37

CAPTULO 4

Parmetros geotcnicos

4.1 Resistencia al esfuerzo cortante en arcillas Se define como resistencia al corte al valor mximo o lmite de la resistencia al corte, que se puede inducir dentro de su masa antes de que ceda. Bajo ciertas condiciones, la flexibilidad conducir a la formacin de una superficie de deslizamiento por corte sobre la cual puede tener lugar una cantidad apreciable de deslizamiento. Las rocas y los suelos al fallar al corte se comportan de acuerdo a las teoras tradicionales de friccin y cohesin. Inicialmente se estudian dos componentes. 1. La componente normal N, perpendicular a la superficie de deslizamiento y, 2. La componente tangencial T, paralela a la misma. En el momento en que se inicia el deslizamiento la relacin T/N habr llegado a un valor lmite mximo que recibe el nombre de coeficiente de friccin como se muestra en las figuras 4.1 y 4.2 (Whitlow, 1998).

NT

=

Fig. 4.1 Modelo de friccin.

38

mx.

T

NT = N = N Tan

Fig. 4.2 Angulo de friccin interna El valor lmite del esfuerzo cortante est influido tanto por la magnitud como por la velocidad de deformacin, as como por la historia de esfuerzos del suelo. En la figura 4.3, grfico de esfuerzo cortante/deformacin unitaria, se puede definir al valor mximo de esfuerzo cortante como el punto de flexibilidad el mismo que representa el valor lmite que corresponde al valor del esfuerzo normal. Si el esfuerzo cortante contina decreciendo hasta que se nivele de nuevo a un valor menor, se llama esfuerzo ltimo. El esfuerzo ltimo representa la resistencia al cortante del material en su volumen crtico el mismo que en la mayor parte de los casos alcanzar el valor ltimo a deformaciones unitarias entre 10 y 20%.(Whitlow, 1998)

= 20 %0

mx

imo

Deformaciones grandes

Esfuerzo residual

n

n

Esfuerzo ltimo

Esfu

erzo

Esfu

erzo

cor

tant

e

Fig. 4.3 Esfuerzo mximo, ltimo y residual

A deformaciones unitarias mucho mayores, por ejemplo en la de superficies activas de deslizamiento en suelos arcillosos, el esfuerzo cortante lmite decrece an ms. Cuando los desplazamientos son mayores, su resistencia puede asumir valores tan bajos hasta el 10 % del esfuerzo mximo, al cual conocemos como esfuerzo residual. Coulomb enunci su teora de resistencia al corte en la que establece una relacin lineal entre la resistencia al cortante y la presin normal en el plano de falla.

39

Segn la ecuacin generalizada de Coulomb: = c + ( - ) Tan (Para suelos saturados) Donde: = Esfuerzo de resistencia al corte c = Cohesin o cementacin efectiva = Esfuerzo normal total = Presin del agua intersticial o de poros = Angulo de friccin interna del material

''

'

Angulo de Friccininterna'

1

s

Crculo de Mohrc'

S = C' +

Tan

Envolventerecta

Envolventecurva

3

Fig. 4.4 Envolvente de falla y crculo de Mohr

Para analizar la ecuacin de Coulomb se requiere definir los parmetros de cohesin y ngulo de friccin interna, que son propiedades intrnsecas del suelo. El agua es uno de los factores que reduce el valor de la resistencia del suelo que depende de las presiones internas o de poros, con lo cual el factor est restando al valor de la presin normal. Esta presin se la conoce como presin efectiva (). = - = Angulo de friccin interna para presiones efectivas c = Cohesin o cementacin para presiones efectivas 4.1.1 Definicin de trminos a) Angulo de Friccin: El ngulo de friccin es la representacin matemtica del coeficiente de rozamiento igual a Tan . Depende de varios factores como: tamao y forma de las partculas, distribucin de los tamaos de las partculas y de la densidad. b) Cohesin: La cohesin es una medida de la adherencia entre las partculas de suelo. c) Esfuerzo efectivo: En una masa de suelo saturada se analiza dos fases: el esqueleto de partculas y los poros entre partculas llenos de agua. Si se aplican esfuerzos a dicha masa, se producen esfuerzos en las partculas de suelo (esfuerzos efectivos) y en las partculas de agua (presin de poros o presin hidrosttica).

