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Prueba consolidada-no drenada

1. Esfuerzo desviador versus deformacinunitaria axial para arena densa y arcilla pre consolidada2. Variacin de la presin del agua de poro con la deformacin unitaria axial para arena suelta y arcilla normalmente consolidada3. variacin de la presin de poro del agua con la deformacin unitaria axial para arena densay arcilla pre consolidada.La presin de poro en la falla, los esfuerzos principales se analizan como sigue:

Esfuerzo principal mayor en la falla (total): Esfuerzo principal mayor en la falla ( efectivo):

Esfuerzo principal menor en la falla (efectivo):

=presin de poro del agua en la falla.

Pruebas sobre varios especmenes similares con diferentes presiones de confinamiento se efectan para determinar los parmetros de resistencia cortante. La figura muestra los crculos de Mohr de los esfuerzos total y efectivo en la falla obtenidos en pruebas tri axiales consolidadas-no drenadas en arena y arcilla normalmente consolidada.

Envolventes de falla del esfuerzo total y efectivo para pruebas triaxiales consolidadas-no drenadas. (Nota: la figura supone que no se aplica presin de regreso.)

A y B son dos crculos de Mohr de esfuerzo total obtenidos de dos pruebas. E y D son los crculos de Mohr de esfuerzo efectivo correspondientes a los crculosA y B de esfuerzo total, respectivamente. Los dimetros de los crculos A y E son los mismos; similarmente, los dimetros de los B y D son iguales.

En la figura, la envolvente del esfuerzo total de falla se obtiene dibujando una lnea que toque todos los crculos de Mohr del esfuerzo total. Para arena y arcillas normalmente consolidadas, esta lnea ser aproximada por una lnea recta que pase por elorigen y se expresa por la ecuacin

Esta ecuacin no es normalmente usada en practicas.En arcillas pre consolidadas, la envolvente de falla del esfuerzo total, obtenida en pruebas consolidadas-no drenadas, toma la forma mostrada en la figura. La lnea recta a' b es representada por la ecuacin.

La lnea recta b'c' sigue la relacin dada por la ecuacin anterior. La envolvente de fallapor esfuerzo efectivo dibujada de los crculos de Mohr por esfuerzo efectivo es similar ala mostrada en la figura 7.20.

Las pruebas consolidadas-drenadas en suelos arcillosos toman un tiempo considerable. Por eso, las pruebas consolidadas-no drenadas deben realizarse en tales suelos con medicin de la presin de poro para obtener los parmetros de resistencia cortante drenada. Como el drenaje no se permite en esas pruebas durante la aplicacin del esfuerzo desviador, las pruebas deben efectuarse rpidamente.

El parmetro A de presin de poro de Skempton fue definido en la primera ecuacin. En la falla, el parmetro A se escribe como

El rango general de valores de Af en la mayora de los suelos de arcilla es como sigue: Arcillas normalmente consolidadas: 0.5 a 1 Arcillas pre consolidadas: -0.5 a O

7.9 Prueba no consolidada-no drenadaPrueba no consolidada-no drenadaEn las pruebas no consolidadas-no drenadas, el drenaje del espcimen de suelo no se permite durante la aplicacin de la presin de la cmara 3. El espcimen de prueba es cortado a la falla por la aplicacin del esfuerzo desviador sin permitirse el drenaje.Como el drenaje no se permite en ninguna etapa, la prueba se lleva a cabo muy rpidamente. Debido a la aplicacin de la presin de confinamiento en la cmara 3, la presin de poro del agua en el espcimen de suelo se incrementar una cantidad Uc. Habr un aumento adicional en la presin de poro ud, debido a la aplicacin del esfuerzo desviador.

