Los mitos de la Geotecnia frente al sentido común de la Geología

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Autor : Ignacio Morilla Abad | Dr. Ingeniero de Caminos Canales y Puertos | Catedrático Emérito de la Universidad Politécnica de Madrid | Licenciado en Filosofía y Letras

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Los mitos de la Geotecnia frente al sentido común de la Geología

  1. 1. MITOS DE LA GEOTECNIA FRENTE AL SENTIDO COMÚN DE LA GEOLOGÍA IGNACIO MORILLA ABAD DR. INGENIERO DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS CATEDRÁTICO EMÉRITO DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID MADRID 12 DE JUNIO DE 2014 19,30 h ILUSTRE COLEGIO OFICIAL DE GEÓLOGOS
  2. 2. GRANULOMETRÍA POR TAMIZADO AGITADORA MECÁNICA DE TAMICES TAMICES
  3. 3. El comportamiento mecánico de suelos granulares ( gravas y arenas ) está mucho más influido por la curva granulométrica que por el porcentaje de finos ( limos y arcillas ), por lo que en ellos es determinante su tamaño máximo, su gradación granulométrica, su coeficiente de uniformidad y las lagunas que puedan existir en determinados tamaños, y todos estos datos influyen más que la plasticidad de los finos, el porcentaje de éstos y la humedad que puedan retener. El comportamiento mecánico de los suelos finos, está mucho más influido por su plasticidad, expresada por los límites de Atterberg, como límite líquido ( LL ), límite plástico ( LP ), límite de retracción ( LR ), índice de plasticidad ( IP = LL – LP ) y sobre todo por la humedad natural o de compactación, que a su vez influye en los índices anteriores; todos estos datos, influyen más que la granulometría, que suele ser muy simple y a efectos prácticos se suele resumir en el porcentaje en peso que pasa por un tamiz muy fino, entre 50 y 80 micras según la nacionalidad de la Norma de Ensayo.
  4. 4. CUCHARA DE CASAGRANDE PARA HALLAR EL LÍMITE LÍQUIDO PLASTICIDAD – LÍMITES DE ATTERBERG
  5. 5. ESTADO LÍQUIDO SEMIVISCOSO LÍMITE LÍQUIDO = LL  EL SUELO FLUYE Y SE DESPLAZA ESTADO PLÁSTICO BLANDO LÍMITE PLÁSTICO = LP  EL SUELO SE DEFORMA POR PRESIÓN ESTADO PLÁSTICO DURO LÍMITE DE RETRACCIÓN = LR  EL SUELO SE AGRIETA ESTADO SÓLIDO Y FRACCIONADO
  6. 6. Se denomina Índice de plasticidad IP a la diferencia LL – LP El índice de Consistencia IC, que mide el estado del suelo se expresa por: IC = ( LL - W natural ) / IP El índice de Fluidez IF, que mide el estado del suelo se expresa por: IF = ( W natural – LP ) / IP De manera que el primer índice IC mide el grado de acercamiento del suelo al estado sólido y el segundo IF mide el grado de acercamiento del suelo al estado líquido. Es muy importante en todos los análisis y ensayos, saber o prever, con qué grado de humedad va a permanecer el suelo, o entre qué valores, va a oscilar esta humedad, ya que el comportamiento mecánico de los suelos finos, o de los suelos que contienen finos en cantidad apreciables, va a ser determinante en el mismo; y todos los ensayos de resistencia, deformabilidad y alterabilidad, van a estar muy condicionados por esta humedad de “funcionamiento”.
  7. 7. ÍNDICE DE CONSISTENCIA IC ESTADO APROXIMADO DEL SUELO < 0 LÍQUIDO 0 A 0,25 SEMILÍQUIDO 0,25 A 0,50 PLÁSTICO MUY BLANDO 0,50 A 0,75 PLÁSTICO BLANDO 0,75 A 1 PLÁSTICO DURO > 1 SÓLIDO ÍNDICE DE FLUIDEZ IF ESTADO APROXIMADO DEL SUELO > 1 LÍQUIDO 0,75 A 1 SEMILÍQUIDO 0,50 A 0,75 PLÁSTICO MUY BLANDO 0,25 A 0,50 PLÁSTICO BLANDO 0 A 0,25 PLÁSTICO DURO < 0 SÓLIDO
  8. 8. GRANULOMETRÍAS POR SEDIMENTACIÓN DENSÍMETRO Y GRUPO DE PROBETAS CON DIFERENTES SUELOS FINOS EN LOS QUE SE CALCULA LA GRANULOMETRÍA DE LAS PARTÍCULAS
