![Page 1: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/1.jpg)
Resistencia al corte de arcillas
(84.07) Mecánica de Suelos y Geología
Alejo O. Sfriso: [email protected]
![Page 2: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/2.jpg)
2
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Índice
• Similitudes y diferencias: arcillas y arenas
• Ángulo de fricción interna crítico y residual
• Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas
• Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas
• Arcillas inalteradas
• Suelos no saturados
• Un ejercicio integrador
![Page 3: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/3.jpg)
3
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Resistencia al corte de arcillas amasadas vs arenas
Similitudes
• La resistencia al corte obedece a
• Las arcillas compactas dilatan (como arenas densas)
• Las arcillas blandas contraen (como arenas sueltas)
• Ambas alcanzan elmismo estado crítico luego de unadeformación grande
� = � + � tan �
![Page 4: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/4.jpg)
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Resistencia al corte de arcillas amasadas vs arenas
Diferencias
• Las partículas de las arcillas no tienen contacto directo grano a grano
• Las arenas no tienen memoria: � no depende de la historia de tensiones
• Las arcillas tienen memoria: � depende de la historia de cargas, porque el material “recuerda” cual fue la presión máxima que soportó y en qué dirección ocurrió
• Para enormes deformaciones, las arcillas tienen un ángulo de fricción interna residual �� menor que ��
![Page 5: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/5.jpg)
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Resistencia al corte de arcillas amasadas vs arenas
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Índice
• Similitudes y diferencias: arcillas y arenas
• Ángulo de fricción interna crítico y residual
• Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas
• Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas
• Arcillas inalteradas
• Suelos no saturados
• Un ejercicio integrador
![Page 7: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/7.jpg)
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Ángulo de fricción interna crítico �� en suelos de grano fino
(Kenny 1959)
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Ángulo de fricción vs. plasticidad
' = 28.1-0.062Ip
20.0
21.0
22.0
23.0
24.0
25.0
26.0
27.0
28.0
29.0
30.0
20 30 40 50 60 70
Ip [%]
' [°]
Ángulo de fricción interna crítico �� en formación Postpampeano
Formación Postpampeano
![Page 9: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/9.jpg)
Estimación del ángulo de fricción interna residual ��
�� se mide con distorsiones mayores al 100%
9
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Ejercicio
Dibuje a escala el ángulo de fricción interna crítico y residual de:
• Arena suelta
• Caolinita
• Illita
• Montmorillonita
Se efectúa un ensayo S de una illita con �3 = 100���
• Calcule �1 para una deformación del 10%
• Calcule �1 para una deformación del 100%
10
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![Page 11: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/11.jpg)
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Índice
• Similitudes y diferencias: arcillas y arenas
• Ángulo de fricción interna crítico y residual
• Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas
• Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas
• Arcillas inalteradas
• Suelos no saturados
• Un ejercicio integrador
![Page 12: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/12.jpg)
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La dilatancia
En las arcillas, igual que en las arenas
En las arenas, la dilatancia depende de la densidad relativa y de la presión
En las arcillas, la dilatancia depende del grado de sobreconsolidación
12
� = �� + �
� = �� + � OCR
� = �� + � ��, �
![Page 13: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/13.jpg)
�
��
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Ensayo de compresión unidimensional
(Mitchell 1996)
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Ensayo de corte directomuestra normalmente consolidada
(Mitchell 1996)
���� = �� + � OCR
�
��
��
��
Normalmente consolidada
�� = ��
1.0
��
![Page 15: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/15.jpg)
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Ensayo de corte directomuestra muy sobreconsolidada
(Mitchell 1996)
�
��
��
��
����
Muy sobrecon-solidada �� ≪ ��
3.5 1.0
��
���� = �� + � OCR
![Page 16: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/16.jpg)
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Ensayo de corte directomuestras sobreconsolidadas
(Mitchell 1996)
�
��
��
��
����
Normalmente consolidada
�� = ��
1.03.5
��
Muy sobrecon-solidada �� ≪ ��
���� = �� + � OCR
![Page 17: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/17.jpg)
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Ensayo de corte directomuestras sobreconsolidadas
(Mitchell 1996)
�
��
��
��
����
