mecanica de suelos

1. Presion lateral de
suelos y ensayo de
corte directo
Facultad de ingenieria
Escuela profesional de ingenieria civil
Catedratico : Ing. Pedro Valerio Maquera Cruz
Estudiante : Jean Pol Vargas Vargas

2. INTRODUCCION
En ocasiones las construcciones civiles exigen que en un determinado
terreno de superficie infinita, sea retirado parte del macizo, sustituyendo
su acción con la introducción de un elemento vertical rígido. Si el elemento
situado esta estático, no se desplaza horizontalmente y por ende la masa
de suelo no sufre deformaciones (ni de tracción ni de compresión). Si el
elemento rígido se desplaza, alejándose progresivamente del suelo, el
macizo sufrirá deformaciones de tracción; de lo contrario, o sea, si el
elemento empuja contra el macizo comprimiéndolo, las deformaciones
son de compresión.
Existirán entonces dos tipos de empujes, los que llamaremos a seguidas
empuje activo, cuando las deformaciones horizontales que sufre el suelo
son de tracción, y empuje pasivo, cuando las deformaciones horizontales
son de compresión .

3. Presión lateral del suelo
Presión lateral del suelo es
la presión que el suelo ejerce
en el plano horizontal. Las
aplicaciones más comunes
de la teoría de presiones
laterales en suelos son el
diseño de estructuras
cimentadas como muros de
tierras, zapatas, túneles y
para determinar la fricción
del terreno en la superficie
de cimentaciones profundas.

4. El diseño y construcción apropiada de
esas estructuras de retención
requieren un pleno conocimiento de
las fuerzas laterales que actúan entre
las estructuras de retención y las
masas de suelo que son retenidas.
Esas fuerzas laterales son causadas
por la presión lateral de la tierra. Este
tema se dedica al estudio de varias
teorías sobre la presión de tierra.
En los modelos simplificados se
asumen, para el análisis, condiciones de
strain plano es decir, los strains en la
dirección longitudinal a la estructura se
consideran cero.
Importancia del esfuerzo cortante del suelo

5. PRESION O EMPUJE DE TIERRA EN REPOSO
Como ya se conoce, un punto dentro de una masa
de suelo a una profundidad (Z) dada estará
sometido a una presión vertical σv = ɣ*Z, debido a la
propia sobrecarga natural y a su vez, producto del
confinamiento a una presión horizontal (σh), que no
es más que un por ciento de la presión anterior (σv).
Como no hay posibilidad de desplazamiento lateral,
se produce una condición de equilibrio conocida
como condición k0 (coeficiente de empuje en
reposo).
Luego podemos decir que:
Empuje de tierra en reposo es el empuje inicial que
ejerce un terreno en la dirección horizontal antes de
ser excavado, o antes de que un muro adosado a él
experimente movimiento alguno.

6. PRESION O EMPUJE DE TIERRA ACTIVO
El estado activo del suelo, ocurre cuando existe una
relajación en la masa que le permite moverse hacia
fuera del espacio confinado, por ejemplo cuando un
muro de tierra se rompe, y el suelo falla al extenderse.
Ésta es la presión mínima a la que el suelo puede ser
sometido para que no se rompa. Al contrario el estado
pasivo ocurre cuando la masa de suelo está sometida a
una fuerza externa que lleva al suelo a la tensión límite
de confinamiento.
El estado activo ocurre cuando existe una relajación en
la masa de suelo que lo permite moverse hacia fuera
del espacio que limitaba la tensión del suelo (por
ejemplo un muro de tierra que se rompe); esto es que el
suelo está fallando por extenderse. Ésta es la presión
mínima a la que el suelo puede ser sometida para que
no se rompa.

7. TEORÍAS DE RESISTENCIA
Teoria de Coulomb Teoria de Rankine

8. TEORÍA DE RANKINE
La teoría de Rankine, desarrollada en
1857, es la solución a un campo de
tensiones que predice las presiones
activas y pasivas del terreno. Esta solución
supone que el suelo está cohesionado,
tiene una pared que está friccionando, la
superficie suelo-pared es vertical, el plano
de rotura en este caso sería planar y la
fuerza resultante es paralela a la
superficie libre del talud. Las ecuaciones
de los coeficientes para presiones activas
y pasivas aparecen a continuación.
Observe que φ' es el ángulo de rozamiento
del suelo y la inclinación del talud
respecto a la horizontal es el ángulo β.
Para el caso en que β sea 0,
las ecuaciones de arriba se
simplifican como:

9. TEORÍA DE COULOMB
Coulomb fue el primero en estudiar
el problema de las presiones
laterales del terreno y estructuras
de retención. Coulomb se limitó a
usar la teoría de equilibrio que
considera que un bloque de terreno
en rotura como un cuerpo libre (o
sea en movimiento) para determinar
la presión lateral limitante. La
presión limitante horizontal en fallo
en extensión o compresión se
determinan a partir de las
constantes Ka y Kp respectivamente.

