Formulas y Ensaoya Triaxial

8/17/2019 Formulas y Ensaoya Triaxial

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VII - Resultados experimentales e interpretación

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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 % Pasa0,00262 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 46,522 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.


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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

100

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

O b e r tu ra m a l la ( 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

O be r t ura m a l l a ( m m )

M3a M3 b M 3 c M3 d

Curva granulométrica M2a

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 ,001 0,01 0 ,1 1 10 10 0

Obertura ma l la (mm )


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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. Estofavorece 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

100

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

Obertura malla (m m)

M 1a M 2 a M 3 a M 3 b M 3 c M 1b M 3 d


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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 zonade 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 delsolar 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.


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


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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 lasmuestras 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) indicauna 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.


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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 (γ S), se obtiene los parámetroscaracterísticos 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

W

W

ω

ω = × (7.1)

El peso específico de las partículas sólidas se ha considerado γ S = 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 (γ n) 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 ensayadoes conocido.

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

específico natural del suelo (γ n) mediante la expresión 7.2:

t n

t

W

V 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 volumentotal que ocupa el mismo.

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

volumen de suelo es conocido. Así:

sd

t

W

V 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.


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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 porlos poros, tanto si éstos están llenos de agua como si lo están de aire o de una mezcla de

ambos.

p

t

V n

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

V eV

= (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.

r

p

V s

V

ω = (7.6)

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


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PROPIEDADES B SICAS DEL SUELO

M1a M1b M2a M2a1ª M2a2ª M2a3ª M2a4ª M3a M3b M

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

Arcilla roja con

abundantes

nódulos de

pizarra de

tamaño pequeño

a grande

Arcilla r

abund

nódul

pizar

tamaño p

a gra

w nat INI (%) 12.40 12.14 14.00 13.41 12.97 10.95 13.19 12.51 12.

w nat FIN (%) 19.10 19.34 18.59 12.32

n INI (g/cm3) 1.96 1.95 1.96 2.01

n FIN (g/cm3) 2.10 2.09 2.11 2.24

d INI (g/cm3) 1.76 1.72 1.74 1.81

d FIN (g/cm3) 1.76 1.75 1.78 2.00

e INI 0.54 0.54 0.53 0.46

e FIN 0.51 0.51 0.49 0.33

n INI (%) 33.07 35.05 34.47 31.58

n FIN (%) 33.61 33.88 33.01 24.61

S r INI 0.69 0.66 0.65 0.63

S r FIN 1.00 1.00 1.00 1.00

w L 49.00 48.50 33.70 39.50 35.00 37.

w P 22.48 24.11 17.99 22.20 20.16 18.

IP 26.52 24.39 15.71 17.30 14.84 19.

CLASIFICACIÓN CASAGRANDE CL CL CL CL CL C

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


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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 tablasy gráficos donde se presentan relacionando comportamientos bajo idénticas condicionesde trabajo. En el apartado 7.6 (dedicado a la interpretación de los resultados) se discutenlos resultados aquí presentados. En el anejo 2 hay una recopilación de las hojas delaboratorio rellenadas durante la realización de los diferentes ensayos, de manera quelos resultados numéricos, en los cuales se basan las conclusiones, quedan ilustrados eneste trabajo.

El ensayo triaxial, como se explica en el apartado 5.5, aplica sobre elcontorno de la muestra tensiones normales con el objetivo de determinar las propiedadesesfuerzo-deformación del suelo.

De la primera etapa, llamada saturación, no se guardan datos en el PC perose 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 lamuestra previo al inicio del ensayo.

Seguidamente la muestra se consolida isotrópicamente con drenaje antes dellegar a la fase de aplicación del desviador y la consiguiente rotura de la misma. En estafase de consolidación se ha calculado el volumen de la muestra en cada instante frente alas tensiones efectivas expresadas en el espacio de Cambridge (p’). Todos estos valoresse almacenan en el PC.

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

s f e

ω

γ ω

γ

= × (7.7)

1vol f

e

eε

∆= −

+ (7.8)

vol

T

V

V ε

∆= (7.9)

si ie

ω

γ ω

γ

= × (7.10)


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donde:ef : índice de poros final.γ s: peso específico de las partículas sólidas.

γ w: peso específico del agua.wf : humedad final de la probeta.εvol: deformación volumétricae: 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 larotura de la muestra, de forma no drenada, aumentado el esfuerzo axial mientras semantiene constante el confinamiento lateral. Todos los ensayos realizados para lasdiferentes muestras de suelo se les somete a una tensión desviadora de compresión.