Normalmente consolidada
�� = ��
1.03.5
��
Muy sobrecon-solidada �� ≪ ��
���� = �� + � OCR
![Page 18: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/18.jpg)
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Ensayo de corte directomuestras sobreconsolidadas
(Mitchell 1996)
�
��
��
��
����
Normalmente consolidada �� = ��
Poco sobreconso-lidada �� < ��
1.01.43.5
��
Muy sobrecon-solidada �� ≪ ��
���� = �� + � OCR
![Page 19: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/19.jpg)
Estimación de � para arcillas sobreconsolidadas
No hay un criterio universalmente establecido
Provisionalmente puede emplearse la expresión
19
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as
(Adaptada de Sfriso 2007)
tan �
tan ��
�
+ 1.443 ln�
��= 0
��� � � ��� 24.0 27.0 30.02.0 24.0 27.0 30.02.5 27.1 39.2 33.63.3 30.4 33.9 37.35.0 34.1 37.8 41.3
![Page 20: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/20.jpg)
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Efecto de la dirección de carga
![Page 21: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/21.jpg)
Ejercicio
Calcule el ángulo de fricción interna de una caolinita (�� = 30º) para
• TC, OCR = 1.0
• PSC, OCR = 1.0
• TE, OCR = 1.0
• TC, OCR = 2.0
• TC, OCR = 3.0
• TC, OCR = 4.0
• PSC, OCR = 4.0
• TE, OCR = 4.0
21
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![Page 22: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/22.jpg)
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Índice
• Similitudes y diferencias: arcillas y arenas
• Ángulo de fricción interna crítico y residual
• Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas
• Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas
• Arcillas inalteradas
• Suelos no saturados
• Un ejercicio integrador
![Page 23: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/23.jpg)
23
Resis
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as
�� = � ��
La resistencia al corte no drenada de las arcillas amasadas depende de su índice de liquidez
�� ≅ 1.7 exp −4.6 �� ����
�� =� − ��
�� − ��
�� → �� = 1 → �� ≅ 1.7kPa
�� → �� = 0 → �� ≅ 170kPa
![Page 24: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Resis
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�� = � �, ���
Como � = � �, ���y �� = � �
Queda �� = � �, ���
�� ≅ 0.23 ��� ��/�� ��
� ����/��
�� ≅ 0.23��� OCR ����/��
![Page 25: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Resis
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rcill
as
��: Efecto de la dirección de carga
Plane strain compression (PSC) 0.34
Triaxial compression (CK0UC) 0.33
Iso-consolidated triaxial compression (CIUC) 0.32
Iso-consolidated triaxial extension (CIUE) 0.24
Direct simple shear (DSS) 0.20
Plane strain extension (PSE) 0.19
Unconsolidated Undrained (UU) 0.185
Triaxial extension (CK0UE) 0.16
Unconfined compression (UC) 0.14
��
����
��
![Page 26: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/26.jpg)
26
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as
��: Influencia de la velocidad de carga
![Page 27: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/27.jpg)
Ejercicio
Calcule la resistencia al corte no drenada de una caolinita (�� = 40, �� = 29)
• en compresión triaxial para � = 50%, 40%, 30%, 20%
• en extensión triaxial para � = 50%, 40%, 30%, 20%
• en deformación plana para � = 50%, 40%, 30%, 20%
27
Resis
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![Page 28: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/28.jpg)
28
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Índice
• Similitudes y diferencias: arcillas y arenas
• Ángulo de fricción interna crítico y residual
• Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas
• Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas
• Arcillas inalteradas
• Suelos no saturados
• Un ejercicio integrador
![Page 29: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/29.jpg)
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as
Arcillas inalteradas: ��
�� ≅ 0.11 + 0.0037�� ����
�� ≅ 0.23 ± 0.004 ����
0.01 ��� <��
��� < 0.0117 ���
![Page 30: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/30.jpg)
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Arcillas inalteradas: ��: Postpampeano
Resistencia vs. profundidad
cu = 1.14 D + 3.05
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
5 10 15 20 25 30
Prof [m]
cu [KPa]
![Page 31: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/31.jpg)
31
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as
Anisotropía por consolidación
![Page 32: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/32.jpg)
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as
��: Precaución - TC vs TE
(EPRI 1990)32
![Page 33: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/33.jpg)
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Cementación
![Page 34: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/34.jpg)
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Sensitividad
� =�� intacta
�� remoldeada
![Page 35: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/35.jpg)
35
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as En suelos cementados hay
