1.1 RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE (2).pdf

INGENIERÍA DE CIMENTACIONES
RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE
Área Geotecnia
• CI 707
• Ingeniería Civil – UPC

Caraterização física
Motivación
Presa W.A.C. Bennett (Canadá)
2
Área geotecnia

Motivación
Deslizamiento en Taiwán
3
Área geotecnia

Motivación
4
Área geotecnia

Introducción
Área geotecnia 5
Cambios de esfuerzos que producen ruptura del suelo
en campo

Objetivos
➢ Conocer el concepto de resistencia al corte
➢ Identificar el criterio de ruptura de los suelos
➢ Conocer los diferentes tipos de ensayo de laboratorio
para determinar la resistencia al corte del suelo
➢ Identificar las condiciones geotécnicas para la aplicación
de la resistencia al corte.
➢ Conocer los ensayos in situ para determinar la
resistencia al corte del suelo
6
Área geotecnia

Definición
➢ Resistencia al esfuerzo
cortantes, es la resistencia
que el suelo ofrece para
superar los esfuerzos de
corte aplicados.
➢ En la mecánica del suelo,
uno debe asegurarse de que
el esfuerzo cortante en
cualquier elemento del suelo
subyacente a una base poco
profunda, por ejemplo, sea
menor que la resistencia al
corte de ese suelo en
particular, con algún factor
de seguridad.
Área geotecnia 7

Mecanismos de resistencia
Los suelos son capaces de resistir esfuerzos cortantes debido a la
movilización de la resistencia en el contacto entre las partículas y por la
interferencia que impone la distribución estructural al promover un
desplazamiento relativo entre partículas.
Por lo tanto la resistencia al cortante del suelo es función de dos
componentes:
• Resistencia entre partículas – depende de la fricción entre partículas y
de la existencia o no de ligante físico – químico entre partículas
(Cohesión).
• Resistencia por superposición – resistencia adicional causada por la
diferencia de tamaños de partículas.
Área geotecnia 8
Resistencia
Resistencia entre partículas
Fricción f(s)
Cohesión (c)
Superposición - trabazón
(Interlocking)

Resistencia entre partículas
• Análogo al deslizamiento de un cuerpo rígido sobre una superficie
plana.
• El esfuerzo tangencial necesario para provocar el deslizamiento de
cuerpo (𝜏𝑓) depende del esfuerzo normal y el coeficiente de
fricción entre el cuerpo y plano.
• El mecanismo de la cohesión equivale a la resistencia de un
adhesivo entre las partículas (Función de adhesivo físico – químico.
Área geotecnia 9
𝜏𝑓 = σ𝑡𝑔𝜙 𝜏𝑓 = 𝑐

Resistencia por superposición - Se define como un trabajo adicional
necesario para mover las partículas ascendentemente, cuando se provoca
un desplazamiento horizontal de las partículas del suelo.
➢ La figura a muestra el caso de arena suelta; cuando los granos se
mueven horizontalmente en la línea A-A, el esfuerzo realizado
vence exclusivamente la resistencia entre granos.
➢ La figura b, caso de una arena densa, existe un trabajo adicional
para superar la trabazón entre granos provocando una expansión
volumétrica (dilatancia - 𝛼) durante el corte.
Por lo tanto; cuanto mas denso es el suelo, mayor será el efecto de
superposición entonces el suelo presentará mayor resistencia.
Área geotecnia 10
𝜏𝑓 = σ𝑡𝑔 𝜙 + 𝛼
Mecanismos de fricción y superposición (adaptado de Budhu, 2000)

Análisis de esfuerzos en 2D – Círculo de Mohr
Área geotecnia
La figura muestra el estado general de esfuerzos que actúa sobre un elemento
de suelo. Los esfuerzos en cualquier plano orientado con un ángulo 𝛼 respecto
de la horizontal se expresa como:
𝐂𝐨𝐧𝐯𝐞𝐧𝐜𝐢ó𝐧 𝐝𝐞 𝐬𝐢𝐠𝐧𝐨𝐬
𝜎 en compresión
𝜏 antihorario
11