Esta fase de rotura se realiza a deformación controlada, el pistón se desplazaa 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 detiempo se almacenan en el PC. A partir de estos datos se pueden calcular gran cantidadde parámetros. Se han calculado los valores de las tensiones expresadas en el plano deCambridge 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

3 p

σ σ += (7.11)

1 32

3 p

σ σ ′ ′+′ =

donde:1: es la tensión principal mayor3: es la tensión principal menor

En las figuras 7.11 y 7.12 se muestran las trayectorias de tensiones paracada muestra, M2a y M3c respectivamente, de la que se obtiene la recta de rotura y apartir de ésta el valor de M que se define como la pendiente de la misma. De M seobtiene el valor del ángulo de rozamiento interno de las partículas definido como quese calcula mediante la expresión 7.12, considerando el valor de la cohesión c’ comonulo.

M = 6 * sen / ( 3 – sen ) (7.12)


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104

El valor de M obtenido para la muestra M2a es de 0,88 y a partir de laexpresión 7.12 se obtiene el valor de =22,75º. Así mismo, para la muestra M3c elvalor 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 encada instante (7.13) y se ha representado frente al desviador calculado en (7.11).(figuras 7.12 a 7.16).

0 1

0 z

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

Finalmente se ha calculado el valor del parámetro C c obtenido a partir de lacorrelación con el parámetro que se define como la pendiente de la recta formada en elplano e - p’ en escala semilogarítmica. Este valor de Cc se ha obtenido de la correlaciónhecha 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 lasmuestras ensayadas.

M2a1ª M2a2ª M2a3ª M3c1ª M3c2ª

λλλλ 0.008 0.011 0.023 0.03 0.032Cc 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 lasdiferentes probetas ensayadas (figuras 7.6 a 7.16). El eje de abscisas se representa enalgunos de los casos en escala logarítmica, de manera que los puntos están mejordistribuidos 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:


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• 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 lastrayectorias de tensiones totales y efectivas para cada muestra por separado (figuras 7.6a 7.9) y una gráfica que reúne las trayectorias de tensiones de las diferentes probetas quecorresponden 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

10 0

20 0

30 0

40 0

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

p

p'

Trayectoria de tensiones // M2a2ª - Pau3

0

20 0

40 0

60 0

80 0

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

p , p ' ( k P a )

Efectivas

Totales


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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

20 0

40 0

60 0

80 0

0 200 400 600 800 1000 1200

p , p ' ( kP a )

Totales

Efectivas

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

0

50

100

150

20 0

25 0

30 0

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


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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 1 50 2 00 2 50 3 00 3 50 4 00 4 50 50 0 5 50 600 650 700 750 8 00 8 50 9 00 9 50 1 000

p,p' (kPa)

q

( k P a )

Pau1/ Ef ectivas

Pau1/ T otales

Pau2/ Ef ectivas

Pau2/ T otales

Pau3/ Ef ectivas

Pau3/ T otales

Recta de rotura // M3c

0

50

10 0

150

2 0 0

2 50

3 0 0

3 50

4 0 0

4 50

50 0

550

6 0 0

6 50

70 0

750

0 50 100 150 20 0 250 3 00 350 400 4 50 50 0 550 6 0 0 650 700 750 80 0 8 50 9 00 950 10 00

p,p' (kPa )

Pau4/Efectivas

Pau4/Totales

Pau5/Efectivas

Pau5/Totales


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7.5.2 Diagramas de los resultados obtenidos.

Figura 7.13: Diagramas de resultados para la muestra M2a1ª

q - ez // M2a1ª -

0

50

100

150

200

250

0 0,05 0,1

e z ( t an t o po

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' (kPa)

inc u - ez // M2a1ª

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0,05 0,1

e z ( t an t o po

q - p' // M2a1ª - Pau1

0

50

100

150

200

250

0 50 100 150 200 250 300 350 400

p' (kPa)


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Figura 7.14: Diagramas de resultados para la muestra M2a2ª.

q - p' // M2a2ª - Pau3

0

50

100

150

20 0

25 0

30 0

35 0

0 50 100 150 200 250 300 350

p ' (k P a )

q - ez // M2a2ª -

0

50

10 0

150

2 0 0

2 50

3 0 0

0 0 ,05 0 ,1

e z ( t a n t o p o


0,38

0,39

0 ,4

0,41

0,42

0,43

2,718 3 7,3 89

ln p' (kPa )

inc u - ez / / M2a2

0

50

100

150

2 00

250

0 0 ,0 5 0 ,1

e z ( t a n to p


18/34

Figura 7.15: Diagramas de resultados para la muestra M2a3ª.

