Resistencia de Arenas

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO ALTIPLANO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

RESISTENCIA DE ARENAS COMPORTAMIENTO TIPICO DE ARENAS

En este capítulo se estudiará la resistencia de arenas puras con un contenido de fnos menor al al 12% cuyo comportamiento está determinado por el contenido de minerales, generalmente cuarz cuarzo, o, de diámet diámetro ro superi superior or a 0.05 mm. En ingeni ingenierí ería a geoté geotécni cnica, ca, princi principal palmen mente te de undaciones la palara arena se empleará para designar a suelos !ue "enen una racci#n de arena superior al 50%. $omo las arenas son astante astante permeales, nos encargaremos de !ue las !ue están some"das a oras de ingeniería an de tener "empo sufciente para !ue las presiones neutras se disipen. &or esta raz#n, la resistencia de arenas casi siempre está defnido en términos de esuerzos eec"'os. (a resis resisten tencia cia al cizall cizallami amient ento o de arena arenass puede puede ser determ determina inada da tant tanto o en ensay ensayos os de cizallamiento directo como ensayos de compresi#n tria)ial. *e estudiará el comportamiento de arenas en ensayos de compresi#n tria)ial de "po $onsolidado +renado $+-, en cuerpos de pruea pre'iamente pre'iamente saturados. ARENAS SUELTAS SUELTAS

En primer lugar analizaremos el comportamiento de arena sueltas. l ser some"das a un esuerzo unia)ial, el cuerpo de pruea presentará un esuerzo des'iador !ue irá creciendo lentamente con la deormaci#n, asta llegar a un 'alor má)imo, entonces para deormaciones rela"'amente altas del orden del /  %, aspectos picos de cur'as de esuerzo deormaci#n son las siguientes

”GEOTECNIA APLICADA – GRUPO B”

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3igura 14 esultados picos de ensayos de compresi#n tria)ial en arenas sueltas a-, - y ccá trataremos sore los círculos de 6or correspondientes a los má)imos esuerzos des'iadores7 !ue corresponden al estado de ruptura, se o"enen círculos cuya en'ol'ente es una recta !ue pasa por el origen, pues los esuerzos de ruptura son proporcionales a los esuerzos de confnamiento. (a resistencia de una arena está defnido por su ángulo de ricci#n interno eec"'o tal como se muestra en la 3igura 1. c-. (a arena está defnida como un material no coesi'o, pues es imposile moldear un cuerpo de pruea de arena seca o saturada. 8n e'entual cuerpo de pruea de arena 9meda presentará una tensi#n capilar producida por el agua. Esa tensi#n capilar y neutra será nega"'a. *iendo un esuerzo total aplicado $aso de un cuerpo de pruea no confnado-, el esuerzo eec"'o será posi"'a y numéricamente igual a la tensi#n capilar, de aí su resistencia o nomre de coesi#n aparente. 8na escultura de arena, cuando esté 9meda seca o saturada, esta se desmoronará por no soportar su propio peso. (as medidas de 'ariaci#n de 'olumen durante el esuerzo unia)ial indican una reducci#n de 'olumen, como se aprecia en la 3igura 1. -, siendo, !ue para presiones confnantes mayores, las reducciones de 'olumen son mayores.



ARENAS COMPACTAS

esultado picos de ensayos drenados de compresi#n tria)ial de arenas compactas son representadas en la siguiente fgura

3igura 2. esultados picos de ensayos de compresi#n tria)ial en arenas compactas d-, e-, El esuerzo des'iador crece muco más rápido con las deormaciones asta llegar a un 'alor má)imo o resistencia pico. :sér'ese !ue esa resistencia má)ima, al con"nuar la deormaci#n en el cuerpo de pruea, el esuerzo des'iador decrece lentamente asta estailizarse en torno a un 'alor !ue !ueda defnido como la resistencia residual.



