REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA. NUCLEO NUEVA ESPARTA.

INGENIERIA CIVIL. MECANICA DE SUELOS

REALIZADO POR: Len, Rafael Salazar, Aleannys Petit, Jorge

C.I.: 16.932.190 17.110.194 20.111.187

SECCION: 54413-01 N

JUANGRIEGO, 07 DE JULIO DE 2011

INDICEINDICE............................................................................................................................................ ii INTRODUCCION............................................................................................................................. iv 1.-RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS COHESIVOS ................................................................... 5 2.-ASPECTOS FISICO-QUIMICOS. ..................................................................................................... 5 3.-COHESION VERDADERA. ............................................................................................................. 9 4.-COHESION APARENTE. ............................................................................................................. 10 5.-ALGUNOS ASPECTOS DE LA ESTRUCTURA DEL SUELO. .............................................................. 12 Caracterizacin de la Estructura. Mtodos para determinar la misma....................................... 14 6.-PRECONSOLIDACION Y CAMBIO DE VOLUMEN. ........................................................................ 16 7.-ENSAYOS TRIAXIALES. .............................................................................................................. 17 Anlisis del Ensayo no Consolidado no Drenado. ...................................................................... 18 Significado y Uso .................................................................................................................. 18 Aparatos............................................................................................................................... 19 Espcimen de Prueba ........................................................................................................... 21 Procedimiento ...................................................................................................................... 23 Clculos ................................................................................................................................ 25 Precisin y Exactitud ............................................................................................................. 26 Anlisis del Ensayo Consolidado Drenado. ................................................................................ 27 Resumen del Mtodo ........................................................................................................... 28 Aparatos............................................................................................................................... 28 Espcimen de Ensayo ........................................................................................................... 30 Procedimiento ...................................................................................................................... 31 Clculo ................................................................................................................................. 33 8.-PARAMETROS DE PRESION DE POROS. ..................................................................................... 33 9.-CRITERIO DE FALLA DE MOHR-COULOMB. ................................................................................ 34 Anlisis en Trminos de Esfuerzo Efectivo. ............................................................................... 36 Anlisis en Trminos de Esfuerzos Totales. ............................................................................... 37 10.-TRAYECTORIA DE ESFUERZOS. ................................................................................................ 37 11.-METODOS PARA LA DETERMINACION DE LA RESISTENCIA. ..................................................... 39 Arcillas Normalmente Consolidadas de Baja o Moderada Sensibilidad. ..................................... 39 ii

Arcillas Ultrasensitivas. ............................................................................................................. 40 Arcillas Preconsolidadas con Fisuras. ........................................................................................ 41 Arcillas Preconsolidadas Intactas. ............................................................................................. 42 CONCLUSION. .............................................................................................................................. 44 ANEXOS........................................................................................................................................ 45 BIBLIOGRAFIAS. ............................................................................................................................ 47

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INTRODUCCION. Los suelos estn conformados por partculas de diferentes tamaos, y poseen una serie de caractersticas fsico qumicas que los identifican. En un rea pequea de suelo, es posible hallar distintos tipos de suelos muy distintos entre ellos. Todos estos detalles, son necesarios conocerlos al momento de realizar cualquier tipo de construccin que se desee levantar sobre un suelo, y es all donde entran los estudios de suelos, que nos permiten obtener la informacin que requerimos para hacer el diseo mas seguro y adecuado en concordancia con las capacidades que brinde el suelo a intervenir. Los suelos cohesivos, son suelos que poseen caractersticas de cohesin y plasticidad. Dichos suelos pueden ser granulares con parte de arcilla o limo orgnico, que les importen cohesin y plasticidad, o pueden ser arcillas o limos orgnicos sin componentes granulares. Son suelos arcillosos y limosos o sea material de grano muy fino. Estos suelos, presentan una serie de caractersticas, condiciones,

comportamientos y reacciones, las cuales estn debidamente estudiadas por la mecnica de suelos, cuyos temas principales relacionados con estos suelos, como las distintas reacciones que estos puedan presentar, los mtodos y ensayos a realizarle a estos suelos, entre otros importantes aspectos relacionados con los mismos, estn desarrollados en el contenido de este informe, ya que representa un punto importante de conocer en nuestro aprendizaje, y de llevar a cabo posteriormente en nuestra profesin.

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1.-RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS COHESIVOS La resistencia al corte puede ser definida como el mximo valor que la tensin cortante puede alcanzar, a lo largo de un plano cualquiera en el interior del macizo, sin que se verifique la rotura de la estructura del suelo. Siendo que una grande parte de esta resistencia proviene de la friccin entre las partculas del suelo, esta depende de la tensin normal aplicada sobre este plano. Por otro lado, la mayora de los problemas de empuje puede ser aproximada a un estado plano de deformacin, considerando apenas la seccin principal del conjunto sueloestructura y admitiendo que todas las otras secciones sean iguales a esta. 2.-ASPECTOS FISICO-QUIMICOS. El comportamiento al corte de los suelos arcillosos es mucho ms complejo que suelos granulares. Esto se debe al tamao de las partculas que componen las arcillas. Se considera como arcilla la fraccin de suelo compuesta por partculas de tamao menor que 0,002 mm. En estas condiciones, la superficie especfica, definida como la relacin entre la superficie total de todas las partculas y el volumen total del suelo, es mucho mayor en el caso de las arcillas. Esto hace que las fuerzas de superficie de naturaleza fsico-qumicas se tornen preponderantes en el comportamiento del suelo. Estas fuerzas dependen mucho de la distancia entre las partculas. Adems, la resistencia al corte aumenta con la consolidacin, cuando las partculas son aproximadas unas de las otras por efecto de una carga. Cuando esta carga es retirada, las fuerzas de superficie impiden el retorno de las partculas a la situacin anterior y surge entonces la cohesin. La presencia de agua en los vacos del suelo arcilloso tambin influye en su resistencia. Esto se debe en parte al hecho que el agua provoca el apartamiento de las partculas, disminuyendo la cohesin. Otra caracterstica importante ligada a la presencia de agua, que influye en el comportamiento de los suelos arcillosos, es su baja permeabilidad. Mientras que en las arenas cualquier exceso de la presin de poros provocado por las cargas se5

disipa casi inmediatamente, en el caso de las arcillas esta disipacin es mucho ms lenta. Adems, la presin de poros originada por las cargas continua actuando despus de terminada la construccin, por aos. Se distinguen, por lo tanto, dos situaciones opuestas. La situacin inmediatamente posterior a la aplicacin de la carga, cuando poca o ninguna disipacin de presin de poros ha existido, se la llama situacin de corto plazo o no drenada y aquella de largo plazo o drenada, despus de la total disipacin de toda la presin de poros causada por las cargas. El comportamiento del suelo en cada una de esas dos condiciones es diferente y el proyecto debe tener en cuenta esta diferencia. La envolvente de resistencia obtenida en este tipo de ensayo es denominada envolvente rpida su. Esta envolvente es utilizada en el anlisis de situaciones de corto plazo cuando se admite que en el campo no ocurre disipacin de la presin de poros ocasionada por la carga aplicada sobre el suelo. Adems de eso, se admite tambin que el valor de la presin de poros que acta en el campo es semejante a la que acta en el ensayo rpido y, por lo tanto, no necesita ser determinada. En el caso de suelos saturados, los ensayos rpidos conducen a una envolvente sin friccin del tipo:

su = cudonde cu, es llamada cohesin no drenada. Esto ocurre porque el aumento de presin confinante no se traduce en un aumento de la resistencia del suelo ya que sin drenaje no ocurre consolidacin y entonces el aumento del confinamiento es transferido para el agua y se traduce en un aumento igual de la presin de poros. La tabla 1 muestra valores tpicos de la resistencia no drenada su de arcillas saturadas en funcin de su consistencia.

