Medellín, 15 de enero de 2012 INFORME DE ENSAYOS DE ... Unal/2.4 Ensayos... · INFORME DE ENSAYOS...

Medellín, 15 de enero de 2012

INFORME DE ENSAYOS DE LABORATORIO

LAREDO Exploración W% LL LP IP % Gravas % Arenas % Finos Gs Clasificación

AP1-M1 32 65 39 26 4,4 28,8 66,3 2,72 MH AP2-M1 36 50 32 18 0,0 3,8 96,2 2,71 MH AP2-M3 32 50 34 16 17,7 23,3 58,9 MH

PINHOLE AP1-M2

Promedios para cada carga

Carga Hidráulica 50 180 380 620 380 180 50

Promedios para cada caudal

Caudal Carga (ml/s) 0,6 1,9 2,5 3,4

Caudal Descarga (ml/s)

3,4 2,6 1,8 0,6

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0 200 400 600 800 1000 1200

Cau

dal

Pro

med

io (

ml/seg

)

Carga hidráulica promedio (mm)

Carga

Descarga

AP2- M2






3,6 2,8 1,7 0,6

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0 200 400 600

Cau

dal

Pro

med

io (

ml/seg

)


Carga

Descarga

DESAGREGACIÓN

AP2 M3 Base 1/3 2/3 Total

Desagregación en la base

Desagregación en pedazos

Desagregación Total

Desagregación Total

Clasificación: ABATIMIENTO Interpretación: La muestra se perturbó con la presencia de agua y presentó desagregación. En general el material tiende a desmoronarse con la presencia de agua. La presión de poros positiva generada por el agua aumentó el tamaño de las microfisuras y originó la desagregación de la muestra. Los procesos anteriormente descritos son mecánicos y se dieron por la interacción de fuerzas, tales como la presión de poros. En general, el material presenta una configuración de los granos que permite la percolación de agua y la generación de presiones que facilitan la desagregación de la misma. Al ser un suelo con un contenido considerable de partículas gruesas es propicio para la formación y aceleración de procesos erosivos.

Evidencia de que la muestra no moldeo bien por la presencia de gruesos.

Grietas formadas en la muestra por las presiones de poros.

Desagregación de parte de la muestra. Espécimen totalmente Desagregado.

Los materiales presentes en el rompedero de Laredo corresponden a limos de alta compresibilidad con un contenido apreciable de partículas tamaño grava. Las condiciones granulométricas del suelo tienen gran incidencia en el comportamiento hidráulico del mismo. El contenido de gruesos facilita la formación de zonas en donde el agua puede tener incidencia, por medio del desconfinamiento de los granos y la posterior disminución de la resistencia del material ante el aumento de presiones. Los ensayos Pinhole realizados sobre muestras de cara húmeda y seca, presentan un comportamiento muy similar y dan un indicio importante de la erodabilidad del suelo. Como se puede apreciar en los resultados presentados anteriormente, en la carga y descarga el caudal no obtuvo grandes variaciones para una misma cabeza, mostrando una relativa estabilidad de la matriz fina ante el flujo de agua (estable ante tubificación), aunque al estar la trayectoria de la carga por encima de la trayectoria de la descarga, indica que existe un leve taponamiento provocado por el arrastre de partículas. En el ensayo de desagregación la muestra se desagregó, evidenciando inestabilidad ante el contacto con el agua. Si se observa la descripción de este ensayo, el comportamiento de la muestra indica que los procesos que mostró el suelo están íntimamente relacionados con fuerzas físicas, específicamente presiones de poros positivas que excedieron la resistencia del suelo. Los agrietamientos y la caída de fragmentos se facilitaron por la ascensión capilar rápido que presentó el suelo. En conclusión, aunque el suelo no es dispersivo, su configuración granulométrica permite que se generen zonas de debilidad para la acción del agua, las cuales pueden desconfiar el material y permitir la formación de presiones de poros positivas. Estas presiones generan fuerzas sobre las partículas, que terminan por exceder la resistencia de la estructura y la rompen.