mucha dispersión de resultados
Es mejor hacer varias etapas sobre una misma muestra
d
sE 1
0.95d dr
1
0
m
"In situ"
300 30%i uE q
"In situ"
Undisturbed sample
Representative sample
1s aE p 470
2.03
2.45
3.20
2 31 4 50
d
ap
3
3
3
2.0
1.0
0.5
a
a
a
p
p
p
580800
Suelos cementados: Ensayo triaxial escalonado
![Page 36: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/36.jpg)
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Suelos cementados: Ensayo triaxial escalonado
d - 1
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
0% 5% 10% 15%1
d
(k
g/c
m2)
0
100
200
300
400
500
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
d (kg/cm2)
E s
ec
an
te (
kg
/cm
2)
Etapa 1: Se avanza hasta que la línea es clara
Etapa 2: Se llega a rotura
![Page 37: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/37.jpg)
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Índice
• Similitudes y diferencias: arcillas y arenas
• Ángulo de fricción interna crítico y residual
• Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas
• Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas
• Arcillas inalteradas
• Suelos no saturados
• Un ejercicio integrador
![Page 38: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/38.jpg)
Fuerza capilar = tensión intergranular
Las fuerzas generadas por la tensión superficial se convierten en tensión efectiva y aumentan la resistencia al corte del suelo
Es por eso que existen los castillos de arena
Para hacer algocomo la foto seagrega azúcar alagua (¿porqué?)
38
Intr
od
ucci
ón a
su
elo
s n
o s
atu
rado
s
www.lovethispic.com/image/21677/sand-castle
![Page 39: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/39.jpg)
Resistencia al corteIn
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39
� = �� + � − �� tan �� + �� − �� tan ��
![Page 40: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/40.jpg)
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¿Porqué existe ��?
40
Compresibilidad del agua 10000 veces mayor que la del aire (a 100kPa): “no drenado” no significa “incompresible”
![Page 41: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/41.jpg)
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Resis
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Índice
• Similitudes y diferencias: arcillas y arenas
• Ángulo de fricción interna crítico y residual
• Resistencia al corte drenada de arcillas amasadas
• Resistencia al corte no drenada de arcillas amasadas
• Arcillas inalteradas
• Suelos no saturados
• Un ejercicio integrador
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Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla
Etapas
• Construcción de terraplén compactado
• Construcción de tanque
• Llenado
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Resis
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�� = 5.14 ��
���� =��
��
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El silo Transcosna, 1913
43
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Resis
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as
Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla
Construcción de terraplén compactado
�� = 18��
��
�� = 17��
��
��� = 1.5�
��� = 5.0�
��� = 18
��
��1.5� + 7
��
��
5.0�
2
��� = 44���
�� = 0.23��� = 10.2���
�� = 5.14 �� = 52.4���
���� =��
2= 26.2���
Limo cementado
![Page 45: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/45.jpg)
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Resis
ten
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al c
ort
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rcill
as
Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla
Construcción y llenado de tanque (2.6m)
�� = 18��
��
�� = 17��
��
��� = 1.5�
��� = 5.0�
��� = 44.5��� + 10
��
��2.6�
��� = 70.5���
�� = 0.23��� = 16.2���
�� = 5.14 �� = 83.3���
���� =��
2= 41.6���
Limo cementado
![Page 46: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/46.jpg)
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Resis
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cia
al c
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rcill
as
Ejercicio: construcción de tanque sobre relleno de arcilla
Llenado del tanque (4.0m)
Se puede llenar el tanque hasta su altura final porque la presión aplicada en la primera etapa (2.6m) redujo la relación de vacíos y con ello aumentó la resistencia al corte no drenada del terreno
(el cálculo real es más complejo, lo veremos más adelante)
�� = 18��
��
�� = 17��
��
��� = 1.5�
��� = 5.0�
���� =��
2= 41.6���
Limo cementado
![Page 47: (Microsoft PowerPoint - 205 Resistencia al corte de arcillas [S\363lo](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022052607/586f76041a28ab5b038b961f/html5/thumbnails/47.jpg)
Bibliografía
Básica
• Powrie. Soil Mechanics. 2da Ed. Spon Press
Complementaria
• Mitchell. Fundamentals of soil behavior. Wiley.
• Terzaghi, Peck, Mesri. Soil Mechanics in EngineeringPractice. 3ra Ed. Wiley
• Fredlund y otros. Unsaturated Soil Mechanics in Engineering Practice. Wiley
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