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Consistencia Muy Blanda Blanda Firme Compacta Muy Compacta Dura

Su (kPa) 0-10 10-20 20-40 40-60 60-80 > 80

Caractersticas Fluye entre los dedos cuando la mano est cerrada. Fcilmente moldeada por los dedos. Moldeada por fuente presin de los dedos. Deformada por fuente presin de los dedos. Poco deformada por fuente presin de los dedos. Poco deformada por la presin de un lpiz.

Tabla 1. Resistencia no drenada su de arcillas saturadas.

Para suelos parcialmente saturados hay un aumento de la resistencia con el aumento del confinamiento. Esto hace que la envolvente su presente una parte de friccin. En general se considera que la situacin de saturacin completa es ms crtica y, entonces, se desprecia esa friccin. En el otro extremo, la situacin a largo plazo est caracterizada por la disipacin de toda la presin hidrosttica causada por la carga. La envolvente de resistencia que representa esta situacin es definida como envolvente efectiva s' y es utilizada para analizar situaciones en que toda la presin hidrosttica causada por la carga se haya disipado. En este caso el anlisis es hecho en trminos de tensiones efectivas y es necesario determinar las presiones hidrostticas causadas por la capa fretica, cuando presente. En arcillas normalmente consolidadas y saturadas la envolvente efectiva s' no presenta cohesin:

donde es la tensin normal efectiva e ' es el ngulo de friccin efectivo del suelo.

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La tabla 2 muestra valores del ngulo de friccin efectivo ' de arcillas en funcin del ndice de plasticidad. ndice de Plasticidad (%) 15 30 50 80 (Grados) 30 25 20 15

Tabla 2. ngulo de friccin efectivo de arcillas

La cohesin efectiva surge apenas en las arcillas preconsolidadas, como efecto de la sobre densificacin del suelo. Para presiones confinantes por debajo de la presin de preconsolidacin, la resistencia al corte es superior a la de la arcilla normalmente consolidada. Se aproxima esta envolvente a una recta en un intervalo de tensiones de trabajo que incluye tensiones por debajo de la presin de preconsolidacin, quedando la envolvente efectiva:

donde c' es la cohesin efectiva.

En la determinacin de los empujes, actuantes sobre estructuras de contencin, en general es ms indicado el anlisis en trminos de tensiones efectivas, utilizando el envolvente de resistencia efectiva del suelo. Esto porque el hiptesis de empuje activo caracteriza una descarga del suelo y la situacin a largo plazo es, en general, ms desfavorable. De esta forma, an en el caso de macizos formados por suelos arcillosos, la cohesin efectiva es muy pequea, o hasta nula. Por esto, es comn desconsiderar completamente la cohesin en el clculo del empuje activo sobre estructuras de contencin.

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3.-COHESION VERDADERA. En muchas arcillas esta atraccin entre partculas como consecuencia de la tensin superficial, se pierde rpidamente si la muestra se sumerge en agua, ya que la muestra absorbe agua, los meniscos aumentan de radio con lo cual los esfuerzos que mantienen unidas a las partculas disminuyen, las partculas se separan y la muestra se desgrana totalmente o en trozos perdiendo de esta forma la cohesin aparente debida a la tensin superficial. En otros tipos de arcilla esta prdida de cohesin no se manifiesta cuando son sumergidas en agua. Evidentemente en estos casos las partculas son retenidas por fuerzas de otro tipo, que no alcanzan a ser destruidas, por la inmersin en agua. Estas fuerzas pueden ser de carcter electrosttico, que son generadas por la pelcula de agua absorbida que se forma sobre cada partcula. O derivar de agentes cementantes naturales o no, como es el caso del cemento Portland cuando lo mezclamos con suelos para hacer suelo-cemento. A esta forma casi permanente de resistencia al corte, o resistencia al desplazamiento relativo de partculas adyacentes motivada por esta fuerza de origen interno se la denomina cohesin verdadera (las pizarras por ejemplo son arcillas con una elevada cohesin verdadera). Por su parte la cohesin verdadera de los suelos se refiere a la relacin que existe entre el peso de suelo seco al horno y el volumen que ocupan slo las partculas slidas, es decir omitiendo los poros. Para la mayora de los minerales constituyentes del suelo la densidad va a estar entre 2.6 gr/cc y 2.7 gr/cc, por lo que es razonable usar en valor de 2.65 gr/cc de densidad real, para aquellos casos donde en necesario conocerla.

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4.-COHESION APARENTE. El suelo como todo cuerpo poroso tiene dos cohesiones. La cohesin verdadera (cohesin media de sus partculas slidas) y la cohesin aparente (teniendo en cuenta el volumen de poros). La cohesin aparente refleja el contenido total de porosidad en un suelo y es importante para el manejo de los suelos (refleja la compactacin y facilidad de circulacin de agua y aire). Tambin es un dato necesario para transformar muchos de los resultados de los anlisis de los suelos en el laboratorio (expresados en % en peso) a valores de % en volumen en el campo. Se podra definir densidad aparente como la relacin que existe, entre el peso de suelo seco al horno y el volumen que este ocupa tomando en cuenta lo poros, as que las unidades en que se expresa la Da son gr/cc. El peso de suelo seco al horno (Pssh) se refiere al peso que tiene el suelo luego de ser sometido a secado en una estufa a 105C de 24 a 48 horas, de acuerdo al contenido de materia orgnica y de arcillas. Existen varios mtodos para determinar la cohesin aparente de los suelos. El mtodo del hoyo o excavacin es fcil de realizar, ya que consiste en abrir un hoyo de forma rectangular en la superficie del suelo, retirar todo el suelo que de l se extraiga para luego pesarlo, y en una submuestra determinar el porcentaje de humedad en el laboratorio. El volumen de suelo se puede determinar cubriendo la superficie del hoyo con un material plstico, no permeable y agregar agua hasta alcanzar la superficie original del suelo. De esta manera se puede calcular la relacin de Pssh/volumen. El mtodo del cilindro Uhland (ver Fig. 1) permite tomar muestras de suelo de la siguiente manera: se toma el muestreador tipo Uhland, dentro del cual se encajan anillos metlicos de un dimetro igual a 7,50 cm y una altura de 7,50 cm (en su defecto del tamao del que se disponga). El muestreador se introduce en el suelo ejerciendo una presin vertical, dejando caer el martillo de manera10

constante, luego se retira el aparato con el cilindro de suelo, tratando de enrasar con un cilindro el exceso de material sobrante. El cilindro metlico con el suelo es trasladado al laboratorio en bolsas plsticas bien identificadas para determinarle el volumen y peso seco, obtenido en una estufa a 110 C durante 24 horas.

Figura 1. Muestreador Uhland.

Clculos:

Donde: Da: densidad aparente del suelo (g/cm3) Pssh: peso suelo seco al horno (g) R: radio del cilindro metlico (cm) L: altura del cilindro metlico (cm) La densidad aparente ideal est alrededor de 1.33 gr/cc, pudiendo tomar valores ms altos en los casos, por ejemplo, cuando existen procesos de prdidas de poros o compactacin (1.8 gr/cc) o valores bajos cuando existe riqueza de materia orgnica (0.8 gr/cc).

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Dentro de los factores que afectan la densidad aparente se encuentran: y La profundidad de los horizontes. y El contenido de materia orgnica. y Textura del suelo. Tanto la cohesin aparente como la verdadera reciben el nombre general de cohesin y se identifica en la Mecnica de suelos con la letra c. 5.-ALGUNOS ASPECTOS DE LA ESTRUCTURA DEL SUELO. Se la define como el arreglo de las partculas del suelo. Se debe entender por partculas, no solo las que fueron definidas como fracciones granulomtricas (arena, arcilla y limo), sino tambin los agregados o elementos estructurales que se forman por la agregacin de las fracciones granulomtricas. Por lo tanto, partcula designa a toda unidad componente del suelo, ya sea primaria (arena, limo, arcilla) o secundaria (agregado o unidad estructural). El arreglo entre las partculas del suelo, la estructura, determina el espacio entre las mismas, que son predominantemente macroporosos. Segn el nivel de observacin, se puede hablar de macroestructura o microestructura. La macroestructura, es el arreglo de las partculas secundarias y primarias visibles a simple vista. La microestructura es el arreglo de las partculas primarias para formar las secundarias; de ella depende en alto grado la macroestructura. Al atender a la microestructura, se observa que los componentes coloidales del suelo (plasma) actan como cemento de los granos ms gruesos (esqueleto). La figura 2 presenta una clasificacin de la macroestructura segn el Soil Survey Manual del U.S.D.A. (1951).La estructura granular o migajosa presenta unidades esfricas o casi esfricas, con bordes y caras ms o menos redondeados. Los contactos entre estas unidades se dan en pocos puntos y queda mucho espacio entre ellos (algo similar a lo que ocurre entre los granos de arena). Si las unidades mayores son desarmadas, se ve que estn compuestas12

por unidades ms pequeas que poseen las mismas caractersticas. Se desprende de lo anterior que las partculas secundarias tienen porosidad interna (cosa que no ocurre en los granos de arena).

