Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope

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(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL. DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE LA PRESIÓN LATERAL ACTIVA DE SUELOS GRANULARES CONTRA MUROS DE CONTENCIÓN QUE FALLAN POR TRASLACIÓN HORIZONTAL CON ROTACIÓN RESPECTO AL TOPE TESIS PROFESIONAL PRESENTADA POR EL BACHILLER:. JERSON ANDRE CAHUANA AYALA PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL ASESOR:. ING. CALIXTRO YANQUI MURILLO AREQUIPA – 2017.

(2) DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE LA PRESIÓN LATERAL ACTIVA DE SUELOS GRANULARES CONTRA MUROS DE CONTENCIÓN QUE FALLAN POR TRASLACIÓN HORIZONTAL CON ROTACIÓN RESPECTO AL TOPE TESIS PROFESIONAL PRESENTADA POR EL BACHILLER: JERSON ANDRE CAHUANA AYALA PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL. Calificación:____________________________________________________________. Fecha de sustentación:____________________________________________________. Ing. Lucio Gamero Huarcaya Presidente del Jurado. Ing. July Neira Arenas. Ing. Jean Paul Paredes Cueva. Miembro del Jurado. Miembro del Jurado.

(3) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. i. DEDICATORIAS “A toda mi familia, en especial a mis padres, a mi hermano Diego, a mi tío Rony y a mi primo Pool por que formaron, forman y formarán parte de mi vida”. “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(4) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. ii. AGRADECIMIENTOS A mis padres, por siempre brindarme su apoyo y cariño.. A mi asesor Ing. Calixtro Yanqui Murillo, por sus clases magistrales brindadas en mi temporada de estudiante universitario, por su siempre predisposición a absolver cualquier duda en mi temporada de tesista, y por ser un ejemplo a seguir como ingeniero, investigador y persona.. A los ingenieros que me brindaron sus conocimientos durante mi temporada de estudiante.. A mi querida alma mater, la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa (UNSA) por el financiamiento a través del convenio CIENCIACTIVA – UNSA, según contrato de subvención N° 137 – 2016 - UNSA "Tesis para optar el Título Profesional", convocatoria 2016-02. . A la Ing Hypatia Yanqui, Juan Carlos Aroni, John Mogrovejo Loayza y Francisco Estofanero, por su gran apoyo para disponer el uso de equipos y herramientas.. A Roger Gutierrez, Rubi Soaño, Javier Velazco, Yeraldo Tejada, Jonathan Mendoza, Rony Condori, Andre Arce, Eslender Torreblanca, Ronald, Cristian y Denisse por darme su apoyo cuando se lo solicite.. A la señorita Sonia Choque, Ives Gonzales y Hector por brindarme su amistad y apoyo desde mi temporada de estudiante.. “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(5) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. iii. ÍNDICE DEDICATORIAS .............................................................................................................. i AGRADECIMIENTOS .................................................................................................... ii ÍNDICE ............................................................................................................................ iii LISTA DE TABLAS ...................................................................................................... vii LISTA DE FIGURAS ...................................................................................................... ix RESUMEN .................................................................................................................. xviii ABSTRACT................................................................................................................... xix CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN .................................................................................... 1 1.1. Antecedentes ....................................................................................................... 1 1.2. Objetivos ............................................................................................................. 1 1.2.1.. Objetivo general ........................................................................................... 1. 1.2.2.. Objetivos específicos ................................................................................... 2. 1.3. Definición del problema ...................................................................................... 2 1.4. Hipótesis .............................................................................................................. 3 1.5. Alcances y limitaciones de la investigación ........................................................ 3 1.6. Justificación de la investigación .......................................................................... 3 CAPÍTULO 2 INTERACCIÓN SUELO – MURO DE CONTENCIÓN ........................ 5 2.1. Introducción ........................................................................................................ 5 2.2. Naturaleza de los suelos ...................................................................................... 5 2.3. Suelos Granulares ................................................................................................ 5 2.3.1. Resistencia al corte de suelos granulares ......................................................... 6 2.4. Presión lateral del suelo contra los muros de contención.................................... 8 2.5. Cinemática de los muros de contención .............................................................. 9 CAPÍTULO 3 TANQUE DE PRUEBA Y SENSORES ................................................ 10 3.1. Introducción ...................................................................................................... 10 3.2. Dimensionamiento del tanque de prueba .......................................................... 10 3.3. Construcción del tanque de prueba ................................................................... 13 3.3.1. Instalación del tanque de prueba ................................................................... 15 “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(6) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. iv. 3.4. Sistema de control cinemático........................................................................... 16 3.4.1. Sistema de control cinemático “A” ............................................................... 19 3.4.2. Sistema de control cinemático “B”................................................................ 20 3.5. Sensores ............................................................................................................. 21 3.5.1. Instalación de los sensores............................................................................. 23 3.6. Calibración de sensores ..................................................................................... 32 3.7. Obtención de los datos experimentales con las celdas de carga ....................... 37 CAPÍTULO 4 SISTEMA DE COLOCACIÓN DEL RELLENO .................................. 39 4.1. Introducción ...................................................................................................... 39 4.2. Descripción del sistema de colocación del relleno............................................ 39 4.2.1.. Relleno denso ............................................................................................. 39. 4.2.2.. Relleno Suelto ............................................................................................ 43. 4.3. Construcción del sistema de colocación del relleno.......................................... 43 4.3.1.. Relleno denso ............................................................................................. 43. 4.3.2.. Relleno Suelto ............................................................................................ 51. 4.4. Procedimiento de colocación del relleno .......................................................... 53 4.4.1.. Relleno denso ............................................................................................. 53. 4.4.2.. Relleno suelto ............................................................................................ 54. CAPÍTULO 5 DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS Y RESULTADOS ..................... 