  9. 9. LAS CONSECUENCIAS QUE SE OBTIENEN DE LA INTERPRETACIÓN DE ESTA SENCILLA TABLA, SON SUMAMENTE IMPORTANTES: * CON IP ALTOS LOS PARÁMETROS RESISTENTES SON MUY BAJOS, LO QUE EXCLUYE LAS ARCILLAS Y LOS LIMOS PARA EXPLANACIONES Y FIRMES * LA PROXIMIDAD DE LA CAPA FREÁTICA O LA FALTA DE DRENAJE SUBTERRÁNEO ADECUADO, HACE DESCENDER NOTABLEMENTE EL VALOR DEL CBR, TANTO EN TODO TIPO DE SUELOS * LOS VALORES MÍNIMAMENTE ACEPTABLES PARA LA RESISTENCIA, CON UN CBR > 3, SOLO PERMITEN UTILIZAR GRAVAS Y ARENAS, CON BAJO PORCENTAJE DE FINOS * EL ALEJAMIENTO DE LA CAPA FREÁTICA CON DRENAJE SUBTERRÁNEO ES FUNDAMENTAL PARA EL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE EXPLANADAS
  10. 10. ENSAYOS DE DENSIDAD Y HUMEDAD COMPACTADORA AUTOMÁTICA PARA ENSAYO PROCTOR
  11. 11. MOLDES Y COMPACTADOR PARA ENSAYO PROCTOR MEDIDOR DE VOLUMEN DE HUECO EN EL TERRENO POR ADAPTADOR DE MEMBRANA MEDIDOR ELECTRÓNICO DE HUMEDAD MEDIDOR DE VOLUMEN DE HUECO EN EL TERRENO CON ARENA CALIBRADA
  12. 12. VALORES TÍPICOS DE DENSIDAD HUMEDAD Y CBR PARA LOS SUELOS DE LA CLASIFICACIÓN DE CASAGRANDE EN LA 1ª COLUMNA VALOR MEDIO EN LA 2ª COLUMNA DESVIACIÓN MEDIA
  13. 13. Es importante comparar la Densidad y Humedad naturales de un suelo, con las del ensayo Proctor, para tomar decisiones respecto a su utilización, excavación y posible compactación, bien in situ para fondo de explanaciones, bien en tongadas extendidas en las zonas de construcción de explanaciones. El procedimiento correcto es el de tener varias curvas Proctor, realizadas a intervalos de tiempo regulares o cuando se aprecia un cambio en el aspecto del terreno de donde proceden los suelos a compactar, y cuando se determina la densidad y la humedad in situ, situar este punto sobre una de las curvas Proctor realizadas previamente y entonces comparar la densidad y la humedad in situ con la DMPN y HOPN de esa curva precisamente, como se indica esquemáticamente en la figura
  14. 14. PERMEABILIDAD Y POROSIDAD LA DETERMINACIÓN DE LA PERMEABILIDAD, PUEDE REALIZARSE EN EL LABORATORIO, CON PERMEABILÍMETROS DE CARGA CONSTANTE O VARIABLE. LOS PRIMEROS SON MENOS APROXIMADOS A LA REALIDAD QUE LOS DE CARGA VARIABLE, PERO ÉSTOS TIENEN UNOS RESULTADOS MÁS DIFÍCILES DE INTERPRETAR. SIEMPRE QUE SEA POSIBLE, ES MÁS CONVENIENTE REALIZAR LOS ENSAYOS DE PERMEABILIDAD EN CAMPO, CON PRUEBAS DE BOMBEO BIEN CONTROLADAS, EFECTUADOS EN ZANJAS O POZOS. PERMEABILÍMETRO Y CÉLULA DE ENSAYO
  15. 15. PERMEABILIDAD Y POROSIDAD HENRY PHILIBERT GASPARD DARCY 1803 – 1858 INGENIERO DES PONTS ET CHAUSSÉES ESPECIALIZADO EN OBRAS HIDRAÚLICAS, DE GRAN RELEVANCIA COMO TEÓRICO Y REALIZADOR DE OBRAS. DESTACÓ EN HIDRÁULICA SUBTERRÁNEA CON SU FAMOSA LEY TIENE UN PARQUE Y UNA ESTATUA DEDICADOS A SU MEMORIA EN SU CIUDAD NATAL DE DIJON ( FRANCIA ) LEY DE DARCY Q = K.i.A Caudal filtrado = Permeabilidad del suelo X gradiente hidráulico de las líneas de corriente X Sección transversal del área de filtración
  16. 16. MATERIA ORGÁNICA MATRACES DE LABORATORIO PARA LA DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE MATERIA ORGÁNICA DE UN SUELO
  17. 17. ANÁLISIS QUÍMICO EXPRESADO EN ÓXIDOS ESPECTROFOTÓMETRO DE ABSORCIÓN ATÓMICA PARA ANÁLISIS QUÍMICO RÁPIDO Y EXACTO DE SUELOS
  18. 18. MINERALOGÍA IMAGEN DE LOS MINERALES DE UN SUELO OBTENIDA POR EPISCOPÍA IMAGEN DE LOS MINERALES DE UN SUELO OBTENIDA POR DIASCOPÍA MICROSCOPIO PARA ANÁLISIS MINERALÓGICO
  19. 19. CLASIFICACIÓN ESPAÑOLA DE SUELOS PARA EXPLANADAS VERSIÓN PG3-2000
  20. 20. CLASIFICACIÓN ESPAÑOLA DE SUELOS PARA EXPLANADAS VERSIÓN PG3-2000
  21. 21. ENSAYOS DE RESISTENCIA MECÁNICA APARATO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL PENETRÓMETRO DINÁMICO