Figura 1. Ilustracin de algunos tipos de estructura de suelo: A prismtica, B columnar, C bloques angulares, D bloques subangulares, E laminar y F granular.

El otro extremo, la estructura a grano simple, es el resultado de la ausencia de plasma (coloides), por lo que los granos de arena y limo no estn formando agregados. La porosidad aqu, depende de la textura y del empaquetamiento de las partculas primarias. En las estructuras prismticas los agregados presentan caras definidas y los contactos entre agregados presentan caras definidas y los contactos entre agregados son a travs de caras. El empaquetamiento entre estas unidades es normalmente denso. Si rompen en agregados ms pequeos, es a travs de caras. Por lo tanto, los agregados son densos y en general menos porosos que los de la estructura granular. Se puede decir en general, que a estructura empeora desde el extremo granular al de grano simple. Es decir, las condiciones de arraigamiento, dinmica13

del aire y dinmica del agua son peores. Sin embargo, existen suelos de estructura a grano simple (en el pas hay ejemplos) que poseen muy buenas condiciones fsicas, mejores que las de muchos suelos bien estructurados, se trata de suelos de texturas arenosas. La estructura del suelo y su estabilidad juegan un rol fundamental en muchos procesos del suelo y su interaccin con las plantas: erosin, infiltracin de agua, exploracin radicular, aireacin y resistencia mecnica. Esto indica que todas las prcticas agronmicas deberan hacerse con carcter de conservacin de la misma. Caracterizacin de la Estructura. Mtodos para determinar la misma La caracterizacin de la estructura, se puede hacer morfolgica o cuantitativamente. La evaluacin morfolgica de la estructura, consiste en determinar el tamao, la forma y el grado en que se manifiesta la estructura de cada horizonte del suelo. Las medidas cuantitativas se pueden clasificar en tres grupos: a) Las que determinan la distribucin por tamao de los agregados junto con su resistencia a la destruccin (estabilidad). b) Las que determinan el porcentaje de fracciones finas que se encuentran agregada en unidades mayores. Esta es una medida de la agregacin que en general se correlaciona con la estabilidad. c) Las medidas de densidad aparente, macroporosidad y penetrabilidad, que son ndices indirectos del estado estructural del suelo. El mtodo ms usado dentro del grupo a, es el de tamizado en hmedo. La muestra de suelo se ubica en el tamiz superior de una batera de tamices con aberturas sucesivamente ms pequeas hacia abajo. El conjunto se sumerge y levanta en agua mecnicamente a un ritmo determinado y durante un tiempo estndar. Pasado este tiempo, se determina el peso seco de los agregados que14

quedaron en cada tamiz, as como de la parte que se dispers totalmente por el tratamiento. De esta forma se obtiene la distribucin por tamao de los agregados resistentes a la destruccin por este tratamiento. Es normal efectuar el mismo tratamiento a otra muestra similar, pero fuera del agua. De esta forma, comparando los resultados del tamizado en agua y en seco, se tienen una medida de la resistencia de los agregados a la destruccin por agua. Por detalles sobre esta tcnica ver Kemper (1965). Las tcnicas del grupo b, han sido empleadas en algunos trabajos con suelos en nuestro pas (Sombrock, 1969 C.L.M.) y consisten en determinar, qu porcentaje de la arcilla est dispersa naturalmente en el suelo. Existe una tcnica que emplea en parte principios de las del grupo a y b, y que fue utilizada en suelos de nuestro pas por Back y Caysials (1971), y se encuentra descripta en el libro de Hemin et al. (1972). Las medidas de los grupos a y b se pueden considerar como ndices de la estabilidad de la estructura, y brindan poca (grupo a), o ninguna informacin (grupo b) sobre el espacio poroso y su distribucin por tamaos. Son medidas que tienen utilidad en estudios sobre erosin de suelos, pero al no brindar informacin sobre el espacio poroso, son ndices de poco valor para estudios de dinmica del aire y del agua, y penetracin radicular. La determinacin de la densidad aparente y la macroporosidad ya se discutieron en el captulo anterior. Por lo que slo resta explicar cul en el mtodo ms utilizado para estimar la penetrabilidad del suelo por las races, dentro de las medidas indirectas de la estructura (grupo c). La medida de la resistencia a la penetracin, se realiza con un instrumento denominado penetrmetro. Este instrumento posee un elemento semejante a una aguja, que se introduce en el suelo por impactos de una determinada magnitud, o por medio de una presin constante. Luego de aplicados cierto nmero de impactos, o un tiempo determinado de presin constante, segn el tipo de aparato, se determina la profundidad de suelo penetrada por la aguja. Tambin se puede15

medir la presin o nmero de golpes requerido para llevar la aguja a una profundidad constante. Las medidas obtenidas con este aparato se toman como ndice de la resistencia mecnica que ofrece el suelo al crecimiento radicular, lo cual depende de la magnitud del espacio poroso grueso, y su rigidez, la que es afectada por el contenido de humedad del suelo. Sin embargo la resistencia del penetrmetro es mayor que la resistencia de las races. Alguna de las razones que explican esto es que el penetrmetro no puede variar de la lnea de avance cuando hay un agregado resistente en el camino. 6.-PRECONSOLIDACION Y CAMBIO DE VOLUMEN. La preconsolidacin se logra aplicando una sobrecarga sobre un depsito de suelo, la que debe exceder la carga mxima que este va a soportar. Se busca as que la consolidacin parcial sea equivalente al mayor grado que alcanzar con la carga mxima, la que requerir mayor tiempo para producirse. El proceso puede acelerarse por medio de drenes verticales, conectados en su parte superior por un manto de arena que permita la liberacin de la humedad. La aplicacin de cargas sobre un terreno produce deformaciones que dan lugar a cambios de volumen. Si el suelo esta saturado, los cambios de volumen implican expulsin del agua de los poros. Como la permeabilidad del suelo no es infinita, se necesita tiempo para que se produzca dicha expulsin de agua. En suelos granulares la permeabilidad es tan grande que, para la velocidad habitual de las cargas, el flujo es prcticamente instantneo, por tanto la aplicacin de la carga es con drenaje. En suelos arcillosos, en cambio, la permeabilidad es tan pequea que el flujo puede durar mucho, y es usual suponer que la carga se aplica sin drenaje. Entonces, esta carga sin flujo de agua provoca un incremento de presin intersticial que luego se va disipando con el tiempo. Este proceso se denomina consolidacin. Como consecuencia del proceso anterior, el suelo sufre unas deformaciones que van evolucionando temporalmente a medida que el exceso de presin intersticial se va disipando, aumentando la tensin efectiva del terreno. La16

deformacin vertical que se produce con un incremento de tensin vertical puede ser debida a distintos fenmenos: 1. Compresin de la materia solida (variacin en el volumen de partculas), que puede producirse por: a) deformacin de la partcula, b) aplastamiento en los contactos entre partculas (ver Figura) 2. Variacin en el volumen de huecos, lo que exige una reacomodacin de las partculas de suelo. Esta variacin puede producirse por alguna de las siguientes causas: a) compresin elstica del agua y/o del aire, b) disolucin del aire en el agua, c) expulsin de agua y/o aire. Por tanto, se puede establecer que, cuando en una situacin de suelo saturado no hay drenaje, los cambios de volumen debidos a un cambio de estado tensional son despreciables. Y al contrario, cuando si hay drenaje, se producen cambios de volumen.