Por consiguiente, la presin de poro del agua total u en el espcimen en cualquier etapa de la aplicacin del esfuerzo desviador se da como

La prueba no consolidada-no drenada es usualmente llevada a cabo sobre especmenes de arcilla y depende de un concepto de resistencia muy importante para los suelos cohesivos saturados. El esfuerzo axial agregado en la falla es prcticamente el mismo independientemente de la presin de confinamiento en la cmara, como muestra la figura 7.22. La envolvente de falla para los crculos de Mohr del esfuerzo total se vuelve una lnea horizontal y por consiguiente se llama una condicin de = 0, y

donde Cu es la resistencia cortante no drenada y es igual al radio de los crculos de Mohr. La razn para obtener el mismo esfuerzo axial agregado independientemente de la presin de confinamiento es la siguiente: si un espcimen de arcilla (no. 1) es consolidado a una presin de cmara 3 y luego es cortado a la falla sin drenaje permitido

entonces las condiciones de esfuerzo total en la falla deben ser representadas por el crculo de Mohr P en la figura 7.23. La presin de poro desarrollada en el espcimen en la falla es igual a Los esfuerzos efectivos principales mayor y menor en la falla son entonces:

Q es el crculo de Mohr por esfuerzo efectivo con los esfuerzos principales precedentes. Note que los dimetros de los crculos P y Q son iguales.

Consideremos ahora otro espcimen similar de arcilla (no. 2) que es consolidado a una presin de la cmara 3. Si la presin de la cmara es aumentada en 3, sin permitirse el drenaje, entonces la presin de poro del agua se incrementa una cantidad uc, Para suelos saturados bajo esfuerzos isotrpicos, el aumento de la presin de poro del agua es igual al incremento del esfuerzo total, por lo que En este tiempo, la presin de confinamiento efectiva es igual a sta es la misma que la presin de confinamiento efectiva del espcimen no. 1 antes de la aplicacin del esfuerzo desviador.

Por consiguiente, si el espcimen no. 2 es cortado a la falla incrementando el esfuerzo axial, debe fallar bajo el mismo esfuerzo desviador que se obtuvo para el espcimen no. 1. El incremento de la presin de poro agregado causado por la aplicacin de

As entonces, el crculo de Mohr del esfuerzo efectivo ser an el Q porque la resistencia est en funcin del esfuerzo efectivo. Note que los dimetros de los crculos P, Q y R son todos iguales.Cualquier valor de 3 podra haber sido escogido para probar el espcimen no. 2. En todo caso, el esfuerzo desviador que generara la falla habra sido el mismo.

7.10 Prueba de compresin simple sobre arcilla saturadaLa prueba de compresin simple es un tipo especial de prueba no consolidada no drenada, que se usa comnmente para especmenes de arcilla.

En esta prueba la presin de confinamiento 3 es O. Una carga axial se aplica rpidamente al espcimen para generar la falla. En sta, el esfuerzo principal menor total es O y el esfuerzo principal mayor total es 1 (figura 7.24). Como la resistencia de corte no drenada es independiente de la presin de confinamiento, tenemos

Donde qu es la resistencia a compresin simple. La tabla 7.3 da las consistencias aproximadas de arcillas con base en sus resistencias a compresin simple. Una fotografa del equipo de prueba de compresin simple se muestra en la figura 7.25.

Tericamente, para especmenes similares de arcilla saturada, las pruebas de compresin simple y las pruebas triaxiales no consolidadas-no drenadas deberan dar los mismos valores de Cu. Sin embargo, en la prctica, las pruebas de compresin simple sobre arcillas saturadas dan valores ligeramente menores para Cu que los obtenidos en pruebas no consolidadas-no drenadas como se muestra en la figura 7.26

7.11 SENSITIVIDAD Y TIXOTROPIA DE LA ARCILLASENSITIVIDAD: Es la propiedad de reducir considerablemente la resistencia a compresin simple cuando los suelos se prueban despus de remoldearlos sin ningn cambio en el contenido de agua(es una propiedad solo de los suelos de arcilla).

FORMULA:

DONDE: St: Grado de sensitividad. qu: Resistencia a compresin simple.