56 5.1. Introducción ...................................................................................................... 56 5.2. Preparación de la muestra ................................................................................. 56 5.3. Propiedades de la muestra ................................................................................. 58 5.3.1.. Peso específico mínimo y máximo ............................................................ 58. 5.3.2.. Ángulo de fricción interna ......................................................................... 58. 5.3.3.. Ángulo de fricción externo suelo – trasdós del muro de contención ......... 67. 5.4. Programa experimental ..................................................................................... 69 5.4.1.. Relleno denso ............................................................................................. 73. 5.4.2.. Relleno suelto ............................................................................................ 74. “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(7) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. v. 5.5. Presión lateral .................................................................................................... 75 5.5.1.. Serie 1: Compacidad del relleno suelto con trasdós rugoso para un muro de. 40 cm………………………………………………………………………………….75 5.5.2.. Serie 2: Compacidad del relleno suelto con trasdós de acrílico para un muro. de 40 cm………………………………………………………………………………81 5.5.3.. Serie 3: Compacidad de relleno suelto con trasdós de acrílico para un muro. de 35 cm…..…………………………………………………………………………124 5.5.4.. Serie 4: Compacidad del relleno denso con trasdós de acrílico ............... 131. 5.5.5.. Serie 5: Compacidad del relleno denso con trasdós rugoso para un muro de. 35 cm……...…………………………………………………………………………137 5.5.6.. Serie 6: Compacidad del relleno suelto con trasdós rugoso para un muro de. 35 cm……...…………………………………………………………………………143 CAPÍTULO 6 COMPARACIÓN CON LAS TEORÍAS EXISTENTES .................... 150 6.1. Introducción .................................................................................................... 150 6.2. Teoría de Rankine ........................................................................................... 150 6.3. Método de Coulomb ........................................................................................ 152 6.4. Teoría del efecto de arco ................................................................................. 153 6.5. Teoría de Yanqui ............................................................................................. 155 6.5.1.. Empuje de suelos para suelos densos....................................................... 155. 6.5.2.. Empuje de suelos para suelos sueltos (ss)................................................ 159. 6.6. Comparación de resultados ............................................................................. 161 6.6.1.. Serie 1: Compacidad del relleno suelto con trasdós rugoso para un muro de. 40 cm……...…………………………………………………………………………161 6.6.2.. Serie 2: Compacidad del relleno suelto con trasdós de acrílico para un muro. de 40 cm…..…………………………………………………………………………161 6.6.3.. Serie 3: Compacidad de relleno suelto con trasdós de acrílico para un muro. de 35 cm…..…………………………………………………………………………173 6.6.4.. Serie 4: Compacidad del relleno denso con trasdós de acrílico para un muro. de 35 cm…..…………………………………………………………………………176 6.6.5.. Serie 5: Compacidad del relleno denso con trasdós rugoso para un muro de. 35 cm……...…………………………………………………………………………176 “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(8) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. 6.6.6.. vi. Serie 6: Compacidad del relleno suelto con trasdós rugoso para un muro de. 35 cm……...…………………………………………………………………………178 CONCLUSIONES ........................................................................................................ 182 RECOMENDACIONES ............................................................................................... 184 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 186. “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(9) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. vii. LISTA DE TABLAS Tabla 2-1: Efectos de la cinemática de los muros la contención ...................................... 9 Tabla 3-1: Datos experimentales de la presión hidrostática ........................................... 35 Tabla 3-2: Cálculo del área efectiva ............................................................................... 36 Tabla 3-3: Presión hidrostática calculada con el área efectiva ....................................... 36 Tabla 5-1: Dimensiones de los moldes de vidrio ............................................................ 59 Tabla 5-2: Datos obtenidos por el método de la pluviación ........................................... 61 Tabla 5-3: Peso específico de la muestra en estado denso ............................................. 61 Tabla 5-4: Datos obtenidos por el método de la malla ................................................... 61 Tabla 5-5: Peso específico de la muestra en estado suelto ............................................. 62 Tabla 5-6: Peso específico obtenido con diferentes contenedores de la muestra ........... 66 Tabla 5-7: Propiedades de la muestra ............................................................................. 68 Tabla 5-8: Resumen del programa experimental ............................................................ 72 Tabla 5-9: Datos experimentales de los experimentos Nro. -1, 0, 1, 8, 9, 10 y11 .......... 75 Tabla 5-10: Datos de los experimentos Nro. 12, 13, 14, 15, 16 y 17 ............................. 81 Tabla 5-11: Datos adimensionalizados de los experimentos Nro. 12, 13, 14, 15, 16 y 17 ............................................................................................................................................. 85 Tabla 5-12: Datos de los experimentos Nro. 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 y 25 ................. 86 Tabla 5-13: Datos adimensionalizados de los experimentos Nro. 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 y 25 ................................................................................................................................. 91 Tabla 5-14: Datos de los experimentos Nro. 26, 27, 28, 29, 31, 32 y 33 ....................... 92 Tabla 5-15: Datos adimensionalizados de los experimentos Nro. 26, 27, 28, 29, 31, 32 y 33 ......................................................................................................................................... 96 Tabla 5-16: Datos de los experimentos Nro. 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 y 46 ..... 97 Tabla 5-17: Datos adimensionalizados de los experimentos Nro. 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 y 46 ................................................................................................................... 103 Tabla 5-18. Datos a analizar ......................................................................................... 104 Tabla 5-19: Datos para el análisis de doble masa ......................................................... 105 Tabla 5-20: Corrección de los Datos Z1 ....................................................................... 108 Tabla 5-21: Corrección de los Datos Z3 ....................................................................... 110 Tabla 5-22: Corrección de los Datos Z4 ....................................................................... 112 Tabla 5-23: Corrección de los Datos Z5 ....................................................................... 113 “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(10) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. viii. Tabla 5-24: Corrección de los Datos Z6 ....................................................................... 115 Tabla 5-25: Datos corregidos ........................................................................................ 115 Tabla 5-26: Datos de los experimentos Nro. 48, 49, 50, 51, 52, 53 y 54 ..................... 125 Tabla 5-27: Datos adimensionalizados de los experimentos Nro. 48, 49, 50, 51, 52, 53 y 54 ....................................................................................................................................... 