Tema 2 Esfuerzos Totales y Efectivos

7/28/2019 Tema 2 Esfuerzos Totales y Efectivos

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UNIVERSIDAD RICARDO PALMA

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS Y ASFALTO

FACULTAD DEINGENIERA

MECNICA DE SUELOS II


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TEMA 2

PROFESOR: Ing. OSCAR DONAYRE CRDOVA

Principio deEsfuerzo Total yEfectivo en Suelos


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Las fuerzas que actuan entre partculas individuales del

suelo real, evidentemente, hace imposible el estudio de lasfuerzas existentes en cada punto de contacto. Ya que las

presiones reales dentro de la masa de suelos son

anisotpicas. Por lo que es necesario emplear el conceptode ESFUERZO.

Es as que el concepto de esfuerzo aplicado a los suelos, se

entiende como los esfuerzos que existen en una masa desuelo debido: peso propio, al efecto de la presencia de

agua en el suelo, al efecto transmitido de las cargas

externas, descargas aplicadas y por ltimo se harnrepresentaciones geomtricas tiles para comprender elestado de esfuerzos en un punto de una masa de suelo.


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ESFUERZOS GEOSTTICOSEl sistema de esfuerzos correspondiente al peso propio del

suelo suele ser complicado. Sin embargo, existe laidealizacin en el que el peso del suelo da lugar a un

sistema de esfuerzos muy sencillo: cuando la superficie del

terreno es horizontal y cuando la naturaleza del suelo varamuy poco en direccin horizontal. Presentndose este caso

muy frecuentemente, en especial en suelos de origen

sedimentario. En tal caso, los esfuerzos se denominangeostticos.

En lo descrito anteriormente se considera que no existen

esfuerzos tangenciales sobre planos verticales yhorizontales trazados a travs del suelo. Por lo que el

esfuerzo vertical geosttico se calcula considerando el

peso de suelo por encima de dicha profundidad.


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Nivel del Terreno (N.T.)

h : Peso Unitario del suelo

En suelos losesfuerzos decompresin seconsideranmatemticamente

como cantidadespositivas.

Esfuerzos TotalesEl esfuerzo vertical total (v) en un punto es el esfuerzoproducto del peso de los materiales componentes del suelo

(es decir el geosttico) que se encuentran por encima del

punto considerado.v = hDonde: es el peso unitario del suelo

h es la distancia del punto a la superficie del terreno


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Caso aEl esfuerzo vertical total (

v

) cuando el nivel freticocoincide con la superficie del terreno

v = sat hwDonde: sat peso unitario del suelo saturado

Caso b

El esfuerzo vertical total (v)cuando el nivel fretico est porencima de la superficie delterreno

v = w h1 + sat h2Donde: sat peso unitario del suelosaturado

N.T.

h2

sat

h1

v

w

N.F.


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N.T.

h d

v

Caso c (experimental)El esfuerzo vertical total (v)cuando el suelo est seco

v = d hDonde: d peso unitario seco

N.T.

h

v

Caso d

El esfuerzo vertical total (v)cuando el suelo est parcialmentesaturado

v

= h

Donde: peso unitario hmedo oparcialmente saturado

> 0

S 100%


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Caso generalEl esfuerzo vertical total (v) cuando el terreno estconformado por varios estratos o capas de suelosv = w h1 + sat1 h2 + sat2 h3Donde: sat1 peso unitario del suelo saturado tipo 1

sat2 peso unitario del suelo saturado tipo 2

N.T.

h2 sat 1

h1

v

w

N.F.

h3 sat 2


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Concepto de Presin de poro, presin neutra,presin intersticial o esfuerzo neutro ()

Es la presin existente en el agua presente en los

intersticios, vacios o poros de un suelo saturado. Por lo que

se considera como un esfuerzo isotrpico dentro de lamasa de suelo.

En el caso que no exista flujo de agua la presin de poroses igual a la presin hidrosttica. Por lo que la presinintersticial () en un punto determinado es igual al peso

unitario del agua multiplicado por la distancia (hw) del puntoal nivel fretico.

= w

hw


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Para obtener informacin de los nivelesfreticos se pueden utilizar las siguientesalternativas, dependiendo de las

caractersticas del estudio.Los observaciones se pueden hacer mediante:

a) Pozos existentes; b) Superficies de agualibre (lagos, ros, canales, manantiales o

puquios, pantanos, vertientes, etc.); c) Tubos

de observacin especialmente instalados paratal propsito.


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Pozos de observacin del nivel fretico

A) Pozo sin tubo B) Pozo entubado


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N.T.

h2

h1

Suelo 1

Suelo 2

En el caso cuando el N.F. coincide con la superficie

del terreno, el esfuerzo neutro () ser: = w hw = w (h1+h2)

N.F.


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N.T.

h2

h1

Suelo 1

Suelo 2

En el caso cuando el N.F. se encuentra por

debajo de la superficie del terreno, el esfuerzoneutro () ser:= w hw = w (h1+h2-ho)

hw

hoN.F.


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Concepto de Ascencin Capilar en Suelos

En una masa de suelo, los espacios vacos o intersticiosinterconectados pueden comportarse como tubos capilaresde diversos dimetros. Por lo que la fuerza de tensinsuperficial puede ocasionar que el agua en el sueloascienda por arriba del nivel fretio. La altura deascencin capilar depender del dimetro de los tubos,esta ascencin capilar disminuir con el incremento del

dimetro de los tubos. Como estos en el suelo tienendimetros variables, la altura de la ascencin capilar noser uniforme. Siendo la en cualquier punto en la zona de

ascencin capilar aproximadamente a:= -S w h

Donde h= distancia medida hacia arriba desde el nivel fretico


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Nivel del agua

N.F.