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Los esfuerzos efectivos son los que controlan el comportamiento del suelo y no los esfuerzos totales. En casos prcticos el anlisis con esfuerzos totales podra utilizarse en problemas de estabilidad a corto plazo y las presiones efectivas para analizar la estabilidad a largo plazo. Desde el punto de vista de la relacin esfuerzo deformacin, en estabilidad de taludes se deben tener en cuenta dos tipos de resistencia: 1. Resistencia mxima o resistencia pico: Se define como la resistencia al corte mximo que puede llegar el material a alcanzar sin que falle previamente. En una grfica esfuerzo deformacin le corresponde al punto ms alto de la misma. Para el anlisis de estabilidad de taludes se asume que la resistencia pico se obtiene simultneamente a lo largo de la superficie de falla, pero esto nos puede llevar a errores por cuanto no todas las partculas se deforman al mismo tiempo la misma medida ni menos tienen la misma resistencia.

2. Resistencia residual: Es la resistencia al corte que posee el material despus de haber ocurrido la falla. 4.2 Medicin de la resistencia al cortante Coulomb (1776) fue el primero en sugerir la ecuacin que relaciona la resistencia al corte de un suelo con el esfuerzo de compresin aplicado. Los parmetros de resistencia al corte c y , son valores correspondientes a la resistencia efectiva y son constantes para un suelo determinado siempre y cuando la relacin de vacos, la densidad y la presin de poros permanezca constante para diferentes valores del esfuerzo normal (Jaime Surez Das -1998). El objetivo de las prueba de resistencia al corte consiste en establecer valores empricos de los parmetros de dicha resistencia, la misma que depende del grado de saturacin y del tiempo. La resistencia de los materiales de un talud es muy importante para un anlisis de estabilidad representativo de sus condiciones reales, adems de los ensayos en situ. La resistencia al cortante de los suelos vara del grado de saturacin y sta vara con el tiempo Los parmetros de resistencia al corte que se obtienen dependen de varios factores, como por ejemplo la calidad de las muestras, el tamao y el tipo de anlisis y su grado de saturacin. Los ensayos deben ser realizados con muestras de suelo inalterados, que sea representativo del material in situ, tomados con muestreadores delgados o cubos. Estas muestras deben ser obtenidas a profundidades correctas o de acuerdo a la superficie de falla. Los parmetros de resistencia al corte se determinan mediante los ensayos de laboratorio. 4.3 Ensayos de laboratorio Existen diversas pruebas de corte, tanto para el laboratorio como para aplicaciones in situ. Es esencial para obtener resultados confiables, que las muestras sean representativas de los materiales del lugar. Entre las pruebas a emplear tenemos:

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Pruebas en laboratorio

Pruebas in situ

Compresin triaxial Caja de corte directo. Consolidacin

Caja de corte directo in situ Aparato de veleta de corte Penetracin estndar

4.3.1 Toma de muestras. La toma de muestras se las realiz de acuerdo a las normas Ecuatorianas: INEN 686 1982 05 para muestras alteradas, e INEN 687 1982 05 para muestras inalteradas, por ser las ms utilizadas en nuestro medio. De los sondeos se puede obtener dos tipos generales de muestras: a) Muestras alteradas. Norma INEN 686 1982 05 Estas muestras se definen como alteradas cuando no guarda las mismas condiciones que cuando se encontraba en el terreno de donde procede. Generalmente su muestreo se realiza segn el fin que se persiga. Un procedimiento muy comn, es el de obtener de una calicata a cielo abierto de 1.50 m. x 1.50 m. de rea y de profundidad necesaria para la obtencin de muestras representativas del suelo, tomados de su base o de las paredes de ella, o mediante perforacin manual; estos materiales deben ser colocados en fundas plsticas con su correspondiente identificacin para ser enviadas al laboratorio para realizar ensayos de clasificacin. b) Muestras inalteradas. Norma INEN 687 1982 05 Son utilizadas para realizar ensayos de resistencia al corte y compresibilidad y para determinar las propiedades mecnicas de los suelos. Las muestras inalteradas se obtienen generalmente en forma manual en una calicata, o en un sondeo con tubos de pared delgada y ellos deben cumplir las siguientes condiciones:

No deben contener distorsin visible de la estratificacin. La longitud de la muestra recuperada no debe ser menor del 95% de la longitud

muestreada. La distorsin anular del rea de seccin del muestreador debe ser menor del 15% del rea total del muestreador, lo cual equivale a que la pared del muestreador debe ser lo ms delgada posible.

El tamao de las muestras debe ser de un ancho mayor o igual a seis veces el tamao mximo de la partcula, pero generalmente, son menores de 200 mm. debido a que los bloques muy grandes son pesados para transportar sin riesgo de dao. En suelos residuales el tamao de la muestra puede determinar el valor de la resistencia.