7.-ENSAYOS TRIAXIALES. Su principal finalidades obtener parmetros del suelo y la relacin esfuerzodeformacin a travs de la determinacin del esfuerzo cortante. Es un ensayo complejo, pero la informacin que entrega es la ms representativa del esfuerzo cortante que sufre una masa de suelo al ser cargada. Consiste en colocar una muestra cilndrica de suelo dentro de una membrana de caucho o goma, que se introduce en una cmara especial y se le aplica una17

presin igual en todo sentido y direccin. Alcanzado ese estado de equilibrio, se aumenta la presin normal axial ( 1), sin modificar la presin lateral aplicada ( 3), hasta que se produzca la falla. Realizando por lo menos 3 pruebas, con presiones lateral es diferente, en un grfico se dibujan los crculos de Mohr que representan los esfuerzos de falla de cada muestra y trazando una tangente o envolvente a stos, se determinan los parmetros y c del suelo. Dependiendo del tipo de suelo y las condiciones en que este trabajar, las alternativas para realizar el ensayo sern consolidados no drenado (CU), no consolidado no drenado (UU) o consolidado drenado (CD). Anlisis del Ensayo no Consolidado no Drenado. Este mtodo cubre la determinacin de la resistencia a la compresin noconsolidada no-drenada de especmenes cilndricos de suelos cohesivos en condiciones inalteradas, remoldeadas o compactadas, utilizando la aplicacin de deformaciones controladas o esfuerzos controlados de la carga de compresin axial, donde el espcimen est sujeto a la presin de confinamiento de un fluido en una cmara triaxial. El mtodo proporciona la medicin de esfuerzos totales aplicados al espcimen, es decir, los esfuerzos no son corregidos por la presin de poros. El ensayo proporciona datos para la determinacin de las propiedades de resistencia y las relaciones esfuerzo-deformacin de los suelos. La determinacin de la resistencia no-consolidada no-drenada de los suelos cohesivos sin confinamiento lateral est cubierta por el mtodo de Ensayo D2166. Significado y Uso: Desde que la resistencia al corte de un suelo es determinada en esta prueba en trminos del esfuerzo total, es decir, el esfuerzo efectivo ms la presin de poros, la resistencia depende de la presin desarrollada en el fluido de poros durante la carga. Si se permite que el lquido fluya desde o dentro de los poros de un18

espcimen de suelo mientras se aplica la carga, la presin de poros resultante, y por lo tanto la resistencia, difiere del caso en el que no puede ocurrir drenaje. En este mtodo no se permite el drenaje a travs de las fronteras del espcimen, en consecuencia, la resistencia medida en trminos del esfuerzo total generalmente no ser aplicable a problemas de campo en donde ocurra drenaje. Adems, las resistencias determinadas utilizando ensayo de compresin triaxial no podran aplicarse a casos en donde las condiciones de deformacin en el campo difieran significativamente de aquellas en la prueba de compresin triaxial. Aparatos: Dispositivos de Carga Axial: el dispositivo de compresin axial puede ser un gato manejado por un motor elctrico a travs de un engranaje, una plataforma de balanza equipada con un yugo con gato desviador de carga, un aparato de carga muerta, un dispositivo de carga hidrulico o neumtico, o cualquier otro dispositivo de compresin con suficiente capacidad y control para proporcionar la velocidad de carga. Las vibraciones debidas a la operacin del dispositivo de carga debern mantenerse al mnimo. Dispositivo de Medicin de Carga Axial: el dispositivo de medicin de carga axial puede ser un anillo de carga, una celda de carga electrnica o hidrulica, o cualquier otro dispositivo de medicin de carga, capaz de producir la precisin sealada en este prrafo y puede ser una parte del dispositivo de carga axial. Para suelos con un esfuerzo desviador en la falla de menos de 1 ton/pie (100 KPa), el dispositivo de medicin de carga axial deber ser capaz de medir la carga axial unitaria con una precisin de 0.01 ton/pie (1KPa); para suelos con un esfuerzo desviador en la falla de 1 ton/pie o ms, el dispositivo de medicin de carga axial deber ser capaz de medir la carga axial con una precisin del 1% de la carga axial en la falla.

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Dispositivo de Mantenimiento y Medicin de la Presin de Celda: el dispositivo de mantenimiento y medicin de la presin de celda deber ser capaz de aplicar y controlar la presin de celda dentro de 0.01 ton/pie (1 KPa) para presiones de celda menores de 2 ton/pie (200 KPa) y dentro de 1% para presiones de celda mayores que 2 ton/pie (200 KPa). Este dispositivo puede consistir de un reservorio conectado a la celda triaxial y llenado parcialmente con el fluido de celda (usualmente agua), con la parte superior del reservorio conectado a un surtidor de aire comprimido, la presin del gas siendo controlada por un regulador de presin y medida por un manmetro, transductor de presin electrnico o cualquier otro dispositivo capaz de medir con la tolerancia prescrita. Celda de Compresin Triaxial: se deber proveer un aparato en el que el espcimen cilndrico, encerrado por una membrana sellada en la tapa y en la base del espcimen, pueda ser colocado y sujeto a una presin hidrosttica constante. El aparato deber incluir un buje y pistn alineados con los ejes del espcimen, a travs de los cuales la carga del dispositivo de carga axial pueda ser transmitida al espcimen, para que este espcimen sea comprimido axialmente entre la tapa y la base. Tapa y Base del Espcimen: debern usarse una tapa y base impermeable y rgida para impedir el drenaje del espcimen. La tapa y la base del espcimen debern ser construidas de un material impermeable anticorrosivo, y cada una deber tener una superficie plana circular de contacto con el espcimen y una seccin transversal circular. El peso de la tapa del espcimen deber ser menor del 0.5% de la carga axial aplicada en la falla. El dimetro de la tapa y de la base deber ser igual al dimetro del espcimen. Indicador de Deformacin: el indicador de deformacin deber ser un dial indicador graduado a 0.001 pulg. (0.03 mm), teniendo un rango de al menos el 20% de la altura inicial del espcimen de prueba, u otro dispositivo de medicin que cumpla estos requerimientos de precisin y rango.

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Membranas de Caucho: la membrana de caucho utilizada para encerrar el espcimen deber proveer una proteccin confiable contra las fugas. Las membranas debern ser examinadas cuidadosamente antes de usarse, y si son evidentes algunos defectos o agujeros, la membrana deber ser descartada. A fin de ofrecer la mnima restriccin al espcimen, el dimetro de la membrana extendida deber estar entre el 75 y 90% del dimetro del espcimen. El espesor de la membrana no exceder el 1% del dimetro del espcimen. La membrana deber estar sellada en la base y la tapa del espcimen, con anillos de caucho "orings", para los cuales el dimetro interior no esforzado es menor del 75% del dimetro de la base y la tapa, o por otros mtodos que producirn un sello positivo. Extractor de Muestra: el extractor de muestra deber ser capaz de extraer el testigo de suelo del tubo muestreador en la misma direccin del recorrido de la muestra en el tubo y con perturbacin mnima de la muestra. Dispositivos de Medicin del Tamao del Espcimen: los dispositivos usados para medir la altura y el dimetro del espcimen debern ser capaces de medir con aproximacin al 0.01 pulg. (0.3 mm) y debern ser construidos de tal modo que su uso no altere al espcimen. Dispositivo para Pesado: el dispositivo para pesado deber ser apropiado para pesar especmenes de suelo. Especmenes de menos de 100 gramos sern pesados con aproximacin a 0.01 gramos, mientras que especmenes de 100 gramos o ms, sern pesados con aproximacin a 0.1 gramos. Aparatos Diversos: accesorios y herramientas de tallado de especmenes, un expansor de membrana, aparato de remoldeo, latas de contenido de humedad (agua), y hojas de datos como sean requeridos. Espcimen de Prueba: Tamao del Espcimen: los especmenes debern tener un dimetro mnimo de 1.3 pulg (33 mm) y la partcula ms grande contenida dentro del espcimen de prueba deber ser menor que un dcimo del dimetro del espcimen. Para21

