Guía de Trabajos Prácticos Módulo 2

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1 Laboratorio de Mecánica de Suelos Facultad de Ingeniería. Universidad de Buenos Aires Las Heras 2214 C1127AAR Buenos Aires. T: /3010 int. 110 E: / W: materias.fi.uba.ar/6408 Guía de Trabajos Prácticos Módulo 2 Autores: Colaboradores: Mauro Codevilla, Osvaldo N. Ledesma; Mauro Sottile Roberto Cier, Mariano Fernández, Ignacio Cueto 1 Compresión unidimensional y consolidación de suelos 1.1 Para un material elástico lineal con módulo de elasticidad E = 20 MPa y coeficiente de Poission ν = 0.2, determine su módulo de deformación en condiciones edométricas. 1.2 A partir de lo resultados de un ensayo de compresión edométrica que se presentan en la Tabla 1-1, se pide: grafique los resultados en términos de relación de vacíos vs presión vertical efectiva en escala logarítmica; determine los parámetros C r y C c ; determine la presión de preconsolidación de la muestra ensayada. Tabla 1-1. Resultados de ensayos de consolidación. Presión vertical efectiva [kpa] Altura de la muestra al final de cada escalón [mm] Nota: la humedad de la muestra de suelo al final del ensayo es de 18%, y el peso específico de las partículas sólidas es γ s = 27.4 kn/m Se tiene un perfil geotécnico constituido por un manto de arcillas de 8.0m que descansa sobre un estrato de arenas densas. El estrato de arcillas saturadas tiene una humedad de w = 56.7%. Sobre este terreno se construyó un terraplén compactado. Luego de un año de construido, la humedad del manto de arcillas resultó w = 50.3%. Determine el asentamiento ocurrido en ese período. Nota: adopte un valor de peso específico de las partículas solidas γ s = 26.5 kn/m Se tiene un depósito de arcillas saturadas de 8.0m de espesor con las siguientes características: relación de vacíos, e = 0.95; peso específico de partículas sólidas γ s = 27.0 kn/m 3 ; rigidez edométrica: C c = 0.42; C r = 0.03; relación de preconsolidación OCR = 1.20; Calcule el asentamiento por consolidación primaria, debido a la aplicación de una carga superficial de 100kPa, dividiendo el estrato en 1, 2, 4 y 16 subestratos de igual espesor. 1.5 Para la estratigrafía del ejercicio 1.4, calcule: tiempo necesario para alcanzar el 95% de la consolidación primaria, t 95 ; asentamiento luego de 5, 10 y 20 años de aplicada la carga, incluyendo el efecto de la consolidación secundaria (considere t p = t 95 ); relación de preconsolidación (OCR) resultante en la mitad del estrato debido al efecto de consolidación secundaria para 5, 10 y 20 años. Los parámetros geotécnicos adicionales, necesarios para resolver el problema, son coeficiente de consolidación: C v = m 2 /seg; coeficiente de compresión secundaria C α = drenaje libre en las caras superior e inferior del estrato de arcillas. A.O.Sfriso Guia de Ejercicios_M2.docx