Área geotecnia
Los esfuerzos actuantes en el estado plano de esfuerzos, se pueden plotear en el
plano 𝝈 − 𝝉 representado gráficamente por el círculo de Mohr respetando la
convención de signos
𝐄𝐬𝐟𝐮𝐞𝐫𝐳𝐨𝐬 𝐩𝐫𝐢𝐧𝐜𝐢𝐩𝐚𝐥𝐞𝐬
𝜎1 =
𝜎𝑥 + 𝜎𝑦
2
+
𝜎𝑥 − 𝜎𝑦
2
2
+ 𝜏𝑥𝑦
2
𝜎3 =
𝜎𝑥 + 𝜎𝑦
2
−
𝜎𝑥 − 𝜎𝑦
2
2
+ 𝜏𝑥𝑦
2
12

Área geotecnia 13
𝐌é𝐭𝐨𝐝𝐨 𝐝𝐞𝐥 𝐏𝐨𝐥𝐨

Criterio de ruptura de Mohr - Coulomb
Área geotecnia
Mohr (1900) presentó la teoría para ruptura de materiales donde afirma que los
materiales se rompen por causa de la combinación entre el esfuerzo normal y de
corte, y no debido al máximo esfuerzo normal o de corte aisladamente,
presentando una relación entre el esfuerzo normal y de corte en un plano de
ruptura de la siguiente forma:
La envoltória de ruptura que define la ecuación anterior es una curva. En la
mayoría de problemas de mecánica de suelos, es suficiente aproximar el
esfuerzo de corte en el plano de ruptura para una función lineal de esfuerzo de
normal (Coulomb, 1776) de la siguiente forma:
Donde:
𝜏𝑓 = 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒
𝑐 = 𝑐𝑜ℎ𝑒𝑠𝑖ó𝑛
𝜙 = á𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎
𝜎 = 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 𝑎𝑙 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑢𝑝𝑡𝑢𝑟𝑎
14

Criterio de ruptura de Mohr - Coulomb
Área geotecnia
En un suelo saturado, el esfuerzo normal total en un punto está expresada
mediante:
El esfuerzo efectivo es soportado por los sólidos del suelo. Por lo tanto el
Criterio de ruptura de Mohr – Coulomb se expresa:
𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑐´𝑦 𝜙´ 𝑠𝑜𝑛 𝑝𝑎𝑟á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑎 𝑒𝑛 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑎 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜
15
Envoltoria de ruptura

Plano de ruptura causado por corte
Área geotecnia
El criterio de ruptura de Mohr-Coulomb establece que la ruptura por corte
ocurrirá cuando el esfuerzo de corte en un plano alcanza un valor determinado
por la curva de envoltoria. Puede ser representado en el círculo de Mohr a
través de los esfuerzos principales mayor y menor (𝛔′𝟏 𝐲 𝛔′𝟑)
16

Plano de ruptura causado por corte
En función a esfuerzos totales
17
Área geotecnia

18
➢ Son líneas que conectan una serie de puntos, cada uno de ellos representa un
estado de esfuerzo sucesivo sometido al cuerpo de prueba durante el ensayo
triaxial. Lambe (1964) propuso un tipo de representación de la trayectoria de
esfuerzos representada por el plano 𝒑 − 𝒒
➢Cada círculo de Mohr puede representarse por su punto superior que tiene las
coordenadas 𝒑 y 𝒒 de la siguiente manera.
Diagrama p – q (MIT)
Área geotecnia
𝑞 =
𝜎1 − 𝜎3
2
𝑝 =
𝜎1 + 𝜎3
2
= 𝜎3 + 𝑞
En términos totales
𝑞′ =
𝜎′1 − 𝜎′3
2
=
𝜎1 − 𝑢 − 𝜎3 − 𝑢
2
=
𝜎1 − 𝜎3
2
= 𝑞
𝑝′ =
𝜎′1 + 𝜎′3
2
= 𝜎′3 + 𝑞
En términos efectivos

19
Diagrama p – q (MIT)
Área geotecnia
𝑟 =
𝜎1 − 𝜎3
2
=
𝜎1 + 𝜎3
2
+ 𝑐. 𝑐𝑡𝑔𝜙 𝑠𝑒𝑛𝜙
𝜎1 − 𝜎3
2
=
𝜎1 + 𝜎3
2
𝑠𝑒𝑛𝜙 + +𝑐. 𝑐𝑜𝑠𝜙
𝑞 = 𝑝. 𝑠𝑒𝑛𝜙 + 𝑐. 𝑐𝑜𝑠𝜙
𝑠𝑒𝑛𝜙 = 𝑡𝑔𝛼