especmenes que tienen un dimetro de 2.8 pulg (71 mm), o ms, el tamao de partcula ms grande deber ser menor de un sexto del dimetro del espcimen. Si despus de terminar un ensayo se encuentra que partculas de mayor tamao estn presentes, indique esta informacin en el reporte de datos. La relacin altura-dimetro deber estar entre 2 y 3. Medir la altura y el dimetro del espcimen con aproximacin a 0.01 pulg (0.3 mm). Especmenes Inalterados: prepare especmenes inalterados de muestras inalteradas grandes o de muestras obtenidas de acuerdo con el Mtodo de Ensayo D1587 u otros procedimientos aceptables de muestras inalteradas en tubo. Especmenes obtenidos por muestreo en tubera pueden ser ensayados sin tallado, excepto para fines de conformacin de los extremos, siempre que las caractersticas del suelo sean tales que no resulten en perturbacin significativa del muestreo. Maneje cuidadosamente los especmenes para minimizar alteraciones, cambios en seccin transversal, o prdida del contenido de humedad. Si compresin o algn tipo de alteracin notable sera causada por el dispositivo de extraccin, divida el tubo de ensayo longitudinalmente o crtelo en pequeas secciones para facilitar la remocin del espcimen con alteracin mnima. Prepare especmenes tallados, siempre que sea posible, en un ambiente donde los cambios de humedad del suelo no excedan del 0.1%. Un cuarto de alta humedad controlada es usualmente utilizado para este propsito. Determine el peso del espcimen de ensayo. El espcimen deber estar encerrado en la membrana de caucho y la membrana sellada a la base y a la tapa del espcimen inmediatamente despus de la preparacin. Especmenes Remoldeados: prepare primero el espcimen inalterado fallado, todava encerrado en la membrana de caucho y montado en la base del espcimen con los dedos, y luego reformado el espcimen, colocando un molde alrededor de ste y presionando sobre la tapa del espcimen hasta que ste llene el molde apropiadamente. El molde deber tener dimensiones tales que las dimensiones del espcimen remoldeado sern iguales a las del espcimen inalterado. A fin de obtener una densidad uniforme, para remoldear a la misma22

relacin de vacos del espcimen inalterado y para preservar el contenido de humedad (agua) natural del suelo, se debe evitar el atrapar aire en el espcimen. Especmenes Compactados: prepare por compactacin material alterado en por lo menos 6 capas usando una operacin de presin o amasado en un molde de seccin transversal circular que tenga las dimensiones que indican los requerimientos de la Seccin 6.1. Los especmenes pueden ser preparados a cualquier contenido de humedad (agua) y densidad predeterminados por ya sea: (1) amasado o apisonamiento de cada tapa hasta que el peso acumulado del suelo colocado en el molde est compactado a un volumen conocido (2) ajustando el nmero de capas, el nmero de apisonados por capa; y la fuerza por apisonado. El pisn usado para compactar el material deber tener un rea de contacto con el suelo menor que un sexto del rea del molde. Despus de formado el espcimen, con los extremos perpendiculares al eje longitudinal, remueva el molde y determine el peso del espcimen de ensayo. Si se requiere, los especmenes compactados deben ser humedecidos antes de la prueba. Las anotaciones sobre el humedecimiento deben ser hechas en el reporte de los datos de la prueba. Procedimiento: Con el espcimen encerrado en la membrana de caucho, la cual est sellada a la tapa y a la base del espcimen y ubicado en la celda, ensamble la celda triaxial. Lleve el pistn de carga axial en contacto con la tapa del espcimen varias veces, para permitir el asentamiento y alineamiento apropiado del pistn con la tapa. Durante este procedimiento, cuide de no aplicar al espcimen un esfuerzo desviador que exceda del 0.5% de la resistencia a la compresin estimada. Si el peso del pistn es suficiente para aplicar un esfuerzo desviador que exceda del 0.5% de la resistencia a la compresin estimada, el pistn deber estar fijado por encima de la tapa del espcimen despus de chequear el asentamiento y el alineamiento y dejarlo fijado hasta la aplicacin de la presin de la celda. Coloque la celda en posicin en el dispositivo de carga axial. Cuide la alineacin del23

dispositivo de carga axial, el dispositivo de medicin de carga axial, y la celda triaxial, para prevenir la aplicacin de una fuerza lateral al pistn durante la prueba. Fije el dispositivo de mantenimiento y medicin de presin, y se usa un lquido de confinamiento, llene la celda hasta un nivel predeterminado. Ajuste el dispositivo de mantenimiento y medicin de presin, a la presin de la celda deseada, y aplique la presin al fluido de la celda. Si el dispositivo de medicin de la carga axial es colocado afuera de la celda triaxial, la presin de la celda producir sobre el pistn una fuerza hacia arriba que reaccionar contra el dispositivo de carga axial. Usando Deformaciones Controladas: aproximadamente 10 minutos despus de la aplicacin de la presin de celda (Nota 2), comience a aplicar la carga axial, de modo de producir deformaciones axiales a una velocidad de aproximadamente 1%/minuto para materiales plsticos y 0.3%/minuto para materiales frgiles que consigan un esfuerzo desviador mximo a aproximadamente 3 a 6% de la deformacin. A estas velocidades, el tiempo transcurrido para llegar al esfuerzo desviador mximo ser de aproximadamente 15 a 20 minutos. El propsito de este intervalo de tiempo es permitir al espcimen estabilizarse bajo la presin de celda antes de la aplicacin de la carga axial. Usando Esfuerzos Controlados: y Incremento de Carga: antes de la prueba, estime la carga axial de falla del espcimen. Esta estimacin puede ser hecha en base a la experiencia con material similar o a travs del uso de un dispositivo de corte o penetracin sobre una porcin no utilizada de muestra. Aproximadamente a 10, minutos despus de la aplicacin de la presin de celda, coloque una carga axial inicial sobre el espcimen, igual a un dcimo o a un quinceavo de la carga axial de falla estimada. y Velocidad de Esfuerzos Controlada: estime la resistencia a la compresin del espcimen antes de la prueba. Aproximadamente 10 minutos despus de la aplicacin de la presin de celda, comience a aplicar la carga axial a una

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velocidad constante tal que el esfuerzo desviador mximo ser desarrollado en aproximadamente 15 minutos. Clculos: Calcule la deformacin axial, , para una carga axial aplicada dada, como sigue:

; donde: L= cambio en la longitud del espcimen como se lee= longitud inicial del espcimen de prueba L

en el indicador de deformacin, y

cuando el pistn contacta con la tapa del espcimen. Calcule el rea promedio de la seccin transversal, A, para una carga axial aplicada dada como sigue:

; donde:

= rea inicial promedio de la seccin transversal del espcimen, y = deformacin axial para la carga axial dada. Calcule el esfuerzo desviador (diferencia de esfuerzos principales), para una carga axial aplicada como sigue: ,

; donde:

P = carga axial aplicada dada (corregida por levantamiento y friccin del pistn, si se requiere), y A = rea de seccin transversal promedio correspondiente. Curva Esfuerzo Deformacin: prepare un grfico que muestre la relacin

entre el esfuerzo desviador (diferencia de esfuerzos principales) y la deformacin axial, graficando el esfuerzo desviador como ordenada y la deformacin axial como abscisa. Seleccione la resistencia a la compresin y la deformacin axial en la falla, de acuerdo con las deformaciones. Correccin por Resistencia de la Membrana de Caucho: La ecuacin siguiente puede ser usada para corregir la resistencia a la compresin por efecto de la membrana de caucho, si el error en el esfuerzo desviador debido a la resistencia de membrana excede al 5%:25

