conceptos básicos de geotecnia

7/25/2019 Conceptos Bsicos de Geotecnia

1/33

0,002

ARCILLA

0,006 0,02 0,06

LIMOFINO MEDIO GRUESO GRUESAMEDIAFINA

ARENA

20,60,2 6 20 60

GRAVAFINA MEDIA GRUESA

PIEDRA

GRAVA

0,2 0,6 2

ARENAFINA MEDIA GRUESAGRUESOMEDIOFINO

LIMO

0,060,020,006

ARCILLA

0,002

ARCILLA

0,005 0,05GRUESAFINA

ARENA

20,25

GRAVA

CLASIFICACION NORMA DIN(4022)

CLASIFICACION M.I.T y NORMAS BRITANICAS

CLASIFICACION A.S.T.M

LIMO

CLASIFICACIN DE SUELOS

CARACTERSTICAS ORGANOLPTICAS

Gravas Partculas visibles y gruesas $2 mm

Arenas Partculas visibles y finas < 2 mm

Limos Partculas no visibles y tacto spero

Arcillas Partculas no visibles y tacto suave

CLASIFICACIONES NORMALIZADAS DE SUELOS


2/33


3/33

PROPIEDADES DE TERRENOS REALES

Tipo de terreno

Porosidad

n (%)

Indice

huecos

e

Humedad

natural

? (%)

Densidad

seca

?d (T/m3)

Densidad

hmeda

? (T/m3)

Arena suelta 43 0,76 29 1,51 1,94

Arena densa 32 0,47 17 1,80 2,12

Zahorra 22 0,30 12 2,05 2,28

Arcilla muy blanda 60 1,67 62 1,08 1,34

Arcilla blanda 55 1,55 55 1,22 1,76

Arcilla semi-compacta 45 0,90 35 1,47 1,92

Arcilla compacta 43 0,87 32 1,45 1,89Arcilla muy compacta 40 0,74 27 1,61 2,01

Arcilla dura 33 0,61 22 1,80 2,13

Loes yesfero - 0,87 - 1,35 -

Turba 82 14 1.650 0,040 1,04

Hormign 10-2 - - - -

Margas 34 - - - 2,33

Tabla segn A. Garca Valcarce.

Tipo de terreno

Porosidad

n (%)

Indice de

huecos

e

Humedad

natural

? (%)

Densidad

seca

?d (T/m3)

Densidad

hmeda

? (T/m3)

Arenas de granulometra

cerrada poco compactas

46 0,85 32 1,43 1,89


cerrada compactas

34 0,51 19 1,75 2,09


abierta poco compactas

40 0,67 25 1,59 1,99


abierta compactas

30 0,43 16 1,86 2,16

Arcilla glaciar blanda 55 1,20 45 - 1,77

Arcilla glaciar dura 37 0,60 22 - 2,07

Bentonita blanda 84 5,20 194 - 1,27

Tabla segn Terzaghi y Peck.


4/33

Gas (aire)

Lquido (agua)

Slido

V

V

Vs

l

g

Vh

Vs

Gg

Gl

Gs

N.F.

Gs

E=V. l

PROPIEDADES FSICAS DEL SUELO

PESO ESPECFICO

- Peso especfico de las partculas.-Entre 2,8 t/m3y 3,0 t/m3

- Peso especfico del suelo natural.-Entre 1,6 t/m3y 1,8 t/m3

- Peso especfico del suelo desecado.- Entre 1,6 t m3y 1,8 t m3

- Peso especfico del suelo saturado.- Entre 1,6 t m3y 1,8 t m3

- Peso especfico del sueloanegado.- Entre 1,6 t m3y 1,8 t m3


5/33

N.F.

Superficie

n

sat

a

firmeEstrato

En un estrato de terreno se producen estos pesos especficos.

En la parte superior el pesoespecfico del terreno es el de

terreno natural .?n

Bajo el nivel fretico es terrenoest sumergido en agua, por loque su peso especfico ser elanegado.

Zona sobre el nivel fretico en laque el agua sube por capilaridady satura totalmente el terreno. Elpeso especfico es el saturado.

Porosidad e ndice de poros.