q - p' // M2a3ª - Pau2

0

50

100

150

20 0

250

30 0

350

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

p' (kP a)

q - ez // M2a3

0

50

100

150

20 0

250

30 0

350

0 0,05 0,1

e z (tanto


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)

inc u - ez // M2a

0

50

100

150

20 0

250

30 0

350

0 0,05 0,1

e z ( t an to


19/34

Figura 7.16: Diagramas de resultados para la muestra M3c1ª.

q-p' - Rotura no drenada // Pau4r

0

50

100

150

20 0

250

30 0

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

p' (kPa )

q-ez - Rotura no

0

50

100

150

20 0

250

30 0

0 0 ,05

e z ( t a

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' (kPa )

inc u-ez - Rotura no

0

50

100

150

200

250

300

350

0 0,05

ez ( t an


20/34

Figura 7.17: Diagramas de resultados para la muestra M3c2ª.

q-p' - Rotura no drenada // Pau5

0

50

100

150

20 0

250

30 0

0 50 100 150 200 250 300 350

p' (kP a)

q-ez - Rotura no

0

50

100

150

200

250

300

0 0,05 0,1

ez (ta

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 n

0

50

100

150

20 0

250

0 0,05 0,1

ez ( tan


21/34


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 encuenta que las muestras ensayadas en el laboratorio no se pueden considerar totalmenteinalteradas. Las predicciones más fiables que realiza este modelo es en el análisis delcomportamiento de arcillas, que es el caso que nos ocupa.

Observando los resultados obtenidos para las probetas pertenecientes a lamuestra M2a podemos hacer una diferenciación entre la trayectoria de tensionesefectivas para la probeta M2a1ª y las trayectorias de estas tensiones para las probetasM2a2ª y M2a3ª. Así podemos decir que se trata de una trayectoria de tensiones efectivaselásticas la perteneciente a la primera probeta y de unas trayectorias de tensionesefectivas elasto-plásticas las pertenecientes a las dos últimas.

En el apartado 5.5.5.4 se definió la superficie de fluencia como aquella quesepara, en el plano de tensiones, los estados tensionales que producen deformacioneselásticas de los que provocan respuestas plásticas. Se observa en la figura 7.11 cómo latensión efectiva perteneciente a la probeta M2a1ª permanece constante hasta un puntomáximo en el que alcanza la fluencia y entonces aparece la trayectoria de tensionesefectivas elasto-plástica. Este valor constante de la tensión efectiva se debe a que latrayectoria evoluciona en el interior de la superficie de fluencia con lo que no existe laposibilidad de deformación volumétrica plástica y para satisfacer la ecuación 5.33 ladeformación elástica también es nula.

Finalmente, esta trayectoria de tensiones efectivas perteneciente a la probetaM2a1ª corresponde a un ensayo triaxial no drenado fuertemente sobreconsolidado.

La trayectoria de tensiones de la muestra M2a2ª (figura 7.11) transcurre untramo por el interior de la superficie de fluencia con la tensión efectiva constante y apartir 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 trayectoriay la superficie de fluencia da lugar a un incremento del vector de deformación plásticadirigido hacia la derecha, lo que implica una compresión volumétrica plástica. El suelotiende 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 condirección paralela al eje del desviador, lo que implica deformación plástica nula. Ladeformación continúa indefinidamente sin cambio en el tamaño de la superficie defluencia. En la figura 5.29 puede seguirse con mayor claridad el proceso explicado eneste último párrafo.

Las probetas pertenecientes a la muestra M3c presentan unos resultados

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


22/34


114

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

Únicamente cabe diferenciar que la muestra M3c presenta una mayorresistencia frente a la aplicación de las cargas que la muestra M2a. Se observa en lafigura 7.12 que la deformación plástica aparece en las probetas M3c a partir de 230 kPaen el desviador, en cambio las probetas M2a a partir de la aplicación de un desviador de190 kPa ya se produce la rotura. Esto puede explicarse debido a la diferentegranulometría, presentando la muestra M3c una mayor proporción de partículas gruesasque las presentes en la muestra M2a, lo que ayuda a ganar resistencia al conjunto frentea las cargas aplicadas.

A continuación, en las figuras 7.13 a 7 .17, se presentan los gráficos con losresultados obtenidos en cada una de las muestras ensayadas.