  22. 22. ESQUEMA DEL PROCESO DE REALIZACIÓN DEL ENSAYO SPT
  23. 23. CARACTERÍSTICAS Y PUNTAZAS DE LOS ENSAYOS DE PENETRACIÓN DINÁMICA
  24. 24. APARATO DE CORTE DIRECTO CON REGISTRO ELECTRÓNICO DE TENSIONES Y DEFORMACIONES Y CÉLULA DE ENSAYO CON PIEZAS DE DRENAJE Y COMPACTADOR
  25. 25. Combinando ( Ec. 1 ) y ( Ec. 2 ) se obtiene φ = 54,6º y c = -0,11 kg/cm² Combinando ( Ec. 2 ) y ( Ec. 3 ) se obtiene φ = 11,9º y c = 2,29 kg/cm² Combinando ( Ec. 1 ) y ( Ec. 3 ) se obtiene φ = 39,0º y c = 0,88 kg/cm² Estas parejas de datos son sumamente dispares, la primera de ellas con cohesión negativa ( absurdo ), lo que indica que alguna probeta no se ha comportado adecuadamente o no es representativa; en este caso, parece que es la Probeta Nº 2 que se comporta como un material elástico hasta que se “rompe” algo dentro y sigue como otro material elástico más débil hasta rotura, diferenciándose mucho de la forma de rotura más adecuada a los suelos, que tiene la Probeta Nº 1. La probeta nº 3 tiene un comportamiento intermedio. La conclusión que se saca de este ensayo es que no es adecuado ni representativo En la hoja de ensayos se dan como resultados φ = 33,83º y c = 0,78 kg/cm² que a nuestro juicio no son fiables, pues se parecen a la media de los valores que es φ = 35,1º y c = 1,02 kg/cm², que tampoco es una media representativa
  26. 26. Combinando ( Ec. 1 ) y ( Ec. 2 ) se obtiene φ = 21,8º y c = 1,67 kg/cm² Combinando ( Ec. 2 ) y ( Ec. 3 ) se obtiene φ = 45,2º y c = 0,45 kg/cm² Combinando ( Ec. 1 ) y ( Ec. 3 ) se obtiene φ = 33,2º y c = 1,36 kg/cm² Estas parejas de datos son bastante dispares, lo que indica que alguna probeta no se ha comportado adecuadamente o no es representativa; en este caso, parece que es la Probeta Nº 3 que se comporta como un material elástico casi hasta la rotura, diferenciándose mucho de la forma de rotura más adecuada a los suelos, que tienen las Probetas Nº 1 y 2. La conclusión que se saca de este ensayo es que hay datos dudosos, como los de la Probeta 3, que a nuestro juicio debería desecharse para los cálculos En la hoja de ensayos se dan como resultados φ = 34,27º y c = 1,22 kg/cm² que a nuestro juicio no son fiables, aunque se parecen a la media de los valores que es φ = 34,0 º y c = 1,16 kg/cm², que a nuestro juicio, tampoco es una media representativa. Según nuestro criterio, habría sido más adecuado tomar la media de los valores obtenidos desechando la combinación Ec. 2 y Ec.3, o sea φ = 27,5 º y c = 1,51 kg/cm², o todavía más prudente desechando los valores más altos de φ y c, con lo que se obtendría φ = 27,5 º y c = 0,91 kg/cm², más acorde con los resultados normales para terrenos SC
  27. 27. Combinando ( Ec. 1 ) y ( Ec. 2 ) se obtiene φ = 18,3º y c = 0,63 kg/cm² Combinando ( Ec. 2 ) y ( Ec. 3 ) se obtiene φ = 14,6º y c = 0,87 kg/cm² Combinando ( Ec. 1 ) y ( Ec. 3 ) se obtiene φ = 19,0º y c = 0,27 kg/cm² La conclusión que se saca de este ensayo es que hay datos dudosos, como los que se obtienen de la combinación de las Ec.2 y Ec. 3, En la hoja de ensayos se dan como resultados φ = 17,6º y c = 0,65 kg/cm² que a nuestro juicio son poco fiables, aunque se parecen a la media de los valores que es φ = 17,3 º y c = 0,59 kg/cm², que a nuestro juicio, tampoco es una media representativa. Según nuestro criterio, habría sido más adecuado tomar la media de los valores obtenidos desechando la combinación Ec. 2 y Ec.3, o sea φ = 18,7 º y c = 0,45 kg/cm², que son más acordes con los valores que suelen obtenerse para los terrenos, tipo CH
