0,51
Ec2 + 5% w 3,55 0,49
Ec3 + 5% w 2,68 0,54
Material Granular GC-GM
Constantes no lineales K1 y K2 para materiales granulares (según Raday Witczak, MANILLA, 2003)
Rangos de K1 y K2 para materiales granulares no tratados (Shook et al, 1982. MANILLA. 2003)
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4. Análisis del Mr variando Energía de compactación y contenido de humedad.
COMPORTAMIENTO Mr Vs ENERGÍA DE COMPACTACIÓN
Datos para un valor de invariante de esfuerzos = 200kPa
0
20
40
60
80
100
120
0 50 100 150 200 250 300
Energía de compactación ton m/m3
Mó
du
lo (
MP
a)
GC-GM GC-GM + 5%w
0
20
40
60
80
100
120
0 50 100 150 200 250 300
Energía de compactación ton m/m3
Mó
du
lo (
MP
a)
SC SC + 5%w GC-GM GC-GM + 5%w
0
20
40
60
80
100
120
88% 90% 92% 94% 96% 98% 100%
Porcentaje de compactación
Mó
du
lo (
MP
a)
GC-GM GC-GM + 5%w
0
20
40
60
80
100
120
86% 88% 90% 92% 94% 96% 98% 100%
Porcentaje de compactación
Mó
du
lo (
MP
a)
SC SC + 5%w GC-GM GC-GM + 5%w
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
4. Análisis del Mr variando Energía de compactación y contenido de humedad.
RESISTENCIA AL CORTE EN COMPRESIÓN AXIAL
MATERIAL SC
0
200
400
600
800
1000
1200
0 2 4 6 8 10 12
Deformación axial (%)
Esfu
erz
o d
esvia
do
r (k
Pa
)
Ec1 Ec2 Ec3 Ec1+5% Ec2+5% Ec3+5%
MATERIAL GC-GM
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0
Deformación axial (%)
Esfu
erz
o d
esvia
do
r (k
Pa
)Ec1 Ec2 Ec3 Ec1+5% Ec2+5%
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012
Comportamiento Dinámico en Granulares
-
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Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012
Comportamiento Dinámico en Granulares
Secretaria de Comunicaciones y Transporte Instituto Mexicano del Transporte. Módulo De Resiliencia en suelos Finos y Materiales Granulares, Publicación Técnica No 142. Sanfandila, Qro. 2001. -
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Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012
Comportamiento Dinámico en Granulares
García y Fonseca. 2008
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
-5,00 -3,00 -1,00 1,00 3,00 5,00
Mr
/ M
r o
pt
(W - Wopt)%
MÓDULO RESILIENTE NORMALIZADO VS CONTENIDO DE HUMEDAD
q=500 kPa q=200 kPa q=100 kPa q=50
kPa q=20
kPa q=10
kPa q=5 kPa
-3.31 3.3
2
Rango
0,86
0,88
0,90
0,92
0,94
0,96
0,98
1,00
-5,00 -4,00 -3,00 -2,00 -1,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00
γd/γd
op
t
(w-wopt)%
DENSIDAD SECA DE COMPACTACIÓN NORMALIZADA VS. CONTENIDO DE HUMEDAD
3.23
%
-3.31%
RANGO
95 %
-
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012
Comportamiento Dinámico en Granulares
García y Fonseca. 2008
1.90
1.95
2.00
2.05
0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 11% 12% 13% 14%
γt (g
/cm
3)
Humedad w
CURVA DE COMPACTACIÓN DEL MATERIAL SBG-1
S= 20% S= 40% S= 60% S= 80% S= 100%
-
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
CONSOLIDACIÓN
• Consolidación primaria: relacionada con las deformaciones por la disipación de la presión de poros.
• Consolidación secundaria: relacionada con las deformaciones por el fenómeno del creep ( carga sostenida por algún tiempo)
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TEORIA DE LA CONSOLIDACIÓN
El proceso de consolidación (expansión) se rige por:
a) Las ecuaciones de equilibrio de un elemento de suelo. b) Las relaciones esfuerzo-deformación del esqueleto
mineral. c) La ecuación de continuidad del fluido intersticial
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TEORIA DE LA CONSOLIDACIÓN
𝐾𝑧𝜕2ℎ
𝜕𝑧2 + 𝐾𝑥𝜕2ℎ
𝜕𝑥2 =1
1+𝑒𝑒
𝜕𝑆
𝜕𝑡 + 𝑆
𝜕𝑒
𝜕𝑡
Ecuación de Laplace. Ecuación fundamental de
flujo (bidimensional)
Aumento de volumen de agua en el elemento
considerado
Se supone saturación completa de forma que S= 1
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Esquema del modelo mecánico de Terzaghi para la compresión de la consolidación de suelos finos. Rico. Del Castillo. 2001
•Considérese un cilindro de área de sección recta A, provisto de un pistón sin fricción, con una pequeña perforación en él. •Tiene un resorte unido al fondo y al pistón. •Análisis.