La probeta M2a1ª ha sido sometida a unas condiciones iniciales muysobreconsolidadas como se representa en la figura 7.13. La primera fase de carga espuramente elástica sin cambios en la tensión efectiva principal hasta que la superficie defluencia es alcanzada (punto más alto de la trayectoria). La deformación de corte espuramente 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 principaltotal. Esta presión se reduce respecto a su máximo valor y podría resultar negativa.

Las probetas M2a2ª y M3c2ª se han sometido a condiciones ligeramentesobreconsolidadas. Se representa en las figuras 7.14 y 7.17 exceptuando en queinicialmente existe un fase elástica en la que la tensión efectiva permanece constantehasta 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 planode compresión.

- las deformaciones plásticas sólo pueden ocurrir si la tensión efectivapermanece en la actual superficie de fluencia.

Se puede resumir diciendo que se mantienen los valores iniciales de p’ hastaque 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 deformacionesplásticas ocurran.

El estado elástico se asocia únicamente a las deformaciones de corte y a loscambios de presión intersticial, como puede verse en las gráficas superior e inferiorderecha de las figuras 7.14 y 7.17. Cuando la fluencia comienza aparecendeformaciones de corte plásticas y hay una inflexión en las curvas como se muestra enlas figuras que presentan las trayectorias de tensiones efectivas. Cuando empieza lafluencia, estas trayectorias tienden a ir hacia la izquierda y existe una relación con lapresión de poros.

Finalmente, las probetas M2a3ª y M3c1ª se han sometido a condicionesnormalmente consolidadas como se muestra en las figuras 7.15 y 7.16. Las trayectorias


23/34


115

de tensiones efectivas en este caso empiezan directamente en el punto de intersección dela superficie de fluencia con el eje horizontal, de modo que se produce plasticidad desdeel 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.


24/34

Ensayo triaxial Μ φ º) λ Cc

M2a 0.880 22.75

M2a1ª 0.008 0

M2a2ª 0.011 0

M2a3ª 0.023 0

M3c 0.875 22.45

M3c1ª 0.030 0

M3c2ª 0.032 0

Tabla 7.4: Propiedades geotécnias obtenidas del ensayo triaxial convencional.


25/34


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 resultadosse 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 asílos 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 gráficasson las siguientes:

• Módulo de corte, G: Mpa

• Desplazamiento: % en deformación angular

• Presión de confinamiento, σ: κ Pa

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

equipo, y en general no estaban totalmente saturadas.


26/34


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 deformación angul ar

M2a4ª / 130 kPa

0

50

100

150

200

250

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

G ( M P a )


27/34


119

Figura 7.19: Gráfica módulo de corte versus deformación angular para la probeta M2a4ª a una presión de


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


M2a4ª / 300 kPa

0

50

100

150

200

250

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

G ( M P a )


M2a4ª / 400 kPa

0

50

100

150

200

250

300

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

G ( M P

a )


28/34


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.


M2a4ª

0

50

100

150

200

250

300

1. 00E- 04 1. 00E- 03 1. 00E- 02 1. 00E- 01

Log def or mac i ón angul ar ( %)

G ( M P a )

130 kPa

300 kPa

400 kPa


29/34


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


Figura 7.23: Gráfica módulo de corte versus deformación angular para la probeta M3c3ª a una presión de


G - log deformación angular

M3c3ª / 300 kPa

0

50

100

150

20 0

25 0

1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02 1,00E-01Lo g Def ormación angular (%)

G - l og deformación angul arM3c3ª / 400 kPa

0

50

100

150

200

250

1. 00E- 04 1. 00E- 03 1. 00E- 02 1. 00E- 01 1. 00E+00Log defor mac i ón angul ar ( %)

G ( M P a )


30/34


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

dq

d G ε =

(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 deformación angul arM3cª

0

50

100

150

200

250

1. 00E- 04 1. 00E- 03 1. 00E- 02 1. 00E- 01Log defor mac i ón angul ar ( %)

G ( M P a )

300 kPa

400 kPa


31/34


123

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

MUESTRA REF.TENSI NINICIAL q1 qo ∆∆∆∆q (ez)1 (ez)o ∆∆∆∆ez G

kPa KPa kPa kPatanto por

unotanto por

unotanto 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.


32/34


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 P a )

M2 a 130 kPa

TRIAXIAL 130 kPa

M2a 300 kPa

TRIAXIAL 3 00 kPa

M2a 400 kPa

TRIAXIAL 4 00 kPa


33/34


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 P a )

M3c 300 kPa

TRIAXIAL 300kPa

M3c 400 kPa

TRIAXIAL 400kPa


34/34


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 lasfiguras 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 datosobtenidos 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

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