  28. 28. TABLA RESUMEN DE DATOS ESTADÍSTICOS DE COHESIÓN Y ÁNGULO DE ROZAMIENTO TIPO DE TERRENO ÁNGULO DE ROZAM. MÍN – MED - MAX COHESIÓN EN MPA MIN - MAX OBSERVACIONES GW 35 - 38,5 - 45 - Los valores indicados son de tipo medio, y suelen corresponder a muestras naturales. Los valores más altos pertenecen a muestras con baja humedad , consolidadas y poco alteradas, mientras que los más bajos corresponden a muestras saturadas, poco consolidadas o sueltas y bastante alteradas GP 32 – 37 – 43 - GM 34 – 38 – 42 0,0 – 0,1 GC 28 – 33,5 - 38 0,0 – 0,3 SW 30 - 36 – 41 - SP 29 – 35 – 40 - SM 27 – 32,5 – 38 0,0 – 0,2 SM-SC 26 – 31 – 36 0,1 – 0,3 SC 25 – 29,5 – 34 0,1 – 0,4 ML 27 – 30 – 33 0,1 – 0,3 ML-CL 23 – 28 – 31 0,2 – 0,5 CL 20 – 25 – 29 0,2 – 0,7 MH 23 – 27 – 30 0,1 – 0,4 CH 13 – 19 - 25 0,2 – 0,8 ELABORACIÓN PROPIA
  29. 29. Si se hace un cuadro resumen basado en los gráficos anteriores tenemos la siguiente tabla: ÁNGULO DE ROZAMIENTO INTERNO EN TENSIONES EFECTIVAS MUESTRAS INALTERADAS NORMALMENTE CONSOLIDADAS INALTERADAS SATURADAS COMPACTADAS AL 95% PN Y SATURADAS IP = 22 30 27 24 IP = 30 29 25 19 IP = 40 27 21,5 13 IP = 50 25 -- -- ESTA TABLA DE VALORES ES MUY ÚTIL PARA TENER UN ORDEN DE MAGNITUD DE LOS RESULTADOS QUE PUEDAN OBTENERSE EN LOS ENSAYOS DE CORTE DIRECTO EN MATERIALES ARCILLOSOS O ARCILLO- LIMOSOS, TENIENDO EN CUENTA QUE SON VALORES APROXIMADOS, QUE PUEDEN VERSE MODIFICADOS POR PRESENCIA DE CARBONATOS O GRÁNULOS INMERSOS EN LA MASA DE ELEMENTOS FINOS
  30. 30. CONCLUSIONES RESPECTO A LA COHESIÓN Y ÁNGULO DE ROZAMIENTO INTERNO- ENSAYOS DE CORTE DIRECTO 1. LOS SUELOS CON GRAVAS ( GW, GP, GM Y GC ) TIENEN VALORES MEDIOS DEL ÁNGULO DE ROZAMIENTO DEL ORDEN DE 33º A 38º, CON UNA COHESIÓN MUY BAJA O NULA, SALVO LOS SUELOS GM Y GC EN LOS QUE LA COHESIÓN ES MUY BAJA CON VALORES DEL ORDEN DE 0,1 MPa 2. LOS SUELOS CON ARENAS ( SW, SP, SM Y SC ) TIENEN VALORES MEDIOS DEL ÁNGULO DE ROZAMIENTO DEL ORDEN DE 29º A 35º, CON UNA COHESIÓN MUY BAJA O NULA, SALVO LOS SUELOS SM Y SC EN LOS QUE LA COHESIÓN ES BAJA CON VALORES DEL ORDEN DE 0,2 MPa 3. LOS SUELOS CON LIMOS ( ML, ML-CL Y MH) TIENEN VALORES MEDIOS DEL ÁNGULO DE ROZAMIENTO DEL ORDEN DE 25º A 30º, CON UNA COHESIÓN DE TIPO MEDIO CON VALORES DEL ORDEN DE 0,2 A 0,3 MPa 4. LOS SUELOS CON ARCILLAS ( CL, CL-ML Y CH ) TIENEN VALORES MEDIOS DEL ÁNGULO DE ROZAMIENTO DEL ORDEN DE 19º A 28º, CON UNA COHESIÓN ALTA CON VALORES DEL ORDEN DE 0,3 A 0,5 MPa 5. LA GRANULOMETRÍA Y LA HUMEDAD DE LAS MUESTRAS ENSAYADAS, SON ESENCIALES PARA INTERPRETAR LOS RESULTADOS. DEBEN PRECISARSE LOS PORCENTAJES DE ARENAS, LIMOS Y ARCILLAS, PARA CORREGIR LOS RESULTADOS, ASÍ COMO LA HUMEDAD INICIAL Y FINAL 6. LOS PORCENTAJES DE CARBONATO CÁLCICO ( Y EN OCASIONES, TAMBIÉN LOS DE SULFATO CÁLCICO ) DISTORSIONAN LOS RESULTADOS Y ES NECESARIA UNA CORRECCIÓN DE LOS VALORES OBTENIDOS,
  31. 31. ENSAYO TRIAXIAL BANCADA DE ENSAYOS TRIAXIALES CON ELEMENTOS ELECTRÓNICOS DE CONTROL DE VELOCIDAD, DE TENSIONES Y DEFORMACIONES ESQUEMA DE LA CÉLULA DE ENSAYOS
  32. 32. CÉLULA DE CARGA CON PROBETA MONTADA Y CONDUCTOS PARA MEDIDA DE PRESIONES INTERSTICIALES SISTEMA DE CONTROL DE PRESIONES INTERSTICIALES
  33. 33. ENSAYOS DE CORTE DIRECTO ENSAYOS TRIAXIALES PERMITE CONSOLIDACIÓN PREVIA SI SI PERMITE MEDIDA DE LA CONSOLIDACIÓN PREVIA SI SI PERMITE DRENAJE SI SI PERMITE CONTROL DEL DRENAJE NO SI PERMITE MEDIDA EXACTA DE DEFORMACIONES AXIALES APROXIMADA SI PERMITE MEDIDA EXACTA DE DEFORMACIONES LATERALES NO SI PERMITE MEDIDA DE TENSIONES SUPERFICIALES E INTERNAS NO SI PERMITE VARIACIÓN DE PRESIONES LATERALES NO SI PREPARACIÓN DE MUESTRAS FÁCIL DIFÍCIL EJECUCIÓN DEL ENSAYO FÁCIL DIFÍCIL INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS FÁCIL A MEDIA DIFÍCIL A MUY DIFÍCIL ESPECIALIZACIÓN DEL PERSONAL NORMAL MUY ALTA PRECIO DEL ENSAYO BAJO A MEDIO ALTO RAPIDEZ DE EJECUCIÓN MEDIA A ALTA BAJA A MEDIA ADECUACIÓN A LAS OBRAS PARA LA MAYORÍA PARA OBRAS COMPLEJAS COMPARACIÓN ENTRE LOS ENSAYOS DE CORTE DIRECTO Y TRIAXIAL