Por lo anterior, este suelo puede llegar a evidenciar procesos de erosión como consecuencia de las fuerzas físicas que interactúan en él cuando existe contacto con el agua.

NUEVO MUNDO Exploración W% LL LP IP % Gravas % Arenas % Finos Gs Clasificación

AP3-M2 25 48 31 17 13,2 35,8 50,6 2,63 ML AP4-M1 37 44 31 13 4,1 45,4 50,4 ML

PINHOLE AP3-M1






3,2 2,4 1,4 0,5

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0 200 400 600 800 1000 1200

Cau

dal

Pro

med

io (

ml/seg

)


Carga

Descarga

AP4- M3






3,7 3,7 2,3 0,9

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0 200 400 600

Ca

ud

al

Pro

me

dio

(m

l/s

eg

)


Carga

Descarga

DESAGREGACIÓN


Intacta Desagregación en

pedazos Desagregación

en pedazos Desagregación

Total Clasificación: FRACTURAMIENTO Interpretación: El suelo en un inicio no tuvo una reacción marcada frente a la presencia de agua y simplemente mostró pequeños desmoronamientos. Pero al comenzar a ascender el agua por capilaridad, generó presiones de poros positivas que facilitaron el agrietamiento y posterior fracturamiento. Lo anterior supone que las condiciones de porosidad son tales que permiten el ascenso del agua y la formación de presiones. Se debe tener en cuenta que el contenido de material grueso de la muestra facilita la formación de procesos erosivos.

Se pueden observar las partículas tamaño grava y la gran porosidad de la muestra.

Agrietamiento de la muestra a causa de las presiones.

Desagregación parcial de la muestra.

Los materiales evaluados en este rompedero, clasifican como limos de baja compresibilidad, por su alto contenido de arenas y algunas gravas. Es posible evidenciar que aunque presentan un menor contenido de partículas finas, tienen unas propiedades similares a las de los suelos del rompedero de Laredo y su origen podría provenir de la misma fuente. Las diferencias granulométricas que existen con los suelos de Laredo pueden llegar a cambiar el comportamiento del suelo, pero no de una forma sustancial, lo cual fue demostrado en los ensayos realizados y se expondrán a continuación. El contenido de arenas y gravas, influye en el comportamiento hidráulico de los materiales (permeabilidad), dándole mayor facilidad al agua de percolar a través de los vacios del suelo, el cual es aparentemente muy poroso. Lo anterior facilita la generación de presiones de poros y el deterioramiento de las propiedades mecánicas. En los ensayos de Pinhole realizados, se pudo observar un comportamiento similar entre las dos muestras ensayadas, en donde los caudales fueron levemente diferentes entre carga y descarga, presentando un aumento de los mismos en el proceso de descarga. Lo anterior por el posible lavado de partículas al interior de la muestra y el posterior aumento de la sección sobre la cual el agua fluyó. Como se mencionó, este aumento no es de gran magnitud y es posible inferir que el suelo no evidenció grandes alteraciones y que los cambios presentados con respecto a los resultados obtenidos en las muestras de Laredo, podrán estar relacionados con las diferencias en el contenido de gruesos de los dos materiales. Al igual que en los suelos del rompedero Laredo, en el ensayo de desagregación la muestra presentó una fracturación parcial y presentó agrietamientos y desmoronamientos. La similitud en los comportamientos permite concluir que los procesos que priman en la

alteración y erodabilidad del suelo son físicos y están íntimamente relacionados con la configuración granulométrica y la porosidad. En síntesis, el dique del rompedero Nuevo Mundo, está constituido por materiales que no son dispersivos, pero que por su contenido de gruesos pueden presentar problemas de erosión, al tener zonas de debilidad para la acción del agua.