Cerrado Abierto (Tamaño del orificio y viscosidad del fluido)
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MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
Consideración 2:
En el tiempo 0 < t <
Das, 2001
TEORIA DE LA CONSOLIDACIÓN
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
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TEORIA DE LA CONSOLIDACIÓN
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
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CONSOLIDACIÓN
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
CONSOLIDACIÓN
El proceso de consolidación en 1D se puede simular en el laboratorio. 1) Grafica del ensayo: • Dh VS. raiz (t) • Dh VS. log (t) 2) Graficas lineales • ev = Dh/Ho VS. s’ • e VS. s’ ev= eo-e/1+eo 3) Grafica No lineales: • ev = Dh/Ho VS. log s’ • e VS. log s’ 4) Uno puede notar, que después de la disipación de presión de poros, para cada
incremento de carga, el esfuerzo final, es un esfuerzo efectivo= incremento de carga 5) Deformaciones laterales no ocurren
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CONSOLIDACIÓN
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
CONSOLIDACIÓN
90
221.0
t
HCv m
50
205.0
t
HCv m
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
CONSOLIDACIÓN
Coeficiente de compresión volumétrica
Índice de compresión
Índice de expansión
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
)log(1
2
21
s
s
eeCc
)log(3
4
43
s
s
eeCs
Coeficiente de compresión
Coeficiente de expansión
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
p
eav
Coeficiente de compresibilidad cm2/kg
Coeficiente de Consolidación
tCv
2
prom
vmv
e
a
1
Coeficiente de variación volumétrica
wvK Cvm g Permeabilidad
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 - 138 138
CONSOLIDACIÓN El Terreno, González C. Matilde
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 139 139
CONSOLIDACIÓN El Terreno, González C. Matilde
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN PRIMARIA
)´
´´log(
1 o
o
oe
CcHS
s
ss
Para arcillas normalmente
consolidadas. Esf efec = Esf prec.
)´
´´log(
1 o
o
oe
CsHS
s
ss
Arcillas sobreconsolidadas
Esf efec + DP < Esf prec.
)´´
log(1
)´
log(1 p
o
oo
p
o e
CcH
e
CsHS
s
ss
s
s
Arcillas sobreconsolidadas Esf efec + DP > Esf prec.
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN SECUNDARIA
Buisman y Gray (1936).
Consolidación secundaria: La consolidación que continua después de que se han disipado las sobrepresiones intersticiales. También se produce muy lentamente y la velocidad de flujo es muy pequeña.
Formulación general para asentamiento
Lambe W . 1969
He
eS
01
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
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ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN SECUNDARIA
Entre mayor sea la permanencia de la arcilla bajo un esfuerzo efectivo constante mayor será la compacidad.
Lambe W . 1969
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ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN SECUNDARIA
La magnitud de la consolidación secundaria se calcula con la expresión:
)log(1
2
t
t
eC
)2
1log(
t
tHCSs
pe
CC
1
Das. 2008
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
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ASENTAMIENTOS INMEDIATOS
Basados en la teoría de la elasticidad
Braja, 2008
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ASENTAMIENTOS INMEDIATOS
Donde: • mf = Factor de corrección por forma • mDF = Factor de corrección por profundidad de desplante • mmuro = Factor de Adhesión
Cimiento rígido
Donde: • Ab = Área real del cimiento • Aw = Área real del contacto entre el muro vertical del cimiento y el suelo. • B1 = Ancho del rectángulo circunscrito
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Ejercicios:
1. a.) Calcular el asentamiento para el cimiento rectangular donde B= 4,0m ; L= 6,0 m. se desprecia la fricción del cimiento. Carga de 4000 kN.
3,0 m
4,0 m
E = 15 MPa. = 0,45
• b.) Calcular el asentamiento para el cimiento cuadrado donde B= 4,0m. se desprecia la fricción del cimiento
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Ejercicio
NF Arena
Arcilla
Arena
s 50 kN/m2
2. Para el perfil de suelo de la figura, si se aplica una carga uniformemente distribuida en la superficie del suelo, ¿Cuál será el asentamiento del estrato de arcilla causado por consolidación primaria?. Para la arcilla sp es de 125 kN/m2 y Cs= 1/6 Cc
gt = 16.5 kN/m3 2.5 m
4.5 m Arena gsat= 18.81kN/m3
5 m gsat= 19.24kN/m3
eo=0.9 LL=50%
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ESFUERZOS PRODUCIDOS POR LAS CARGAS APLICADAS
Modelo De Boussinesq
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Modelo De Boussinesq – Solución elástica 1885
Esfuerzo causado por una carga puntual
González, M. 2001,
Asentamiento elástico vertical
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Modelo De Boussinesq
Esfuerzo causado por una carga puntual
González, M. 2001,
Factor de influencia (I)
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Ejercicio
Esfuerzo causado por una carga puntual
Se tiene una carga puntual P=4.5 KN. Grafique la variación del incremento del esfuerzo vertical sz con la profundidad por la carga puntual debajo de la superficies del terreno, r =1,8 m
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Ejercicio
P r Z r/z s
KN m m KN/m2
4,5 1,8 0,5 3,600 0,0007 0,012
1 1,800 0,0129 0,058
2 0,900 0,1083 0,122
3 0,600 0,2214 0,111
4 0,45 0,3011 0,085
5 0,360 0,3521 0,063
K
0
1
2
3
4
5
6
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14
Pro
fun
did
ad Z
Esfuerzo KN/m2
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Esfuerzo causado por una carga puntual
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Esfuerzo causado por Carga de franja infinita
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Carta de influencia de Newmark
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Ejemplo:
Calcular el esfuerzo vertical a una profundidad de 3 m bajo el punto A para la zapata .
