Mecanica-de-Suelos-2

Vista previa del material en texto

Méndez Génesis C.I. 24.820.195 
Chacón Lorena C.I. 11.507.950 
Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de 
Estudios Superiores Plantel Aragón 
 
INGENIERIA INDUSTRIAL 
 
 
CLASE “ mecánica de materiales” 
 
 
 
trabajo 
 
 
 
 
GRUPO:2804 
 
 
 
NOMBRE DE LA PROFESORA: MARTHA BERENICE FUENTES 
FLORES 
 
 
 
NOMBRE DEL ALUMNO: CORTES HERNANDEZ RICARDO 
 
 
 
 FECHA DE ENTREGA: 13 DE FEBRERO DEL 2023 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
➢ ARCILLAS NORMALMENTE CONSOLIDADAS DE BAJA O MODERADA 
SENSIBILIDAD. 
 La figura (a) muestra resultados de un ensayo (compresión) en una arcilla 
normalmente consolidada a distintas presiones de cámara. Es posible normalizar 
las curvas q/p'c vs ea (figura b). 
 
 La figura (a) muestra q vs p' en tensiones efectivas (ensayo en compresión). 
 La figura (b) muestra el cambio de p' a volumen constante (e no cambia) de 
tres muestras con presiones de cámara distintas. 
 La relación de vacíos inicial está determinada por la curva de consolidación 
(isotrópica). La línea de estado último (LEU) o de estado crítico es la misma que se 
obtiene en el caso drenado. 
 
 
 
Méndez Génesis C.I. 24.820.195 
Chacón Lorena C.I. 11.507.950 
 
 
➢ ARCILLAS ULTRASENSITIVAS. 
 Son arcillas que pierden su resistencia al ser remoldeadas; El mecanismo del 
colapso es aún debatido. Se propone que el mecanismo se debe al contacto 
metaestable de la arcilla. Lo más reciente sugiere que la arcilla correspondería a 
polvo de roca unido por un cemento débil que puede existir en estado sólido y líquido 
al mismo contenido de humedad. 
 Es un sólido a bajas tasas de strain y líquido a alta (shock). Son sensibles al 
remoldeo sufriendo pérdida de resistencia al cizalle por daño en la estructura 
original. 
 Se define como la razón: A/B 
• A= resistencia (no drenada) en estado no perturbado y 
• B= resistencia (no drenada) en estado remoldeado (al mismo contenido de 
humedad). 
• La mayoría de las arcillas tiene sensitividad 1-4 
• Arcillas sensitivas 4-8 
• Arcillas extrasensitivas 8-16 >16 
• Quick clays (hasta 100). 
 
➢ ARCILLAS PRECONSOLIDADAS CON FISURAS. 
 Las arcillas fuertemente preconsolidadas (con relaciones de 
preconsolidación mayores de 6) y con índices 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 depósito. La excavación produce frecuentemente 
deformaciones suficientes para inducir expansión y degradación de los materiales; 
aun las pequeñas 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. 
 
 
 
➢ 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 preconsolidación se traduce en una mayor resistencia al corte 
se genera una cohesión y una disminución del ángulo de fricción con respecto al 
caso normalmente consolidado. 
 
 
 
➢ PROPIEDADES DE LOS METALES BAJO CREEP. 
 Las dos más importante son: 
 