  34. 34. ENSAYOS COMPRESIÓN TRIAXIAL MÁS FRECUENTES SIGNO TIPO DE ENSAYO DRENAJE DURANTE PARÁME- TROS OBTENIDOS CARACTERÍSTICAS CONSOLIDA -CIÓN CARGA Y ROTURA UU SIN CONSOLIDACIÓN PREVIA Y SIN DRENAJE NO NO CU Y φU NO SE MIDEN PRESIONES INTERSTICIALES. CARGA Y ROTURA RÁPIDA CU CON CONSOLIDACIÓN PREVIA Y SIN DRENAJE SI NO CU Y φU ID. ANTERIOR CUU CON CONSOLIDACIÓN PREVIA CON DRENAJE. CARGA Y ROTURA SIN DRENAJE, CON MEDIDA DE PRESIONES INTERSTICIALES SI NO C´ Y φ´ SE MIDEN LAS PRESIONES INTERSTICIALES Y SE REGULA LA VELOCIDAD DE CARGA PARA QUE SE EQUILIBREN LAS PRESIONES INTERSTICIALES CD CON CONSOLIDACIÓN PREVIA Y CON DRENAJE SI SI Cd´ Y φd´ SE MIDEN LAS PRESIONES INTERSTICIALES Y SE REGULA LA VELOCIDAD DE CARGA PARA QUE NO SE GENEREN PRESIONES INTERSTICIALES O EN CASOS ESPECIALES SE ESTABILICEN EN UN DETERMINADO VALOR MÍNIMO
  35. 35. LOS TIPOS DE ENSAYOS BÁSICOS ANTERIORES, ADMITEN MÚLTIPLES VARIANTES Y COMBINACIONES, SOBRE TODO LOS DOS ÚLTIMOS ( CUU Y CD ) COMBINANDO O PROGRAMANDO LOS SIGUIENTES FACTORES: • VELOCIDADES DE CARGA VARIABLES ENTRE 0,00001 Y 500.000 MM/MINUTO • PROCESOS DE CARGA Y DESCARGA • DIFERENTES TAMAÑOS DE PROBETAS • PRESIONES MÁXIMAS GRANDES PARA ENSAYOS DE ROCAS O ÁRIDOS • REGULACIÓN DEL PROCESO DE DRENAJE • SIMULACIÓN DE CONTRAPRESIONES DE AGUA • MEDICIÓN DE TENSIONES DE BORDE MEDIANTE BANDAS EXTENSOMÉTRICAS LA UTILIZACIÓN DE ESTAS POSIBLES VARIANTES PARA COMPLETAR LOS ENSAYOS BÁSICOS, SOLAMENTE SE REALIZAN EN CASOS ESPECIALES DE OBRAS MUY IMPORTANTES, DEBIDO A SU PLAZO Y PRECIO ELEVADOS.
  36. 36. INTERPRETACIÓN SIMPLE E INICIAL DE LOS CUATRO ENSAYOS TRIAXIALES BÁSICOS 1. EL ENSAYO UU, SIN CONSOLIDACIÓN PREVIA Y SIN DRENAJE, PRETENDE EVALUAR LO QUE LE OCURRE A UN TERRENO EN EL QUE SIN NINGUNA ACTUACIÓN PREVIA, SE CARGA DE FORMA RÁPIDA. LAS TENSIONES EFECTIVAS SON MUY BAJAS, SOBRE TODO SI ESTÁ SATURADO Y LOS PARÁMETROS RESISTENTES SON BASTANTE DESFAVORABLES. PUEDE SER EL CASO DEL CIMIENTO DE UNA PILA ALTA DE UN PUENTE, QUE SE CONSTRUYE CON RELATIVA RAPIDEZ. 2. EL ENSAYO CON CONSOLIDACIÓN PREVIA Y SIN DRENAJE, SIMULA LO MISMO QUE EN EL CASO ANTERIOR, PERO CON UNA APLICACIÓN MÁS GRADUAL DE LAS CARGAS. LAS TENSIONES EFECTIVAS SON BAJAS Y LOS PARÁMETROS RESISTENTES DESFAVORABLES. PUEDE SER EL CASO DEL CIMIENTO DE UNA PRESA DE MATERIALES SUELTOS, CUYO CUERPO SE CONSTRUYE CON RELATIVA LENTITUD Y ACTÚA SOBRE UN CIMIENTO NO DRENADO O SATURADO PERMANENTEMENTE.
  37. 37. 3.- EL ENSAYO CUU ES PARECIDO AL ANTERIOR, PERO AL MEDIRSE LAS PRESIONES INTERSTICIALES, SE PUEDE SABER LA EVOLUCIÓN DE LAS TENSIONES EFECTIVAS EN EL TERRENO DEL CIMIENTO E INCLUSO, SI ESTE CIMIENTO SE HA CONSOLIDADO O DRENADO PARCIALMENTE EN FORMA ADECUADA Y ADEMÁS HA SIDO DOTADO DE PIEZÓMETROS, SE PUEDE COMPARAR LAS PREVISIONES TEÓRICAS DE LOS ENSAYOS TRIAXIALES CON LOS DATOS REALES DEL TERRENO 4.- POR ÚLTIMO EL ENSAYO CD CON CONSOLIDACIÓN PREVIA Y CON DRENAJE, QUE ES EL MÁS COMPLETO, PRETENDE SIMULAR LAS CONDICIONES DE UN TERRENO AL QUE SE CARGA GRADUALMENTE Y EN EL QUE SE HAN INSTALADO DISPOSITIVOS DE DRENAJE, COMO ES EL CASO DE GRANDES TERRAPLENES O RELLENOS DE ZONAS EXTENSAS, PARA UBICAR POLÍGONOS INDUSTRIALES, O PARA SERVIR DE BASE A EXPLANACIONES DE OBRAS VIALES DE GRAN IMPORTANCIA, O EN TÚNELES EN ZONAS DE TERRENOS SUELTOS. EN ESTE CASO, TAMBIÉN SE PUEDEN COMPARAR LOS DATOS DE LOS TRIAXIALES CON LOS DATOS REALES QUE PROPORCIONE EL TERRENO INSTRUMENTADO Y COMPROBAR LA EFICACIA DE LOS SISTEMAS DE DRENAJE Y DE CONSOLIDACIÓN QUE HAN SIDO INCLUIDOS EN EL TERRENO.