1,5 m
4,5 m
3 m qs = 5 ton/m2
Factor de influencia I: f(m , n)
Donde: m = B/z n = L/z
Caso de carga m n coeficiente s ton/m2
I 1,5 2 0,223 1,115
II 2 0,5 0,135 -0,675
III 1,5 0,5 0,131 -0,655
IV 0,5 0,5 0,085 0,425
0,210
A
I
II III
IV
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Esfuerzo causado por Carga circular
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(Syntex, Colombia s.f.)
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Esfuerzo causado por Carga circular
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Ejercicio:
Para la plataforma de la figura mostrada, uniformemente cargada con un valor de q= 150kN/m2, determine el incremento con la profundidad para los puntos A, B y C.
8 m
3 m A.
B.
C.
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Carga circular
Se tiene un suelo con un gt=1,70 ton/m3 y Ko= 0,5, cargado con qs = 25 ton/m2 sobre una superficie circular de 6 m de diámetro. • Calcular los esfuerzos a una profundidad de 3m, 6 m y 9m.
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Carga circular
Se tiene un suelo con un gt=1,70 ton/m3 y Ko= 0,5, cargado con qs = 25 ton/m2 sobre una plataforma circular de 6 m de diámetro. • Calcular los esfuerzos a una profundidad de 3m, 6 m y 9m.
Esf. Vertical Esf. Horizontal
ton/m2
ton/m2
Esf iniciales 5,1 2,55
Incremento 16 2,5
Finales 21,1 5,05
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4. TRIAXIAL ESTÁTICO. (CU, CD Y UU) TRIAXIAL DINÁMICO ENSAYOS
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7. BASES ESTABILIZADAS (INVE 806 -807 -808)
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Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012
¿Para qué estabilizar?
Mejorar propiedades físicas y mecánicas de los suelos.
Disminuir susceptibilidad de los materiales a cambios ambientales.
Facilidad al construir.
Costos (tiempos , espesores).
Mejora de densidad en campo.
Mayor rigidez y distribución de cargas.
Resistencia a agentes atmosféricos.
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Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012
ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO
Suelo, cemento y agua.
Suelo cemento plástico. Comité 229 R ACI. 3- 8.5 MPa
Base granular tratada con cemento. (3 a 6 MPa).
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Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012
ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO
En términos de costos para suelos granulares.
De bajo índice de plasticidad.
Para alto contenido de finos y plasticidad.
Altos contenidos de cemento > costos
Mezcla en obra
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Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012
OBJETIVOS
Mejorar un suelo en condiciones húmedas
Hace parte de la estructura.
Mejorar condiciones de plasticidad.
Aplicable a vías con tráfico NT1.
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012
Materiales a estabilizar.
Tamiz No 4. (% pasa) ……… Min 60
Tamiz No 200. (% pasa) … Max 50
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Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012
Materiales a estabilizar.
FICEM - 2007
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012
EFECTOS DEL CEMENTO PROTLAND TIPO I EN LOS SUELOS.
Reducción del Límite líquido e índice de plasticidad.
Incremento de la capacidad portante.
Disminución de espesores.
Mejora del Mr.
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN.
FICEM - 2007
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012
DISEÑO DE SUELO CEMENTO.
Determinar el contenido de cemento que cumpla las especificaciones.
Resistencia a la compresión …..2.1 MPa.
Durabilidad : (Expansión y contracción- INVE 807)
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 Laboratorio de Materiales para Carreteras.
Especialización en Geotecnia Vial y Pavimentos. PUJ
Procedimiento.
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 Laboratorio de Materiales para Carreteras.
Especialización en Geotecnia Vial y Pavimentos. PUJ
Procedimiento.
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 Laboratorio de Materiales para Carreteras.
Especialización en Geotecnia Vial y Pavimentos. PUJ
Procedimiento.
FICEM - 2007
MATERIALES TÉRREOS HERMES ARIEL VACCA., IC, Esp, MIC Módulo: Comportamiento mecánico
Especialización en geotecnia vial y pavimentos II-2012 -
GRACIAS POR SU AMABLE ATENCIÓN
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