(os círculos de 6or representa"'os de tensiones má)imas defnen la en'ol'ente de la resistencia. &or otro lado podemos e)presar tamién círculos correspondientes al estado de tensiones en condici#n residual. Estos círculos defnen una en'ol'ente rec"línea pasando por el origen. El ángulo de ricci#n correspondiente, será denominado ángulo de ricci#n residual. especto a la 'ariaci#n de 'olumen, se oser'a !ue los cuerpos de pruea presentan inicialmente una reducci#n de 'olumen antes de llegar a la resistencia má)ima. El 'olumen del cuerpo de pruea comienza a crecer una 'ez llega a la ruptura. Este comportamiento, se a analizado desde un punto de 'ista de los parámetros de la ;eoría Elás"ca, lo cual correspondería a un coefciente de poisson mayor a 0.5

ESPACIAMIENTO DE LAS PARTICULAS DE LA ARENA

(a resistencia pico de las arenas compactas está
rena *uelta

rena $ompacta

3igura =. &osici#n rela"'a de las parculas de las arenas sueltas y compactas (as arenas sueltas en el proceso de cizallamiento producen un reacomodo de sus parculas, lo !ue produce una reducci#n de 'olumen. En camio las arenas compactas cuando se produce el esuerzo de cizallamiento deen ser lo sufciente para 'encer los ostáculos presentados en su trayectoria, una 'ez 'encidos esos ostáculos, la arena compacta aumenta de 'olumen. INDICE DE VACIOS CRITICO DE ARENAS

(a siguiente fgura presente ensayos de compresi#n tria)ial cuerpos de pruea de una arena moldeada con > índices de 'acíos dierentes some"dos a una misma tensi#n confnante.



3igura >. :tenci#n de índice de 'acíos cri"co a par"r de ensayos de compresi#n tria)ial con misma presi#n confnante. *e oser'a el punto de resistencia má)ima en cada ensayo en la fgura >. a-, además en la fgura >. - se puede determinar la 'ariaci#n de 'olumen correspondiente a una deormaci#n específca en la ruptura. Estos 'alores pueden ser representados en unci#n de la relaci#n de 'acíos inicial como se muestra en la fgura >. c-. En el e


3igura 5. ?ariaci#n de índice de 'acíos de arenas en compresi#n tria)ial, a par"r de índice de 'acíos dierentes.

Entonces, se dice !ue es una arena suelta cuando su índice de 'acíos está por encima del índice de 'acíos crí"co, en camio se dice !ue es una arena compacta cuando su índice de 'acíos está por dea


3igura /. elaci#n de índice de 'acíos crí"co con la tensi#n confnante VARIACIÓN DEL ÁNGULO DE FRICCIÓN CON LA PRESIÓN CONFINANTE

(a presentaci#n nos muestra resistencia de arenas sore presiones confnantes dierentes, se estalece !ue la má)ima tensi#n des'iadora es proporcional a la tensi#n confnante de ensayo. Ensayos realizados con astante precisi#n re'elan !ue los círculos de 6or en el estado de ruptura conducen a en'ol'entes de resistencias cur'as.

3igura @.a ?ariaci#n del ángulo de ricci#n de una arena some"da a tensi#n confnante



3igura @. ?ariaci#n del ángulo de ricci#n de una a rena some"da a tensi#n confnante $omo las arenas no presentan coesi#n, la su presi#n confnante nula. &or eso en 'ez de procurar a
&ara una misma tensi#n confnante, el ángulo de ricci#n depende de la compacidad de la arena. $omo las arenas "enen inter'alos de índices de 'acíos ien dis"ntos, los ángulos de ricci#n de las arenas son generalmente reeridos a la compacidad rela"'a de las arenas. esultados e)perimentales muestran !ue el ángulo de ricci#n de una arena, en su estado más compacto es del orden de @A10B mayor !ue su ángulo de ricci#n en su estado más suelto. COMPACIDAD ARENA BIEN GRADUADA

SUELTO

COMPACTO

Corde ngular

=@B

a

>@B

Corde rredondeado

=0B

a

>0B

=5B

a

>=B

ARENA MAL GRADUADA

Corde ngular

Corde rredondeado 2B a =5B 3igura . ?alores picos de ángulos de ricci#n interna de arenas


Resistencia de Arenas

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