  38. 38. PRENSA PARA ENSAYO CBR CON REGISTRO ELECTRÓNICO DE CARGAS, TENSIONES Y DEFORMACIONES ESQUEMA DEL ENSAYO
  39. 39. DE ESTA CURVA SE SELECCIONA LA CORRESPONDIENTE A LAS PENETRACIONES DE 0.1 PULGADAS (2.54 MM) Y 0.2 PULGADAS (5.08 MM). Y SE COMPARAN CON LAS PRESIONES DE LA CURVA PATRÓN, ADOPTÁNDOSE COMO ÍNDICE CBR EL MENOR DE LOS VALORES: A ( % ) PRESIÓN PARA UNA PENETRACIÓN DE 2,54 MM EN LA MUESTRA / PRESÍÓN PARA UNA PENETRACIÓN DE 2,54 MM EN LA MUESTRA PATRÓN B (% ) PRESIÓN PARA UNA PENETRACIÓN DE 5,08 MM EN LA MUESTRA / PRESÍÓN PARA UNA PENETRACIÓN DE 5,08 MM EN LA MUESTRA PATRÓN CARGAS Y PENETRACIONES STANDARD CURVAS DE UN ENSAYO DE CBR SIN CORRECCIÓN Y CON CORRECCIÓN
  40. 40. A pesar de las limitaciones técnicas se pueden aprovechar las bondades de este método, que permiten muchas variaciones, siempre que no se aplique exclusivamente el ensayo normalizado y se realicen las numerosas variantes que permite: 1. Permite predecir cual será la influencia de las lluvias o de la elevación de la humedad del suelo o de su desecación, haciendo ensayos con inmersión en agua, en diversos períodos o desecación, manteniendo los moldes en cámaras con baja humedad y alta temperatura, con lo cual se pueden obtener índices de influencia del clima en los suelos compactados con una determinada humedad 2. La cantidad de tiempo que debe durar la inmersión en agua, que en la norma son 4 días, depende del tipo de terreno, pues si se quiere que en conjunto de la probeta sea homogéneo el agua tiene que llegar al núcleo de la misma y recorrer una distancia de 8 cm, lo cual depende mucho de la permeabilidad, que se halla muy restringida por la compacidad de la probeta. En 4 días el agua tiene que recorrer 8 cm ( se supone que el gradiente es pequeño ) con lo cual el suelo necesita una permeabilidad de K > 8 cm / 345.600 segundos = 1 / 43.200 cm/ seg. Que sí tienen los terrenos GP, SP, GW Y SW, pero no los terrenos GM, GC, SM, SC, ML, MH, CL y CH 3. Es un excelente medio de determinar la capacidad de soporte en función de la variación de la humedad del amasado, lo que permite establecer un índice de sensibilidad de los suelos al contenido de humedad
  41. 41. RESULTADOS APROXIMADOS BASADOS EN MUCHOS ENSAYOS, QUE DEBEN SER MATIZADOS CON OTROS FACTORES, ENTRE ELLOS, EL MÁS IMPORTANTE, EL TIPO DE GRANULOMETRÍA. PUEDEN TENER UN CARÁCTER ORIENTATIVO TERRENO ARCILLA ARENA GRAVA CBR-95 ( HOPN ) / CBR-100 ( HOPN ) 0,60 0,75 0,90 CBR-100 ( HOPN )/ CBR-100-I ( HOPN ) 0,40 0,50 0,60 CBR-100 ( HOPN )/ CBR-100-I ( HOPN+1 ) 0,50 0,57 0,65 CBR-100 ( HOPN )/ CBR-100-I ( HOPN+2 ) 0,60 0,65 0,70 CBR-95 ( HOPN )/ CBR-100-I ( HOPN ) 0,25 0,37 0,54 CBR-95 ( HOPN )/ CBR-100-I ( HOPN+1 ) 0,30 0,43 0,58 CBR-95 ( HOPN )/ CBR-100-I ( HOPN+2 ) 0,35 0,49 0,63 CBR-100 ( HOPN+1 )/ CBR-100-I ( HOPN ) 0,31 0,43 0,55 CBR-100 ( HOPN+2 )/ CBR-100-I ( HOPN ) 0,22 0,36 0,50 I = CBR INMEDIATO SIN INMERSIÓN 95 = CON LA DENSIDAD CORRESPONDIENTE AL 95% DE LA DMPN 100 = CON LA DENSIDAD CORRESPONDIENTE AL 100% DE LA DMPN ELABORACIÓN PROPIA
  42. 42. ENSAYOS DE DEFORMABILIDAD PLACA DE CARGA CON TRES PUNTOS DE APOYO BANCADA DE EDÓMETROS INFORMATIZADA
  43. 43. PLACA DE CARGA CON DOS PUNTOS DE APOYO FIJOS DE REFERENCIA Y CUATRO PUNTOS DE MEDIDA DE DEFORMACIONES EN LA PROPIA PLACA PLACA DE CARGA CON TRES PUNTOS DE APOYO FIJOS DE REFERENCIA Y DOS PUNTOS DE MEDIDA DE DEFORMACIONES EN LA PROPIA PLACA PLACA DE 60 CM, CON SOBREPLACAS DE 45, 30 Y 15 CM, CON TRES COMPARADORES Y CUATRO APOYOS DE REFERENCIA