Definimos la porosidad ncomo la razn entre el volumen de huecos yel volumen total de la muestra e ndice de poros ecomo la razn entre

el volumen de huecos y el volumen de la parte slida

Relaciones entre porosidad e ndice de huecos.


6/33

GRFICO DE PLASTICIDAD DE CASAGRANDE

0

10

20

30

40

50

60

20

30

40

50

600

10

70

80

90

10

0

Lmite lquido

ndicedeplasticidad

Arcillas muyplsticas

Arcillas pocoplsticas

Limos pococompresibles

Limos muycompresibles

lp=0.73(W

L-20)

CL-ML

CONSISTENCIA EN SUELOS.- LMITES DE ATTERBERG.

CONSISTENCIA

Slida 9 Semislida

9 Plstica 9 Lquida

Lmite deretraccin

Ws

Lmite plsticoWp

Lmite lquidoWL

LMITE RETRACCIN.- Humedad del suelo saturado con volumen

mnimo.W esD

= =

1 1

LMITE PLSTICO.- Humedad del suelo que permite rodar cilindrosde 3mm de dimetro sin que se desmoronen.

LMITE LQUIDO.- Humedad del suelo que hace que se unan losbordes de la muestra tras 25 golpes en lacuchara de Casagrande.

INDICE DE PLASTICIDAD.- Ip=WL-Wp


7/33

DIMETRO DE LAS PARTCULAS, en mm.

0.2

0.2

%

DEPA

RTCULASDED

IMETROMENORQ

UE

ELINDIC

ADO

70

40

30

10

0

20

100 50

50

40

60

20

30 10 35 4 2

D60

0.51

0.3

0.4

0

40

90

80

00

100 50

GRAVA

30

20 10

40

20

10

30

60

50

80

70

1

35 4 2

ARENA

0.51

0.3

0.4

2 43

00

90

GRAVA ARENA

0.04

D30

0.10.05

D10

0.02

0.0

3 0.01

0.002

0.003

0.00

5

0.004 0.001

0.10.05

0.04

LIMO

0.02

0.03 0.01

65 7

ARCILLA

0.001

0.004

0.005

0.003

0.002

8

LIMO ARCILLA

GRANULOMETRA

Coeficiente de uniformidad CD

Du= 60

10

Si Cu#4 (suelo uniforme)


8/33

Muestra de suelo

l

h (nivel constante)

PERMEABILIDAD DEL SUELO

Permeabilidad LEY DE DARCY

c=caudal

k=permeabilidad (cm/sg)

c=kiAt i=h/l (gradiente hidraulico)

A=seccin muestra

t=tiempo

Tabla de permeabilidades (aproximadas) Tipo de suelo Permeabilidad

Grava >0.1

Arena 0.1>k>0.001

Arena limosa 0.001>k>10-5

Limo 10-5>k>10-7

Arcilla 10-7>k


9/33

S

s

N

Ni

u

N.F.

N

A

zf

LEY DE TERZAGHI

Por equilibrio de fuerzas

( )N N u S s

N

S

N

Su

s

S

i

i

= +

= +

1

Pero en suelos normaless


10/33

Arena

Nivel constante

Nivel constante

h

H

l

Hsat/l

H hl

l

u '

EL FENMENO DEL SIFONAMIENTO

Al aumentar la presin de entrada del agua, pueden anularse lastensiones efectivas en toda la masa de terrenoSifonamiento.

l H h l

h H H

sat

L

sat

L

+ + = +

=

El gradiente hidrulico que provoca el sifonamiento se llama gradientecrtico.

ih

Hi

c csat

L

= =

1


11/33

PORTA COMPARADOR

PORTA COMPARADOR

SUELO AGUA25 mm

CLULA DE PLSTICOTRANSPARENTE

PIEDRASPOROSAS

RANURAS PARA CANALIZAREL DRENAJE DE LA PIEDRAPOROSA INFERIOR

SECCINTRANSVERSALDEL TUBO DECARGA

PISTON DECARGA

PIEZAS DEMATERIALENDURECIDO

TORNILLOS DEFIJACIN

ENSAYO EDOMTRICO

Esquema de edmetro

PROCESO DE ENSAYO

- Carga inicial pequea segn el tipo de terreno.- Se mantiene la carga hasta consolidacin (24 horas).- Se hacen nuevos escalones de carga (duplicando).- Se descarga por escalones.- En cada escaln se mide la altura de la muestra.- Se pesa la muestra (P). Se deseca y se vuelve a pesar (Ps).