20
Esfuerzos Totales y Efectivos
Área geotecnia
Antes de discutir la obtención de los parámetros de resistencia al esfuerzo
cortante, es necesario conocer sobre las condiciones drenadas y no drenadas
del suelo y las trayectorias de tensiones totales (TTT) y efectivas (TTE)
Condición drenada: condición bajo el cual el agua fluye dentro o fuera de la masa
de suelo durante el tiempo de aplicación de algún cambio de carga.
En la condición drenada, el cambio de carga no causan cambios de la poro presión
en los vacíos del suelo ya que el agua puede fluir libremente cuando el volumen de
vacíos aumenta o disminuye en respuesta al cambio de carga.
Condición no drenada: Condición bajo el cual no hay flujo de agua dentro o fuera
de la masa de suelo durante el tiempo en que el suelo está sujeto a cambios de
carga.
El cambio de carga causan cambio en la poro presión del suelo porque el agua no
puede entrar o salir en respuesta al cambio del volumen de vacíos.

Ensayos de laboratorio
Ensayo de corte directo
21
Área geotecnia
Ensayo de compresión triaxial

ENSAYO DE CORTE DIRECTO
22
Área geotecnia
https://www.youtube.com/watch?v=L1fWPypBP0g

Ensayos de laboratorio – Corte Directo
➢Es el más antiguo y el más simple para determinar los parámetros de corte.
➢Los cuerpos de prueba pueden tener forma circular o cuadrados.
➢El tamaño de los cuerpos de prueba generalmente son de 51mm X 51mm o
102mm X 102mm de extensión y 25 mm de espesor.
➢En este ensayo se predetermina el plano de falla de forma horizontal
➢La fuerza normal es aplicado de forma constante por la parte superior de la
caja metálica de corte
➢La fuerza de corte es aplicado al mover una mitad de la caja de corte de tal
forma de provocar la ruptura del cuerpo de prueba.
➢Dependiendo del equipamiento, el ensayo puede ser de carga controlada o de
deformación controlada.
o En el ensayo de carga controlada, la fuerza de corte es aplicada en incrementos iguales
hasta la ruptura.
o En el ensayo de deformación controlada, se aplica una rasa constante de desplazamiento
de corte.
23
Área geotecnia

24
Resistencia al
corte pico
𝝉
𝛿𝑥
Resistencia al corte
residual
Arena densa o arcilla
sobre-consolidada
Arena suelta o arcilla
normalmente consolidada
𝝉𝒑
𝝉𝒓
𝛿𝑥
compresión
dilatación
Arena suelta o arcilla
normalmente consolidada
Arena densa o arcilla
sobre-consolidada
𝛿𝑧
Área geotecnia
𝜎 =
𝐹𝑧
𝐴𝑆
𝜏 =
𝐹𝑥
𝐴𝑠
𝐄𝐬𝐟𝐮𝐞𝐫𝐳𝐨 𝐧𝐨𝐫𝐦𝐚𝐥
𝐃𝐞𝐬𝐩𝐥𝐚𝐳𝐚𝐦𝐢𝐞𝐧𝐭𝐨 𝐝𝐮𝐫𝐚𝐧𝐭𝐞 𝐞𝐥 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐞
𝐄𝐬𝐟𝐮𝐞𝐫𝐳𝐨 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐚𝐧𝐭𝐞

25
Muestra de suelo
𝐹𝑥
𝐹𝑥
𝛿𝑧
𝛿𝑥
𝐹1
Muestra de suelo
𝐹𝑥
𝐹𝑥
𝛿𝑧
𝛿𝑥
𝐹2
Muestra de suelo
𝐹𝑥
𝐹𝑥
𝛿𝑧
𝛿𝑥
𝐹3
𝝉
𝛿𝑥
𝝈´𝟏
𝝈´𝟐
𝝈´𝟑
𝝉𝟏
𝝉𝟐
𝝉𝟑
Área geotecnia
𝐄𝐬𝐟𝐮𝐞𝐫𝐳𝐨 𝐝𝐞 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐞 𝐯𝐬 𝐝𝐞𝐬𝐩𝐥𝐚𝐳𝐚𝐦𝐞𝐢𝐧𝐭𝐨 𝐡𝐨𝐫𝐢𝐳𝐨𝐧𝐭𝐚𝐥

