MECANICA DE SUELOS II1. CAPACIDAD PORTANTE1.1. DEFINICION

En cimentaciones se denomina capacidad portante a la capacidad del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre l. Tcnicamente la capacidad portante es la mxima presin media de contacto entre la cimentacin y el terreno tal que no se produzcan un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferencial excesivo. Por tanto la capacidad portante admisible debe estar basada en uno de los siguientes criterios funcionales:

Si la funcin del terreno de cimentacin es soportar una determinada tensin independientemente de la deformacin, la capacidad portante se denominar carga de hundimiento.

Si lo que se busca es un equilibrio entre la tensin aplicada al terreno y la deformacin sufrida por ste, deber calcularse la capacidad portante a partir de criterios de asiento admisible.

De manera anloga, la expresin capacidad portante se utiliza en las dems ramas de la ingeniera para referir a la capacidad de una estructura para soportar las cargas aplicadas sobre la misma. 1.2. CAPACIDAD DE CARGA A CORTO Y A LARGO PLAZO

Las propiedades mecnicas de un terreno suelen diferir frente a cargas que varan (casi) instantneamente y cargas cuasipermanentes. Esto se debe a que los terrenos son porosos, y estos poros pueden estar total o parcialmente saturados de agua. En general los terrenos se comportan de manera ms rgida frente a cargas de variacin quasinstantnea ya que stas aumentan la presin interesticial, sin producir el desalojo de una cantidad apreciable de agua. En cambio bajo cargas permanentes la diferencia de presin intersticial entre diferentes partes del terreno produce el drenaje de algunas zonas.

En el clculo o comprobacin de la capacidad portante de un terreno sobre el que existe una construccin debe atenderse al corto plazo (caso sin drenaje) y al largo plazo (con drenaje). En el comportamiento a corto plazo se desprecian todo los trminos excepto la cohesin ltima, mientras que en la capacidad portante a largo plazo (caso con drenaje) es importante tambin en rozamiento interno del terreno y su peso especfico.2. ENSAYO DE CORTE DIRECTOEste ensayo consiste bsicamente en someter una muestra de suelo de seccin cuadrada y 2.5 cm. De espesor, confinada lateralmente, dentro de una caja metlica, a una carga normal (s) y a un esfuerzo tangencial (), los cuales se aumentan gradualmente hasta hacer fallar a la muestra por un plano preestablecido por la forma misma de la caja (consta de dos secciones, una de las cuales es mvil y se desliza respecto a la otra, que es fija, produciendo el esfuerzo de corte).

En el ensayo se determina cargas y deformaciones.2.1. EQUIPO Dial de Corte Horizontal. Dial de Corte Vertical.

Pesas de carga.

Horno.

Cuchillo y arco con alambre acerado.

Muestra inalterada.

Mquina de corte Directo (Placa de 5x5x5, caja de corte).

El aparato de corte directo, consta de una caja de corte y dispositivos para aplicacin de cargas verticales y horizontales, as como tambin deformimetros verticales y horizontales.

2.2. PREPARACIN DE LAS MUESTRAS:

El ensayo se puede realizar sobre muestras inalteradas a fin de obtener resultados que se aproximen a las caractersticas que tiene el suelo en su estado natural. Tambin es posible realizarlo sobre muestras alteradas, previamente preparadas en el laboratorio, a fin de obtener caractersticas similares de compacidad y contenido de humedad a los que tendr el material puesto en obra.

Adems se puede ensayar la muestra tal como viene del campo, o como haya sido preparada en el laboratorio, utilizando el molde respectivo o tallando 4 probetas cuadradas con las siguientes dimensiones: 5x5x1.8 cm.

Seguidamente se determina el peso, el volumen y el contenido de humedad de la muestra correspondiente.2.3. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

Colocar la muestra en la caja de corte directo e inmovilizarla con la ayuda de los seguros.

A seguir colocamos la placa con los resaltos sobre la muestra.

Colocar la esfera de acero sobre la placa de reparto y situar sobre ella, el yugo de aplicacin de la carga vertical. Bajar dicho yugo, con la ayuda del tornillo de seguridad de la palanca de carga.

Sobre el yugo colocar el extremo mvil de un deflectmetro para medir las deformaciones verticales de la caja.

Colocar en la palanca las pesas necesarias para dar una presin vertical prevista. Leer el asiento registrado en el deflectmetro vertical.

El corte se contina hasta alcanzar una estabilizacin de las lecturas del deflectmetro del anillo de carga o hasta separar las dos unidades de la caja de 6 mm.

Despus de descargar el aparato accionando el volante en sentido contrario. Quitar el deflectmetro de corrimiento vertical. Quitar la caja de yugo y desmontar la caja de corte.

Las cargas en el plano de corte pueden conocerse mediante el baco respectivo.