12/33

I ndicedehuecosen%

10987654320 1

50

CURVA EDOMTRICA (Escala natural)

60

70

80

90

Tensin en kg/cm2 Tensin en kg/cm2

90

80

70

60

50

0.250

0.5 1 2 4 8 1

632

64

Indicedehuec

osen%

CURVA EDOMTRICA (Esc. semilogartmica)

Lnea decargaLnea de

recarga

Lnea dedescarga

CURVAS EDOMTRICAS


13/33

h o

h f

h s

h oh oH

h

posicin final

S

RESULTADO DEL ENSAYO EDOMTRICO

Volumen final Vf=Ahf

Peso muestra inicial PPeso muestra desecado Ps

Volumen final de huecos

VP P

HfS

L

=

Volumen final parte slidaV V VS f Hf =

Altura equivalente parte slida

hV

A

V

A

V

A

hP P

AS

S f Hf f

S

L

= = =

Indices de huecos

Inicial eV V

V

h A h A

h A

h h

h

S

S

S

S

S

S

00 0 0=

=

=

Final eh h

hf

f s

s

=

Deformacin unitaria

( )

= =

=

+ =

+

= +

= +

hh

h h

h

h h

h h

hh

hh

h

h

e e

e

e e e

OH H OH H

OS OH

OH

OS

H

S

OH

OS

0 0

0

0

0 0

1

1

1


14/33

1

2

34

5

67

8

1 Cuadrante para deformaciones verticales2 Tensin vertical3 Esfuerzo cortante

4 Armadura superior movil

5 Armadura inferior fija6 Cuadrante para desplazamientos horizontales7 Piedra porosa superior

8 Piedra porosa inferior

Micrmetro paradeformacin vertical

de corte

Agua que rodea la caja

Dispositivo de traccin

Gato de carga

Yugo de cargaPiedra porosaRejilla de latn perforadaDistositivo de traccin

medido con un anilloEsfuerzo cortante

Cojinetes

SECCIN DE CAJA DE CORTE

RESISTENCIA AL CORTE

Ensayo de corte directo

Tensin normal compresinTensin tangencial cortante


15/33

54321

3

2

1

00

TERRENOS INCOHERENTES

Tens

intangencia

lkp/cm2

Tensin normal kp/cm2

Tens

intangencia

lkp/cm2

TERRENOS COHERENTES

00

1

2

3

1 2 3 4 5

RESULTADOS DEL ENSAYORECTAS DE COULOMB

Terrenos incoherentes Terrenos coherentest =s tgf t =c + s tgf ccohesin


16/33

Rueda paraaplicar latorsin

Carga vertical

Placas porosas

Suelo

Base

Rueda para aplicar la torsin

Muestra de suelo

A A

Polea horizontal

Cable

Polea vertical Polea vertical

Carga para aplicar

SECCIN DIAMETRAL A-A

la torsin

ESQUEMA EN PLANTA DE LA DISPOSICINGENERAL DEL APARATO

dentadas

topo de giro

pistn

cabeza de clula

vlvula de seguridad

tubo de plstico

disco poroso

palomilla de cierre

base de clula

membrana

papel de filtro

arillos tricos

llave de paso

pilares

arillo trico

probeta

motor

sin-fin

vlvula extractora

tubo de drenaje

soporte comparador

de aire

arillo trico

corona

ENSAYO DE CORTEANULAR

ENSAYO TRIAXIAL

ENSAYO DE CORTE ANULARTensin normal !CompresinTensin tangencial !Torsin

ENSAYO TRIAXIALCompresin por presin hidrosttica s 2Compresin por pistn s 1- s2Estado final s x = s 1

s y= s z= s 2


17/33

ENSAYO TRIAXIAL

c

c.ctg

2 1

1+

22

24

-

A

B

CO

4 2+

RESULTADOS DEL ENSAYO TRIAXIAL

senF ' BC

AC

sen

c ctg c ctg

=

++

= + +

1 2

1 2

1 2

1 2

2

2

2

( ) ( )