  44. 44. Tipo de terreno Materiales Comp. (% PN) Ev2 > Kg/cm² E v1> Kg/cm² Capa de cimiento de la explanación (antihielo) Gravas Arenas (1) No cohesivos Cu >7 103 1.200 550 Capa superior de coronación de terraplén (espesor 20 cm) (2) Suelos no cohesivos Cu >15 103 1.200 550 Id. anterior Suelos cohesivos 100 450 225 Relleno a menos de 2m de la rasante Suelos no cohesivos Cu < 7 (3) 100 600 270 Relleno a menos de 2m de la rasante Suelos no cohesivos Cu > 7 100 1.000 450 Relleno a menos de 2m de la rasante Suelos cohesivos (4) 97 300 150 Relleno a más de 2m de la rasante ( si H total > 2m ) Suelos no cohesivos Cu < 7 (3) 95 450 200 Relleno a más de 2m de la rasante ( si H total > 2m ) Suelos no cohesivos Cu > 7 95 700 320 Relleno a más de 2m de la rasante ( si H total > 2m ) Suelos cohesivos (4) 92 200 100 Suelo natural (0,50. m. superiores) Se aplican los seis casos anteriores en función del tipo de terreno y de la distancia total a la rasante CRITERIOS ADICIONALES Ev2/Ev1 ≤ 2 para suelos cohesivos Ev2/Ev1 ≤ 2,2 para suelos granulares PRESCRIPCIONES ALEMANAS ( 1 ) Escorias, piedra partida, etc. en ciertas condiciones norma DIN. 4301. ( 2) Este espesor mínimo recomendable, puede variar según el tipo de carretera, pudiendo ser menor en carreteras de poco tráfico y mayor en carreteras de gran tráfico. (3) Es muy recomendable adoptar los valores correspondientes a Cu > 7 (4) Valores muy bajos para obras provisionales. Es conveniente un estudio especial PRESIÓN En kg/cm² DEFORMACIÓN 1 MM 2 MM 3 MM FIG.- PLC-8 ENSAYO ALEMÁN Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3 7 etapas de carga en el ciclo 1 hasta lograr una deformación de 2 mm 6 etapas de carga en los ciclos 2 y 3 Ev1 = 1,5 . a . Δp / Δ zt1 Ev2 = 1,5 . a. p / zt2-zr1 a = Radio de la placa Δp = Diferencia de las presiones correspondientes a 7/10 y 3/10 de la presión máxima del primer ciclo Δ zt1 = Diferencia de las deformaciones correspondientes a las presiones anteriores p = presión de la penúltima carga del primer ciclo que es igual a la última carga del segundo ciclo zt2 – zr1 = Diferencia entre la deformación total del 2º ciclo y la deformación remanente del primer ciclo El tercer ciclo se realiza a título informativo y como comprobación
  45. 45. EV2/EV1 Compactación 95% PN 100% PN Arenas angulosas poco cohesivas 2,5 2,0 Suelos cohesivos con humedad > HOPN 2,8 2,4 Suelos cohesivos con humedad = HOPN 2,2 1,7 Suelos cohesivos con humedad < HOPN 1,4 0,8 ESTOS DATOS ESTADÍSTICOS SON MÁS BAJOS QUE LOS QUE SE INDICAN DE FORMA GENERAL EN LAS TABLAS DE ESPECIFICACIONES ALEMANAS, PUES EN LA PRÁCTICA DE LAS OBRAS TODOS LOS ENSAYOS DE PLACA DE CARGA SE HACEN SOBRE CAPAS COMPACTADAS Y GENERALMENTE SOBRE LAS CORONACIONES DE TERRAPLÉN Y LA RELACIÓN DE MÓDULOS DE LA TABLA ANTERIOR ES MENOR QUE LA INDICADA EN LAS ESPECIFICACIONES. NUESTRA PROPUESTA ES: EV2/EV1 ≤ 1,8 PARA SUELOS COHESIVOS EV2/EV1 ≤ 2,0 PARA SUELOS GRANULARES CON LAS DEBIDAS CORRECCIONES POR HUMEDAD, DENSIDAD, GRANULOMETRÍA, TAMAÑO MÁXIMO, ESPESORES, MINERALOGÍA,ETC DATOS DE CASOS REALES. VALORES MEDIOS ESTADÍSTICOS
  46. 46. Si EV2 cumple los valores establecidos y Ev2/ Ev1 es aceptable, los terrenos son adecuados y además están bien compactados Si EV2 cumple los valores establecidos y Ev2/ Ev1 no es aceptable, los terrenos son adecuados, pero no están bien compactados Si EV2 no cumple los valores establecidos y Ev2/ Ev1 es aceptable, los terrenos no son adecuados pero están bien compactados Si EV2 no cumple los valores establecidos y Ev2/ Ev1 no es aceptable, los terrenos no son adecuados y además no están bien compactados CURVA TÍPICA DE SUELOS COHESIVOS CON TERRONES CURVA TÍPICA DE SUELOS ARENOSOS CON CAPA SUPERIOR DESCOMPACTADA CURVA TÍPICA DE SUELOS ARENOSOS CURVA TÍPICA DE SUELOS COHESIVOS CURVA TÍPICA DE SUELOS COHESIVOS MUY HÚMEDOS PRESIÓN DEFORMACIÓN CURVAS TÍPICAS TENSIÓN - DEFORMACIÓN
  47. 47. LA DETERMINACIÓN DE UN MÓDULO DE DEFORMACIÓN Y SU ELECCIÓN COMO PARÁMETRO DE CÁLCULO, NO QUEDAN BIEN DEFINIDOS, SI NO SE EXPRESA CON CLARIDAD EL TIPO DE ENSAYO REALIZADO ( PRESIONES, CICLOS, DEFORMACIONES, TIPO DE PLACA… ) Y SE RELACIONA CON EXACTITUD CON LOS PARÁMETROS ESENCIALES DEL TERRENO, ( GRANULOMETRÍA, TAMAÑO MÁXIMO, PORCENTAJE DE FINOS, MINERALOGÍA, ETC. , PERO SOBRE TODO CON LA HUMEDAD DEL TERRENO DURANTE LA EJECUCIÓN DEL ENSAYO DE PLACA NO ES POSIBLE INTERPRETAR ADECUADAMENTE UN ENSAYO DE PLACA SIN TENER EN CUENTA TODOS LOS CONCEPTOS ANTERIORES.