CAREGATO Exploración W% LL LP IP % Gravas % Arenas % Finos Gs Clasificación

AP7-M2 39 78 47 31 0,3 5,1 94,5 2,64 MH AP8-M2 24 38 24 14 0,0 15,9 84,0 2,65 ML

PINHOLE AP7 – M1




Caudal Carga (ml/seg) 0,4 1,2 1,7 4,7

Caudal Descarga (ml/seg)

4,5 4,0 2,5 0,7

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0 200 400 600 800 1000 1200

Cau

dal

Pro

med

io (

ml/seg

)


Carga

Descarga

AP8- M1






4,5 4,0 2,6 0,9

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0 200 400 600 800 1000 1200

Cau

dal

Pro

med

io (

ml/seg

)


Carga

Descarga

DESAGREGACIÓN AP8 M1 Descripción del comportamiento:


Intacta Intacta Intacta Intacta

Clasificación: SIN RESPUESTA Interpretación: El material tiende a ser estable al contacto con el agua (ensayo ejecutado a corto plazo). No se evidenciaron grandes cambios en la muestra de suelo, mostrando que las presiones no son lo suficientes para romper la estructura.

Muestra en condición inicial. Muestra en condición final.



Clasificación: SIN RESPUESTA Interpretación: Este suelo presenta un comportamiento relativamente estable al contacto con el agua (ensayo ejecutado a corto plazo), ya que luego sumergir toda la muestra durante largo tiempo no evidenció cambios importantes. A pesar de lo anterior, es posible afirmar que el suelo sufre ciertas alteraciones, evidenciando desmoronamiento de pequeñas partículas y fracturamientos a causa de las presiones de poros positivas. En general los procesos de desmoronamiento fueron activados por fuerzas físicas, tales como la presión que se forma en las microfisuras.

Muestra en condición inicial. Muestra en condición final. AP8 M2 (Vía)

AP8 M2 (Vía)

Base 1/3 2/3 Total


Clasificación: SIN RESPUESTA

Interpretación: Se pudo observar que aunque la muestra permitió el ascenso capilar, presentó un comportamiento estable. Las presiones desarrolladas no fueron lo suficientemente altas para superar la resistencia de la estructura del suelo. Como primera medida se puede concluir que la actividades química y las reacciones frente al agua son muy bajas al corto plazo.

Muestra en condición inicial. Muestra en condición final.

Caregato corresponde a un punto en donde el dique se ha modificado con diferentes intervenciones y en donde existió una vía, confiriéndole heterogeneidad a los materiales encontrados. Entre los materiales explorados se encontraron suelos tipo limos provenientes de llenos antrópicos y depósitos aluviales finos del río. La configuración granulométrica de los suelos es relativamente similar, aunque el origen de cada uno de ellos es diferente. El ensayo de Pinhole mostró resultados similares en comportamiento para los dos suelos ensayados, lo que puede corroborar la influencia de la granulometría. Los dos materiales mostraron una diferencia en los caudales medidos para cada cabeza, siendo mayor el caudal de descarga, indicando arrastre de partículas. El ensayo de desagregación mostró un contraste con los resultados obtenidos en el Pinhole, pues las muestras permanecieron estables al contacto con el agua y solo evidenciaron pequeñas fisuras y desmoronamientos. Es posible inferir que los suelos tienen una tendencia a erosionarse partícula a partícula al contacto con flujo de agua, evidenciando lavado, mientras que pueden presentar un comportamiento más estable ante presiones estáticas de agua. Lo anterior puede estar muy relacionado con la granulometría del material, ya que al ser un suelo tan fino, puede poseer una permeabilidad relativamente baja, la cual no permite fácilmente la percolación del agua y evita la generación de presiones. Situación contraria puede suceder cuando existe flujo, en donde las fuerzas actuantes (netamente físicas), debilitan las uniones entre los granos, los separan y los incorporan al flujo, produciendo erosión. Las hipótesis anteriormente planteadas, no tienen aún sustentos totalmente comprobados y sólidos, por lo que se recomienda realizar ensayos más específicos sobre el suelo para determinar su potencial de erodabilidad.