130 Tabla 5-28: Datos de los experimentos Nro. 55, 57, 59.1, 59.2, 60, 61, 62, 63 y 64 ... 131 Tabla 5-29: Datos adimensionalizados de los experimentos Nro. 55, 59.2, 60, 61, 62, 63 y 64 .................................................................................................................................... 136 Tabla 5-30: Datos de los experimentos Nro. 74, 75, 76, 78, 80, 81, 82, 83 y 84 ......... 137 Tabla 5-31: Datos adimensionalizados de los experimentos Nro. 74, 75, 76, 78, 80, 81, 82, 83 y 84 ......................................................................................................................... 142 Tabla 5-32: Datos de los experimentos Nro. 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92 y 93 ......... 143 Tabla 5-33: Datos adimensionalizados de los experimentos Nro. 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92 y 93 ......................................................................................................................... 148 Tabla 6-1: Elección de la inclinación de las cadenas de fuerza .................................... 157 Tabla 6-2: Comparación de resultados ......................................................................... 165 Tabla 6-3: Resumen de las condiciones experimentales para un relleno suelto, trasdós de acrílico y H=40 cm ............................................................................................................ 167 Tabla 6-4: Promedio de las condiciones experimentales “a” ....................................... 167 Tabla 6-5: Promedio de las condiciones experimentales “b” ....................................... 168 Tabla 6-6: Promedio de las condiciones experimentales “c” ....................................... 169 Tabla 6-7: Promedio de las condiciones experimentales “d” ....................................... 170 Tabla 6-8: Promedio de las condiciones experimentales “a”, “b”, “c” y “d” ............... 171 Tabla 6-9: Comparación de resultados ......................................................................... 174 Tabla 6-10: Promedio de los datos adimensionalizados de los experimentos 49, 50, 51, 52 y 53 ............................................................................................................................... 175 Tabla 6-11: Comparación de resultados ....................................................................... 176 Tabla 6-12: Promedio de los datos adimensionalizados de los experimentos 74, 81, 82 y 83 ....................................................................................................................................... 177 Tabla 6-13: Comparación de resultados ....................................................................... 180 Tabla 6-14: Promedio de los datos adimensionalizados de los experimentos 86, 87, 89, 90, 91 y 93 ......................................................................................................................... 180 “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(11) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. ix. LISTA DE FIGURAS Figura 2-1: Curva esfuerzo cortante vs. deformación horizontal ..................................... 6 Figura 2-2: Curva deformación vertical vs. Horizontal .................................................... 7 Figura 2-3: Ángulo de fricción de interna vs. índice de poros inicial .............................. 8 Figura 2-4: Distribución de la presión lateral ................................................................... 9 Figura 3-1: Tanque de prueba ......................................................................................... 11 Figura 3-2: Ancho del tanque de prueba ......................................................................... 12 Figura 3-3: Ancho mínimo y máximo del tanque de prueba .......................................... 12 Figura 3-4: Variación de longitud del relleno ................................................................. 13 Figura 3-5: Esquina del tanque de prueba ...................................................................... 14 Figura 3-6: Colocación de los vidrios del tanque de prueba........................................... 14 Figura 3-7: Instalación de la pantalla movible................................................................ 15 Figura 3-8: Extracción del relleno del tanque de prueba ................................................ 15 Figura 3-9: Sistema de control cinemático ..................................................................... 16 Figura 3-10: Soporte del sistema de control de cinemático ............................................ 17 Figura 3-11: Barra circular de acero ............................................................................... 17 Figura 3-12: Conexión de los prismas de la barra circular al soporte del sistema de control cinemático ............................................................................................................................ 18 Figura 3-13: Vista lateral de la barra circular ................................................................. 18 Figura 3-14: Esquema del sistema de control cinemática “A” ....................................... 19 Figura 3-15: Esquema del sistema de control cinemático “A” instalado ....................... 19 Figura 3-16: Esquema del sistema de control cinemático “B” ....................................... 20 Figura 3-17: Esquema del sistema de control cinemático “B” instalado ........................ 21 Figura 3-18: Partes del sensor utilizado .......................................................................... 21 Figura 3-19: Esquema lateral del sensor utilizado .......................................................... 22 Figura 3-20: Determinación de la rigidez del sensor ...................................................... 23 Figura 3-21: Datos experimentales obtenidos en la determinación de la rigidez del sensor ............................................................................................................................................. 23 Figura 3-22: Celda de carga ............................................................................................ 24 Figura 3-23: Celda de carga, pantalla y tarjeta electrónica............................................. 24 “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(12) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. x. Figura 3-24: Celda de carga con el platillo de la balanza instalado ............................... 25 Figura 3-25: Celda de carga fijada con tornillos a la base de la balanza electrónica ..... 25 Figura 3-26: Interior de la balanza electrónica ............................................................... 25 Figura 3-27: Elementos de la balanza electrónica a utilizar ........................................... 26 Figura 3-28: Unión entre los cables acoplados y la tarjeta electrónica .......................... 26 Figura 3-29: Molex desconectado................................................................................... 27 Figura 3-30: Molex conectado ........................................................................................ 27 Figura 3-31: Soporte de la celda de carga ....................................................................... 28 Figura 3-32: Instalación de los separadores y de la celda de carga en el soporte ........... 28 Figura 3-33: Instalación del platillo en la celda de carga ............................................... 28 Figura 3-34: Muro de contención perforado ................................................................... 29 Figura 3-35: Colocación de la plancha de acrílico ......................................................... 29 Figura 3-36: Sensor atornillado al muro de contención .................................................. 30 Figura 3-37: Desnivel entre el trasdós del muro y el platillo del sensor ........................ 30 Figura 3-38: Platillo de acrílico ...................................................................................... 30 Figura 3-39: Instalación del platillo de acrílico .............................................................. 