Donde:

= la correccin a ser substrada de resistencia a la compresin medida. = dimetro inicial del espcimen, = mdulo de compresin de la membrana, y = deformacin axial. El mdulo de compresin de la membrana puede ser determinado mediante la suspensin de una longitud de 0.5 pulg de la membrana sobre una varilla delgada, colocando otra varilla a lo largo de la base de la membrana suspendida y midiendo la fuerza por unidad de deformacin al extender la membrana. En pruebas de suelos muy blandos, el efecto de la membrana puede ser significativo; sin embargo, para la mayora de los suelos ensayados usando membranas como se prescribe en 5.7, la correccin es insignificante y puede ser ignorada. Calcule los esfuerzos principales mayor y menor en la falla como sigue: Esfuerzo principal menor, Esfuerzo principal mayor, de celda. Precisin y Exactitud: Los especmenes de suelo inalterado de depsitos homogneos en la misma ubicacin frecuentemente presentan diferencias significativas en las propiedades de resistencia y esfuerzo deformacin. No existe un mtodo disponible en la actualidad para evaluar la precisin de un grupo de ensayos de compresin triaxial de especmenes inalterados, debido a la variabilidad de los especmenes. = presin de celda, y = esfuerzo desviador en la falla ms la presin

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No se ha desarrollado un material de ensayo adecuado ni un mtodo de preparacin del espcimen para la determinacin de las varianzas de laboratorio, debido a la dificultad en producir idnticos especmenes de suelo cohesivo. No estn disponibles estimaciones de precisin para este mtodo de ensayo. Anlisis del Ensayo Consolidado Drenado. Este mtodo describe procedimientos para determinar la resistencia al corte consolidado drenado de un suelo en corte directo. El ensayo puede ser conducido en corte simple o corte doble. La prueba de corte directo es adecuada para un ensayo consolidado drenado porque las trayectorias de drenaje a travs del espcimen de ensayo son cortas, permitiendo por esto que los excesos de las presiones de poro sean disipados bastante rpidamente. El ensayo puede ser hecho sobre todo tipo de suelos y sobre muestras inalteradas o remoldeadas. Los resultados del ensayo son aplicables a situaciones de campo donde la consolidacin completa ha ocurrido bajo la sobrecarga existente, y la falla es alcanzada lentamente de modo tal que los excesos de presiones de poro son disipados. El ensayo tambin es til para determinar la resistencia al corte a lo largo de planos dbiles reconocibles dentro del material de suelo. El ensayo no es adecuado para el desarrollo de relaciones exactas de esfuerzos-deformacin del espcimen de prueba, debido a la distribucin no uniforme de los desplazamientos y esfuerzos de corte. La baja velocidad de los desplazamientos permite la disipacin del exceso de presiones de poro, pero tambin permite el flujo plstico de suelos cohesivos blandos. Se deber tener cuidado para que las condiciones de ensayo representen aquellas que estn siendo investigadas. Los valores establecidos en unidades pulgada-libra sern considerados como los estndar.

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Resumen del Mtodo: El mtodo consiste en: a. b. c. d. e. f. Colocacin del espcimen de ensayo en el dispositivo de corte directo. Aplicacin de un esfuerzo normal predeterminado. Provisin de drenaje o humedecimiento del espcimen de ensayo. Consolidacin del espcimen bajo el esfuerzo normal. Abrir los prticos que sujetan el espcimen de ensayo. Aplicacin de una fuerza tangencial para cortar el espcimen. Generalmente son ensayados tres o ms especmenes, cada uno bajo un esfuerzo normal diferente para determinar sus efectos sobre la resistencia al corte y desplazamiento. El rango de esfuerzos normales deber ser apropiado para las condiciones del suelo siendo investigado. Aparatos: Dispositivo de Corte: es un dispositivo para sujetar el espcimen firmemente entre dos piedras porosas, de modo tal que no se pueda aplicar torque al espcimen. El dispositivo de corte deber suministrar medios para aplicar un esfuerzo normal a las caras del espcimen, para medir el cambio en el espesor del espcimen, para permitir el drenaje de agua a travs de las piedras porosas, y para sumergir al espcimen en agua. El dispositivo deber ser capaz de aplicar una fuerza tangencial para cortar el espcimen a lo largo de un plano de corte predeterminado (corte simple) o planos de corte (corte doble) paralelos a las caras del espcimen. Los prticos que sujetan al espcimen debern ser lo suficientemente rgidos para prevenir su distorsin durante el corte. Piedras Porosas: las piedras porosas debern consistir de carburo de silicio, xido de aluminio o un metal que no sea susceptible a la corrosin por las sustancias del suelo o la humedad del suelo. El tamao conveniente de los poros de la piedra depende del suelo a ser ensayado. La piedra deber ser lo28

suficientemente gruesa para desarrollar una trabazn adecuada con el espcimen y lo suficientemente fina para prevenir la intrusin excesiva del suelo dentro de los poros. Criterios exactos para esto no han sido establecidos. Dispositivos de Carga: y Dispositivo para aplicar la fuerza normal, capaz de aplicar la fuerza especificada rpidamente, sin exceder sta, y capaz de mantenerla con una precisin de 1% durante la duracin del ensayo. y Dispositivo para aplicar la fuerza de corte. Las capacidades dependern de si se realizar un ensayo de desplazamiento controlado o de esfuerzo controlado. El primero es preferido generalmente, porque se puede determinar tanto el esfuerzo ltimo como el esfuerzo mximo. El equipo de desplazamiento controlado deber ser capaz de cortar el espcimen a una velocidad uniforme de desplazamiento, con menos de 10% de desviacin, y deber permitir el ajuste de la velocidad de desplazamiento sobre un rango relativamente amplio. La velocidad depende de las caractersticas de consolidacin de los suelos. Otros: 0.5%. Anillo de Tallado o de Corte, para tallar muestras sobredimensionadas a las dimensiones interiores de la caja de corte con un mnimo de perturbacin. Un montaje exterior puede ser necesario para mantener la sucesin de anillos, dos o tres, en alineamiento axial. Balanzas, sensible al 0.1 g a 10.1% de la masa del espcimen. Indicador de Deformacin: para medir el cambio en el espesor del Cuarto Hmedo, para almacenar las muestras, as como para preparar las

muestras, donde las prdidas de humedad durante la preparacin no excedan del

espcimen de ensayo, con una sensibilidad de 0.0001 pulgadas (0.002 mm) y para medir desplazamiento con una sensibilidad de 0.001 pulgadas (0.02 mm). Horno de Secado, que pueda ser mantenido en 230 9F (110 5C).

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Envase de humedad de la muestra. Equipo para remoldear o compactar los especmenes. Equipos Diversos, incluyendo cronmetro con segundero, agua destilada o

desmineralizada, esptulas, cuchillos, regla de borde recto, sierras de alambre, etc. utilizados en la preparacin de la muestra. Espcimen de Ensayo: Si se usa una muestra inalterada, sta deber ser lo suficientemente grande para proporcionar un mnimo de tres especmenes idnticos. Prepare los especmenes de modo que las prdidas de humedad sean insignificantes. Talle los especmenes sobredimensionados al dimetro interior del dispositivo de corte directo y a la longitud del tallador. Se deber tener cuidado extremo en la preparacin de los especmenes inalterados de suelos sensibles, para evitar la perturbacin de su estructura natural. Si se usan especmenes de suelo compactado, stos debern ser compactados a las condiciones de humedad-densidad deseados. Ellos pueden ser compactados directamente en el dispositivo de corte, en un molde de iguales dimensiones y extrados al dispositivo de corte o un molde ms grande y tallados. El dimetro mnimo para especmenes circulares, o el ancho mnimo para especmenes rectangulares, deber ser de alrededor de 2 pulgadas (50 mm). El dimetro de los especmenes de ensayo inalterados, cortados de muestras tubulares, deber ser al menos 1/4 pulg. (5 mm), menor que el dimetro del tubo de muestreo para minimizar la perturbacin causada por el muestreo. Los espesores de los especmenes debern ser de alrededor de 0.5 pulg. (12.5 mm), pero no menores que seis veces el dimetro mximo del grano. La relacin mnima dimetro-espesor del espcimen circular deber ser 2:1. Para especmenes cuadrados o rectangulares, la relacin mnima de ancho a espesor deber ser tambin de 2:1.30