26
𝝉
𝝈´
𝝉𝟏
𝝉𝟐
𝝉𝟑
𝝈´𝟏
𝝈´𝟐
𝝈´𝟑
𝝓´𝒑
𝝓´𝒓
𝒄´𝒓
𝒄´𝒑
Resistencia pico
Resistencia residual
𝐏𝐚𝐫á𝐦𝐞𝐭𝐫𝐨𝐬 𝐝𝐞 𝐫𝐞𝐬𝐢𝐬𝐭𝐞𝐧𝐜𝐢𝐚 𝐚𝐥 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐞
Área geotecnia

27
𝐏𝐚𝐫á𝐦𝐞𝐭𝐫𝐨𝐬 𝐝𝐞 𝐫𝐞𝐬𝐢𝐬𝐭𝐞𝐧𝐜𝐢𝐚 𝐚𝐥 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐞
Área geotecnia

Desventajas
➢ No se tiene el control sobre el drenaje, no se puede medir la presión de los poros
• por lo tanto, el ensayo debe ejecutar muy lentamente para evitar inducir corte
debido a la presión de poro
• en este caso ∆u = 0 y σ´ = 𝜎
➢ El plano de corte en predeterminado
• el suelo no puede fallar donde quiere sino que debe fallar en el plano horizontal
➢ El estado de tensión en el plano de falla es más complicado que el modelo simple
mostrado.
➢ No se puede medir la deformación. No se conoce el estado esfuerzo-deformación.
28
Área geotecnia

29
ENSAYO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL
https://www.youtube.com/watch?v=7Hh45k1gqjU
Área geotecnia

30
➢ Es uno de los métodos más confiables para determinar los parámetros de
resistencia al corte del suelo.
➢ Es utilizado ampliamente para investigación y ensayos convencionales.
➢ Generalmente es utilizado con cuerpos de prueba cilíndricas de 50 mm de
diámetro y 150 mm de altura.
➢ El cuerpo de prueba es envuelta por membrana y colocada dentro de la
cámara cilíndrica, normalmente llena de agua.
➢ El cuerpo de prueba se somete a una presión de confinamiento por
compresión mediante el fluido que se encuentra dentro de la cámara.
➢ para provocar la ruptura por corte, se debe aplicar una carga axial por medio
del pisón de carga vertical (esfuerzo desviador), esta carga se puede aplicar de
dos formas:
➢ Aplicación de presión hidráulica en incrementos iguales hasta la ruptura (La deformación
axial es registrada por medio de un extensómetro)
➢ Aplicación de deformación axial, a una tasa constante, por medio de una prensa de carga
mecánica o hidráulica. Este también es un ensayo de deformación controlada.
Ensayos de laboratorio – Compresión Triaxial

Etapa 1: Confinamiento
31
Muestra
de suelo
control de
presión
de cámara
(𝜎3 > 0)
Válvula
𝜎1 = 𝜎3
𝑢 = 0
➢ Se establece la condición de esfuerzo
inicial mediante la presión de celda.
𝜎3 incrementa.
➢ Existe dos posibles condiciones de drenaje:
➢ Drenado – consolidado (se satura la
muestra previamente)
➢ No drenado – no consolidado
➢No consolidado, símbolo U
➢ Válvula de drenaje cerrada
➢ No hay variación de volumen
➢ El exceso de poro-presión será
inducido.
➢Consolidado, símbolo C
➢ La válvula de drenaje es abierta
➢ Se permite variación de volumen
➢ Sin exceso de poro-presión
Área geotecnia

Etapa 1: Confinamiento
32
Condiciones de
drenaje
Tipo de consolidación
Isotrópico Anisotrópico (K0)
Con drenaje CID CK0D
Sin drenaje CIU CK0U
Una condición que tiene relevancia para que la respuesta de las muestras
en laboratorio sea aproximada a la respuesta de campo es la semejanza
de los estados de esfuerzos efectivos antes de iniciar con la etapa de
carga axial.
Para ello existen dos alternativas
I. Consolidar bajo los esfuerzos 𝜎′
𝑣0 y 𝜎′ℎ0 esto implica un estado de
esfuerzos no isotrópico (es el más apropiado)
II. Consolidar la muestra bajo un estado de esfuerzos isotrópico(𝜎′𝑐)
mediante 𝜎′𝑐 = 𝜎′
𝑣0 1 + 2𝐾0 /3
Área geotecnia

Etapa 1: Confinamiento en el plano p-q
33
Área geotecnia
Fuente: adaptado de Baldi, Hight e Thomas (1988).