Méndez Génesis C.I. 24.820.195 
Chacón Lorena C.I. 11.507.950 
1. Resistencia al creep: las más altas tensiones que un material puede soportar 
durante un período especificado de tiempo sin deformación excesiva. 
También se lo denomina "límite de creep". 
2. Resistencia a la rotura por creep: las más altas tensiones que un material 
puede soportar durante un período especificado de tiempo sin romper. 
También se lo llama "resistencia a la rotura". 
 Como estas propiedades varían con la temperatura, la misma debe 
especificarse y mantenerse constante. Por ejemplo: la resistencia al creep requerida 
por un álabe de turbina de vapor puede ser aquella tensión que produzca 0,20% de 
creep en 100.000 hs. a 800°C. 
 La tensión mencionada en la precedente definición es generalmente la 
tensión inicial. Si está involucrada una carga constante, en tracción, la tensión final 
verdadera será un poco mayor que la tensión inicial. 
 El tiempo es de mayor interés en la determinación de la resistencia al creep 
o a la rotura por creep es la vida en servicio, medida en miles de horas (a veces 
también en años). 
 La deformación permitida es la deformación total, es decir, la instantánea más 
la deformación por creep (se mide en por ciento). 
 El monto de la deformación permisible depende de la aplicación. Así, para 
una turbina de reacción sólo una muy pequeña deformación se permite debido a las 
estrechas tolerancias involucradas, algo así como 0,01% en 2000 hs. En cambio, 
hasta 2% puede aceptarse en un recipiente a presión, y 4% en un recipiente para 
aerosol. 
 
➢ PREDICCIÓN DE LA RESISTENCIA AL CREEP. 
 La Resistencia al Creep es determinada experimentalmente en varias 
formas. Uno de los procedimientos más simples consiste en ensayar 
simultáneamente varias probetas a la temperatura de servicio esperada, pero cada 
una bajo una tensión diferente. Se mide el tiempo requerido para producir la 
deformación permisible en cada probeta, y se traza una curva de tensión vs. tiempo, 
tal como la mostrada en la Fig. 3. 
 
 
 
 
 Estos tipos de ensayos se limitan usualmente a l.000 hs. (Ocasionalmente 
son llevados a 10.000 hs). De los resultados alcanzados, puede tabularse las 
resistencias al creep, sobre la base de una cantidad especificada de deformación 
por creep para diversas temperaturas. La tabla siguiente enumera resistencias al 
creep para 1% de extensión en 1000 horas, a tres temperaturas, para acero 
inoxidable Tipo 302 (austenítico); la tensión de fluencia a temperatura ambiente es 
usada para comparación. 
 
➢ PREDICCIÓN DE LA RESISTENCIA A LA ROTURA POR CREEP 
 La tensión requerida para producir la rotura luego de un cierto tiempo se 
encuentra de manera casi idéntica al primer método planteado para determinar la 
resistencia al creep. Distintas probetas son ensayadas simultáneamente a la 
temperatura de trabajo esperada, cada una bajo una tensión diferente. El tiempo 
antes de la rotura es anotado para cada probeta y se grafica en función de la tensión 
correspondiente. 
 Un diagrama aproximadamente lineal puede ser obtenido dibujando σ o log 
σ vs. log t, sin embargo, datos a prolongados tiempos de ensayo comúnmente 
muestran una definitiva curvatura descendente en ambos tipos de gráficos (ver Fig. 
7). 
 
 
 
 
 
Méndez Génesis C.I. 24.820.195 
Chacón Lorena C.I. 11.507.950 
 La resistencia a la rotura por creep para una determinada vida en servicio 
puede ser encontrada en este tipo de gráficos por interpolación. Las tensiones de 
trabajo son luego decididas aplicando un factor de seguridad, n. 
 Si la vida de servicio es más larga que alguno de los tiempos de ensayo 
usados en la construcción del gráfico es necesario extrapolar. Por la curvatura 
descendente, la extrapolación debe limitarse a tiempos comparativamente cortos. 
En la práctica común las curvas de rotura por creep son extrapoladas para vidas en 
servicio de 10 o más veces la longitud del período de ensayo. Esta práctica puede 
ser muy peligrosa y debería seguirse únicamente cuando hay datos suplementarios 
disponibles y mucha experiencia sobre el comportamiento del creep. 
 
➢ INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DE LA APLICACIÓN DE LOS 
ESFUERZOS 
 La velocidad de deformación afecta las propiedades mecánicas de un suelo 
tanto en su estado inalterado (propiedades pico) como en estado residual. Este 
efecto conocido como “Rate effects”, ha sido estudiado en laboratorio por varios 
investigadores quieneshan observado que, dependiendo de las características del 
suelo, un aumento de la velocidad de deformación puede inducir un aumento o una 
reducción de la resistencia. Sin embargo, la experiencia de campo indica que 
generalmente el efecto es positivo. 
 