2 FIUBA Page Se aplica una carga superficial de 80kPa en un sitio con el perfil estratigráfico de la Tabla 1-2. Considere el NF en coincidencia con el NTN y determine: asentamiento total por consolidación primaria; asentamiento total a los 180 días de aplicada la carga. Tabla 1-2. Estratigrafía, ejercicio 1.6 Profundidad [m] SUCS W [%] C c C r C v [m 2 /s] OCR E edo [MPa] 0 a 5 CH a 9 SP a 15 CH > 15 SP Nota: no tenga en cuenta la compresibilidad del estrato inferior de arenas densas. Calcule la compresibilidad del estrato de arenas intermedio con el valor de módulo elástico edométrico informado. Adopte un valor de peso específico de las partículas sólidas γ s = 27.0 kn/m Sobre un depósito de arcillas de 10m de espesor se construirá un terraplén de material compactado de 4.0m. El nivel freático está ubicado en coincidencia con el nivel del terreno natural. La información geotécnica del sitio indica que las arcillas descansan sobre un manto de arenas densas; límites de Atterberg: LL = 70%, IP = 40%; humedad natural: w = 65%; relación de preconsolidación OCR = 1.3; permeabilidad media k = m/s. Considere que el terraplén ejercerá una presión efectiva de 76 kpa y calcule asentamiento total por efecto de compresión primaria. tiempo necesario para alcanzar valores de 25%, 75%, 90% y 95% de la consolidación primaria; asentamiento total luego de 50 años de finalizada la construcción (incluya efecto de consolidación secundaria). Nota: estime, a partir de la información disponible, los parámetros geotécnicos necesarios para hacer los cálculos. Considere que el estrato drena libremente en su extremos superior e inferior. 2 Resistencia al corte 2.1 Se realizó un ensayo de corte directo sobre una muestra de suelo natural, cuyos resultados se resumen en la Tabla 2-1. determine los parámetros resistentes del material; Tabla 2-1. Tensiones efectivas en la falla, ejercicio 2.1 σ N [kpa] τ [kpa] Se realizan ensayos de compresión triaxial tipo S (σ 3 = cte, u = 0) sobre una muestra de arena limpia. En la Tabla 2-2 se indican los valores de tensiones totales alcanzados en la falla. Resuelva: represente los resultados en un gráfico σ 1 vs σ 3 ; determine el ángulo de fricción interna; represente los resultados utilizando círculos de Mohr; indique la inclinación del plano de falla; Tabla 2-2. Resultados de ensayo triaxial, ejercicio 2.1. σ 3 [kpa] σ 1 [kpa]

3 FIUBA Page Una muestra de arena, cuyo ángulo de fricción interna crítico es φ = 31, se compacta a densidades relativas D r = 30% y D r = 70%, y se somete a ensayos triaxiales tipo S, con una presión de confinamiento σ 3 = 200 kpa. dibuje cualitativamente las curvas σ 1 /σ 3 vs ε 1, y ε v vs ε 1 para cada muestra; indique los valores de σ 1 pico y una vez alcanzado el estado crítico, para cada muestra. Nota: estime el ángulo de fricción interna pico utilizando la ecuación de Bolton, considere que el tipo de grano es cuarzo y feldespato. 2.4 Repita el ejercicio 2.3 para una presión de confinamiento σ 3 = 1000 kpa. A partir de la comparación de resultados con los obtenidos en el ejercicio 2.3, indique: en qué caso se obtiene mayor ángulo de fricción interna pico; en qué caso se obtiene mayor esfuerzo desviador en la falla; 2.5 Sobre muestras extraídas un depósito de arcilla, cuyo ángulo de fricción interna es φ = 29, se realizaron los ensayos triaxiales que se resumen en la Tabla 2-3. Resuelva: calcule los valores faltantes en la tabla (indicados con XX); represente los estados finales de tensiones efectivas utilizando círculos de Mohr; represente las trayectorias de tensiones efectivas en un gráfico σ 1 vs σ 3. Nota: σ c es la presión total de cámara, σ d es la tensión desviadora en la falla y u es la presión neutra en la falla Tabla 2-3. Ensayos triaxiales, ejercicio 2.5. Tipo de ensayo Triaxial σ c [kpa] σ d [kpa] u [kpa] Compresión, S 100 XX - Compresión, Q 200 XX 20 Compresión, R XX Compresión, R XX Compresión simple XX Extensión, S 150 XX Una muestra de arcilla, cuyo ángulo de fricción interna crítico es φ = 29, se preconsolida con relaciones OCR = 1.2, OCR = 3.0 y se somete a ensayos triaxiales tipo R, con una presión de confinamiento σ 3 = 200 kpa. La resistencia al corte no drenada de esta arcilla responde a la relación s u 0.25 σ 3 OCR dibuje cualitativamente las curvas σ 1 /σ 3 vs u, y u vs ε 1 para cada muestra; indique los valores de σ 1 una vez alcanzado el estado crítico, para cada muestra. indique el valor de tensión de corte en el plano de falla, un vez alcanzado el estado crítico, para cada muestra. 2.7 Una muestra de arcilla (no cementada), normalmente consolidada para una presión de cámara de 8.5 kg/cm 2, ha sido sometida a ensayos triaxiales tipo R cuyos resultados se resumen en la Figura 2-1. determine los parámetros resistentes de la arcilla; represente el estado de tensiones efectiva en la falla utilizando círculos de mohr; determine los valores de presión neutra en la falla; determine los valores de resistencia al corte no drenada s u.