Etapa 2: Corte
34
Muestra
de suelo
control de
presión
de cámara
(𝜎3 > 0)
𝜎1 = 𝜎3 + ∆𝜎
➢Se induce presión axial (esfuerzo
desviador ∆𝜎), hasta alcanzar la
ruptura.
➢Existe dos posibles condiciones de
drenaje:
➢ Drenado
➢ No drenado
➢ Drenado, símbolo D
➢ Válvula de drenaje es abierta
➢ Sin exceso de poro-presión
➢ No Drenado, símbolo U
➢ La válvula de drenaje es cerrada
➢ No hay variación de volumen
➢ Se induce exceso de poro-presión.
(a menudo se mide esta poro-
presión.
Área geotecnia

35
Trayectoria de esfuerzos
Área geotecnia
𝐄𝐭𝐚𝐩𝐚 𝐈: 𝐞𝐭𝐚𝐩𝐚 𝐝𝐞 𝐜𝐨𝐧𝐟𝐢𝐧𝐚𝐦𝐢𝐞𝐧𝐭𝐨
𝐄𝐭𝐚𝐩𝐚 𝐈𝐈: 𝐞𝐭𝐚𝐩𝐚 𝐝𝐞 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐞
Linea kf

36
Trayectoria de esfuerzos
Área geotecnia
Fuente: Adaptado de Lambe 1967

➢ CD: Consolidado – Drenado
➢ También llamado S (slow) o Prueba lenta.
➢ CU: Consolidado – No Drenado
➢ UU: No Consolidado – No Drenado
➢ También llamado Q (quick) o Prueba rápida
➢ UC: Compresión no Confinada
➢ Conocido también como ensayo de compresión simple
➢ Caso especial de UU donde 𝜎3 = 0
37
Área geotecnia

38
ENSAYO DE COMPRESIÓN CONSOLIDADO DRENADO (CD)
➢ Ensayo para obtener parámetros de resistencia drenados o efectivos
➢ Etapa I, la muestra de suelo es saturada. La saturación es controlada
con el parámetro de Poro-presión de Skempton
➢Una vez saturada la muestra, se induce presión de confinamiento 𝜎3
generándose un exceso de presión neutra (igual a la presión de
confinamiento).
➢Se permite que el espécimen se consolide abriendo las válvulas de drenaje
durante el confinamiento permitiendo que se disipe la presión de poros.
➢Se registra el volumen de agua disipada que es igual al cambio de volumen
de la muestra saturada.
➢La deformación volumétrica es calculada dividiendo el cambio de volumen
por el volumen inicial.
➢ Etapa II, se aplica el esfuerzo desviador lentamente hasta el corte.
➢La válvula de drenaje se mantiene abierta para garantizar que no se genere
el exceso de presión de poros, por lo tanto los esfuerzos efectivos son
iguales a los totales.
Área geotecnia

39
Ensayos de laboratorio – Compresión Triaxial CD
Área geotecnia
𝐄𝐭𝐚𝐩𝐚 𝐈: 𝐞𝐭𝐚𝐩𝐚 𝐝𝐞 𝐜𝐨𝐧𝐬𝐨𝐥𝐢𝐝𝐚𝐜𝐢ó𝐧
➢En suelos blandos saturados, 𝐵 ≈ 1
➢Para suelos rígidos saturados 𝐵 < 1
Parámetro de Poro−presión de Skempton

40
Área geotecnia
𝐄𝐭𝐚𝐩𝐚 𝐈𝐈: 𝐞𝐭𝐚𝐩𝐚 𝐝𝐞 𝐜𝐨𝐫𝐭𝐞
Esfuerzo desviador
∆𝜎 = 𝜎1−𝜎3

41
𝐂𝐫𝐢𝐭𝐞𝐫𝐢𝐨 𝐝𝐞 𝐫𝐮𝐩𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐌𝐨𝐡𝐫 − 𝐂𝐨𝐮𝐥𝐨𝐦𝐛 𝐩𝐚𝐫𝐚 𝐚𝐫𝐞𝐧𝐚 (𝐭𝐫𝐢𝐚𝐱𝐢𝐚𝐥 𝐂𝐃)
Área geotecnia