10. RELACION DE BELL
Para suelos con cohesión Bell
desarrolló una solución analítica
que usa la raíz del coeficiente K
para predecir la contribución de la
cohesión a la presión resultante.
Estas ecuaciones expresan las
presiones horizontales totales. El
primer término representa la
contribución no cohesiva y el
segundo término la contribución
cohesiva. La primera ecuación es
para una situación activa y la
segunda para una situación pasiva:

11. Diagramas para la distribucion de la presion
lateral de tierra contra muros de retencion
Relleno. Suelo sin cohesión con superficie horizontal del terreno
Caso activo: La figura muestra un muro
de retención con relleno de suelo sin co-
hesión que tiene una superficie
horizontal en el terreno. El peso
específico y el ángulo de fricción del
suelo son ɣ y Φ, respectivamente. Para
el estado activo de Rankine.

12. Caso pasivo: La distribución de la presión lateral contra un
muro de retención de altura H para el estado pasivo de
Rankine . La presión lateral de la tierra a cualquier
profundidad Z, C= 0 es:
𝜎 𝑝 = 𝜎 𝑝
′
= 𝐾 𝑝 𝛾𝑍
La fuerza total Pp, por longitud unitaria de muro es:
𝑃𝑝 =
1
2
𝐾 𝑝 𝛾𝐻2

13. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
INTRODUCCION:
En el aparato de corte directo se
intenta conseguir la rotura de una
muestra según un plano
predeterminado, con el fin de poder
conocer experimentalmente los
parámetros de cohesión y ángulo de
rozamiento que nos definen la
resistencia del suelo granular

14. ✓ El aparato de corte directo consta de una semicaja inferior y otra superior,
móviles una respecto de la otra, entre las que se coloca la muestra de suelo, la
cual evita el contacto de las dos semicajas.
✓ Las semicajas están provistas de unas chapas dentadas para asegurar una
buena adherencia con la muestra.
✓ La semicaja superior consta de un marco y de una tapadera que actúa de pistón
para aplicar fuerzas verticales mediante pesos colocados en el aparato. La
disposición de comparadores entre el pistón y el marco permiten medir las
variaciones de altura.
✓ En el ensayo se comienza por aplicar una carga vertical de compresión (P),
leyéndose las deformaciones verticales con el cuadrante correspondiente. A
continuación, se introducen esfuerzos horizontales (Q), según el plano de
separación de las dos armaduras, que debe coincidir sensiblemente con el plano
horizontal, y se anotan las deformaciones horizontales producidas.
✓ Puesto que la muestra rompe por el plano horizontal, las tensiones en dicho
plano proporcionan un punto de la curva de resistencia.
MATERIALES Y METODOS

15. MATERIALES Y METODOS
✓ El aparato de corte directo consta de una semicaja inferior y otra superior,
móviles una respecto de la otra, entre las que se coloca la muestra de suelo, la
cual evita el contacto de las dos semicajas.
✓ Las semicajas están provistas de unas chapas dentadas para asegurar una
buena adherencia con la muestra.
✓ La semicaja superior consta de un marco y de una tapadera que actúa de pistón
para aplicar fuerzas verticales mediante pesos colocados en el aparato. La
disposición de comparadores entre el pistón y el marco permiten medir las
variaciones de altura.
✓ En el ensayo se comienza por aplicar una carga vertical de compresión (P),
leyéndose las deformaciones verticales con el cuadrante correspondiente. A
continuación, se introducen esfuerzos horizontales (Q), según el plano de
separación de las dos armaduras, que debe coincidir sensiblemente con el plano
horizontal, y se anotan las deformaciones horizontales producidas.
✓ Puesto que la muestra rompe por el plano horizontal, las tensiones en dicho
plano proporcionan un punto de la curva de resistencia.