1 2 1 2

1 2

2

1 1 2

= + +

+ =

sen sen c

sen sen c

cos

cos

A partir de cada uno de los valores de s 1, s 2puede calcularse el otro

2 1 12

1 2 22

1

1

2

1 4 22

4 2

1

1

2

1 4 22

4 2

= +

+

=

= +

=

+

sen

sen

c

sentg ctg

sen

sen

c

sentg ctg

cos

cos


18/33

x=h

y=h

z

x=y=hz=z+q

z

y

x

z

z

hh

q

q

z

h

z

z

h

q

z

z z

h z

q= +

=1

EMPUJES DEL TERRENO SOBRE ESTRUCTURAS

s x=s y=s hs z=?z+q

La tensin es desconocida.- Sedetermina por las condicionesde contorno.

Suelo confinado

x y

xx y z

h h z

E E E

E E E

= =

= =

= =

0

0

Suelo

contenido porun muro.


19/33

c.ctg

A O

RECTAD

ECOULO

MB

ha z=z+q ph

c

empujes pasivosempujes activos

EMPUJES DE RANKINE.

s h! valor inicialdesconocido

s h! Disminuye hasta llegar a larotura del terreno

Empuje del terreno sobre el muro !Empuje activo.

( )

( )

a

a

a a a z

c tg z q tg

tg

c q

=

+ +

=

= + +

24 2 4 2

4 2

2

2

2

Empuje del muro sobre el terreno !Empuje pasivo.

( )

( )

p

a

a p p z

c tg z q tg

tg

c q

= +

+ + +

= +

= + +

24 2 4 2

4 2

2

2

2


20/33

z

x

y

z

rz

r

q

y

r

x

z

( )

( )

r 3= +

= +

=

=

Qz

sen

Q

z

Q

z

Qz

sen

z

rz

21 2

1

1 22 1

3

2

32

23 2

2

2

3

2

2

5

24

cos coscos

cos cos

cos

cos

cos

TENSIONES SOBRE EL SUELO CARGADO.MODELO DE BOUSSINESQ.

Medio semiindefinido:Medio indefinido bajo el plano xy.Cargas sobre el plano

E cte

E

Gcte

=

= = 2

1 0 0 5.

Suelo incomprensible

1 2 3 0+ + = = =0 0 5.

Carga puntual sobre mediosemiindefinido.- Coordenadascilndricas.


21/33

z

y

q

x

( )

( )

( )

( )

=

= +

= +

= +

Q

Q

Q

Q sen

2

2

2

2

2

2 1 2

2

1 22

11

1 22 1

1 22 1

cos

coscos

cos

cos

cos

cos

Carga puntual sobre medio semiindefinido.- Coordenadas polares.

Para un suelo incompresible ?=0.5

= = = =

3

20

2

cos Q


22/33

z

xy

q

z

xy

q

r

zh

z

r

r

h

Carga lineal uniforme sobre un medio semiindefinido.

Coordenadas cartesianas

z

h

zh

q

r

q

rsen

qr

sen

=

=

=

2

2

2

3

2

2

cos

cos

cos

Coordenadas cilndricas (eje y)

r

r

q

r=

=

=

2

0

0

cos


23/33

Q

Q

O

ISOSTTICAS.-Envolventes de las tensiones principales.

En polares

= =0 0

Isostticas!

rectas radiales curvas ortogonales !circunferencias.

Carga puntualrectas + esferas

Carga linealplanos + cilindros

ISOBARAS.-Lineas de igual presin.

Para la tensin radial s ?

Carga puntualEsferas tangentes a O

Carga linealCilindros tangentes a OY

Carga puntual

= + = z rzQ2 2

2

2

3

2

cos

Carga lineal

= =rq

r

2cos

En ambos casos

, ecuacin de la circunferencia tangente.

cos= cte


24/33

O

Q

x

z

Q=10t

4 kg/cm2

3kg/cm2

2kg/cm2

10

20

30

40

50

60 cm=0.5

z

TENSIONES VERTICALES TENSIONES HORIZONTALESr

DISTRIBUCIN DE TENSIONES

Modelo de Boussinesq


25/33

q

q2a

z

hr

t

zh

TENSIONES BAJO UNA CARGA EN FAJA

( )

