CAPÍTULO 10 ESFUERZOS EN MASAS DE SUELO - unal.edu.co

1 ESFUERZOS en MASAS de SUELO Geomec nica - Cap tulo 10. CAP TULO 10. ESFUERZOS EN MASAS DE SUELO . Introducci n Se han visto aspectos relacionados con las deformaciones de un SUELO sometido a la acci n de fuerzas externas (caso del ed metro), y se ha integrado el efecto del agua a su comportamiento;. igualmente se han definido los l mites y estudiado las relaciones de fase del SUELO , visto como una estructura trif sica, compuesta por s lidos, agua y aire. Incremento de vol men LF. LF: L mite de fluidez. LL. LL y LP L mites l quido y pl stico. LP L quido L quido LR Pl stico viscoso IP = LL LP Rango de estado pl stico semi- S lido s lido IP LR: L mite de retracci n Incremento de vol men de agua Figura fases del SUELO En el estudio de capilaridad (Secci n ), se vio el efecto de contracci n de un SUELO arcilloso por p rdida de agua.

2 Tambi n en la secci n se discuti la actividad de las arcillas, ligada al estado pl stico del SUELO , por depender de la cantidad de agua adsorbida sobre las part culas del SUELO . La utilidad de los l mites es importante para clasificar suelos, pero tambi n cuando se tienen que resolver problemas geot cnicos relacionados con los cambios de volumen por la variaci n de humedad en el SUELO , frecuentes en taludes conformados por suelos arcillosos que sufren secado por el calor y el viento, se contraen, se agrietan y sufren la inestabilidad por deshidrataci n.

3 Un SUELO activo, expuesto a IP. A ( ). variaciones de humedad, puede desencadenar problemas de % en peso 2 . ingenier a por su inestabilidad volum trica. Pero el comportamiento de un SUELO sometido a ESFUERZOS , no es el mismo cuando la velocidad e intensidad de los ESFUERZOS var a. La consolidaci n ense a que, un SUELO que responde r gidamente a una carga s bita e instant nea, responder pl sticamente, ante una carga de largo plazo, en virtud de un proceso de drenaje que es controlado por la permeabilidad del SUELO . 172. ESFUERZOS en MASAS de SUELO Geomec nica - Cap tulo 10.

4 Asociaciones mec nicas con el tipo de curvas - . El stico Pl stico Elasto-viscoso Visco-Elastico Figura Curvas esfuerzo deformaci n Estructura del SUELO y ESFUERZOS La f brica textural del SUELO , tiene dos posibilidades extremas: es floculada como los suelos marinos que presentan contacto borde cara, gracias a fuerzas de atracci n el ctrica, o dispersa cuando las part culas se Flocualda Dispersa disponen paralelas, porque se repelen el ctricamente. Al cargar un SUELO , los desplazamientos por Figura F brica textural del SUELO deformaci n de carga tienden a desplazar las part culas y los enlaces electroqu micos pueden deshacerse, para que la f brica estructural quede dispuesta en forma paralela.

5 El comportamiento mec nico depender de la Agua salada Agua dulce estructura del SUELO . El SUELO floculado ofrece mayor SUELO remoldeado permeabilidad, alta resistencia y baja compresibilidad, Suelos inalterados gracias a las fuerzas electroqu micas entre las Figura Estructura del SUELO part culas. Tabla Factores de comportamiento del SUELO . SUELO Factores de formaci n del SUELO Factores de comportamiento Naturaleza de los sedimentos ESFUERZOS Consolidado M todo de transporte y sedimentaci n Tiempo Naturaleza del medio de sedimentaci n Agua Naturaleza del SUELO Entorno f sico Compacto Energ a y tipo de compactaci n Perturbaci n.

6 Humedad de la muestra en obra Medio y factores intr nsecos. 173. ESFUERZOS en MASAS de SUELO Geomec nica - Cap tulo 10. a. Presi n: Con el aumento de la presi n, aumenta la resistencia al esfuerzo cortante, disminuye la compresibilidad y se reduce la permeabilidad. Lo contrario, cuando disminuye la presi n de confinamiento de un SUELO , despu s de retirar cargas (de SUELO u otras). Si el SUELO est en equilibrio, bajo la misma presi n que ha experimentado en su historia geol gica, se denomina SUELO normalmente consolidado (NC). En el canal de Panam , las lutitas de los taludes fallaron porque, despu s de las excavaciones, perdieron la resistencia al cortante.

7 B. Tiempo: Esta variable tambi n influye en el comportamiento, como las presiones, la humedad y las condiciones del medio. El agua puede salir por efecto de las cargas, y los ESFUERZOS son asumidos por el SUELO . Las reacciones qu micas y otros procesos de degradaci n, requieren tiempo, y tambi n la velocidad de aplicaci n de las cargas condicionan el tipo de respuesta del SUELO . c. Agua: Los dos efectos principales sobre el SUELO , causados por el agua, son: la reducci n de la cohesi n entre las part culas arcillosas y la modificaci n de los ESFUERZOS del SUELO al aumentar la presi n de poro U y disminuir el esfuerzo efectivo.

8 La arcilla, en estado seco es resistente y sumergida no. d. El entorno: Tambi n puede condicionar y modificar el comportamiento: la naturaleza del fluido intersticial y la temperatura de una arcilla sedimentaria o compactada, pueden variar en el tiempo. Si la arcilla era marina, por lixiviaci n, el flujo primitivo se hace menos salino y con ello, se reduce la fuerza de atracci n electrost tica entre part culas del SUELO , variando su resistencia al corte, la arcillas sensitivas, que son de elevada susceptibilidad a los fen menos de lixiviaci n, son de naturaleza marina, depositadas en alto grado por floculaci n; pero si el lavado reduce los enlaces cara borde, la arcilla tiende a la dispersi n y el SUELO , a presentar fallas por cortante.

9 V v v N. T. h h N= cte 0= h= v v v v> h 0. G = zx/ zx = 0/3 z D = v/ z = z / z D . Figura Pruebas comunes de esfuerzo deformaci n 174. ESFUERZOS en MASAS de SUELO Geomec nica - Cap tulo 10. ESFUERZO VERTICAL Y HORIZONTAL ( SUELO drenado). En un elemento de SUELO , a una profundidad Z, se puede considerar las fuerzas normales N y tangenciales T que, sobre sus caras, carga las part culas de SUELO : sea h la direcci n horizontal y v la direcci n vertical. Entonces: NV Nh V ; h . a2 a2. ( ). T T. V V2 ; h h2. a a Elemento de SUELO de rea a x a = a2; (a 0). Figura ESFUERZOS en una masa de SUELO .

10 ESFUERZOS GEOST TICOS VERTICALES ( v) sobrecarga Los ESFUERZOS al interior del SUELO se generan por dos tipos de cargas: el peso propio del SUELO y el efecto de las cargas V T Z ( ) exteriores aplicadas al SUELO . Los ESFUERZOS geost ticos (verticales) son debidos al peso propio del SUELO ; y pueden variar con la profundidad, cuando var a el peso unitario del SUELO . Si T = 1,6 Ton/m3, para calcular V se tiene la siguiente tabla UNIDADES DE V UNIDADES DE Z EXPRESI N DE V. Libras / pie2 Pies V = 100 Z. Libras / pulgada2 Pies V = 0,694 Z. Kg / cm2 Metros V = 0,160 Z.