31 Figura 3-40: Platillo de acrílico instalado ....................................................................... 31 Figura 3-41: Protección de los bordes del platillo de acrílico de los sensores ............... 32 Figura 3-42: Verificación de funcionamiento de los sensores instalados con pesa patrón de 100 g ............................................................................................................................... 32 Figura 3-43: Determinación de la presión hidrostática no éxitosa ................................. 33 Figura 3-44: Puntos experimentales de la presión hidrostática 01 ................................. 33 Figura 3-45: Tanque de prueba hidrostática ................................................................... 34 Figura 3-46: Determinación experimental de presión hidrostática ................................. 34 Figura 3-47: Puntos experimentales de la presión hidrostática 02 ................................. 35 Figura 3-48: Presión hidrostática considerando diferentes áreas efectiva ...................... 37 Figura 3-49: Comportamiento típico de toda balanza electrónica .................................. 38 Figura 4-1: Esquema del sistema de pluviación ............................................................. 40 Figura 4-2: Tolva ............................................................................................................ 41 Figura 4-3: Difusor ......................................................................................................... 42 Figura 4-4: Andamio ....................................................................................................... 42 Figura 4-5: Malla ............................................................................................................ 43 “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(13) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. xi. Figura 4-6: Dimensiones de la tolva [cm] ...................................................................... 44 Figura 4-7: Dimensiones del porta placa [cm]................................................................ 44 Figura 4-8: Tolva ............................................................................................................ 45 Figura 4-9: Placa stop y placa reductora ......................................................................... 45 Figura 4-10: Conector entre la tolva y la manguera flexible .......................................... 46 Figura 4-11: Tolva final .................................................................................................. 46 Figura 4-12: Manguera de succión ................................................................................. 47 Figura 4-13: Manguera para motobomba ....................................................................... 47 Figura 4-14: Manguera flexible corrugada ..................................................................... 47 Figura 4-15: Cernidor ..................................................................................................... 48 Figura 4-16: Aro del cernidor ......................................................................................... 48 Figura 4-17: Cernidores instalados en el difusor ............................................................ 49 Figura 4-18: Conexión entre el difusor y la manguera flexible ...................................... 49 Figura 4-19: Conexión entre los elementos del andamio ............................................... 50 Figura 4-20: Sistema de poleas ....................................................................................... 50 Figura 4-21: Andamio ..................................................................................................... 51 Figura 4-22: Malla Nro. 1 ............................................................................................... 52 Figura 4-23: Malla Nro. 2 ............................................................................................... 52 Figura 4-24: Malla Nro. 3 ............................................................................................... 53 Figura 4-25: Modo de operación del difusor .................................................................. 54 Figura 4-26: Método de la malla..................................................................................... 54 Figura 4-27: Elevación de la malla Nro. 03 con la ayuda del andamio .......................... 55 Figura 5-1: Tamices utilizados para la preparación de la muestra ................................. 56 Figura 5-2: Muestra utilizada .......................................................................................... 57 Figura 5-3: Granulometría de la muestra preparada ....................................................... 57 Figura 5-4: Primer método para obtener el peso específico mínimo .............................. 58 Figura 5-5: Molde M-1 ................................................................................................... 59 Figura 5-6: Molde M-2 ................................................................................................... 60 Figura 5-7: Molde M-3 ................................................................................................... 60 Figura 5-8: Curvas esfuerzo vs. deformación para muestra densa ................................. 63 Figura 5-9: Curvas deformación vertical vs. deformación horizontal para muestra densa ............................................................................................................................................. 63 “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(14) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. xii. Figura 5-10: Criterio de falla de Mohr - Coulomb para muestra densa .......................... 64 Figura 5-11: Curvas esfuerzo vs. deformación para muestra suelta ............................... 64 Figura 5-12: Curvas deformación vertical vs. deformación horizontal para muestra suelta ............................................................................................................................................. 65 Figura 5-13: Criterio de falla de Mohr - Coulomb para muestra suelta ......................... 65 Figura 5-14: Peso específico obtenido con diferentes volúmenes de contenedor de la muestra ................................................................................................................................ 66 Figura 5-15: Ángulo de fricción externa Suelo – Acrílico ............................................. 67 Figura 5-16: Ángulo de fricción externa Suelo – Papel Lija .......................................... 68 Figura 5-17: Trasdós de papel lija del muro de 40 cm de alto ........................................ 69 Figura 5-18: Ubicación de los platillos de los sensores en el muro de 40 cm de alto .... 69 Figura 5-19: Trasdós de acrílico del muro de 40 cm de alto .......................................... 70 Figura 5-20: Sensores instalados en el muro de 40 cm de alto ....................................... 70 Figura 5-21: Trasdós de acrílico del muro de 35 cm de alto .......................................... 71 Figura 5-22: Ubicación de los platillos de los sensores en el muro de 35 cm de alto .... 71 Figura 5-23: Trasdós de papel lija para el muro de 35 cm de alto .................................. 72 Figura 5-24: Ubicación de los deformímetros ................................................................ 73 Figura 5-25: Sistema cinemático A instalado ................................................................. 75 Figura 5-26: Experimento Nro. –1 .................................................................................. 76 Figura 5-27: Experimento Nro. 0 .................................................................................... 76 Figura 5-28: Experimento Nro. 1 .................................................................................... 77 Figura 5-29: Experimento Nro. 8 .................................................................................... 77 Figura 5-30: Experimento Nro. 9 .................................................................................... 78 Figura 5-31: Experimento Nro. 10 .................................................................................. 78 Figura 5-32: Experimento Nro. 11 .................................................................................. 79 Figura 5-33: Desnivel entre el muro de contención y la pared delimitadora .................. 79 Figura 5-34: Altura de muro de contención y pared delimitadora nivelada ................... 80 Figura 5-35: Colocación de un solo deformímetro ......................................................... 80 Figura 5-36: Experimento Nro. 12 .................................................................................. 82 Figura 5-37: Experimento Nro. 13 .................................................................................. 82 Figura 5-38: Experimento Nro. 14 .................................................................................. 83 Figura 5-39: Experimento Nro. 15 .................................................................................. 83 “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(15) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. xiii. Figura 5-40: Experimento Nro. 16 .................................................................................. 84 Figura 5-41: Experimento Nro. 17 .................................................................................. 84 Figura 5-42: Datos adimensionalizados de los experimentos 12, 13, 14, 15, 16 y 17 .... 85 Figura 5-43: Protección de los sensores con bolsa de plástico ....................................... 86 Figura 5-44: Muro de contención con la placa de acrílico de 2 mm adicionada ............ 86 Figura 5-45: Experimento Nro. 18 .................................................................................. 87 Figura 5-46: Experimento Nro. 19 .................................................................................. 87 Figura 5-47: Experimento Nro. 20 .................................................................................. 88 Figura 5-48: Experimento Nro. 21 .................................................................................. 88 Figura 5-49: Experimento Nro. 22 .................................................................................. 89 Figura 5-50: Experimento Nro. 23 .................................................................................. 89 Figura 5-51: Experimento Nro. 24 .................................................................................. 90 Figura 5-52: Experimento Nro. 25 .................................................................................. 90 Figura 5-53: Datos adimensionados de los experimentos 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 y 25 ............................................................................................................................................. 91 Figura 5-54: Experimento Nro. 26 .................................................................................. 92 Figura 5-55: Experimento Nro. 27 .................................................................................. 93 Figura 5-56: Experimento Nro. 28 .................................................................................. 93 Figura 5-57: Experimento Nro. 29 .................................................................................. 94 Figura 5-58: Experimento Nro. 31 .................................................................................. 94 Figura 5-59: Experimento Nro. 32 .................................................................................. 95 Figura 5-60: Experimento Nro. 33 .................................................................................. 95 Figura 5-61: Datos adimensionalizados de los experimentos 26, 27, 28, 29, 31, 32 y 33 ............................................................................................................................................. 96 Figura 5-62: Experimento Nro. 35 .................................................................................. 97 Figura 5-63: Experimento Nro. 36 .................................................................................. 98 Figura 5-64: Experimento Nro. 37 .................................................................................. 98 Figura 5-65: Experimento Nro. 38 .................................................................................. 99 Figura 5-66: Experimento Nro. 39 .................................................................................. 99 Figura 5-67: Experimento Nro. 40 ................................................................................ 100 Figura 5-68: Experimento Nro. 41 ................................................................................ 100 Figura 5-69: Experimento Nro. 42 ................................................................................ 101 “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(16) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. xiv. Figura 5-70: Experimento Nro. 43 ................................................................................ 101 Figura 5-71: Experimento Nro. 46 ................................................................................ 102 Figura 5-72: Sistema cinemático A con la instalación de 2 sensores ........................... 102 Figura 5-73: Datos adimensionalizados de los experimentos 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 y 46 ............................................................................................................................... 103 Figura 5-74. Ubicación de los datos para el análisis de doble masa ............................. 105 Figura 5-75: Curva doble masa de los Datos Z1, Z2, Z3, Z4, Z5 y Z6 ........................ 106 Figura 5-76: Curva doble masa de los datos Z1 ........................................................... 107 Figura 5-77: Residuales de los datos Z1 ....................................................................... 107 Figura 5-78: Curva doble masa de los datos Z2 ........................................................... 108 Figura 5-79: Residuales de los datos Z2 ....................................................................... 109 Figura 5-80: Curva doble masa de los datos Z3 ........................................................... 109 Figura 5-81: Residuales de los datos Z3 ....................................................................... 110 Figura 5-82: Curva doble masa de los datos Z4 ........................................................... 111 Figura 5-83: Residuales de los datos Z4 ....................................................................... 111 Figura 5-84: Curva doble masa de los datos Z5 ........................................................... 112 Figura 5-85: Residuales de los datos Z5 ....................................................................... 113 Figura 5-86: Curva doble masa de los datos Z6 ........................................................... 114 Figura 5-87: Residuales de los datos Z6 ....................................................................... 114 Figura 5-88: Experimento Nro. 20 corregido ............................................................... 116 Figura 5-89: Experimento Nro. 21 corregido ............................................................... 116 Figura 5-90: Experimento Nro. 24 corregido ............................................................... 117 Figura 5-91: Experimento Nro. 27 corregido ............................................................... 117 Figura 5-92: Experimento Nro. 28 corregid ................................................................. 118 Figura 5-93: Experimento Nro. 29 corregido ............................................................... 118 Figura 5-94: Experimento Nro. 31 corregido ............................................................... 119 Figura 5-95: Experimento Nro. 32 corregido ............................................................... 119 Figura 5-96: Experimento Nro. 35 corregido ............................................................... 120 Figura 5-97: Experimento Nro. 36 corregido ............................................................... 120 Figura 5-98: Experimento Nro. 37 corregido ............................................................... 121 Figura 5-99: Experimento Nro. 38 corregido ............................................................... 121 Figura 5-100: Experimento Nro. 39 corregido ............................................................. 122 “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(17) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. xv. Figura 5-101: Experimento Nro. 40 corregido ............................................................. 122 Figura 5-102: Experimento Nro. 41 corregido ............................................................. 123 Figura 5-103: Experimento Nro. 43 corregido ............................................................. 123 Figura 5-104: Experimento Nro. 46 corregido ............................................................. 124 Figura 5-105: Configuración experimental para el muro de H = 35 cm....................... 125 Figura 5-106: Ubicación de los sensores en el muro de H= 35 cm .............................. 125 Figura 5-107: Experimento Nro. 48 .............................................................................. 126 Figura 5-108: Experimento Nro. 49 .............................................................................. 127 Figura 5-109: Experimento Nro. 50 .............................................................................. 127 Figura 5-110: Experimento Nro. 51 .............................................................................. 128 Figura 5-111: Experimento Nro. 52 .............................................................................. 128 Figura 5-112: Experimento Nro. 53 .............................................................................. 129 Figura 5-113: Experimento Nro. 54 .............................................................................. 129 Figura 5-114: Datos adimensionalizados de los experimentos 49, 50, 51, 52 y 53 ...... 130 Figura 5-115: Experimento Nro. 55 .............................................................................. 131 Figura 5-116: Experimento Nro. 57 .............................................................................. 132 Figura 5-117: Experimento Nro. 59.1 ........................................................................... 132 Figura 5-118: Experimento Nro. 59.2 ........................................................................... 133 Figura 5-119: Experimento Nro. 60 .............................................................................. 133 Figura 5-120: Experimento Nro. 61 .............................................................................. 134 Figura 5-121: Experimento Nro. 62 .............................................................................. 134 Figura 5-122: Experimento Nro. 63 .............................................................................. 135 Figura 5-123: Experimento Nro. 64 .............................................................................. 135 Figura 5-124: Datos adimensionalizados de los experimentos Nro. 55, 59.2, 60, 61, 62, 63 y 64 ............................................................................................................................... 136 Figura 5-125: Experimento Nro. 74 .............................................................................. 137 Figura 5-126: Experimento Nro. 75 .............................................................................. 138 Figura 5-127: Experimento Nro. 76 .............................................................................. 138 Figura 5-128: Experimento Nro. 78 .............................................................................. 139 Figura 5-129: Experimento Nro. 80 .............................................................................. 139 Figura 5-130: Experimento Nro. 81 .............................................................................. 140 Figura 5-131: Experimento Nro. 82 .............................................................................. 140 “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(18) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. xvi. Figura 5-132: Experimento Nro. 83 .............................................................................. 141 Figura 5-133: Experimento Nro. 84 .............................................................................. 141 Figura 5-134: Datos adimensionalizados de los experimentos 74, 76, 81, 82 y 83 ...... 142 Figura 5-135: Datos adimensionalizados de los experimentos 74, 81, 82, 83 .............. 143 Figura 5-136: Experimento Nro. 85 .............................................................................. 144 Figura 5-137: Experimento Nro. 86 .............................................................................. 144 Figura 5-138: Experimento Nro. 87 .............................................................................. 145 Figura 5-139: Experimento Nro. 88 .............................................................................. 145 Figura 5-140: Experimento Nro. 89 .............................................................................. 146 Figura 5-141: Experimento Nro. 90 .............................................................................. 146 Figura 5-142: Experimento Nro. 91 .............................................................................. 147 Figura 5-143: Experimento Nro. 92 .............................................................................. 147 Figura 5-144: Experimento Nro. 93 .............................................................................. 148 Figura 5-145: Datos adimensionalizados de los experimentos 86, 87, 88, 89, 90, 91 y 93 ........................................................................................................................................... 149 Figura 5-146: Datos adimensionalizados de los experimentos 86, 87, 89, 90, 91 y 93 149 Figura 6-1: Mecanismo de empuje de suelos según Rankine ....................................... 151 Figura 6-2: Distribución de presión según Rankine ..................................................... 151 Figura 6-3: Mecanismo de empuje de suelos según Coulomb ..................................... 152 Figura 6-4: Distribución de presión según Coulomb .................................................... 153 Figura 6-5: Mecanismo de empuje de suelos según Khosravi...................................... 154 Figura 6-6: Distribución de presión según la propuesta de Khosravi ........................... 155 Figura 6-7: Mecanismo de empuje de suelos según Yanqui ........................................ 156 Figura 6-8: Distribución de presión según Yanqui para una RB y 𝝓=40° ................... 158 Figura 6-9: Distribución de presión según Yanqui para una T y 𝝓=40° ...................... 158 Figura 6-10: Distribución de presión según Yanqui para una RT y y 𝝓=40° .............. 159 Figura 6-11: Distribución de presión según Yanqui para un suelo suelto (ss) y 𝝓=40° ........................................................................................................................................... 160 Figura 6-12: Ploteo de datos de los experimentos Nro. -1, 0, 1, 8, 9, 10 y 11.............. 161 Figura 6-13: Comparación de resultados del Experimento Nro. 20 ............................. 162 Figura 6-14: Comparación de resultados del Experimento Nro. 26 ............................. 162 Figura 6-15: Comparación de resultados del Experimento Nro. 28 ............................. 163 “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(19) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. xvii. Figura 6-16: Comparación de resultados del Experimento Nro. 29 ............................. 163 Figura 6-17: Comparación de resultados del Experimento Nro. 31 ............................. 164 Figura 6-18: Comparación de resultados del Experimento Nro. 32 ............................. 164 Figura 6-19: Comparación de resultados del Experimento Nro. 43 ............................. 165 Figura 6-20: Datos experimentales adimensionalizados para un relleno suelto, trasdós de acrílico y H=40 cm ............................................................................................................ 166 Figura 6-21: Promedio de las condiciones experimentales “a” .................................... 168 Figura 6-22: Promedio de las condiciones experimentales “b” .................................... 169 Figura 6-23: Promedio de las condiciones experimentales “c” .................................... 170 Figura 6-24: Promedio de las condiciones experimentales “d” .................................... 171 Figura 6-25: Promedio de los experimentos para un relleno suelto, trasdós de acrílico y H=40 cm ............................................................................................................................ 173 Figura 6-26: Comparación de resultados del Experimento Nro. 52 ............................. 174 Figura 6-27: Promedio de los datos adimensionalizados de los experimentos 49, 50, 51, 52 y 53 ............................................................................................................................... 175 Figura 6-28: Comparación de resultados del Experimento Nro. 23 ............................. 176 Figura 6-29: Promedio de los datos adimensionalizados de los experimentos 74, 81, 82 y 83 ....................................................................................................................................... 178 Figura 6-30: Comparación de resultados del Experimento Nro. 86 ............................. 179 Figura 6-31: Comparación de resultados del Experimento Nro. 89 ............................. 179 Figura 6-32: Promedio de los datos adimensionalizados de los experimentos 86, 87, 89, 90, 91 y 93 ......................................................................................................................... 181. “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(20) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. xviii. RESUMEN La distribución de presión lateral activa de un suelo granular contra un muro de contención rígido que se traslada horizontalmente y rota respecto al tope es determinada experimentalmente utilizando celdas de carga como sensores, siendo las variables la densidad del relleno y la rugosidad del trasdós. El método de la pluviación y el método de la malla fueron utilizados para colocar el suelo en estado denso y suelto, respectivamente. Además se construyó un sistema mecánico para que el muro sufra traslación horizontal con rotación respecto al tope. Los resultados experimentales obtenidos muestran una distribución de presión lateral lineal cuando el suelo ésta en estado suelto y esta es no lineal cuando está en estado denso. En este caso, cuando los datos experimentales fueron comparados con la teoría granular de Yanqui, se concluye que hay una yuxtaposición en distribuciones de presiones obtenidas para un movimiento de traslación horizontal con un movimiento de rotación respecto al tope.. Palabras clave: presión lateral activa, suelo granular, muro de contención, cinemática.. .. “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(21) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. xix. ABSTRACT Active lateral pressure distribution of a granular soil against a rigid retaining wall, which moves itself horizontally and rotates about the top, is determined experimentally using load cells as sensors, being the variables the density of the backfill and the rugosity of the back of the wall. Pluviation method and mesh method were used to place soil in dense and loose state, respectively. In addition of this, a mechanical system was built so that the retaining wall undergoes horizontal translation with rotation about the top. The experimental results obtained show a linear distribution of lateral pressure when the soil is in loose state and it is non-linear when is in dense state. In this case, when experimental data were compared with Yanqui’s granular theory, it is concluded that there is a juxtaposition in the distribution of pressures attained by a horizontal movement and a rotation about the top. . Keywords: active lateral pressure, granular soil, retaining wall, kinematic.. “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(22) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. 1. 1. CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1.1. Antecedentes Desde tiempos muy antiguos el problema de elegir las dimensiones correctas para el diseño de un muro de contención estaban basados en métodos sin base racional, sin embargo desde el siglo XVIII varias hipótesis fueron planteadas para encontrar una. Belidor aportó considerablemente en este tema en su libro “La Science des Ingénieirs” (1729), luego Coulomb dio un gran aporte con sus memorias de 1773. Entre 1833 - 1867 algunos alcances fueron hechos por Rankine en su investigación “On the Stability of Loose Earth”, pero este trabajo fue poco conocido por mucho tiempo y tiene poca influencia en el diseño de muros de contención en ese periodo. Boussinesq también trabajo sobre el equilibrio de suelos granulares obteniendo soluciones aplicables para el diseño, siendo un adelanto sobre las teorías de Rankine y otros autores, como lo concluye Saint-Venant. Hasta ese periodo se asume que la distribución de presión es directamente proporcional con la profundidad pero luego muchos investigadores, entre ellos Terzaghi, concluyen que la distribución de presión lateral depende principalmente de la naturaleza del movimiento del muro de contención, llegando a la conclusión que la distribución de presión lateral también puede ser no lineal. En las siguientes décadas se realizaron más experimentos con el objetivo de entender mejor este fenómeno y validar diferentes teorías, entre los trabajos más destacados podemos nombrar a Z.V. Tsagareli (1965), M.A. Sherif, Y. S. Fang y R. I. Sherif (1982), Y. S. Fang y I. Ishibashi (1985) y M.H. Khosravi, T. Pipatpongsa y J. Takemura (2012).. 1.2. Objetivos 1.2.1. Objetivo general Determinar qué teoría o teorías es la más adecuada para diseñar muros de contención de forma segura y económica. “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(23) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. 2. 1.2.2. Objetivos específicos Construir el equipo e instalar la instrumentación necesaria para determinar experimentalmente la presión lateral de los suelos. Construir el sistema que provocará el tipo de movimiento de traslación con rotación respecto al tope del muro de contención. Medir la interacción suelo-muro de contención. Estudiar diferentes teorías de empuje de suelos. Comparar los datos experimentales con las teorías existentes.. 1.3. Definición del problema Arequipa es una ciudad que es un polo de desarrollo en el Perú, esto debido a la expansión del sector minero, a partir de la ampliación de la mina Cerro Verde y el mejor desempeño del sector agropecuario en los últimos trimestres, convirtiéndola en la tercera mayor economía del Perú, provocando el aumento agigantado de la población arequipeña, sobrepasando al millón de habitantes. Esto induce que la cantidad tanto de vehículos ligeros y pesados vaya en aumento, generándose en las horas puntas caos y congestión vehicular en las avenidas, calles, entradas y salidas de Arequipa, estimulando: 1) pérdidas económicas estimadas en 39 millones de soles por mes, debido al tiempo perdido en espera, 2) aumento de la contaminación, debido a que la combustión aumenta por el prendido y apagado más seguido de los motores, 3) mayor consumo de combustible y 4) generación de estrés en los conductores, pasajeros y peatones; afectando así negativamente en la competitividad y productividad de Arequipa. Para ayudar a menguar el caos y la congestión vehicular, es necesario la construcción de más infraestructuras viales, entre las cuales se puede mencionar intercambios viales, by passes, viaductos, puentes, anillos viales, carreteras, etc.; siendo necesario la construcción de muros de contención. Para el diseño de estos se hace uso de las teorías clásicas de Rankine y Coulomb, cuya principal conclusión es que la distribución de la presión lateral es proporcional a la profundidad, similar a la distribución de la presión hidrostática, en otras palabras una distribución lineal. Sin embargo lo dicho anteriormente no es siempre cierto, es decir que la distribución de presión también puede ser no lineal, dependiendo principalmente de la magnitud y tipo de movimiento del muro de contención y la compacidad relativa del relleno. Lo que conlleva a la conclusión que los muros construidos hasta el momento en la ciudad de Arequipa con las teorías clásicas pueden tener un diseño no satisfactorio, como se puede comprobar en diferentes muros de contención de la ciudad “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(24) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. 