( )

( )

( )

( )

r

t

z

h

zh

q sen

qsen

qsen

qsen

qsen sen

= +

=

=

= +

=

=

0

2

2

2

cos

cos

Isostticas Isobaras


26/33

z

y

q

r2r

a

b

z

G

x

r1

TENSIONES BAJO LA ESQUINA DE UNRECTNGULOFrmula de Steinbrenner

r a z

r b z

r a b z

12 2

2

2 2

2 2 2

= +

= +

= + +

z

x

y

xz

yz

xy

qarctg

ab

zr

abz

r r r

qarctg

ab

zr

abz

r r

qarctg

ab

zr

abz

r r

q b

r

z b

r r

q a

r

z a

r r

q z

rz

r r

= + +

=

=

=

=

= +

2

1 1

2

2

2

2

21

1 1

1

2

2

2

1

2

2

2

2

2

1

2

1

2

2

2

1 2


27/33

A1

A3 A4

A2

A1 A3

A2 A4

G

G

Punto interior Punto exterior

Tensiones en puntos no correspondientes a esquinas

s=s 1+s 2+s 3+s 4 s =s 1-s 2-s 3+ s 4


28/33


29/33


30/33


31/33

PRESIONES ADMISIBLES EN EL TERRENO DE CIMENTACIN

Naturaleza del terrenoPresin admisible enkg/cm2para profundidad

de cimentacin en m. de:0 0.5 1 2 #3

1 Rocas (1)No estratificadasEstratificados

3010

4012

5016

6020

6020

2 Terrenos sin cohesin (2)Graveras

Arenosos gruesosArenosos finos

-

--

4

2.51.6

5

3.22

6.3

42.5

8

53.2

3 Terrenos coherentesArcillosos durosArcillosos semidurosArcillosos blandosArcillosos fluidos

----

----

421

0.5

421

0.5

421

0.5

4 Terrenos deficientes

FangosTerrenos orgnicosRellenos son consolidar

En general de resistencia nula,

salvo que se determineexperimentalmente el valoradmisible.

Observaciones

(1) a) Los valores que se indican corresponden a rocas sanas pudiendotener alguna grieta.

b) Para rocas meteorizadas o muy agrietadas las tensiones sereducirn prudencialmente.

(2) a) Los valores indicados se refieren a terrenos consolidados querequieren el uso del pico para removerlos.Para terrenos de consolidacin media en los que la pala penetra condificultad, los valores anteriores se multiplican por 0.8.Para terrenos sueltos que se mueven fcilmente con la pala, losvalores se multiplican por 0.5.

b) Los valores indicados corresponden a una anchura de cimiento igualo superior a 1 m. En caso de anchuras superiores, la presin semultiplicar por la anchura del cimiento multiplicada en metros.


32/33

Naturaleza del terrenoPresin admisible enkg/cm2para profundidadde cimentacin en m. de:

c) Cuando el nivel fretico diste de la superficie de apoyo menos de suanchura, los valores de la tabla se multiplican por 0.8.

ASIENTOS GENERALES ADMISIBLES

Caractersticas del edificio Asiento general mximoadmisible en terrenos:

Sincohesin.

mm.

Coherentes.mm.

Obras de carcter monumental 12 25

Edificios con estructura de hormignarmado de gran rigidez.

35 50

Edificios con estructura de hormignarmado de pequea rigidez.Estructuras metlicas hiperestticas.Edificios con muros de fbrica.

50 75

Estructuras metlicas isostticas.Estructuras de madera.Estructuras provisionales.

50 75

Comprobando que no seproduce desorganizacinen la estructura ni en loscerramientos.


33/33

CLCULO DE ASIENTOS.

Datos precisos Conocimiento detallado del terreno

Tensiones sobre el terreno.

Mtodo edomtrico.

- Se calculan las tensiones iniciales en el terreno.- Se divide el terreno en franjas horizontales.- Se calculan las tensiones medias en cada franja tras la accin del

cimiento.

- Se calcula la disminucin del grueso de cada franja por la frmulaedomtrica.

he e

1 eh

e terreno inicial

e terreno cargadoi i=

+

El asiento ser s hii

n

==

1

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