informe esfuerzos de masa de suelos

7/26/2019 Informe Esfuerzos de Masa de Suelos

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Introduccin

El suelo es una estructura compuesta de partculas slidas en contacto,formando un sistema de interconexiones entre los vacos o poros. Los porosestn parcial o totalmente llenos de agua. Es por esta razn que los esfuerzos

efectivos pueden presentarse en la naturaleza en diferentes maneras.El clculo de asentamiento inmediatos, as como los que ocurre a largo plazorequieren conocer los esfuerzos que una sobre carga impuesta al suelo inducedentro de la masa de suelo .por lo anterior en este informe se presentan lassoluciones que se utilizan actualmente para determinar los esfuerzos dentro dela masa de suelo, segn sea la geometra de las cargas aplicadas

Movimientos del terreno e inestabilidades pueden ser causados por cambios enla presin de poros. or e!emplo, taludes estables pueden fallar despu"s detormentas de lluvia porque la presin de poros aumenta debido a la infiltracin

de la lluvia en el talud mientras que el descenso del nivel fretico debido a laextraccin de agua causa asentamientos en el terreno. #omo la compresin $la resistencia del suelo pueden cambiar con cambios del esfuerzo total o concambios de la presin de poros existe una combinacin entre el esfuerzo total $la presin de poros llamada esfuerzo efectivo que rige el comportamiento delsuelo. La relacin entre esfuerzo total, esfuerzo efectivo, $ presin de poros fuedescubierta primero por %erzag&i '()*+. El defini el esfuerzo efectivo de estamanera- %odos los efectos medibles de un cambio de esfuerzos, tal como lacompresin, distorsin, $ un cambio de la resistencia al corte, son debidosexclusivamente a cambios del esfuerzo efectivo. El esfuerzo efectivo estrelacionado al esfuerzo total $ presin de poros.


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Objetivos:

eterminar la resistencia que ofrece el suelo a una profundidaddeterminad dependiendo del peso especfico de la masa del suelo $esfuerzo e!ercido sobre ella.

eterminar el comportamiento de los suelos debido a cambios de lapresin de poros

Informacin existente

Muc&as de las soluciones obtenidas para las distribuciones de esfuerzos en elsuelo se derivan de los traba!os de boussinesq, quien en el a/o de (001desarrollo una expresin matemtica para obtener el incremento de esfuerzosen una masa semi2infinita de suelo debido a la aplicacin de una carga puntualen la superficie la expresin de boussinesq se &a integrado para obtenersolucione para reas cargadas $ se &a modificado para tomar en cuentaestratos de suelo de espesor finito sistema de varios estratos $ aplicacin decarga s por deba!o de la superficie de la masa de suelo

La solucin de boussinesq para resolver el problema de la distribucin deesfuerzos en el interior de la masa de suelo se basa en las siguientes &iptesis

a el suelo es un medio continuob el suelo es un medio semi2infinito.c el suelo es un medio &omog"neod el suelo es un material istropoe el suelo es un material elstico linealf es vlido el principio de superposicing g es vlido el principio de ob!etividad o de indiferencia al marco de

referencia.


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Estructura del suelo y esfuerzos

La fbrica textural del suelo, tiene dos posibilidades extremas- es floculadacomo los suelos marinos que presentan contacto borde 3 cara, gracias afuerzas de atraccin el"ctrica, o dispersa cuando las partculas se disponen

paralelas, porque se repelen el"ctricamente. 4l cargar un suelo, losdesplazamientos por deformacin de carga tienden a desplazar las partculas $los enlaces electroqumicos pueden des&acerse, para que la fbrica estructuralquede dispuesta en forma paralela. El comportamiento mecnico depender dela estructura del suelo. El suelo floculado ofrece ma$or permeabilidad, altaresistencia $ ba!a compresibilidad, gracias a las fuerzas electroqumicas entrelas partculas.