Zona de ascencincapilar en el perfil del

suelo

h

Ascencin capilar

hch

A

La presin en el punto Adentro del tubo capilar,puede expresarse:

= -w

h (para h= 0 a hc

)

A i il l


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Ascencin capilar en suelos

En las arenas y suelos finos debido al pequeo tamao de los

poros o vacos se produce el fenmeno de ascensin capilar.Cumplindose el principio siguiente mientras ms pequeosson los poros la altura a la que asciende el agua por encima delnivel fretico es mayor. A continuacin se dan valores de laaltura de ascencin capilar (hc) expresada en metros para lossuelos indicados en la tabla:

10.00Arcilla

2.50 12.001.50 10.00Limo

0.40 3.500.30 2.00Arena fina

0.35 1.100.12 0.50Arena media

0.04 0.150.03 0.12Arena gruesa

Denso

Cr: 70% 85%

Suelto

Cr: 15% 35%

Tipo de Suelo

C t d E f Ef ti


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Concepto de Esfuerzo EfectivoConsidere un esfuerzo vertical en un

punto A situado a una profundidad h1+h2debajo de la superficie del terreno. Elesfuerzo vertical total en el punto A es:

A = h1 + h2satLuego se denomina esfuerzo efectivo

vertical en A (A) a la diferencia entre elesfuerzo total en A menos la presin deporos en dicho punto, conocindose

tambin a esta presin efectiva comopresin intergranular:

A = h1 + h2sat -

N.T.

h2 sat

h1

A

N.F.

N.T.

h2 sat

h1

A

N.T.

h2 sat

h1

A

N.F.


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N.T.

h2 sat

h1

A

N.F.

A = h1 + h2sat - A = h1 + h2sat (h2)

Esfuerzo Efectivo en A (A ):


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Esfuerzo en CondicionesHidrodinmicas

Cuando existe movimiento o flujo de agua, laspresiones ya no se consideran hidrotticas sinoque pasan hacer presiones hidrodinmicas. En

este caso, para conocer los valores de laspresiones de poro es necesario medirlas insitu, lo que puede hacerse con la ayuda de lainstrumentacin geotcnica como son lospiezmetros.


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Piezmetro (Tubo abierto o Casagrande)Un piezmetro es una tubera de dimetro pequeo,

abierta en ambos extremos, generalmente noperforada (excepto en una seccin pequea, nosuperior a 10-20 cm), instalada revistiendo el pozotaladrado en el suelo de modo tal que no se produzcanfiltraciones entre la pared exterior del tubo y elsuelo y permitir que toda el agua que ingrese a suinterior lo haga slo por el extremo inferior.

Pi zm tr Tub Abi rt


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Piezmetro Tubo Abiertoo Casangrande

Instalacin de piezmetro


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Ranurado del

Tapa

Instalacin de piezmetro

Tubo

Arena


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Sonda de nivel

Piezmetro abiertode cermica


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OTROS TIPOS DEPIEZMETROS

LTIMA GENERACIN

PIEZMETROS NEUMTICOS


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PIEZMETROS NEUMTICOS

Piezmetros neumticos o de Diafragma Hidralica

Piezmetros neumticos y lectora de presiones


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Piezmetros neumticos y lectora de presiones

Piezmetros elctrico o de Cuerda Vibrante


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Piezmetros elctrico o de Cuerda Vibrante

P l d Pi t d T b


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Para el caso de Piezmetros de Tuboabierto o CasagrandeSi se empleara con fines de monitoreo geotcnico lospizmetros de tubo abierto o Casagrande, se podra

presentar los siguientes casos durante lainstrumentacin el cual se interpretara de lasiguiente manera:


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N.T.

A

N.F.

h1 = (hp)

No hay flujo

Cuando el nivel del agua en el tubo abierto

coincide con el N.F.En este caso la presin de poros es igual a la presinhidrosttica; por lo tanto no existe flujo ni movimiento

del agua:

hp


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se encuentra encima del N.F.En este caso la presin de poros es igual a la presinhidrodinmica; por lo tanto si existe flujo o movimiento

del agua:

h1

N.T.

A

N.F.

hp >h1

= (hp)

Existe flujoascendente

hp

C d l l d l l b b


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se encuentra por debajo del N.F.En este caso la presin de poros es igual a la presinhidrodinmica; por lo tanto si existe flujo o movimiento

del agua:

h1

N.T.

A

N.F.

hp


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RELACIN ENTREESFUERZOS

VERTICALES YHORIZONTALES

Relacin entre los esfuerzos horizontales y


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Relacin entre los esfuerzos horizontales yverticales

La relacin entre los esfuerzos horizontal yvertical se expresa por un coeficiente de esfuerzo

lateral o de presin lateraly se designa por elsmbolo k:

v

hk

=

Esta definicin de kse emplea indiferentementede que los esfuerzos sean geostticos o no. Es

comn inters la magnitud del esfuerzo geostticohorizontal en ese caso se habla del coeficiente depresin lateral en reposodenominado como k

o

Para el caso de suelos sedimentarios el cual est


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Para el caso de suelos sedimentarios el cual estformado por una acumulacin de sedimentos de

abajo a arriba, al aumentar el espesor de lossedimentos, se produce una compresin verticaldel suelo a todos los niveles debido al aumento del

esfuerzo vertical. Por esta razn, para undepsito de arena formado de esta manera, kosuele tener un valor comprendido entre 0.4 y 0.5

Por otro lado, existe evidencia de que el esfuerzohorizontal puede ser superior al vertical si un

depsito sedimentario ha tenido una cargaimportante en el pasado. En esta caso kopuedealcanzar valores de hasta 3.


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