  48. 48. CATEGORÍA DE EXPLANADA EV2 - NORMA FRANCESA DE 1998 PF1 20 – 50 MPa PF2 50 – 120 MPa PF3 120 – 200 MPa PF4 > 200 MPa EXPLANADA SEGÚN NORMA ESPAÑOLA Categoría E1 E2 E3 Ev2 (MPa) ≥ 60 ≥ 120 ≥ 300 Categoría BAJA MEDIA ALTA Ec en MPa (*) ≥ 60 ≥ 100 ≥ 160 (*) Ec = Módulo de Young equivalente = 10.CBR EXPLANADA SEGÚN NORMA VASCA Categoría EX1 EX2 EX3 Ev2 (MPa) ≥ 120 ≥ 200 ≥ 300 K = Ev2/Ev1 ≤ 2,2 ≤ 2,5 DENSIDAD EXIGIDA ≥ 103 PM > 103 PM EXPLANADA SEGÚN NORMA ANDALUZA
  49. 49. SUELO CBR S/PG3 CBR S / NORMA 6.1.I.C EV2 S/PG3 (MPa) EV2 S/ NORMA 6.1.I.C (MPa) EV2 CALCULADO A PARTIR DE CBR S/NORMA 6.1.I.C. (MPa) (+) EV2 PROPUESTO POR I. M. A. (MPa) ADECUADO 1 3 ( N ) 5 ( C ) 5 30 ( N ) 60 ( C ) 60 (E1) 17 - 20 50 ( N ) SELECCIONADO 2 3 ( N ) 5 ( C ) 10 50 ( N ) 100 ( C ) 60 (E1) 120 (E2) 26 - 32 50 ( N ) 100 ( C ) SELECCIONADO 3 3 ( N ) 5 ( C ) 20 50 ( N ) 100 ( C ) 120 (E2) 41 - 50 60 ( N ) 120 ( C ) SEST-1 6 (*) 60 (E1) 19 -22 60 ( N ) 120 ( C ) SEST-2 12 (*) 120 (E2) 30 - 35 80 ( N ) 150 ( C ) SEST-3 300 (E3) 120 ( N ) 200 ( C ) VALORES DE CBR Y MÓDULOS DE LA NORMA ESPAÑOLA Y PROPUESTA DE NUEVOS VALORES NOTAS: N= NÚCLEO CIMIENTO Y ESPALDONES. C = CORONACIÓN (*) = A 7 DÍAS (+) SEGÚN LA FÓRMULA DE JEUFFROY
  50. 50. Bancada de tres aparatos edométricos, conjunto y detalle de la célula de carga Esquema de funcionamiento
  51. 51. Aspecto de una curva deformación tiempo. Se advierte una asíntota a partir de los 1000 minutos, por lo que mantener la carga 24 horas, o sea 1440 minutos, supone prácticamente la deformación total con la carga aplicada. Tiempo en escala logarítmica Aspecto de la curva edométrica de tensiones – deformaciones hasta carga de 1.200 KPa, que es la carga máxima habitual. Tensiones en escala logarítmica
  52. 52. Aspecto de una curva Ideal de Índice de poros -Presión en coordenadas naturales Aspecto de la misma Curva anterior con las presiones en escala logarítmica
  53. 53. TAN IMPORTANTE ES DETERMINAR LA MAGNITUD DEL ASIENTO COMO FIJAR EL TIEMPO EN EL QUE VA A PRODUCIR EL ASIENTO TOTAL O UN DETERMINADO PORCENTAJE DEL MISMO. PERO EN EL FENÓMENO DE LA CONSOLIDACIÓN DEL TERRENO INTERVIENEN MUCHOS FACTORES, ENTRE ELLOS LA PERMEABILIDAD, Y ES DIFÍCIL DE SIMPLIFICAR, AUNQUE HAY TEORÍAS QUE PERMITEN ACERCARSE CON CIERTA APROXIMACIÓN AL MISMO Y OBTENER UNOS VALORES BASTANTE APROXIMADOS DEL ASIENTO Y DEL TIEMPO. Método de ajuste del logaritmo del tiempo en la curva ASIENTOS-TIEMPO

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