Factores de comportamiento del suelo

a. Presin: #on el aumento de presin, aumenta la resistencia al esfuerzocortante, disminu$e la compresibilidad $ se reduce la permeabilidad. Locontrario cuando disminu$e la presin de confinamiento de un suelo, despu"sde retirar cargas 'de suelo u otras. 5i el suelo est en equilibrio, ba!o la mismapresin que &a experimentado en su &istoria geolgica, se denomina suelonormalmente consolidado '6#. En el canal de anam, las lutitas de lostaludes fallaron porque, despu"s del movimiento de tierras, perdieronresistencia al cortante.b. Tiempo: Esta variable tambi"n influ$e en el comportamiento, como laspresiones, la &umedad $ las condiciones del medio. El agua puede salir porefecto de cargas, $ los esfuerzos son asumidos por el suelo. Las reaccionesqumicas $ otros procesos de degradacin, requieren tiempo, $ tambi"n lavelocidad de aplicacin de las cargas, que condicionan el tipo de respuesta delsuelo.c. !ua: Los dos efectos principales sobre el suelo, causados por el agua, son-la reduccin de la co&esin entre las partculas arcillosas $ la modificacin delos esfuerzos del suelo 'aumenta 7 $ disminu$e 8.La arcilla, en estado seco es resistente $ sumergida no.

d. El entorno: %ambi"n puede condicionar $ modificar el comportamiento- la

naturaleza del fluido intersticial $ la temperatura de una arcilla sedimentaria ocompactada, pueden variar en el tiempo. 5i la arcilla era marina, por lixiviacin,el flu!o primitivo se &ace menos salino $ con ello, se reduce la fuerza deatraccin electrosttica entre partculas del suelo, variando su resistencia alcorte, la arcillas sensitivas, que son de elevada susceptibilidad a los fenmenosde lixiviacin, son de naturaleza marina, depositadas en alto grado porfloculacin9 pero si el deslavado reduce los enlaces cara borde, la arcilla tiendea la dispersin $ el suelo, a presentar fallas por cortante.


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E"F#E$%O &E$TI'( ) *O$I%O+T( 'suelo seco

Los esfuerzos en el interior de un suelo estn producidos por las cargasexteriores aplicada al mismo $ por el peso del propio suelo. El sistema deesfuerzos correspondiente al peso propio del suelo tambi"n puede ser

complicado. 5in embargo existe un caso &abitual en el que el peso del suelo dalugar a un sistema de esfuerzos mu$ sencillo- cuando la superficie del terrenoes &orizontal $ cuando la naturaleza del suelo vara poco en direccin&orizontal. Este caso se presenta en suelos sedimentarios

E"F#E$%O" ,EOE"T-TI'O" &E$TI'(E"

En este caso no existen esfuerzos tangenciales sobre planos verticales $&orizontales trazados a trav"s del suelo.

zv=

dProfundida=z

totalespecificoPeso=


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5i

d : (,+ %on;m*, para calcularv

se tiene la siguiente tabla

5i el peso especfico del suelo varia de forma continua con la profundidad

= z

n z0

5i el suelo esta estratificado $ el peso especfico de cada estrato es diferente.

= zv

E"F#E$%O ,EO"T-TI'O *O$I%O+T( / y /0

la relacin entre los esfuerzos &orizontal $ vertical se expresa por uncoeficiente denominado coeficiente de esfuerzo lateral o de presin lateral $ sedesigna por el smbolo < >(


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En rocas peso especfico: =,?1, normalmente, por lo que

o sea *;@

Esfuerzo total:

Los ingenieros geot"cnicos lo llaman esfuerzo total porque es la suma de losesfuerzos absorbidos por todas las fases del suelo, este esfuerzo es el queabsorbe todo el peso en o sobre el suelo.

onde-A : Esfuerzo normal total.W : eso del suelo.A : Brea de la seccin transversal del suelo.

P$E"I3+ 2E PO$O":Es la presin inducida en el fluido '$a sea agua o agua $ aire que llena losporos. El fluido en los poros es capaz de transmitir esfuerzos normales, pero noesfuerzos cortantes, por lo que no tiene la componente de corte, $ es por estarazn que la presin de poros se la conoce tambi"n con el nombre de esfuerzoneutral opresin neutra

E"F#E$%O EFE'TI&O%erzag&i en ()@*, demostr que para un suelo saturado, el esfuerzo efectivo encualquier direccin puede definirse en forma cuantitativa como la diferenciaentre el esfuerzo total $ la presin de poros del agua.Este esfuerzo es transmitido a trav"s de la estructura slida del suelo pormedio de los contactos intergranulares. Este componente del esfuerzo total esel que controla tanto la deformacin debida a los cambios de volumen como laresistencia al corte del suelo, por lo tanto el esfuerzo normal $ el esfuerzocortante se transmiten a trav"s de los contactos entre grano a grano .