Procedimiento: Ensamble la caja de corte con los prticos de carga alineados y fijos en posicin. Una ligera capa de grasa entre los prticos asegurar la estanquidad durante la consolidacin y reducir la friccin durante el corte. Separadores de fluorcarbn TFE, o superficies cubiertas de fluo-carbn TFE pueden tambin ser usados para reducir la friccin durante el corte. Inserte cuidadosamente el espcimen de ensayo. Conecte los dispositivos de carga. Posicione o active, o ambos, los indicadores de desplazamiento para medir la deformacin de corte y los cambios en el espesor del espcimen. Determine el espesor inicial del espcimen. La decisin de humedecer las piedras porosas de la insercin del espcimen y antes de la aplicacin de la fuerza normal depende del problema en estudio. Para muestras inalteradas obtenidas bajo la napa fretica, las piedras porosas son usualmente humedecidas. Para suelos expansivos, el humedecimiento deber probablemente seguir a la aplicacin de la fuerza normal para evitar el hinchamiento, no representativo de las condiciones de campo. Consolide cada espcimen de ensayo bajo la apropiada fuerza normal. Tan pronto como sea posible despus de aplicar la fuerza normal inicial, llene el reservorio de agua hasta un punto por encima de la parte superior del espcimen. Mantenga este nivel de agua durante la consolidacin y las fases subsecuentes de corte, de modo tal que en todo momento el espcimen est efectivamente sumergido. Permita al espcimen drenar y consolidar bajo una fuerza normal deseada o incrementos de sta antes del corte. La fuerza normal usada para cada uno de los tres o ms especmenes depender de la informacin requerida. La aplicacin de la fuerza normal en un incremento puede ser apropiada para suelos relativamente firmes. Sin embargo, para suelos relativamente blandos, varios incrementos pueden ser necesarios para evitar el dao al espcimen. El incremento inicial depender de la resistencia y sensibilidad del suelo. Esta fuerza no deber ser tan grande como para expulsar al suelo fuera del dispositivo.

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Corte del espcimen: despus que la consolidacin est completa, abra los prticos y seprelos ligeramente (aproximadamente 0.01 Pulg.) (0.25 mm), de modo tal que el espcimen puede ser cortado. Aplique la fuerza de corte y corte el espcimen lentamente, para asegurar la disipacin completa del exceso de presin de poros. La siguiente gua para determinar el tiempo total transcurrido hasta la falla puede ser til para determinar la velocidad de carga:

donde:

;

= tiempo requerido para que el espcimen alcance el 50% de la consolidacin bajo la fuerza normal. Es un ensayo de desplazamiento controlado, la velocidad del desplazamiento puede ser determinada aproximadamente dividiendo la deformacin estimada de corte al mximo esfuerzo de corte por el tiempo calculado para la falla. Contine el ensayo hasta que el esfuerzo de corte se haga esencialmente constante o hasta que una deformacin de corte del 10% del dimetro original haya sido alcanzada. En un ensayo de esfuerzo controlado, empiece con incrementos de la fuerza de corte iguales aproximadamente al 10% del mximo estimado. Permita al menos el 95% de consolidacin antes de aplicar el siguiente incremento. Cuando haya sido aplicada al espcimen el 50% al 70% de la fuerza de falla estimada, reduzca el incremento a la mitad del tamao inicial o 5% del esfuerzo de corte mximo estimado. Cuando se acerca la falla, use una serie de incrementos iguales a un cuarto del incremento inicial. Registre la fuerza de corte aplicada y las deformaciones normal y tangencial en intervalos convenientes. Sera preferible una aplicacin continua de la fuerza de corte. Al final del ensayo, saque el ntegro del espcimen de la caja de corte, squelo en el horno y pselo para determinar la masa de slidos.

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Clculo: Calcule lo siguiente: y Contenido inicial de humedad. y Densidad inicial seca y hmeda. y Datos de esfuerzo de corte. y Relacin de vacos antes y despus de la consolidacin y despus de la prueba de corte, si se desea. y Los grados de saturacin inicial y final, si se desea. Para este aparato especfico, la estructura inferior est fija. La estructura superior puede ser movida tanto horizontal como verticalmente. No hay espacio entre las estructuras durante la consolidacin. Inmediatamente antes del corte, la estructura superior es levantada ligeramente. En general, una estructura est fija en la direccin del corte. Esta puede ser tanto la estructura superior como la inferior. 8.-PARAMETROS DE PRESION DE POROS. La presin de poro en la muestra en el momento de la falla, puede evaluarse de dos maneras diferentes. Puede determinarse por medidas directas, en cuyo caso, la prueba se designa como prueba R. Como la presin de poro udf acta con igual intensidad en todas direcciones, el esfuerzo principal efectivo menor es p3=p1 udf, y el esfuerzo principal efectivo mayor es p1=p1 udf, Por lo tanto, el crculo de esfuerzos construido en funcin de los esfuerzos efectivos en la falla, se desaloja a la izquierda del crculo de esfuerzos totales A, una distancia udf. El crculo de esfuerzos efectivos que corresponde a las condiciones de falla, est representado por el crculo de lnea llena E. Como pf = p1 funcin de esfuerzos efectivos o esfuerzos totales. p3 = p1 p3 el crculo de falla para una prueba dada tiene el mismo dimetro, ya est construido en

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La presin de poro puede determinarse tambin utilizando la ecuacin siguiente si es independientemente conocido, por ejemplo, por medio de una serie de pruebas drenadas, tipo S. La lnea de falla en trminos de esfuerzos efectivos est representada por la lnea recta llena trazada desde el origen con el ngulo . El crculo de falla para la prueba R, dibujada en trminos de esfuerzos efectivos, debe ser tangente a esta lnea de falla. Por lo tanto, el crculo esfuerzos efectivos correspondientes a la prueba R es el crculo E. La distancia horizontal entre el crculo E y el A representa la presin de poro udf.

El crculo de esfuerzos totales A corresponde a una prueba R en la que la presin de poro, antes de la aplicacin de la carga axial era cero y la presin de poro al final de la prueba era udf. Sin embargo, si despus de la consolidacin inicial bajo la presin de cmara p3, este valor se hace aumentar en ua sin permitir drenaje, la presin de poro en la muestra antes de la aplicacin de la carga axial hubiera sido ua y la presin de poro en la falla hubiera sido ua + udf. El crculo de falla correspondiente hubiera sido el B. Sin embargo, el crculo de esfuerzos efectivos hubiera sido todava E. Como podra haberse elegido cualquier cambio ua en la presin de la cmara, se deduce, que si se consolidan varias muestras bajo la misma presin en la cmara a y luego se probaran en condiciones no drenadas a diferentes presiones de cmara, la lnea de falla en trminos de esfuerzos totales es una horizontal. Puede expresarse simplemente por:

9.-CRITERIO DE FALLA DE MOHR-COULOMB. Adems, la cohesin y el ngulo de friccin interna son los parmetros de resistencia al corte del suelo segn este criterio de rotura y su determinacin es fundamental en la determinacin del empuje. Esta determinacin puede ser