 El efecto de la velocidad de deformación sobre la resistencia ofrece una 
buena explicación a los movimientos lentos de ladera. Cuando una masa de suelo 
se desliza a velocidad constante, se encuentra en equilibrio estricto para resistencia 
friccional disponible, la cual es función de la velocidad alcanzada. Una modificación 
de las cargas externas (como una variación del nivel freático) puede acelerar el 
deslizamiento e incrementar la velocidad de deformación. En consecuencia, 
aumenta la resistencia disponible y se alcanza un nuevo equilibrio dinámico sin que 
se produzca la rotura y la aceleración brusca del deslizamiento. 
 
 Un estudio completo del comportamiento de este tipo de deslizamientos 
requiere una formulación que incorpore, no únicamente la rotura, sino también los 
efectos de la velocidad de deformación en el modelo constitutivo. Por otro lado, es 
necesario trabajar con herramientas numéricas capaces de modelar grandes 
desplazamientos. 
 
 Esta Tesis de Máster aborda el análisis numérico de los efectos de la 
velocidad de deformación sobre la resistencia del suelo mediante el Método del 
Punto Material (MPM). Para ello se ha implementado un modelo constitutivo 
 
 
elástoplástico que incorpora el efecto de la velocidad de deformación en la 
formulación MPM. Todo ello se ha implementado en un código en desarrollo 
 
 En el modelo elastoplástico desarrollado las leyes incrementales de los 
esfuerzos y las deformaciones son expresadas en dos componentes: una 
independiente de la velocidad de deformación (según la formulación elastoplástica 
clásica); y otra que depende de la velocidad de deformación. 
 
 El código GEOPART (Zabala et al. 2004), una vez validado y mejorado en 
algunos aspectos, se ha modificado para incluir los efectos de la velocidad de 
deformación. Para ello se ha implementado el modelo constitutivo desarrollado, se 
han modificado las condiciones iniciales y de contorno y se han incorporado nuevas 
variables de control. La validación del código se ha llevado a cabo mediante tres 
casos de estudio: un ensayo de compresión simple, un ensayo de corte directo y la 
simulación de una zapata sobre un estrato horizontal. En los tres casos se emplean 
diferentes velocidades de deformación. Los resultados se comparan con los 
obtenidos a partir del modelo clásico de Mohr-Coulomb y soluciones publicadas por 
otros autores. Finalmente se analiza el efecto de la discretización sobre los 
resultados. 
➢ ENSAYO CBR 
 El ensayo CBR se emplea para evaluar la capacidad portante de terrenos 
compactados como terraplenes, capas de firme, explanadas, así como en la 
clasificación de terrenos. 
 Las siglas CBR significan Californian Bearing Ratio y proviene de que este 
ensayo fue desarrollado, antes de la segunda guerra mundial, por el Departamento 
de Transportes de California. 
 Diferenciamos distintos tipos de CBR en función de la calidad de suelos, a 
saber: 
✓ CBR suelos inalterados. 
✓ CBR suelos remoldeados. 
✓ CBR suelos gravosos y arenosos. 
✓ CBR suelos cohesivos poco o nada plásticos. 
✓ CBR suelos cohesivos plásticos. 
 