42
𝐂𝐫𝐢𝐭𝐞𝐫𝐢𝐨 𝐝𝐞 𝐫𝐮𝐩𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐌𝐨𝐡𝐫 − 𝐂𝐨𝐮𝐥𝐨𝐦𝐛 𝐩𝐚𝐫𝐚 𝐚𝐫𝐜𝐢𝐥𝐥𝐚 𝐬𝐨𝐛𝐫𝐞𝐜𝐨𝐧𝐬𝐨𝐥𝐢𝐝𝐚𝐝𝐚
Área geotecnia

43
➢ Si los resultados del ensayo triaxial de dos cuerpos de prueba fueran
proporcionados, los parámetros efectivos de resistencia (𝝓´ y 𝒄´) se determina
mediante:
𝐂𝐫𝐢𝐭𝐞𝐫𝐢𝐨 𝐝𝐞 𝐫𝐮𝐩𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐌𝐨𝐡𝐫 − 𝐂𝐨𝐮𝐥𝐨𝐦 𝐩𝐚𝐫𝐚 𝐚𝐫𝐜𝐢𝐥𝐥𝐚 𝐬𝐨𝐛𝐫𝐞𝐜𝐨𝐧𝐬𝐨𝐥𝐢𝐝𝐚𝐝𝐚
Área geotecnia

44
Área geotecnia
Plano σ − 𝜏
Plano 𝑝 − 𝑞
𝑃𝑎𝑟á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑟𝑐𝑖𝑙𝑙𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑎

45
Área geotecnia
Las siguientes condiciones de campo se pueden simular con una
presión aceptable con el ensayo CD
1. Casi todos los casos que involucran arenas gruesas y grava, saturados o no
(excepto cuando estan expuesto a una carga rápida como un terremoto).
2. Generalmente en arena fina y, a veces, limo, si las cargas de campo se aplican
razonablemente lento.
3. Carga a largo plazo de cualquier suelo, como, por ejemplo:
a) Taludes varios años después de la excavación
b) Terraplén construido muy lentamente en capas sobre un depósito de arcilla
blanda
c) Presa de tierra con filtración constante
d) Cimentación sobre arcilla mucho tiempo después de la construcción.

46
ENSAYO DE COMPRESIÓN CONSOLIDADO NO DRENADO
(CU)
Ensayo para obtener parámetros de resistencia drenados y no drenados
Etapa I, similar a la primera etapa del ensayo CD.
➢Se satura la muestra.
➢Se consolida la muestra bajo una presión de confinamiento constante.
➢La válvula de drenaje se abre para facilitar la consolidación.
➢Se mide el cambio de volumen.
Etapa II, se aplica el corte a través del incremento del esfuerzo desviador.
➢El corte se realiza en condiciones no drenadas – válvula cerrada.
➢La condición no drenada permite aplicar el esfuerzo desviador de manera
más rápida que el ensayo CD.
➢No hay cambio volumétrico.
➢Se genera un incremento o reducción del exceso de presión de poros.
(dependiendo de la densidad relativa de la muestra)
Área geotecnia

47
Ensayos de laboratorio – Compresión Triaxial CU
Área geotecnia
Parámetro de Poro−presión de Skempton

Esfuerzo principal mayor en la ruptura (total)
Esfuerzo principal mayor en la ruptura (efectivo)
Esfuerzo principal menor en la ruptura (total)
Esfuerzo principal menor en la ruptura (efectivo)
48
➢ A diferencia del ensayo CD, en el ensayo CU los esfuerzos principales efectivos
y totales no son iguales.
➢ Una vez que la poro-presión es registrada en la ruptura, los esfuerzos
principales se pueden analizar de la siguiente manera:
∆𝑢𝑑 𝑓 =poro-presión en la ruptura
Área geotecnia

49
Área geotecnia
Triaxial CU arena suelta o arcilla NC Triaxial CU arena densa
Triaxial CU arcilla sobre consolidada

50
Área geotecnia
Plano σ − 𝜏
Plano 𝑝 − 𝑞

Trayectoria de tensiones totales (TTT) y efectivos (TTE) – Ensayo CU
Área geotecnia 51
Fuente: Lade, 2016

52
Área geotecnia
Las siguientes condiciones de campo se pueden simular con
buena presión con el ensayo CU
La mayoría de los casos que involucran resistencia a corto plazo - suelo
relativamente impermeable (suelos arcillosos) que se deben cargar
durante períodos que van desde varios días, semanas (a veces incluso
años para arcillas muy mayor espesor) después de la consolidación inicial.
a) Construcción de cimientos
b) Terraplenes de carreteras, presas, fundación de carreteras
c) Presas de tierra durante el desembalse rápido.

