Examen Parcial - Mecanica de Suelos II - 2003 II - Resuelto

UNIV UNIVER ERSI SIDA DAD D NACI NACION ONA AL DE ING INGEN ENIE IERI RIA A SUELOS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

DEPA DEPART RTAM AMEN ENTO TO DE DE MECA MECANI NICA CA DE DE CICLO 2003-II

EXAMEN PARCIAL DE MECANICA DE SUELOS II EC–513 I PREGUNTA 1 (5 ptos): a)

b)

c) d) e)

Responder brevemente las siguientes preguntas:

Hace Hacerr un un esq esque uema ma y de determ termin inar ar la expr expres esió ión n del del grad gradie ient nte e hid hidrá rául ulic ico o crí críti tico co en func funció ión n del peso unitario del suelo. Hacer tres diagramas del incremento de presiones de poro en una muestra de suelo sometida sometida a consolid consolidació ación n en un sistema sistema de doble doble drenaje, drenaje, en los siguientes siguientes estados estados de esfuerzos: al momento de aplicar el incremento de carga, en un tiempo cualquiera después de aplicada la carga y al final de la consolidación primaria. Explica licarr en en qu que co consis siste el me mejoram ramien iento del te terre rreno po por pre preca carg rga a. Explicar a que se denomina resistencia residual de una muestra de suelo y qué dispositivos de laboratorio se utiliza para su determinación. Describir com como se re realizan los los ens ensayos de co compresión tri triaxial UU, UU, CU y CD CD y que que parámetros se obtienen de cada uno de ellos.

PREGUNTA 2 (5 ptos): Una capa de arcilla de 5.8 m de espesor está situada entre una capa inferior impermeable de esquisto esquisto y una capa superior superior de arena moderada moderadament mente e permeable. permeable. La carga será tal que el esfuerzo efectivo en la arcilla aumentará de manera uniforme en todo su espesor en una gran área. En una prueba de consolidación unidimensional, unidimensional, un espécimen de la arcilla con espesor de 20 mm, sometido al mismo nivel de esfuerzo efectivo, muestra una variación en la relación de vacíos de 0.827 0.827 a 0.806. 0.806. También También se observa observa que después después de 30 minutos, minutos, se ha verifica verificado do el 65% de la consolidación. a. Calcúlese la magnitud magnitud final esperada esperada del asentamien asentamiento to por consolidación. consolidación. b. Calcúlese el tiempo tiempo requerido requerido para que se produzca la mitad del asentamiento asentamiento final c. Calcúles Calcúlese e el tiempo requerid requerido o para que se produzca produzca las tres tres cuartas cuartas partes partes del asentamien asentamiento to final PREGUNTA 3 (5 ptos): El estudio de un edificio muestra que en los dos primeros años después de su construcción se produjo un asentamiento asentamiento promedio promedio de 65 mm. Las pruebas de laboratorio laboratorio en especimenes especimenes de la capa de arcilla que está por debajo del edificio, indican un asentamiento final por consolidación de 285 mm. Supóng Supóngase ase que los 65 mm se debiero debieron n a la consolida consolidación ción bajo bajo un drenaje de dos direcciones y proporciónese una estimación de: a) El tiemp tiempo o requ requeri erido do para para que que ocurr ocurra a el 50% 50% del del ase asenta ntamie miento nto final final.. b) La magnit magnitud ud de asentam asentamien iento to por por consoli consolidaci dación ón que que es de espera esperarse rse despu después és de 15 años años de de la construcción. PREGUNTA 4 (5 ptos): El ángulo de fricción de un espécimen de arcilla normalmente consolidada obtenido durante una exploración exploración de campo se determinó en pruebas pruebas triaxiales drenadas igual igual a 25°. La resistencia a la compresión simple qu de un espécimen similar se encontró igual a 121.5 KN/m 2. Determin Determine e la presión de poro del agua en la falla para la prueba de compresión simple.

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SOLUCION: 1. Las respuestas al cuestionario son:

a)

σ = h1. γ w + h2. γ sat u = (h + h1 + h2) γ w σ` = σ – u = h1. γ w + h2. γ sat - (h + h1 + h2) γ w σ` = h2 (γ’ -

h h2

γ w) 

h h2

=i

Donde si el i se incremente el esfuerzo efectivo tiende a ser cero: γ' b)

h h2

γw=0



icr =

Gs

−

1

1+ e

(gradiente hidráulico critico)

Arena suelta y arena normalmente consolidada:

Arena densa o arcillas preconsolidadas:

c)

La precomprensión del suelo o el mejoramiento del suelo por precarga se usa para minimizar el asentamiento que ocurrirá después de culminada la consolidación.

d) A partir del punto en que se alcanza el estado crítico (alrededor de 2mm.) se puede alcanzar el valor de la resistencia residual y obtener una envolvente residual. El dispositivo a usar es el anillo de corte directo convencional.

e)

El procedimiento para los tres ensayos: colocar una muestra de suelo confinada por una membrana de hule en una cámara. Se aplica una presión de confinamiento σ3 alrededor de la muestra por medio del fluido en la cámara. El drenado del espécimen puede permitirse o detenerse, como es en el ensayo CD que se le permite un drenado total, y en los ensayos CU y UU no se permite el drenado. Los parámetros que se obtiene en los tres tipos diferentes de ensayos son la cohesión y el esfuerzo cortante de la muestra.


2.

Donde: H= 20 mm. ΔH =

Äe H 1+ e

ΔH = 0.23mm.



La altura efectiva de drenaje es igual a 5.8 / 2 = 2.9 m Cv

a)

Tv. H ² =

T 65%

Tv. H ²

T50% = 17.18min



Cv

U = 75% T75% =

3.

Cv= 0.09251

U = 50% T50% =

b)



Tv. H ²

a) t = 2 años



Donde: U

ΔS = 65 mm. ΔSt = 285 mm. ÄS

=



= 0.23  Tv = 0.04

ÄSt

Sabemos: Cv

U = 50%

T75% = 40.91min



Cv

Tv. H ² =



Tx %

Tv= 0.197

H ²

Cv

 Cv =

= 50 Tv. H ² T 50%



T50% = 9.85 años

b) t = 15 años Cv

U

=

Tv. H ² Tx %

ÄS =

ÄSt





15 Tv

=

H ²

Cv



Tv = 0.3  U= 61% = 0.61

ΔS = 173. 85mm


Respecto al ensayo triaxial se tiene:

Respecto al ensayo por compresión simple se tiene:

De acuerdo a los dos ensayos, se tiene que la presión de poro del agua en la falla para la prueba de compresión simple es u:


Donde: Radio de la circunferencia: R = qu / 2 = 121.5 / 2 = 60.75 KN / m 2

De donde: Sen (25º) = R / (u + R) = 60.75 / (u + 60.75) u = 83 KN / m 2


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