'= u


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Donde:

= Esfuerzo normal total.

= Esfuerzo normal efectivo.

u = Presin de poros del agua o esfuerzo neutral.

El concepto del esfuerzo efectivo influ$e en gran parte en el comportamientodel suelo, de a& es que la aplicacin de estos criterios en las obras civiles esde gran importancia. El uso ms comn se presenta en el dise/o de presas,terraplenes, diques, ataguas, o estructuras similares de retencin de agua,adems de obras que requieran excavaciones del terreno. En este tipode obras es mu$ frecuente que se presenten infiltraciones que pongan enriesgo la estabilidad $ vida til de la estructura. Esta inestabilidad es debida a lainfiltracin del agua $ se la conoce con el nombre de flotacin. #uando elesfuerzo efectivo es cero, la fuerza ascendente de escurrimiento es igual alpeso sumergido del suelo $ no puede desarrollarse una resistencia a la friccinentre partculas $ por lo tanto la mezcla suelo $ agua no tiene resistencia alcorte $ acta como lquido. La falla por flotacin o levante puede conducir a unafalla total de la cimentacin o incluso al derrumbe de una estructura deretencin de agua, como el pie del talud de una presa o parte de una atagua.or lo tanto es necesario analizar esta inestabilidad al dise/ar estructuras deretencin de agua.

'ar!a puntual

= 3P

2 Z2

[1+

(r

Z

)

2

]

5

2

Donde:

r=X2+Y2


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E!emplo practico

Distribucin de esfuerzos

d= 3 (qody )

2 Z2[1+(X

2+Y

2

Z )2

]5

2

=d=Y=0

Y=L3 (qody )

2 Z2[1+(X

2+Y

2

Z )2

]5

2

I=Factor de influencia=

y z3

2(x2+z2 )1

x2+y2+z2( 1x2+y2+z2+

2

x2+y

2 )


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2istribucin de esfuerzos bajo el centro de unasuperficie circular uniformemente car!ada

La ecuacin de Coussinesq tambi"n se usa para determinar el esfuerzo verticalba!o el centro de una superficie circular flexible cargada, sea C;? el radio de lasuperficie cargada $ qola carga uniformemente distribuida por unidad de rea.

d= 3 (qorddr )

2 Z2

[1+

(

r

Z

)

2

]

5

2

El incremento total del esfuerzo causado por toda la supercie

en el centro es:

=d= =0

=2

r=0

B /23 (qorddr )

2 Z2

[1+

(

r

Z

)

2

]

5

2


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4#(4O" 2E E"F#E$%O.

#on las soluciones de los literales a &asta g puede obtenerse el con!unto delneas de igual incremento de esfuerzo, por carga, utilizando la ecuacin deCD7556E5F 'carga puntual $ superposicin de cargas. El C7LCD EE5G7EHID5 D E HE5D6E5, ba!o el reacargada, muestra que el rea ms afectada, estba!o el centro. JAK : f'q.

=qo

{1

1

[1+(

B2Z)

2

]3 /2

}


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'O+'(#"IO+E"

EL E5G7EHID F7E 5E EEH#E 5DCHE 764 M454 E 57ELD K4E6EH4H 764 HE5D6 E6 LD5 DHD5 F7E 5E E6#7E6%H46LLE6D5 E 474 D 4HE 4L%EH46D EL #DMDH%4ME6%D EE5%E

76 E5G7EHID EEH#D 5DCHE 76 57ELD 5E#D ,54%7H4D N5EM 54%7H4D K4 5EH GEHE6%E EC4D 4 L4 #46%4 E474 N 4HE F7E #D6%E6E6

EL E5%7D5 E LD5 E5G7EHID5 5DCHE LD5 57ELD5 E5 M7NMDH%46%E N 6E#E54HD 4H4 E%EHM64H L46E5%4CL4 E ELLD5

informe esfuerzos de masa de suelos

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