7.11 SENSITIVIDAD Y TIXOTROPIA DE LA ARCILLAAlgunas caractersticas de la sensitividad:Tasa de la mayora de arcillas entre 1 y 8.Depsitos de arcilla altamente floculada entre 10 y 80.Existen arcillas que se vuelven fluidos viscosos al ser remoldeadas, se encuentran en zonas cubiertas por glaciares y se las denomina licuables. 7.11 SENSITIVIDAD Y TIXOTROPIA DE LA ARCILLATixotropa: Es la capacidad de continuar ganando resistencia con el tiempo, luego de que un espcimen de suelo es sometido al remoldeo y se mantiene en un estado inalterado(es decir, sin cambio en el contenido de agua). Adems consiste en un proceso reversible, dependiendo del tiempo en que el suelo se ablande al moldearse, esta perdida se recupera con el tiempo cuando el suelo permanece en reposo.

Para los suelos la diferencia entre la resistencia inalterada y la resistencia despus del endurecimiento tixotrpico es atribuida a la destruccin de la estructura de las partculas de arcilla desarrollada durante el proceso original de sedimentacin.

7.12 PRUEBA DE CORTANTE CON VELETASe obtienen resultados bastante confiables para la resistencia cortante sin drenaje a partir de pruebas de cortante con veleta. sta consiste usualmente en cuatro placas de acero delgadas de igual tamao soldadas a una barra de torsin hecha del mismo metal.Primero, la veleta se hinca en el suelo, luego se aplica un torque en la parte superior de la barra para hacer girar la veleta con rapidez uniforme. Un cilindro de suelo de altura h y dimetro d resistir el torque hasta que falle el suelo. La resistencia a cortante sin drenar del suelo se calcula as:Si T es el torque mximo aplicado en la cabeza de la barra para generar la falla, ste debe ser igual a la suma del momento resistente de la fuerza cortante a lo largo de la superficie lateral del cilindro de suelo (Ms) Y del momento resistente de la fuerza cortante en cada extremo (Me)

MOMENTOS Ms Y MeEl momento resistente Ms se expresa como

Donde:d = dimetro de la veleta de cortanteh = altura de la veleta de cortantePara calcular Me, los investigadores supusieron tres tipos de distribucin de la movilizacin de la resistencia cortante en los extremos del cilindro de suelo:1. Triangular: la movilizacin de la resistencia cortante es c" en la periferia delcilindro de suelo y decrece linealmente a O en el centro.2. Uniforme: la movilizacin de la resistencia cortante es constante (es decir, c,}de la periferia al centro del cilindro de suelo.3. Parablica: la movilizacin de la resistencia cortante es c" en la periferia delcilindro de suelo y decrece parablicamente a O en el centro.

TORQUE TY RESISTENCIA A LA CORTANTE Cu

VELETALas pruebas de cortante con torque se realizan en laboratorio y en campo durante la exploracin del suelo. La veleta de cortante de laboratorio tiene dimensiones de aproximadamente 12.7 mm (dimetro) y 25.4 mm (altura).Veleta de cortante para resistencia cortante del suelo.

ENSAYO DE VELETA EN CAMPOEn el campo, donde la resistencia cortante no drenada vara considerablemente con la profundidad, las pruebas de cortante con veleta son extremadamente tiles. En un corto periodo es posible establecer un patrn razonable del cambio de Cu con la profundidad.Las pruebas de corte con veleta son tambin limitadas por la resistencia de los suelos en los que son usadas. La resistencia al cortante no drenada obtenida en una prueba de corte con veleta depende tambin de la velocidad de aplicacin del torque T.Bjerrum (1974) demostr que conforme la plasticidad de los suelos se incrementa, la Cu obtenida de las pruebas de corte con veleta da resultados no muy confiables para el diseo de cimentaciones. Por esta razn, sugiri la siguiente correccin:

7,13 Relaciones empricas entre cohesin sin drenaje (cu) y presinefectiva de sobrecarga (' o)Varias relaciones empricas se observan entre Cu y la presin efectiva de sobrecarga ' cen el campo. Algunas de esas relaciones se resumen en la tabla 7.4.La tasa de preconsolidacin fue definida en el captulo 6 como

Tabla 7.4 Ecuaciones empricas que relacionan cII con a'a'