PEDRO IGNACIO

Exploración W% LL LP IP % Gravas % Arenas % Finos Gs Clasificación AP11-M2 24 35 29 6 0,0 3,1 96,9 2,65 ML AP12-M2 18 45 30 15 8,8 41,4 49,6 2,77 SM-SC

PINHOLE AP11 – M1






4,5 4,9 3,6 1,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 50 100 150 200 250 300

Ca

ud

al

Pro

me

dio

(m

l/s

eg

)


Carga

Descarga

AP12 – M1






1,5 0,7 0,5 0,1

0,5

0,7

0,9

1,1

1,3

1,5

1,7

1,9

2,1

2,3

2,5

0 200 400 600 800 1000 1200

Ca

ud

al

Pro

me

dio

(m

l/s

eg

)


Carga

Descarga

DESAGREGACIÓN






Clasificación: FRACTURAMIENTO Interpretación: Por lo resultados obtenidos es posible observar que las presiones de poros positivas que se generan causan el agrietamiento y posterior fracturamiento de la muestra. Lo anterior puede indicar que el suelo es estable al contacto con el agua a corto plazo, pero con la generación de presiones de poros tiende a agrietarse. Es importante tener en cuenta que la granulometría y estructura están íntimamente relacionadas con los procesos anteriormente mencionados.

Muestra en condición inicial. Muestra agrietada, en condición final.






Clasificación: FRACTURAMIENTO Interpretación: La granulometría y la porosidad del suelo tienen gran incidencia en los comportamientos que exhibe el mismo al estar en contacto con el agua. Por lo anterior, la percolación del agua favorece la formación de presiones y el posterior desconfinamiento de los granos gruesos, los cuales tienden a caer por su propio peso. A pesar de esto, la fracción fina del suelo no evidencia grandes alteraciones al tener contacto con el agua. En conclusión, el material tiende a ser estable, pero presenta condiciones granulométricas y de estructura que pueden llegar a favorecer procesos erosivos.

Muestra en condición inicial. Evidencia de cierto desmoronamiento.

Evidentemente en Pedro Ignacio se presenta una situación similar a la encontrada en Caregato, donde los materiales del sitio no son homogéneos y tienen variaciones según los procesos antrópicos que se llevaron a cabo en el dique. A rasgos generales se identificó un material muy fino correspondiente a limos de baja compresibilidad y otro suelo areno limoso con un contenido considerable de material grueso. Los resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio, muestran que los suelos pueden presentar fenómenos de erosión relacionados íntimamente con fuerzas físicas, como se explicará a continuación. En los ensayos de Pinhole se obtuvieron variación en los caudales en los procesos de carga y descarga de la muestra, dichas variaciones mostraron diferencias según el tipo de suelo. Para el suelo fino, el proceso de descarga generó aumento en los caudales de descarga, causando un arrastre de partículas que generaron un aumento en la sección hidráulica. Por el contrario, en el material arenoso las partículas arrastradas generaron taponamiento, haciendo que los caudales de descarga fueran menores que los de carga. De cualquier manera, los dos suelos mostraron cambios en la trayectoria del flujo, como consecuencia de procesos de arrastre y transporte de partículas.

El ensayo de desagregación, mostró que las fuerzas físicas tienen gran influencia en los procesos de erosión, pues las presiones de poros positivas generadas en la masa del suelo ocasionaron el agrietamiento de los materiales y posterior caída de algunas partículas. En conclusión, el suelo tiene la tendencia a presentar un comportamiento erosivo, con marcada influencia de fuerzas físicas que generan presiones sobre las superficies y disminuyen la resistencia de los materiales.

BOCA DEL CURA

Exploración W% LL LP IP % Gravas % Arenas % Finos Gs Clasificación AP5-M2 30 51 34 17 0,0 0,8 99,1 MH

PINHOLE AP5- M1


Carga Hidráulica 50 180 380 180 50

Promedios para cada

caudal

Caudal Carga (ml/seg)

0,2 0,1 0,8


taponado taponado taponado

DESAGREGACIÓN



Clasificación: SIN RESPUESTA Interpretación: Es importante anotar que el material estudiado está constituido por partículas muy finas que le confieren un comportamiento hidráulico particular (aparentemente baja permeabilidad). En general la muestra no presentó alteración y es posible concluir que su estructura no se ve afectada con la presencia de agua.