 Este procedimiento puede efectuarse en terreno compactado. 
https://es.wikipedia.org/wiki/California_Bearing_Ratio
 
Méndez Génesis C.I. 24.820.195 
Chacón Lorena C.I. 11.507.950 
 La prueba CBR de suelos consiste básicamente en compactar un terreno en 
unos moldes normalizados, sumergirlos en agua y aplicar un punzonamiento sobre 
la superficie del terreno mediante un pistón normalizado. 
 Se rige por la norma ASTM 1883 o por la norma UNE 103502 entre otras. A 
continuación, pasa a describirse los detalles del ensayo de CBR. 
• Procedimiento CBR suelos 
 La prueba del CBR consiste en determinar la carga que hay que aplicar a un 
pistón circular de 19,35 cm2 para introducirlo en una muestra de suelo a una 
velocidad de 1,27 mm/min y hasta obtener una penetración de 2,54 mm. 
 A través de este procedimiento se determina lo que se llama el Índice 
CBR que es la relación entre la carga determinada y la que se obtiene por el mismo 
procedimiento para una muestra tipo de roca machacada. Se expresa en porcentaje. 
 El procedimiento de ejecución de la prueba CBR consta de los siguientes 
pasos: 
1. Determinación de la humedad óptima y densidad máxima de las muestras de 
suelo mediante el ensayo Proctor modificado o normal. 
2. Añadir agua a una muestra de suelo para alcanzar la humedad óptima. 
3. Compactar la muestra en tres moldes CBR estandarizados de 15,24 cm de 
diámetro y 17,78 cm de altura. La muestra se compacta en 3 capas por molde 
siendo la energía de compactación de cada molde de 15, 30 o 60 golpes por 
capa mediante una maza de 2,5 kg que se deja caer libremente desde una 
altura de 305 mm. 
4. Posteriormente se enraza el molde, se desmonta y se vuelve a montar 
invertido. 
5. Se sumergen los moldes en agua (en algunas modalidades de ensayo no se 
sumerge la muestra). 
6. Colocación de la placa perforada y el vástago, así como los pesos necesarios 
para calcular la sobrecarga calculada. 
7. Colocar el trípode de medida sobre el borde del molde, coincidiendo el vástago 
del microcomparador. 
8. Toma de medidas diarias del microcomparador durante al menos 4 días. 
9. Sacar la muestra del agua, escurrir y secar exteriormente. 
10. Aplicar la carga sobre el pistón de penetración mediante la prensa CBR y 
tomar las lecturas de la curva presión penetración. 
11. Una vez finalizado el ensayo se debe presentar los resultados en una gráfica 
densidad seca – índice CBR similar a la mostrada a continuación. También 
http://geotecniafacil.com/ensayo-proctor-normal-y-modificado/
 
 
conviene mostrar los datos de compactación, humedad, densidad, 
hinchamiento y absorción. 
 
 Cabe comentar que el índice CBR no es una propiedad intrínseca del suelo 
si no que depende de las condiciones de humedad-densidad del suelo. 
 También puede calcularse el CBR in situ sobre el terreno natural o en 
laboratorio sobre muestras inalteradas. 
 No obstante, los resultados y valores CBR hay que tomarlos con cierta 
precaución puesto que es un ensayo que presenta cierta dispersión de resultados 
(al igual que el SPT), no refleja las condiciones a las que estará sometido el suelo y 
es una prueba poco fiable para suelos con CBR elevados. 
 A pesar de lo anterior es un ensayo muy habitual y suele correlacionarse con 
el módulo de elasticidad del suelo. A continuación, se presenta una de las relaciones 
más habituales. 
 E=65·(CBR)0,65 
➢ ENSAYO DE COMPRESION SIN CONFINAR 
 
http://geotecniafacil.com/ensayo-de-penetracion-estandar-spt/
 
Méndez Génesis C.I. 24.820.195 
Chacón Lorena C.I. 11.507.950 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
➢ CONCLUSION. 
 El estudio de los suelos, es un aspecto fundamental a considerar, al momento 
de diseñar cualquier tipo de obra civil, que se quiera construir sobre un suelo, ya 
que nos brinda toda la información necesaria sobre la caracterización del suelo 
donde se va a realizar la obra, de manera tal, que esta pueda ser diseñada y 
construida, en base a las condiciones propias de los suelos, para así brindar y 
garantizar seguridad y protección necesarias al propietario de la obra, a quienes la 
ejecutan, y al más 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 
investigación.