4 FIUBA Page 4 Figura 2-1. Resultados de ensayos triaxiales, ejercicio 2.7.

5 Resolución de ejercicios seleccionados 3 Respuestas Ejercicio 1.1 E oed = MPa Ejercicio 1.2 C c = 0.15 C r = 0.05 σ c = 125 kpa Ejercicio 1.3 e 0 = e f = ΔH = 0.54m Ejercicio 1.4 γ d = kn/m 3 w = 35.2 % γ h = kn/m 3 Asentamiento por consolidación: ΔH 1 estrato = m ΔH 2 estrato = m ΔH 4 estrato = m ΔH 16estrato = m Ejercicio 1.5 tiempo para alcanzar el 95% de la consolidación primaria: t 95 = 2.86 años; incremento de asentamiento por consolidación secundaria a 5 años: ΔH = 0.5cm incremento de asentamiento por consolidación secundaria a 10 años: ΔH = 1.1cm incremento de asentamiento por consolidación secundaria a 20 años: ΔH = 1.7cm Se deduce que: OCR = ( t C α /(C c C r ) ) t p, por tanto: OCR para 5 años = 1.01, OCR para 10 años = 1.02, OCR para 20 años = Ejercicio 1.6 h t = 0.80m h t180días = 0.25m Ejercicio 1.7 Parámetros geotécnicos adoptados C c = 0.57 C r = 0.06 C α = 0.01 γ sat = 16.2 kn/m 3 e 0 = 1.76 Por simplicidad, se calculó el asentamiento por consolidación primaria a partir del cambio de relación vacíos en la mitad del estrato: Δe = ΔH = 0.90m Tiempos de consolidación E ed = Δσ/(Δe/(1 + e 0 )) = 798 kpa C v = m 2 /dia t 25 = 169 d t 75 = 1638 d A.O.Sfriso Guia de Ejercicios_M2.docx

6 FIUBA Page 6 t 90 = 2915 d t 95 = 3880 d Asentamiento por consolidación secundaria. Tomando fin de la consolidación secundaria para U=95% Δe = ΔH = 2.76cm Ejercicio 2.1 φ = 34.8 c = 11.3kPa Ejercicio 2.2 Parámetros resistentes: φ = 32.2, c = 0kPa. Inclinación del plano de falla: 61.1 respecto del plano de la tensión principal mayor. σ 3 [kpa] σ 1 [kpa] σ N [kpa] τ [kpa] Ejercicio 2.3 Parámetros resistentes: φ c = 31.0 Presión de confinamiento del ensayo triaxial: σ 3 = 200kPa Se asume presión de poros nula: u = 0kPa D r [%] φ p [ ] σ 1pico [kpa] σ 1crit [kpa] Ejercicio 2.4 Parámetros resistentes: φ c = 31.0 Presión de confinamiento del ensayo triaxial: σ 3 = 1000kPa Se asume presión de poros nula: u = 0kPa D r [%] φ p [ ] σ 1pico [kpa] σ 1crit [kpa] Ejercicio 2.5 Parámetros resistentes: φ = 29.0 Tabla 3-1. Ensayos triaxiales, ejercicio 2.3. Tipo de ensayo Triaxial σ c [kpa] σ d [kpa] u [kpa] Compresión, S Compresión, Q Compresión, R

7 FIUBA Page 7 Compresión, R Compresión simple Extensión, S Ejercicio 2.6 OCR s u [kpa] σ 3 [kpa] σ 1 [kpa] u [kpa] τ [kpa] Ejercicio 2.7 ángulo de fricción, φ = 25.9 OCR σ 3 [kg/cm 2 ] σ 3 [kg/cm 2 ] σ 1 [kg/cm 2 ] s u [kg/cm 2 ] u [kg/cm 2 ]