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obtenida por ensayos de laboratorio, como el ensayo de corte directo y los ensayos de compresin triaxial. Pueden tambin ser estimados a partir de ensayos de campo, o tambin a partir de otras caractersticas del material. Es importante mencionar que c y no son parmetros intrnsecos del suelo, son parmetros del modelo adoptado como criterio de rotura. Adems de eso, el valor de esos parmetros depende de otros factores, como tenor de humedad, velocidad y forma de carga y condiciones de drenaje. Estos valores pueden, inclusive, variar con el tiempo, lo que lleva a la conclusin de que el valor del empuje tambin puede variar con el tiempo. Esto lleva a un anlisis mucho ms complejo y cabe al proyectista identificar el momento en que las condiciones del problema son ms desfavorables. En materiales como el hormign y el acero se define la falla como el punto en donde la curva esfuerzo-deformacin se hace plstica y no-lineal (resistencia por fluencia), o cuando ocurre la ruptura (resistencia ltima). En el suelo la curva esfuerzo-deformacin es no-lineal y plstica desde el comienzo, y no existe punto de ruptura. El suelo puede tener un comportamiento dctil o frgil, tal como se puede apreciar en la siguiente grafica:

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En suelos con comportamiento dctil, la resistencia aumenta con la deformacin al corte, alcanzando una meseta, valor que se considera como resistencia al corte. En suelos con comportamiento frgil, ste presenta una resistencia mxima (mximo punto de la curva) y una resistencia residual (o resistencia ltima) que ocurre a mayores deformaciones de corte. Cualquiera de los dos valores puede ser usado para el diseo, dependiendo del tipo de problema a resolver. Para un determinado tipo de suelo no existe una nica curva esfuerzodeformacin, ya que sta depende de factores como esfuerzo de confinamiento, tasa de deformacin, entre otros. El criterio de falla Mohr-Coulomb nos permite utilizar los resultados de laboratorio ( y ) en el anlisis geotcnico.

Este anlisis puede hacerse en trminos de esfuerzos efectivos o totales. Anlisis en Trminos de Esfuerzo Efectivo. La resistencia al corte del suelo es desarrollada solamente por las partculas y no por el agua, por lo tanto es razonable evaluar la resistencia en trminos de esfuerzos efectivos.

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Anlisis en Trminos de Esfuerzos Totales. y El anlisis basado en esfuerzos efectivos es posible solamente si podemos estimar o medir los esfuerzos efectivos en terreno. Esto puede ser complicado cuando hay excesos de presin de poros, ya sea por efectos de la consolidacin o por comportamiento no drenado durante la carga. y Debido a estas complicaciones es necesario a veces evaluar la resistencia basada en esfuerzos totales, utilizando los parmetros resistencia al corte es por lo tanto: y . La ecuacin de la

y Este mtodo asume que el exceso de presin de poros desarrollado en laboratorio es el mismo que se desarrollar en el terreno. y Pero se debe recordar que la resistencia al corte depende de los esfuerzos efectivos. 10.-TRAYECTORIA DE ESFUERZOS. En la prueba edomtrica, la relacin entre y es y el suelo desarrolla

esfuerzos y deformaciones tangenciales, al igual que compresiones y cambios de volumen, pero como est Impedido a Fallar por Corte, la deformacin principal se debe a compresin. La friccin lateral perturba el estado unidimensional de deformacin. ( = Coeficiente de presin de tierras en reposo).

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En el corte directo la fuerza T se aplica a una u otra velocidad, controlada. El estado de carga es al aplicar N. Luego se aplica T y por lo tanto aumentan p y y . Si es rpido (no q, pero su medicin no se hace viable. En arcillas, el ensayo drenado (D), supone una aplicacin demasiado lenta de T, para permitir evaluar drenado), se evalan y ; (D). puede variar. Una arena suelta se compacta y una

En cargas repetidas,

densa se dilata, obteniendo un , mayor o menor, al de carga esttica. En triaxial, se puede romper la muestra por traccin ( compresin ( ), llegndose al mismo valor de ) o por

o a uno mayor en 4, en

deformacin plana (

), prueba de mayor inters realista.

La humedad en la prueba de corte, para arena seca o saturada, afecta poco el valor de y la cohesin por capilaridad en esa prueba carece de importancia.

La compresin istropa pura es rara en la realidad, mientras la confinada es muy corriente en la naturaleza. Para una variacin de que en la compresin confinada. , la variacin del octadrico es mayor en la

compresin istropa, por lo que la deformacin volumtrica tambin resulta mayor,

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Grafico N1.-Trayectoria de Esfuerzos.

11.-METODOS PARA LA DETERMINACION DE LA RESISTENCIA. Arcillas Normalmente Consolidadas de Baja o Moderada Sensibilidad. La figura (a) muestra resultados de un ensayo (compresin) en una arcilla normalmente consolidada a distintas presiones de cmara. Es posible normalizar las curvas q/p'c vs (figura b).

La figura (a) muestra q vs p' en tensiones efectivas (ensayo en compresin). La figura (b) muestra el cambio de p' a volumen constante (e no cambia) de tres muestras con presiones de cmara distintas.

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La relacin de vacios inicial est determinada por la curva de consolidacin (isotrpica). La lnea de estado ltimo (LEU) o de estado crtico es la misma que se obtiene en el caso drenado.

(a) LEU

(b)

Arcillas Ultrasensitivas. Son arcillas que pierden su resistencia al ser remoldeadas. El mecanismo del colapso es an debatido. Se propone que el mecanismo se debe al contacto meta estable de la arcilla. Lo ms reciente sugiere que la arcilla correspondera a polvo de roca unido por un cemento dbil que puede existir en estado slido y lquido al mismo contenido de humedad.

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Es un slido a bajas tasas de strain y lquido a alta (shock). Son sensibles al remoldeo sufriendo prdida de resistencia al cizalle por dao en la estructura original. Se define como la razn: A/B A= resistencia (no drenada) en estado no perturbado y B= resistencia (no drenada) en estado remoldeado (al mismo contenido de humedad). La mayora de las arcillas tiene sensitividad Arcillas sensitivas Arcillas extrasensitivas Quick clays 4-8 8-16 >16 (hasta 100). 1-4

Arcillas Preconsolidadas con Fisuras. Las arcillas fuertemente preconsolidadas (con relaciones de preconsolidacin mayores de 6) y con ndices de plasticidad mayores que 40 requieren un estudio especial. Estos materiales casi siempre tienen juntas y superficies de resbalamiento; la presencia de estos defectos puede controlar la resistencia de todo el depsito. La excavacin produce frecuentemente deformaciones suficientes para inducir expansin y degradacin de los materiales; aun las pequeas deformaciones por cortante, producidas por el aumento de esfuerzos pueden abrir las juntas y superficies de resbalamiento y causar reblandamiento.

Las siguientes figuras muestran trayectorias de esfuerzos efectivos con muestras previamente consolidadas bajo p'=8.4 kg/cm2. En muestras preconsolidadas se desarrollan presiones de poros negativas => aumento en los esfuerzos efectivos.

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Arcillas Preconsolidadas Intactas. En una arcilla preconsolidada cargada en condiciones no drenadas la trayectoria sigue la trayectoria BC en el plano e-p'. El efecto de preconsolidacin se traduce en una mayor resistencia al corte => se genera una cohesin y una disminucin del ngulo de friccin con respecto al caso normalmente consolidado.

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CONCLUSION. El estudio de los suelos, es un aspecto fundamental a considerar, al momento de disear cualquier tipo de obra civil, que se quiera construir sobre un suelo, ya que nos brinda toda la informacin necesaria sobre la caracterizacin del suelo donde se va a realizar la obra, de manera tal, que esta pueda ser diseada y construida, en base a las condiciones propias de los suelos, para as brindar y garantizar seguridad y proteccin necesarias al propietario de la obra, a quienes la ejecutan, y al mas importante, el usuario final de la misma. Para poder cumplir con ello, se requiere tener el conocimiento fundamental que permita llevar a cabo los mismos, como el mostrado anteriormente en esta investigacin.

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ANEXOS.

Anexo 1. Resistencia a los Cortes.

Anexo 2. Resistencia a los Cortes en Estabilidad de Taludes.

Anexo 3. Resistencia a los Cortes en Muros de Contencin. 45

Anexo 4. Criterio de Falla Mohr-Coulomb.

Anexo 5. Ensayo Triaxial.

Anexo 6. Ensayo Triaxial. 46

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