16. CARACTERISTICAS
✓ El ensayo de corte directo es
adecuado para la determinacion
relativamente rapida de las
propiedades de resistencia de
materiales drenados y
consolidados. Debido a que las
trayectorias de drenaje a traves de
las muestras son cortas, se
permite que el exceso de presion
en los poros sea disipado mas
rapidamente que con otros
ensayos drenados. El ensayo
puede ser hecho en todo tipo de
suelos inalterados.

17. CARACTERISTICAS
✓ Los resultados del ensayo son
aplicables para estimar la
resistencia al corte en una
situacion de campo donde ha
tenido lugar una completa
consolidacion bajo los esfuerzos
normales actuantes. La ruptura
ocurre lentamente bajo en
condiciones drenadas, de tal
manera que los excesos de
presion en los poros no quedan
disipados

18. CARACTERISTICAS
✓ Durante el ensayo de corte hay
rotación de los esfuerzos
principales, lo que puede
corresponder a las condiciones de
campo. Aun mas, la ruptura puede
no ocurrir en un plano de
debilidad, puesto que ella tiene
que ocurrir cerca de un plano
horizontal en la parte media del
espécimen. La localización fija del
plano de ruptura en el ensayo
puede ser una ventaja en la
determinación de la resistencia al
corte a lo largo de planos
reconocidamente débiles dentro
del material del suelo.

19. CARACTERISTICAS
✓ Los esfuerzos de corte y los
desplazamientos no es tan
distribuidos uniformemente
dentro de la muestra y no puede
definirse una altura apropiada
para calcular las deformaciones
de corte o cualquier otra cantidad
asociada de interés en geotecnia.
La baja velocidad de
desplazamiento asegura la
disipación de los excesos de
presión de los poros pero también
permite el flujo plástico de suelos
cohesivos blandos .

20. CARACTERISTICAS
✓ El intervalo de los esfuerzos
normales, la velocidad de
deformación y las condiciones
generales del ensayo deben ser
seleccionadas para reflejar las
condiciones especificas del suelo
que se están investigando .

21. ✓ Se ensambla la caja de corte con los marcos alineados y se bloquea. Se
aplica una capa de grasa entre los marcos para lograr impermeabilidad
durante la consolidación y reducir la fricción durante el corte.
✓ Se introduce la muestra de ensayo con sumo cuidado. Se conecta el
dispositivo de carga y se ajusta el dial para medir tanto la deformación
durante el corte, como el cambio del espesor de la muestra y luego se
determina el espesor inicial. La costumbre de humedecer las piedras
porosas antes de la colocación y aplicación de la fuerza normal sobre las
muestras, dependerá del tipo de problema en estudio. Para muestras
inalteradas obtenidas bajo el nivel freático, deben humedecerse las
piedras.
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

22. ✓ Para suelos expansivos se debe efectuar el humedecimiento después de la
aplicación de la fuerza normal, para evitar expansiones que no son
representativas de las condiciones de campo.
✓ Se debe permitir una consolidación inicial de la muestra bajo una fuerza
normal adecuada. Después de aplicar la fuerza normal predeterminada, se
llena el depósito de agua hasta un nivel por encima de la muestra,
permitiendo el drenaje y una nueva consolidación de la misma. El nivel del
agua se debe mantener durante la consolidación y en las fases siguientes de
corte de tal manera que la muestra esté saturada en todo momento.
✓ •La fuerza normal que se aplique a cada una de las muestras depende de
la información requerida. Un solo incremento de ella puede ser apropiado
para suelos relativamente firmes. Para los demás suelos pueden ser
necesarios varios incrementos con el objeto de prevenir el daño de la
muestra. El primer incremento dependerá de la resistencia y de la
sensibilidad del suelo. En general, esta fuerza no debe ser tan grande que
haga fluir el material constitutivo de la muestra por fuera del dispositivo de
corte.
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

23. ✓ Durante el proceso de la consolidación deben registrarse las lecturas de
deformación normal, en tiempos apropiados, antes de aplicar un nuevo
incremento de la fuerza.
✓ Cada incremento de la fuerza normal debe durar hasta que se complete la
consolidación primaria. El incremento final debe completar la fuerza normal
especificada.
✓ Se representan gráficamente las lecturas de la deformación normal contra
el tiempo.
✓ Corte de la muestra. Luego de terminada la consolidación se deben soltar
los marcos separándolos aproximadamente 0.25 mm (0.01"), para permitir
el corte de la muestra.
✓ Se debe aplicar la fuerza de corte lentamente para permitir la disipación
completa del exceso de presión de poros.
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO