resultados experimentales e interpretaciÓn 7.1 …

VII - Resultados experimentales e interpretación

93

Capítulo VII

RESULTADOS EXPERIMENTALES E INTERPRETACIÓN

En este capítulo se exponen e interpretan los resultados obtenidos a partir de los diferentes ensayos realizados y se hace un análisis del comportamiento del suelo a partir de éstos.

7.1 Curvas granulométricas A continuación se presentan las curvas granulométricas obtenidas. En el

anejo 2 puede verse, para cada muestra, una tabla con los pesos retenidos en cada tamiz y los resultados obtenidos a partir de éstos.

MUESTRA M1a M1b M2a M3a M3b M3c M3d

Malla (mm) % Pasa % Pasa % Pasa % Pasa % Pasa % Pasa % Pasa 0,00262 20,46 24,60 25,96 17,88 20,76 18,65 13,57

0,0065511 24,69 28,56 32,75 20,71 25,23 22,46 17,55 0,026187 34,74 38,76 46,22 28,35 36,26 31,70 26,02 0,05259 43,71 46,86 59,70 34,24 43,77 42,00 32,35

0,075 69,67 69,90 63,02 44,41 45,75 46,91 32,70 0,15 71,79 72,00 68,22 48,09 49,62 50,63 35,35

0,425 75,00 74,66 73,79 53,94 56,08 56,85 39,40 1,18 79,48 77,87 82,06 62,43 67,57 67,55 46,52

2 82,31 81,18 86,91 69,06 77,61 76,43 54,83 4,75 86,19 84,41 92,21 77,92 89,28 87,81 68,40 9,5 90,15 88,30 95,11 88,24 97,26 96,07 81,00

12,5 93,31 90,10 96,29 92,60 100,00 99,13 86,42 19 96,25 95,99 97,59 94,65 100,00 100,00 89,09 25 100,00 97,15 100,00 100,00 100,00 100,00 93,58

38,1 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00

Tabla 7.1: Resultados del análisis granulométrico para las muestras ensayadas.


94

Figura 7.1: Curvas granulométricas - muestras M1. Figura 7.2: Curva granulométrica - muestra M2a. Figura 7.3: Curvas granulométricas - muestras M3.

Curvas granulométricas // M1a - M1b

0

10

2 0

3 0

4 0

50

6 0

70

8 0

9 0

10 0

0 ,0 0 1 0 ,0 1 0 ,1 1 10 10 0

O b e rt u ra m a lla ( m m )

M 1a M 1b

Curvas granulométricas // M3

0

10

2 0

3 0

4 0

50

6 0

70

8 0

9 0

10 0

0 ,0 0 1 0 ,0 1 0 ,1 1 10 10 0

Ob e rtu ra m a lla (m m )

M 3a M 3 b M 3 c M3 d

Curva granulométrica M2a

0

10

2 0

3 0

4 0

50

6 0

70

8 0

9 0

10 0

0 ,0 0 1 0,01 0 ,1 1 10 10 0

Obe rtura m a lla (m m )


95

A continuación se presentan las curvas granulométricas de todas las

muestras ensayadas juntas en una misma gráfica.

Figura 7.4: Curvas granulométricas de todas las muestras ensayadas. 7.2 Interpretación de los resultados del análisis granulométrico. En las curvas granulométricas (figuras 7.1 a 7.4) se observa la buena

graduación del suelo para todas las muestras, aunque se observan diferencias entre las mismas.

Las muestras M1 presentan un pequeño salto de la curva, lo que indica que

este suelo se compone de partículas de dos tamaños bien diferenciados, aunque dentro de cada uno de estos tamaños existe una variación de los mismos.

La muestra M2 es la que contiene un porcentaje mayor de materiales finos

lo que puede dar lugar a bajas resistencias. Las muestras M3 contienen un gran porcentaje de materiales gruesos; es un

suelo muy bien graduado al igual que la muestra M2. En el anejo 1 se muestra la posición de las muestras bloques a partir de las

que se ha trabajado y en la figura 7.5 se observa, de manera aproximada, la cercanía de las mismas al substrato rocoso subyacente (pizarras del Paleozoico), importante para la interpretación de los resultados obtenidos.

Según el corte geológico del solar adjunto en el anejo 1 (Bosch & Ventayol,

2000), el substrato de pizarras y esquistos sobre el que se encuentra el material cuaternario que se ha ensayado se puede diferenciar en dos zonas; una donde la roca se encuentra muy fracturada y plegada y la otra más superficial, muy fracturada y plegada también y superficialmente alterada que presenta carbonataciones blanquecinas. Esto favorece la disgregación de la roca más fácilmente en superficie.

Curvas granulométricas

0

10

2 0

3 0

4 0

50

6 0

70

8 0

9 0

10 0

0 ,0 0 1 0 ,0 1 0 ,1 1 10 10 0

Obe rtura malla (mm)

M 1a M2 a M 3 a M 3 b M 3 c M 1b M 3 d


96

Las muestras M1 fueron tomadas frente a la pantalla número ocho, es decir,

en la zona en la que se realizó el sondeo número dos (ver posición en planta en el anejo 1), a 8 metros de profundidad respecto la cota original del solar. La marcada bimodalidad de las poblaciones indica la cercanía del substrato al Cuaternario en la zona de la toma de las muestras.

Las muestras M2, en cambio, fueron tomadas frente a la pantalla número

siete (ver posición en planta en el anejo 1). La muestra fue tomada a 4,5 metros de profundidad donde únicamente encontramos cuaternario (figura 7.5). De aquí que esta muestra presente una mayor cantidad de partículas finas mientras que las partículas gruesas que aparecen se encuentran en menor proporción que las primeras.

La presencia de partículas de mayor tamaño en las muestras M3 indica la

proximidad de éstas a la roca sobre la que se encuentran (pizarras del Paleozoico). Las muestras M3 fueron tomadas a 7,5 metros de profundidad respecto la cota original del solar frente a la pantalla número ocho, es decir en la misma posición que las muestras M1 pero a menor profundidad.

Tras estos resultados obtenidos las muestras M2 y las muestras M3

presentan una coherencia en sus granulometrías frente su posición relativa respecto el substrato rocoso subyacente. Cuanto más cerca están de la roca mayor es su contenido en gruesos. No obstante, las muestras M1 obtenidas a la mayor profundidad, y por tanto las más cercanas a la roca, presentan una clara bimodalidad pero no mayor contenido en gruesos que la muestra M3. De modo que dentro de la homogeneidad del material puede concluirse que presenta ciertas discontinuidades localizadas.


97

Figura 7.5: Profundidad de las muestras bloque. Corte geológico de Bosch & Ventayol (2000).


98

7.3 Límites de Atterberg. En la tabla 7.2 pueden observarse los valores obtenidos para cada límite en

las diferentes muestras ensayadas. El límite líquido está muy próximo a 50 para las muestras M1, mientras que para las muestras M2 y M3 este valor disminuye a 34 y 35 como valores medios. El límite plástico en cambio varía entre 23 para las muestras M1, 18 para la M2 y 20 como valor medio para las muestras M3.

Debe advertirse que el límite líquido obtenido para las muestras M1 es muy

elevado. Esto indica que las partículas que componen el suelo son muy finas, es decir, son partículas arcillosas que retienen mucho el agua. Esto implica un elevado índice de plasticidad. A medida que el índice de plasticidad disminuye, muestras M2 y M3, las partículas son más limosas.

La información recopilada inicialmente (Bosch & Ventayol, 2000) indica

una coherencia en los resultados obtenidos en este apartado para las muestras M2 y M3. Deben tratarse con prudencia los valores obtenidos para las muestras M1 ya que no se mantienen en la línea esperada.


99

7.4 Propiedades básicas del suelo. A partir de los datos obtenidos en el laboratorio, especialmente de la

humedad (w) y la densidad de las partículas sólidas (γS), se obtiene los parámetros característicos del suelo ensayado que se denominan propiedades básicas del suelo.

La humedad, definida como el peso del agua dividido por el peso del suelo

seco, se obtiene tomando una muestra de suelo, en el proceso de tallado de las probetas por ejemplo, se pesa junto en un cuenco tarado y se seca al horno a 100 °C durante 24 horas. La diferencia de los pesos obtenidos antes y después del secado es el peso del agua que contiene la muestra y de este modo se calcula la humedad mediante la expresión 7.1:

100s

WW

ωω = × (7.1)

El peso específico de las partículas sólidas se ha considerado γS = 2,65

g/cm3 debido a experiencias anteriores en suelos estudiados en la misma zona. Estos parámetros definidos en los párrafos anteriores pueden conocerse

independientemente del valor del volumen de suelo ensayado. En cambio sólo se puede conocer el peso específico natural (γn) en aquellas muestras con las que se haga una probeta para su ensayo en el aparato triaxial o el triaxial de columna resonante.

Veamos primero aquellas muestras en las que el volumen de suelo ensayado

es conocido. Conocido entonces el volumen de suelo a ensayar se puede calcular el peso

específico natural del suelo (γn) mediante la expresión 7.2:

tn

t

WV

γ = (7.2)

cuyo valor es generalmente aproximado a 2. La expresión anterior indica que este parámetro define la relación entre el peso total del suelo (sólido + agua) y el volumen total que ocupa el mismo.

El peso específico seco del suelo (γd) puede calcularse gracias a que el

volumen de suelo es conocido. Así:

sd

t

WV

γ = (7.3)

La expresión 7.3 define la relación entre el peso del sólido que compone la

muestra de suelo ensayada y el volumen total que ocupa la misma.


100

Se calculan seguidamente dos parámetros muy importantes en la definición

del suelo, que son la porosidad (n) y el índice de poros (e). Se puede definir porosidad (7.4) como la fracción de volumen ocupada por

los poros, tanto si éstos están llenos de agua como si lo están de aire o de una mezcla de ambos.

p

t

Vn

V= (7.4)

Se define el índice de poros (7.5) como la razón del espacio ocupado por los

poros al espacio ocupado por las partículas sólidas.

p

s

Ve

V= (7.5)

Conocidos todos estos parámetros se calcula el grado de saturación (Sr) de

las muestras (7.6) que se define como la fracción del volumen total de los poros que está ocupada por agua.

rp

Vs

Vω= (7.6)

Estos parámetros definidos se han calculado tanto para la fase inicial, que se

refiere antes de iniciar el ensayo, como para la fase final, referida ésta una vez ha finalizado el ensayo, considerando en este caso el grado de saturación igual a uno, por tanto Vw=Vp, para la realización de todos los cálculos.

En el caso de las muestras con las que no se han hecho probetas no se

conoce el volumen de suelo ensayado, de manera que sólo se puede calcular la humedad.

En la tabla 7.2 se muestran los valores obtenidos de cada uno de parámetros

definidos como las propiedades básicas del suelo para cada una de las muestras ensayadas.

PROPIEDADES BÁSICAS DEL SUELO

M1a M1b M2a M2a1ª M2a2ª M2a3ª M2a4ª M3a M3b M3c M3c1ª M3c2ª M3c3ª M3d

DESCRIPCIÓN MATERIAL

Arcilla roja con abundantes nódulos

de pizarra de tamaño mediano a

grande

Arcilla roja con abundantes nódulos

de pizarra de tamaño mediano a

grande

Arcilla roja con ocasionales nódulos de

pequeño tamaño de pizarra

Arcilla roja con abundantes nódulos de pizarra de

tamaño pequeño a grande







w nat INI (%) 12.40 12.14 14.00 13.41 12.97 10.95 13.19 12.51 12.29 13.17 14.20 13.56 11.31

w nat FIN (%) 19.10 19.34 18.59 12.32 16.63 17.98 12.85

γ n INI (g/cm3) 1.96 1.95 1.96 2.01 1.94 1.86 1.90

γ n FIN (g/cm3) 2.10 2.09 2.11 2.24 2.15 2.12 2.23

γ d INI (g/cm3) 1.76 1.72 1.74 1.81 1.72 1.62 1.67

γ d FIN (g/cm3) 1.76 1.75 1.78 2.00 1.84 1.79 1.98

e INI 0.54 0.54 0.53 0.46 0.54 0.63 0.59

e FIN 0.51 0.51 0.49 0.33 0.44 0.48 0.34

n INI (%) 33.07 35.05 34.47 31.58 35.19 38.68 37.02

n FIN (%) 33.61 33.88 33.01 24.61 30.59 32.27 25.41

S r INI 0.69 0.66 0.65 0.63 0.64 0.60 0.61

S r FIN 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

w L 49.00 48.50 33.70 39.50 35.00 37.85 30.50

w P 22.48 24.11 17.99 22.20 20.16 18.84 17.78

IP 26.52 24.39 15.71 17.30 14.84 19.01 12.72CLASIFICACIÓN CASAGRANDE CL CL CL CL CL CL CL

Tabla 7.2: Propiedades básicas del suelo para cada una de las muestras ensayadas.


102

7.5 Resultados obtenidos a partir del triaxial. A continuación se presentan los resultados experimentales obtenidos tras la

realización del ensayo triaxial convencional; se exponen básicamente en forma de tablas y gráficos donde se presentan relacionando comportamientos bajo idénticas condiciones de trabajo. En el apartado 7.6 (dedicado a la interpretación de los resultados) se discuten los resultados aquí presentados. En el anejo 2 hay una recopilación de las hojas de laboratorio rellenadas durante la realización de los diferentes ensayos, de manera que los resultados numéricos, en los cuales se basan las conclusiones, quedan ilustrados en este trabajo.

El ensayo triaxial, como se explica en el apartado 5.5, aplica sobre el

contorno de la muestra tensiones normales con el objetivo de determinar las propiedades esfuerzo-deformación del suelo.

De la primera etapa, llamada saturación, no se guardan datos en el PC pero

se anotan manualmente cada diez segundos para seguir su tendencia. Estos valores, descritos en el apartado 5.5.4.b, sirven como comprobación de la saturación de la muestra previo al inicio del ensayo.

Seguidamente la muestra se consolida isotrópicamente con drenaje antes de

llegar a la fase de aplicación del desviador y la consiguiente rotura de la misma. En esta fase de consolidación se ha calculado el volumen de la muestra en cada instante frente a las tensiones efectivas expresadas en el espacio de Cambridge (p’). Todos estos valores se almacenan en el PC.

Para la representación de los resultados es más interesante expresar cómo

varía el índice de poros en lugar de la variación del volumen respecto a las tensiones efectivas. Para conocer esta variación de índice de poros se sigue el procedimiento en orden inverso al utilizado en el ensayo, es decir, se comienza calculando el índice de poros final con la relación (7.7) y a partir de éste, mediante el incremento de índice de poros (7.8) que se obtiene utilizando la expresión (7.9), se van obteniendo los índices de poros intermedios hasta llegar al inicial que puede comprobarse mediante (7.10).

s

f feω

γ ωγ

= × (7.7)

1volf

ee

ε ∆= −+

(7.8)

volT

VV

ε ∆= (7.9)

s

i ieω

γ ωγ

= × (7.10)


103

donde:

ef: índice de poros final. γs: peso específico de las partículas sólidas. γw: peso específico del agua. wf: humedad final de la probeta. εvol: deformación volumétrica �e: incremento del índice de poros. �V: incremento de volumen en la probeta. VT: volumen total de la probeta en su estado inicial. ei: índice de poros inicial. wi: humedad inicial de la probeta.

Finalmente, una vez terminada la consolidación, se procede a realizar la

rotura de la muestra, de forma no drenada, aumentado el esfuerzo axial mientras se mantiene constante el confinamiento lateral. Todos los ensayos realizados para las diferentes muestras de suelo se les somete a una tensión desviadora de compresión.

Esta fase de rotura se realiza a deformación controlada, el pistón se desplaza

a una velocidad determinada respecto a la célula, y se mide la tensión desviadora. Igual que en la fase de consolidación, los valores medidos cada instante de

tiempo se almacenan en el PC. A partir de estos datos se pueden calcular gran cantidad de parámetros. Se han calculado los valores de las tensiones expresadas en el plano de Cambridge mediante q, p y p’ (7.11) y a partir de éstos se han representado las trayectorias de tensiones totales y efectivas (figuras 7.6 a 7.9 ) para cada muestra.

1 3q σ σ= −

1 32

3p

σ σ+= (7.11)

1 32

3p

σ σ′ ′+′ =

donde:

�1: es la tensión principal mayor �3: es la tensión principal menor

En las figuras 7.11 y 7.12 se muestran las trayectorias de tensiones para

cada muestra, M2a y M3c respectivamente, de la que se obtiene la recta de rotura y a partir de ésta el valor de M que se define como la pendiente de la misma. De M se obtiene el valor del ángulo de rozamiento interno de las partículas definido como � que se calcula mediante la expresión 7.12, considerando el valor de la cohesión c’ como nulo.

M = 6 * sen � / ( 3 – sen � ) (7.12)


104

El valor de M obtenido para la muestra M2a es de 0,88 y a partir de la

expresión 7.12 se obtiene el valor de �=22,75º. Así mismo, para la muestra M3c el valor de M obtenido es de 0,875 y el valor del ángulo de rozamiento interno es de �=22,45º.

También se ha calculado la deformación vertical producida en la muestra en

cada instante (7.13) y se ha representado frente al desviador calculado en (7.11). (figuras 7.12 a 7.16).

0 1

0z

h he

h−= (7.13)

donde:

ho: altura inicial de la probeta (mm). hi: altura de la probeta en cada instante (mm). ez: deformación vertical en tanto por uno.

La rotura se produce de forma no drenada de modo que existe un

incremento en la presión de agua en el interior de la muestra. Esta presión de agua se mide directamente en el aparato triaxial en cada instante de tiempo, de modo que el incremento es inmediato tomando como referencia la presión de agua en el instante de tiempo igual a cero. En las figuras 7.12 a 7.16 se representa el incremento de la presión de agua frente a la deformación vertical para cada una de las muestras ensayadas.

Finalmente se ha calculado el valor del parámetro Cc obtenido a partir de la

correlación con el parámetro � que se define como la pendiente de la recta formada en el plano e - p’ en escala semilogarítmica. Este valor de Cc se ha obtenido de la correlación hecha mediante la relación 7.14.

Cc = ln 10 � = 2,303 � (7.14)

En la tabla 7.3 se muestran los valores de Cc obtenidos para cada una de las

muestras ensayadas. M2a1ª M2a2ª M2a3ª M3c1ª M3c2ª

λλλλ 0.008 0.011 0.023 0.03 0.032 Cc 0.019 0.026 0.053 0.069 0.074

Tabla 7.3: Valores de Cc obtenidos a partir de �. A continuación se presentan los resultados en forma gráfica para las

diferentes probetas ensayadas (figuras 7.6 a 7.16). El eje de abscisas se representa en algunos de los casos en escala logarítmica, de manera que los puntos están mejor distribuidos y pueden así estudiarse con mayor claridad la distribución de los mismos.

Las unidades en que se expresan los valores de las gráficas son las

siguientes:


105

• Desviador, q: kPa • p: kPa • Índice de poros, e: adimensional • Deformación vertical, ez: tanto por uno • Presión de poros, u: kPa

7.5.1 Trayectorias de tensiones totales y efectivas. En primer lugar se muestran las gráficas donde se representan las

trayectorias de tensiones totales y efectivas para cada muestra por separado (figuras 7.6 a 7.9) y una gráfica que reúne las trayectorias de tensiones de las diferentes probetas que corresponden a la misma muestra (figuras 7.11 y 7.12).

Figura 7.6: Trayectorias de tensiones totales y efectivas - muestra M2a1ª


Trayectorias de tensiones // M2a1ª - Pau1

0

100

200

300

400

0 100 20 0 30 0 40 0 500 60 0p,p' (kP a )

p

p'

Trayectoria de tensiones // M2a2ª - Pau3

0

200

400

600

800

0 2 00 40 0 6 00 8 00 10 00 12 00

p , p' (kP a )

Efect ivas

To tales


106


Figura 7.9: Trayectorias de tensiones totales y efectivas - muestra M3c1ª

Figura 7.10: Trayectorias de tensiones totales y efectivas - muestra M3c2ª

Trayectorias de tensiones // M2a3ª - Pau2

0

200

400

600

800

0 200 400 600 800 1000 1200

p , p ' ( kP a)

Tot a le s

Efe c t iva s

q - p,p' - Rotura no drenada // Pau4r

0

50

100

150

200

250

300

0 200 400 600 800 1000 1200

p ,p ' ( kP a)

q-p

q-p'

q-p,p' - Consolidación no drenada // Pau5

0

50

100

150

200

250

300

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

p , p ' ( k P a )

q-p'

q-p


107

Figura 7.11: Trayectorias de tensiones totales y efectivas - muestra M2a

Figura 7.12: Trayectorias de tensiones totales y efectivas - muestra M3c

Recta de rotura // M2a

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000

p,p' (kPa)

q (kPa)

Pau1/ E f ect i vas

Pau1/ T otal es

Pau2/ E f ect i vas

Pau2/ T otal es

Pau3/ E f ect i vas

Pau3/ T otal es

Recta de rotura // M3c

0

50

10 0

150

20 0

2 50

30 0

3 50

40 0

4 50

50 0

550

60 0

6 50

70 0

750

0 50 100 150 20 0 250 300 350 400 4 50 500 550 6 00 650 700 750 80 0 850 9 00 950 1000

p,p' (kP a)

Pau4/Efectivas

Pau4/Totales

Pau5/Efectivas

Pau5/Totales

7.5.2 Diagramas de los resultados obtenidos.

Figura 7.13: Diagramas de resultados para la muestra M2a1ª

q - ez // M2a1ª - Pau1

0

50

100

150

200

250

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

e z ( t ant o p o r uno )

e - ln p' // M2a1ª - Pau1

0,381

0,382

0,383

0,384

0,385

0,386

0,387

0,388

0,389

0,39

2,7183 7,38905

ln p ' ( kP a)

inc u - ez // M2a1ª - Pau1

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

e z ( t ant o p o r uno )

uo=284,859

q - p' // M2a1ª - Pau1

0

50

100

150

200

250

0 50 100 150 200 250 300 350 400

p ' ( kPa)

Figura 7.14: Diagramas de resultados para la muestra M2a2ª.

q - p' // M2a2ª - Pau3

0

50

100

150

200

250

300

350

0 50 100 150 200 250 300 350

p' (kP a )


0

50

10 0

150

20 0

2 50

30 0

0 0 ,05 0 ,1 0 ,15 0 ,2 0 ,25

e z ( ta nto po r uno )


0 ,38

0 ,39

0 ,4

0 ,4 1

0 ,42

0 ,43

2 ,718 3 7,3 89

ln p' (kP a)


0

50

100

150

200

250

0 0 ,0 5 0 ,1 0 ,15 0 ,2 0 ,2 5


Figura 7.15: Diagramas de resultados para la muestra M2a3ª.

q - p' // M2a3ª - Pau2

0

50

100

150

200

250

300

350

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

p' (kP a)


0

50

100

150

200

250

300

350

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

e z (tanto po r uno )


0,37

0,375

0,38

0,385

0,39

0,395

0,4

0,405

0,41

2,7183 7,389

ln p' (kP a )


0

50

100

150

200

250

300

350

0 0,05 0,1 0,15 0 ,2 0,25


uo = 502,592 kP a

Figura 7.16: Diagramas de resultados para la muestra M3c1ª.

q-p' - Rotura no drenada // Pau4r

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

p' (kP a )

q-ez - Rotura no drenada // Pau4r

0

50

100

150

200

250

300

0 0,05 0,1 0,15 0,2

e z (ta nto po r uno )

e - ln p' // M3c1ª - Pau4

0,33

0,34

0,35

0,36

0,37

0,38

0,39

2,7183 7,389

ln p' (kP a)

inc u-ez - Rotura no drenada // Pau4r

0

50

100

150

200

250

300

350

0 0,05 0,1 0 ,15 0,2


Figura 7.17: Diagramas de resultados para la muestra M3c2ª.

q-p' - Rotura no drenada // Pau5

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250 300 350

p' (kP a)

q-ez - Rotura no drenada // Pau5

0

50

100

150

200

250

300

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

e z (tanto po r uno )

e - ln p' // M3c2ª - Pau5

0,355

0,36

0,365

0,37

0,375

0,38

0,385

0,39

0,395

0,4

0,405

2,7183 7,389

ln p' (kP a )

inc u-ez - Rotura no drenada // Pau5

0

50

100

150

200

250

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0 ,25

e z (ta nto po r uno )


113

7.6 Interpretación de los resultados obtenidos en el ensayo triaxial. En este ensayo (figuras 7.6 a 7.17) el comportamiento del suelo sigue

bastante bien la predicción del Modelo de Cam-Clay (apartado 5.5.5), teniendo en cuenta que las muestras ensayadas en el laboratorio no se pueden considerar totalmente inalteradas. Las predicciones más fiables que realiza este modelo es en el análisis del comportamiento de arcillas, que es el caso que nos ocupa.

Observando los resultados obtenidos para las probetas pertenecientes a la

muestra M2a podemos hacer una diferenciación entre la trayectoria de tensiones efectivas para la probeta M2a1ª y las trayectorias de estas tensiones para las probetas M2a2ª y M2a3ª. Así podemos decir que se trata de una trayectoria de tensiones efectivas elásticas la perteneciente a la primera probeta y de unas trayectorias de tensiones efectivas elasto-plásticas las pertenecientes a las dos últimas.

En el apartado 5.5.5.4 se definió la superficie de fluencia como aquella que

separa, en el plano de tensiones, los estados tensionales que producen deformaciones elásticas de los que provocan respuestas plásticas. Se observa en la figura 7.11 cómo la tensión efectiva perteneciente a la probeta M2a1ª permanece constante hasta un punto máximo en el que alcanza la fluencia y entonces aparece la trayectoria de tensiones efectivas elasto-plástica. Este valor constante de la tensión efectiva se debe a que la trayectoria evoluciona en el interior de la superficie de fluencia con lo que no existe la posibilidad de deformación volumétrica plástica y para satisfacer la ecuación 5.33 la deformación elástica también es nula.

Finalmente, esta trayectoria de tensiones efectivas perteneciente a la probeta

M2a1ª corresponde a un ensayo triaxial no drenado fuertemente sobreconsolidado. La trayectoria de tensiones de la muestra M2a2ª (figura 7.11) transcurre un

tramo por el interior de la superficie de fluencia con la tensión efectiva constante y a partir del desviador de 70 kPa aproximadamente aparecen las deformaciones plásticas. Según se explica en el apartado 5.5.5.7.c., este punto donde se interceptan la trayectoria y la superficie de fluencia da lugar a un incremento del vector de deformación plástica dirigido hacia la derecha, lo que implica una compresión volumétrica plástica. El suelo tiende a rigidizarse plásticamente, y la actual superficie de fluencia se incrementa en tamaño.

La trayectoria de tensiones de la muestra M2a3ª corresponde a un

incremento de deformación que ocurre en el punto más alto de la superficie de fluencia. La fluencia, en este caso, tiene lugar con un incremento del vector plástico con dirección paralela al eje del desviador, lo que implica deformación plástica nula. La deformación continúa indefinidamente sin cambio en el tamaño de la superficie de fluencia. En la figura 5.29 puede seguirse con mayor claridad el proceso explicado en este último párrafo.

Las probetas pertenecientes a la muestra M3c presentan unos resultados

muy similares a los explicados para la muestra M2a. Se ensayaron estas muestras intentando aplicar las condiciones iniciales en las que se encontraban y se sometieron a


114

unas tensiones semejantes a las aplicadas en las de la muestra M2a para poder así comparar los resultados.

Únicamente cabe diferenciar que la muestra M3c presenta una mayor

resistencia frente a la aplicación de las cargas que la muestra M2a. Se observa en la figura 7.12 que la deformación plástica aparece en las probetas M3c a partir de 230 kPa en el desviador, en cambio las probetas M2a a partir de la aplicación de un desviador de 190 kPa ya se produce la rotura. Esto puede explicarse debido a la diferente granulometría, presentando la muestra M3c una mayor proporción de partículas gruesas que las presentes en la muestra M2a, lo que ayuda a ganar resistencia al conjunto frente a las cargas aplicadas.

A continuación, en las figuras 7.13 a 7.17, se presentan los gráficos con los

resultados obtenidos en cada una de las muestras ensayadas. La probeta M2a1ª ha sido sometida a unas condiciones iniciales muy

sobreconsolidadas como se representa en la figura 7.13. La primera fase de carga es puramente elástica sin cambios en la tensión efectiva principal hasta que la superficie de fluencia es alcanzada (punto más alto de la trayectoria). La deformación de corte es puramente elástica, como se presenta en la gráfica superior derecha de la misma figura. Se puede observar que la presión de poros es igual a los cambios de la tensión principal total. Esta presión se reduce respecto a su máximo valor y podría resultar negativa.

Las probetas M2a2ª y M3c2ª se han sometido a condiciones ligeramente

sobreconsolidadas. Se representa en las figuras 7.14 y 7.17 exceptuando en que inicialmente existe un fase elástica en la que la tensión efectiva permanece constante hasta que la tensión alcanza el valor de la fluencia. De estas gráficas se puede deducir:

- el ensayo está restringido a seguir una deformación constante en el plano

de compresión. - las deformaciones plásticas sólo pueden ocurrir si la tensión efectiva

permanece en la actual superficie de fluencia. Se puede resumir diciendo que se mantienen los valores iniciales de p’ hasta

que el valor del desviador q es lo suficientemente grande como para dar el estado de tensiones correspondiente a la superficie de fluencia y permitir que las deformaciones plásticas ocurran.

El estado elástico se asocia únicamente a las deformaciones de corte y a los

cambios de presión intersticial, como puede verse en las gráficas superior e inferior derecha de las figuras 7.14 y 7.17. Cuando la fluencia comienza aparecen deformaciones de corte plásticas y hay una inflexión en las curvas como se muestra en las figuras que presentan las trayectorias de tensiones efectivas. Cuando empieza la fluencia, estas trayectorias tienden a ir hacia la izquierda y existe una relación con la presión de poros.

Finalmente, las probetas M2a3ª y M3c1ª se han sometido a condiciones

normalmente consolidadas como se muestra en las figuras 7.15 y 7.16. Las trayectorias


115

de tensiones efectivas en este caso empiezan directamente en el punto de intersección de la superficie de fluencia con el eje horizontal, de modo que se produce plasticidad desde el mismo momento en el que empieza la fase de rotura en el ensayo. Todo lo dicho en los párrafos anteriores es adaptable a este caso de forma análoga.

Ensayo triaxial Μ φ (º) λ Cc qrotura (kPa) G (MPa)M2a 0.880 22.75 190

M2a1ª 0.008 0.019 6.06M2a2ª 0.011 0.026 34.19M2a3ª 0.023 0.053 5.67

M3c 0.875 22.45 230M3c1ª 0.030 0.069 5.68M3c2ª 0.032 0.074 6.90

Tabla 7.4: Propiedades geotécnias obtenidas del ensayo triaxial convencional.


117

7.7 Resultados obtenidos del ensayo triaxial de columna resonante. A continuación se presentan, en forma de tablas y gráficos, los resultados

experimentales obtenidos en el ensayo triaxial de columna resonante. Estos resultados se discutirán en el apartado 7.8, dedicado a la interpretación de los resultados.

De la muestra M2a se tallan cuatro probetas, de las cuales tres de ellas se

ensayan en el aparato triaxial convencional obteniéndose los resultados expuestos en el apartado 7.5, y la cuarta se ensaya en el aparato triaxial de columna resonante.

De la muestra M3c se realizan tres probetas, ensayándose dos de ellas en el

aparato triaxial convencional y la tercera en el de columna resonante. Las figuras que se presentan en este apartado muestran el módulo de corte

(G) frente a la deformación angular (�) representada en escala logarítmica para que así los puntos se encuentren mejor distribuidos.

Para correlacionar los resultados obtenidos en el ensayo triaxial

convencional con los obtenidos a partir del ensayo triaxial de columna resonante las presiones de confinamiento que se han utilizado en este último han sido las tensiones de confinamiento con las que se ha llegado a la rotura en el triaxial para cada una de las probetas ensayadas.

Es importante destacar que al ser el ensayo triaxial de columna resonante no

destructivo, en una sola probeta ensayada se ha podido aplicar las diferentes tensiones que se aplicaron a cada una de las probetas ensayadas en el triaxial convencional.

A continuación se exponen en forma de gráficos los resultados obtenidos

para cada una de las presiones de confinamiento y finalmente se contemplan los resultados obtenidos para cada presión juntos en una misma gráfica.

Puede observarse que para cada presión se ha obtenido un conjunto de

puntos que siguen una ley bastante lineal. En el anejo 2 se muestran los resultados numéricos en forma de tabla.

Las unidades en que se encuentran expresados los valores de las gráficas

son las siguientes:

• Módulo de corte, G: Mpa • Desplazamiento: % en deformación angular • Presión de confinamiento, σ: κPa

Hay que tener en cuenta que las probetas se colocaron directamente en el

equipo, y en general no estaban totalmente saturadas.


118

7.7.1 Resultados de la probeta M2a4ª.

Figura 7.18: Gráfica módulo de corte versus deformación angular para la probeta M2a4ª a una presión de confinamiento de 130 kPa.

G - l og deformaci ón angul arM2a4ª / 130 kPa

0

50

100

150

200

250

1. 00E- 04 1. 00E- 03 1. 00E- 02 1. 00E- 01Def or maci ón angul ar ( %)

G (M

Pa)


119

Figura 7.19: Gráfica módulo de corte versus deformación angular para la probeta M2a4ª a una presión de confinamiento de 300 kPa. Figura 7.20: Gráfica módulo de corte versus deformación angular para la probeta M2a4ª a una presión de confinamiento de 400 kPa.

G - l og deformaci ón angul arM2a4ª / 300 kPa

0

50

100

150

200

250

1. 00E- 04 1. 00E- 03 1. 00E- 02 1. 00E- 01Def or maci ón angul ar ( %)

G (M

Pa)

G - l og deformación angul ar M2a4ª / 400 kPa

0

50

100

150

200

250

300

1. 00E- 04 1. 00E- 03 1. 00E- 02 1. 00E- 01Log def or maci ón angul ar ( %)

G (M

Pa)


120

Se expone a continuación el conjunto de resultados para la probeta ensayada

M2a4ª.

Figura 7.21: Curvas del módulo de corte versus la deformación angular para la probeta M2a4ª.

G - l og deformación angul arM2a4ª

0

50

100

150

200

250

300


G (M

Pa)

130 kPa

300 kPa

400 kPa


121

7.7.2 Resultados de la probeta M3c3ª. Figura 7.22: Gráfica módulo de corte versus deformación angular para la probeta M3c3ª a una presión de confinamiento de 300 kPa. Figura 7.23: Gráfica módulo de corte versus deformación angular para la probeta M3c3ª a una presión de confinamiento de 400 kPa.

G - log deformación angularM3c3ª / 300 kPa

0

50

100

150

200

250

1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02 1,00E-01Lo g D e f o rmac ión ang ular ( %)

G - l og deformaci ón angul ar M3c3ª / 400 kPa

0

50

100

150

200

250

1. 00E- 04 1. 00E- 03 1. 00E- 02 1. 00E- 01 1. 00E+00Log def or maci ón angul ar ( %)

G (M

Pa)


122

Se expone a continuación el conjunto de resultados para la probeta ensayada

M3c3ª.

Figura 7.24: Curvas del módulo de corte versus la deformación angular para la probeta M3c3ª.

7.7.3 Comparación con los resultados obtenidos en el triaxial. Una vez obtenidos los valores de los módulos de corte tanto para la probeta

de la muestra M2a como para la probeta de la muestra M3c se pueden comparar con los resultados obtenidos en el ensayo triaxial convencional.

Las comparaciones se realizan con el módulo de corte elástico en el ensayo

triaxial obtenido de la parte inicial de la gráfica q-ez, considerada como la parte elástica. Este módulo de corte elástico se obtiene mediante la relación 7.15:

3 q

dqd

Gε= (7.15)

donde:

q: desviador en kPa. �q: deformación de corte (en el caso no drenado coincide con �1). G: módulo de corte elástico (obtenido de probetas ensayadas en el

triaxial; saturadas). En la tabla 7.5 se recopilan los valores del módulo de corte elástico en el

ensayo triaxial para las muestras ensayadas.

G - l og def ormaci ón angul arM3cª

0

50

100

150

200

250


G (M

Pa) 300 kPa

400 kPa


123

CÁLCULO DEL MÓDULO DE CORTE (G) ELÁSTICO EN EL ENSAYO TRIAXIAL CONVENCIONAL PARA LAS MUESTRAS M2a Y M3c.

MUESTRA REF. TENSIÓN INICIAL q1 qo ∆∆∆∆q (ez)1 (ez)o ∆∆∆∆ez G

kPa KPa kPa kPa tanto por uno

tanto por uno

tanto por uno MPa

M2a3ª PAU2 400 47,49 1,76 45,72 2,69E-03 0,00 2,69E-03 5,67

M2a2ª PAU3 300 89,87 29,97 59,89 0,77E-03 1,88E-04 5,84E-04 34,19

M2a1ª PAU1 130 46,05 2,27 43,78 2,41E-03 0,00 2,41E-03 6,06

M3c1ª PAU4 400 47,13 17,61 29,53 13,12E-03 1,14E-02 1,73E-03 5,68

M3c2ª PAU5 300 50,76 10,73 40,02 27,12E-03 2,52E-02 1,93E-03 6,90

Tabla 7.5: Valores de G elástico, para la probeta M2a4ª, calculados a partir del ensayo triaxial convencional.

En las figuras 7.25 y 7.26 se muestran los resultados obtenidos, para las

muestras M2a2ª y M3c3ª, mediante los dos tipos de ensayos y se correlacionan en una gráfica distinta para cada una de las muestras.

Estos valores del módulo de corte se pueden comparar con los obtenidos a

partir de los resultados de la campaña de prospección sísmica realizada por el Servicio de Geofísica Aplicada de la Universidad Politécnica de Cataluña (Clapés, 2000). El valor del módulo de corte obtenido en el apartado 4.5 es de 7.500 Mpa, valor muy elevado respecto a los obtenidos mediante el ensayo triaxial de columna resonante. Esto se interpreta suponiendo que este valor tan elevado del módulo de corte corresponde a las pizarras situadas debajo de las arcillas del cuaternario y por tanto, pertenecientes a terrenos diferentes.


124

Figura 7.25: Correlación entre los valores del módulo de corte obtenido en el ensayo de columna resonante con los valores del módulo de corte elástico obtenido a partir del ensayo triaxial convencional para la muestra M2a.

Puede observarse una diferencia sustancial entre el resultado obtenido para el ensayo triaxial de columna resonante y el obtenido para el ensayo triaxial convencional. Esta diferencia entre ambos se debe a que el ensayo triaxial convencional se realiza tras saturar las probetas mientras que las probetas ensayadas en el aparato de columna resonante no lo están.

G - Log deformación angular // M2a

0

50

100

150

200

250

300

1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02 1,00E-01 1,00E+00Log deformación angular (%)

G (M

Pa)

M2a 130 kPa

TRIAXIAL 130 kPa

M2a 3 00kPa

TRIAXIAL 3 00kPa

M2a 4 00kPa

TRIAXIAL 4 00kPa


125

Figura 7.26: Correlación entre los valores del módulo de corte obtenido en el ensayo de columna resonante con los valores del módulo de corte elástico obtenido a partir del ensayo triaxial convencional para la muestra M3c.

Es válido el comentario realizado para la gráfica anterior referente a la saturación de las probetas ensayadas en los equipos de columna resonante y triaxial.

G - Log deformación angular // M3c

0

50

100

150

200

250

1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02 1,00E-01 1,00E+00Log deformación angular (%)

G (M

Pa)

M3 c 30 0kPa

TRIAXIAL 30 0kPa

M3 c 40 0kPa

TRIAXIAL 40 0kPa


126

7.8 Interpretración de los resultados del ensayo triaxial de columna

resonante. El parámetro del módulo de corte informa de la rigidez del suelo. Según las

figuras 7.21 y 7.24 el valor de este parámetro en la probeta M2a4ª es superior al obtenido para la probeta M3c3ª, lo que supone que la primera tiene mayor rigidez que la segunda. Este comportamiento se puede atribuir a la diferente granulometría que presentan las probetas (figura 7.4) lo que provoca una diferente estructura en las mismas. La muestra M2 tiene un porcentaje mayor de partículas finas que la muestra M3, esto favorece una mayor compacidad de la estructura dado que estas partículas arcillosas de menor tamaño rellenan más fácilmente las cavidades entre las mismas.

Hay que comentar que los valores de la presión de confinamiento a los que

se han sometido las probetas, corresponden a las presiones de cámara durante la fase de rotura en el ensayo triaxial, de este modo se procede a la correlación de los datos obtenidos en los diferentes ensayos (figuras 7.25 y 7.26).

Los valores obtenidos del módulo de corte son mucho menores en el triaxial

en comparación con los resultantes de la columna resonante. Se observa así como en el ensayo triaxial, donde las probetas se llevan a rotura y se someten a un rango mayor de deformaciones, presentan una resistencia al corte muy inferior. Es importante hacer saber que las probetas estaban no saturadas en el aparato triaxial de columna resonante, y por tanto el valor del módulo de corte puede ser condicionalmente mayor por este efecto.

Otros aspectos a tener en cuenta son que debido al periodo de tiempo que se

ha tenido consolidando la probeta puede deformarse y la utilización de aire como presión de cámara puede hacer bajar el grado de saturación de la muestra a causa de que la membrana de látex no es del todo impermeable al aire. Esto no se ha estudiado a fondo al no ser el objetivo de este trabajo.

7.9 Parámetros geotécnicos obtenidos del ensayo de columna resonante

Ensayo columna resonante G (MPa) 130 kPa 300 kPa 400 kPa

M2a4ª 100 225 250 M3c3ª 190 230

Tabla 7.6: Parámetros geotécnicos obtenidos del ensayo triaxial de columna resonante

resultados experimentales e interpretaciÓn 7.1 …

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