53
ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONSOLIDADO NO DRENADO (UU)
Generalmente se realiza en muestras saturadas no alteradas de suelos
de granos finos (arcillas y limos).
El suelo ya se ha consolidado en el campo y, por lo que se considera que
la muestra "contiene" las propiedades mecánicas que están presentes en
campo de donde se tomó la muestra.
Permite medir la resistencia al corte no drenado (𝒄𝒖 ).
Etapa I, no se permite que la muestra de suelo se consolide
➢Durante la aplicación del confinamiento, la válvula permanece cerrada
Etapa II, se aplica el corte a través del incremento del esfuerzo desviador.
➢El corte se realiza en condiciones no drenadas – válvula cerrada.
➢Para muestras saturadas, se obtiene la misma resistencia al corte bajo
diferentes presiones de confinamiento.
➢Cuando la muestra se encuentra parcialmente saturada, exhibe diferentes
valores de resistencia al corte dependiendo de la presión de confinamiento
Área geotecnia

54
Ensayos de laboratorio – Compresión Triaxial UU
Área geotecnia
𝑐𝑢 =
𝜎1𝑓 − 𝜎3𝑓
2
Resistencia al corte no drenado − S=100%
Resistencia al corte no drenado − S<100%

55
Ensayos de laboratorio – Compresión Triaxial UU
Área geotecnia
Las siguientes condiciones de campo se pueden simular con el
ensayo UU
La mayoría de los suelos cohesivos de drenaje relativamente pobre,
donde las cargas de campo se aplicarían suficientemente rápido
para que no se produzca drenaje.
a) Relleno compactado en una presa de tierra que se está construyendo
rápidamente
b) Resistencia de un suelo de cimentación que se cargará rápidamente
c) Resistencia del suelo en una excavación inmediatamente después del
corte.

ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA (UC)
56
Ensayos de laboratorio – Compresión no Confinada
➢ Es un tipo especial de ensayo no consolidado y no drenado.
➢ Normalmente utilizado para muestras inalteradas de suelos
cohesivos. Este ensayo, no es posible en suelos sin cohesión.
➢ La presión de confinamiento es 𝝈𝟑 = 𝟎.
➢ La carga axial es rápidamente aplicada en la muestra para causar
la ruptura.
➢ Cuando se alcanza la ruptura, es esfuerzo principal menor 𝝈𝟑 =
𝟎 y el esfuerzo principal mayor es 𝝈𝟏.
➢ Como la resistencia al corte no drenado es independiente de la
presión de confinamiento, considerando que el suelo esté
completamente saturado y no drenado, entonces:
Área geotecnia

57
Ensayos de laboratorio – Compresión No Confinada
Área geotecnia
Resultado típico de un ensayo de compresión no confinada

58
Área geotecnia
Ensayos de laboratorio – Compresión No Confinada

59
Área geotecnia
TT en arcillas normalmente consolidadas
Fuente: Fernández, 2016

60
Área geotecnia
TT en arcillas normalmente sobre consolidadas

61
Área geotecnia
Carga in situ

• Das, B.M. (2012) Principios de Ingeniería Geotécnica. 7ma edición.
• Terzaghi, K; Peck, R.B; Mesri, G. Soil Mechanics in Engineering
Practice.
• Holtz, R.D. and Kovacs, W.D. (1981). An Introduction to
Geotechnical Engineering, Prentice Hall.
• Bowles, J.E. (1997) Foundation Analysis and Design. McGraw Hill.
• Bowles, J. (1992). Engineering Properties of Soils and their
Measurement, McGraw Hill.
• Sam Helwany. (2007) Applied Soil Mechanics with Abaqus
Applications.
• Poul V. Lade (2016) Triaxial Testing of Soil. Wiley Blackwell.
62
Bibliografía
Área geotecnia

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Área geotecnia 63

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