3. de Arequipa con desplazamientos excesivos, pudiendo ser peligrosamente poco seguros y perjudicialmente antieconómicos, siendo por lo tanto evidente que aún falta mucho por investigar el empuje de suelos. Para el caso cuando el muro sufre traslación horizontal con rotación respecto al tope no se encontraron datos experimentales. Otro problema identificado es que la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional de San Agustín no cuenta con el equipamiento e instrumentación necesaria para la investigación experimental de la presión lateral del suelo.. 1.4. Hipótesis La compacidad relativa inicial del relleno influye en la distribución de la presión lateral activa del suelo, no solamente debido al aumento del peso específico del suelo, sino también por otros factores intrínsecos del suelo granular. Los sensores instalados dan valores confiables para obtener experimentalmente la distribución de la presión lateral del suelo. Con los sensores instalados y para un movimiento de traslación con rotación respecto al tope se obtiene una distribución de presión lateral no lineal. Se obtiene datos experimentales diferentes en la distribución de presión lateral activa para interacciones suelo – muro diferentes.. 1.5. Alcances y limitaciones de la investigación Solo se investigará para modelos de muro a escala reducida, ya que investigar con muros de contención a escala real abarcaría mucho dinero y tiempo. Se experimentará sólo con dos diferentes interacciones suelo-muro. Se usará el mismo suelo granular para todos los experimentos. Se experimentarán sólo con dos estados de densidad diferentes del suelo. 1.6.Justificación de la investigación Para un diseño seguro y económico de los muros de contención en la ciudad de Arequipa es necesario investigar la distribución de la presión lateral del suelo. Desde el punto de vista ingenieril, es fundamental determinar que teoría tiene mayor poder predictivo para la determinación de la magnitud y punto de aplicación del empuje, tomando en cuenta el tipo de movimiento del muro de contención, compacidad relativa del relleno e interacción suelo – muro de contención. “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(25) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. 4. Por primera vez se podrá realizar una investigación sobre la determinación experimental de la distribución de la presión lateral de suelos granulares en la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa.. “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(26) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. 5. 2. CAPÍTULO 2 INTERACCIÓN SUELO – MURO DE CONTENCIÓN 2.1. Introducción La interacción suelo-muro se da en el plano de contacto entre ellos, donde los estados tensionales deben ser compatibles, estableciéndose una condición de contorno, siendo esta la zona de interés de la presente tesis, ya que el principal objetivo para poder diseñar un muro de contención es la predicción de la presión del suelo que se ejerce sobre el trasdós del muro.. 2.2. Naturaleza de los suelos Los suelos son materiales naturales muy complejos, variables y discontinuos, conformados por un conjunto de granos con diferentes formas y tamaños que pueden conformar diferentes estructuras por medio de contactos casi puntuales entre ellos. Los suelos se originan por la intemperización de las rocas y pueden ser transportados o no por las fuerzas de la naturaleza a lugares donde son depositados a través del paso del tiempo, donde el hombre puede intervenir en este proceso natural con el objetivo de construir encima de el y/o de utilizarlo como material de construcción. La naturaleza discontinua del suelo ocasiona la aparición inevitable de poros, que pueden estar ocupados por gases o líquidos, por lo que los suelos son también materiales trifásicos, ya que en él se pueden presentar la fase solida (granos de suelo), liquida (generalmente agua) y gaseosa (generalmente el aire). Los suelos se dividen en dos grandes grupos: suelos gruesos o granulares y suelos finos o cohesivos.. 2.3. Suelos Granulares Son suelos cuyos granos son apreciables a la vista humana que obedecen leyes estrictamente mecánicas. Poseen las siguientes propiedades, Yanqui (2013):  Gaseosidad: falta de constancia en el volumen. “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(27) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. 6.  Dualidad: Existencia de 2 configuraciones para el mismo volumen.  Dilatancia: Cambio de volumen durante la deformación cortante.  Fragilidad: Cambio de configuración de los contactos con el tipo de esfuerzos.  Hiperbolicidad: Transmisión del esfuerzo normal a lo largo de cadenas de granos.. 2.3.1. Resistencia al corte de suelos granulares Uno de los parámetros más importantes en la mecánica de suelos es la resistencia al esfuerzo cortante, el cual está relacionada con la determinación de la estabilidad de las estructuras geotécnicas. Se puede determinar con la ejecución del ensayo de corte directo en el laboratorio pudiéndose obtener curvas de esfuerzo cortante y deformación vertical en función de la deformación horizontal, donde se hace evidente los dos comportamientos diferentes que un mismo suelo granular puede poseer con tan solo variar su densidad. Tomando en cuenta la curva esfuerzo cortante versus deformación horizontal (Figura 2-1), en un suelo granular suelto el incremento del esfuerzo cortante se da gradualmente con un incremento de la deformación horizontal (deformación de endurecimiento) hasta que el esfuerzo cortante alcanza un valor constante (esfuerzo cortante en estado crítico, τ𝑐𝑠 ), y en un suelo granular denso se da un incremento rápido del esfuerzo cortante con poca deformación horizontal, alcanzando un esfuerzo cortante pico τ𝑝 , luego el esfuerzo cortante empieza a disminuir con el incremento de la deformación horizontal (deformación de aflojamiento) hasta alcanzar el esfuerzo cortante del estado crítico, τ𝑐𝑠 , Budhu (2011).. p. Suelo denso. cs. Suelo suelto. O. x. Figura 2-1: Curva esfuerzo cortante vs. deformación horizontal (Fuente: propia). Tomando en cuenta la curva de deformación vertical versus deformación horizontal (Figura 2-2), durante la ejecución del ensayo de corte directo, un suelo granular suelto se. “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.

(28) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA. 7. contrae, y un suelo granular denso en un principio se contrae debido a un acomodo de las partículas y luego se dilata, Budhu (2011).. Dilatación. z. Suelo denso. x. Contracción. O Suelo suelto. Figura 2-2: Curva deformación vertical vs. Horizontal (Fuente: propia). Un factor que afecta la resistencia al corte del suelo es el esfuerzo normal, y que experimentalmente se ha demostrado que existe una tendencia lineal creciente entre la resistencia al esfuerzo cortante y el esfuerzo normal, por lo tanto utilizando el criterio de falla de Mohr-Coulomb, se puede establecer el ángulo de fricción interna del suelo. El ángulo de fricción interna obtenido con los esfuerzos cortantes del estado crítico con sus respectivos esfuerzos normales se le denomina ángulo de fricción interna del estado crítico, 𝜙𝑐𝑠 , y el ángulo de fricción interna obtenido con los esfuerzos cortantes pico con sus respectivos esfuerzos normales se le denomina como ángulo de fricción interna pico 𝜙𝑝 . Por otro lado, si en un mismo suelo se realizan diferentes ensayos de corte directo para diferentes índices de poros iniciales se obtiene una gráfica que claramente se puede observar la influencia de la compacidad del suelo en el ángulo de fricción interna. Para un suelo que posee comportamiento contractivo el ángulo de fricción interna tiende a ser constante e igual a 𝜙𝑐𝑠 , para el caso de un suelo dilatante el ángulo de fricción interna varia dependiendo del índice de poros inicial, pudiéndose identificar un límite que separa el comportamiento dilatante y contractivo que puede poseer una misma muestra el cual se define como índice de poros del estado crítico, Yanqui (2013).. “Determinación experimental de la presión lateral activa de suelos granulares contra muros de contención que fallan por traslación horizontal con rotación respecto al tope”.