La muestra no presentó alteración al finalizar el ensayo.

El material presente en el dique de Boca del Cura está caracterizado por ser un limo de alta compresibilidad con bajo contenido de arenas, teniendo características de permeabilidad particulares que gobiernan su comportamiento hidráulico. Al realizar el ensayo de Pinhole la muestra presentó taponamiento, disminuyendo casi a cero el caudal de descarga. Lo anterior puede dar una idea de la inestabilidad física del material antes las fuerzas producidas por el flujo, la cual difiere de la estabilidad ante presiones estáticas, en donde la posible baja permeabilidad del suelo restringe el flujo de agua.

SANTA ANITA Exploración W% LL LP IP % Gravas % Arenas % Finos Gs Clasificación

AP9-M2 25 33 22 11 3,0 13,1 83,7 2,73 ML AP10-M3 29 61 30 31 0,7 23,6 75,7 MH

PIN HOLE AP9-M1


Carga Hidráulica 50 180 260 260 180 50


Caudal Carga (ml/seg) 0,5 2 4 4,2


4,2 3,8 1,7

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0 100 200 300

Cau

dal

Pro

med

io (

ml/seg

)


Carga

Descarga

AP10-M1

Promedios para cada carga Promedios para cada caudal

Carga Hidráulica Caudal Carga Caudal Descarga

50 0,4

150 1,2

300 1,5

400 1,8

500 2,2

800 2,5 2,5

500 2,1

400 1,8

300 1,5

150 0,9

50 0,3

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Cau

dal

Pro

med

io (

ml/seg

)


Carga

Descarga

DESAGREGACIÓN






Clasificación: FRACTURAMIENTO Interpretación: Este suelo presenta un comportamiento relativamente estable al contacto con el agua, ya que luego sumergir toda la muestra durante largo tiempo no evidenció cambios importantes. A pesar de lo anterior, es posible afirmar que el suelo sufre ciertas alteraciones, evidenciando desmoronamiento de pequeñas partículas y fracturamientos a causa de las presiones de poros positivas. En general los procesos de desmoronamiento fueron activados por fuerzas físicas, tales como la presión que se forma en las microfisuras.

Estado final de la muestra.

AP9 M2 Observaciones: Muestra proveniente de un suelo de origen residual con cierta foliación que puede controlar y/o influenciar sus propiedades hidráulicas.


Desagregación de base

Desagregación de base


Desagregación total

Clasificación: ABATIMIENTO Interpretación: El material se ve afectado por la presencia de agua, evidenciando perdida de partículas muy pequeñas y desmoronamiento de fragmentos a largo plazo (cuando se comienzan a formas presiones de poros positivas). El suelo conserva aún foliación, la cual es influyente en la dirección del flujo y en las propiedades hidráulicas del material, propiciando espacios para la percolación de agua. Las presiones desarrolladas generan agrietamiento en la masa y pérdida en la resistencia. Es importante tener en cuenta que el suelo está constituido por partículas finas, lo que puede mostrar que existe una gran influencia de las propiedades químicas de los materiales.

Condición inicial de la muestra Condición final de la muestra.

Claramente el rompedero Santa Anita es otro de los lugares en donde existe heterogeneidad en los materiales, la cual no solo se ve reflejada en la granulometría, sino también en el comportamiento geomecánico e hidráulico. En la exploración realizada y en los resultados de los ensayos de laboratorio, se identificaron dos suelos con respuesta ante la acción del agua muy diferente. El primero (AP 9), tanto en el ensayo de Pinhole como en el de desagregación, mostró claros indicios de ser un suelo erodable y hasta de carácter dispersivo, mostrando desmoronamientos y lavado de materiales. El segundo material (AP 10), con un contenido muy grande de finos, presenta una permeabilidad muy baja y un comportamiento muy estable ante la acción del agua. En el ensayo de Pinhole, no presentó cambios en el procedimiento de carga y descarga, sugiriendo un comportamiento estable.

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