Estas operaciones se repiten tres o cuatro veces, diferencindose los ensayos en la presin vertical aplicada.2.4. CALCULOS

La Fuerza Cortante en el estrato de suelo puede ser calculada con la siguiente expresin:

Donde el factor de calibracin es 0.134161

La Resistencia al Esfuerzo Cortante se determina mediante la expresin:

3. ENSAYO DE COMPRECION SIMPLE

3.1. DESCRIPCIN DEL ENSAYOEl mtodo de ensayar muestras de suelo cohesivo en compresin simple, ha sido aceptado ampliamente, como un medio para determinar rpidamente la cohesin de un suelo.

En este ensayo, las muestras se prueban hasta que la carga en dicha muestra comience a decrecer o hasta que por lo menos se haya desarrollado una deformacin unitaria del 20%.Bsicamente, el ensayo consiste en colocar una muestra de longitud adecuada (L =2-3), entre dos placas (aparatos para transferir la carga al suelo), con piedras porosas insertadas.

Se aplica una carga axial y a medida que la muestra se deforma crecientemente, se obtienen cargas correspondientes. Se registran las cargas de "falla" y deformacin. Estos datos se utilizan para calcular las reas corregidas y la resistencia a la compresin inconfinada.3.2. EQUIPO Mquina de compresin inconfinada (cualquier tipo de mquina de compresin que tenga un sistema de lectura de carga de rango suficientemente bajo, para obtener lecturas de carga aproximada).

Deformmetro de cartula (lectura con precisin de 0.01 mm / divisin).

3.3. PROCEDIMIENTO Preparar dos muestras cilndricas, con relacin L/d entre dos y tres.

Colocar las muestras en recipientes hmedos o dejarlas en el cuarto de humedad para prevenir su desecamiento mientras se espera turno para la mquina de compresin.

Calcular la deformacin correspondiente al 20 % de deformacin unitaria para las muestras mientras se espera turno para la mquina, de forma que se pueda saber, cuando termina el experimento, si la muestra recibe carga sin mostrar un pico, antes de que dicha deformacin unitaria suceda.

Calcular la densidad (g, s) y el contenido de humedad (%h) de las muestras.

Alinear cuidadosamente la muestra en la mquina de compresin. Si los extremos no son perfectamente perpendiculares al eje del espcimen, la parte inicial de la curva de esfuerzo deformacin unitaria ser plana (hasta que el rea total de la muestra contribuya a la resistencia al esfuerzo, las deformaciones unitarias sern demasiado grandes para el esfuerzo calculado).

Establecer el cero en el equipo de carga (bien sea un deformmetro de cartula para registrar la deformacin del anillo de carga o un DVM si se utiliza una clula de carga electrnica). En este momento es necesario aplicar una carga muy pequea sobre la muestra (del orden de una unidad del deformmetro de carga, o quiz 0.5 Kg. para una celda de carga).

Prender la mquina y tomar lecturas en los deformimetros de carga y deformacin como sigue (para un deformmetro de 0.01 mm / divisin): 10, 25, 50, 75, 100; y de aqu en adelante cada 50 a 100 divisiones del deformmetro, hasta que suceda uno de los siguientes casos:

La carga sobre la muestra decrece significativamente.

La carga se mantiene constante por cuatro lecturas.

La deformacin sobrepasa significativamente el 20% de la deformacin unitaria.

Determinar el contenido de humedad (%h) para cada muestra.3.4. CLCULOSSe efectan los clculos de esfuerzo y deformacin unitaria axial, de forma que se pueda dibujar una curva esfuerzo-deformacin unitaria, para obtener el mximo esfuerzo (a menos que ocurra primero el 20% de la deformacin unitaria) que se toma como la resistencia a la compresin inconfinada (u ) del suelo.

Dnde:

L = deformacin total de la muestra (axial), mm

Lo = long. original de la muestra, en mm.

De acuerdo a la construccin realizada en el Crculo de Mohr, es evidente que la Cohesin (c) de una muestra de suelo puede ser calculada mediante la siguiente expresin:

El esfuerzo instantneo () del ensayo, sobre la muestra se calcula como:

Dnde:

P = carga sobre la muestra en cualquier instante para el correspondiente valor de L.

A = rea de la seccin transversal de la muestra para la carga correspondiente P.Se debe corregir el rea sobre la cual acta la carga P, esto para permitir cierta tolerancia en la forma como el suelo es realmente cargado en el terreno.

Aplicar esta correccin al rea original de la muestra es tambin conservador, pues la resistencia ltima calculada de esta forma ser menor que la que se podra calcular utilizando el rea original. El rea original Ao se corrige considerando que el volumen total del suelo permanece constante. El volumen total inicial de la muestra es:

VT = Ao*Lo

Pero despus de algn cambio (L) en la longitud de la muestra sucede que:

VT = A'(Lo - L)Igualando las ecuaciones, simplificando trminos y despejando el rea corregida A, se obtiene:

Finalmente, la relacin longitud-dimetro de las muestras para el experimento debera ser suficientemente grande para evitar interferencias de planos potenciales de falla a 45 y suficientemente corta para no obtener falla de "columna". La relacin L/d que satisface estos criterios es:

2 < L/d