Para obtener resultados confiables, las muestras tienen que ser representativas de los materiales del lugar.

Debe tenerse mucho cuidado al obtener, empacar y transportar las muestras del sitio al laboratorio.

Las muestras deben ser obtenidas a una profundidad correcta, de acuerdo a las posibles superficies crticas de falla.

42

4.3.2 Anlisis granulomtrico. Norma ASTM D422 00 Se define como la obtencin de la gradacin de las partculas de distintos tamaos presentes en una muestra de suelo. Se llama anlisis mecnico y consiste en la determinacin de los porcentajes de boleos, gravas, arenas y finos que hay en cierta masa de suelo. Este ensayo consiste en el tamizado por va seca y hmeda. La fraccin fina se la realiza por la va hmeda mediante una serie de tamices cuya gradacin es: tamices #4, #10, #20, #40, #60, #100, #200, y fondo. Seguidamente la fraccin gruesa se la realiza por va seca mediante una serie de tamices cuya gradacin es; tamices 3 pulg., 2 pulg., 1 pulg., 1 pulg., pulg., pulg., 3/8 pulg., #4 y fondo. Este ensayo se te determina los coeficientes de uniformidad (Cu) y el coeficiente de curvatura (Cc), cuyos parmetros son extrados de la grafica en papel semilogartmico (abertura tamiz vs. % pasante).

10

60

DDCu

( )1060

230

xDDDCc

D10 = Tamao mximo del 10% ms pequeo de la muestra. D30 = Tamao mximo del 30% ms pequeo de la muestra. D60 = Tamao mximo del 60% ms pequeo de la muestra. 4.3.3 Limites de Atterberg. Norma ASTM D 4318 00 Los lmites de Atterberg son parmetros que ayudan a determinar la propiedad de plasticidad de un suelo. La plasticidad es una propiedad que presentan los suelos de poder deformarse, hasta cierto lmite, sin romperse. Por medio de ellos se mide el comportamiento de los suelos en todas las pocas. Los lmites de Atterberg son: 4.3.3.1 Lmite Lquido (LL): Es el contenido de humedad que tiene el suelo al momento de pasar del estado lquido al estado plstico. El lmite lquido se mide o calcula la humedad que tiene el suelo amasado cuando con 25 golpes ligeros contra una placa de goma de una vasija especial, se requiere para cerrar la ranura en el fondo una distancia de 12.7mm. 4.3.3.2 Limite Plstico (LP): Es el contenido de humedad que tiene el suelo al momento de pasar del estado plstico al semislido. Se define como la humedad de suelo amasado cuando empieza a separarse y desmoronarse al enrollarse a mano para formar bastoncillos de 3mm de dimetro. 4.3.3.3 ndice de Plasticidad (Ip): Se define como la variacin de los contenidos de humedad entre lmite lquido y lmite plstico. Matemticamente se representa por:

IP = LL LP.

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4.3.4 Clasificacin de suelos Un sistema de clasificacin de suelos es el ordenamiento de los diferentes suelos en grupos que tienen propiedades diferentes. Existen dos sistemas de clasificacin:

Mtodo de clasificacin de suelos segn la AASHTO Sistema unificado de clasificacin de suelos S.U.C.S.

4.3.4.1. Sistema de clasificacin AASHTO Este sistema de clasificacin se basa en la plasticidad de los suelos pues ellos brindan las principales caractersticas de los suelos y la granulometra. Estos valores sirven para la clasificar un suelo en dos grandes grupos: suelos granulares y suelos finos. 4.3.4.1.1 Suelos granulares Aquellos suelos que tienen 35% o menos de las partculas pasan a travs de la malla N 200. Dentro de estos forman los grupos A-1; A-2 Y A3 con sus respectivos subgrupos. 4.3.4.1.2 Suelos finos Estos suelos tienen ms del 35% del material fino que pasa por el tamiz N 200, pertenecen a este grupo A 4; - 5; A 6 y A 7 y los subgrupos: A - 7 5 cuando IP = LL 30 4.3.4.1.3 ndice de grupo Este parmetro es usado para anlisis de los grupos y subgrupos del suelo y esta dado por la ecuacin: IG = (F 35)(0.2 + 0.005x (LL - 40)) + 0.01(F 15)(IP 10) Donde: F = porcentaje que pasa la malla N 200 LL = lmite lquido IP = ndice de plasticidad 4.3.4.2 Sistema unificado de clasificacin de suelos S.U.C.S. Es un mtodo rpido para identificar y agrupar a los suelos es favorito para el uso en geotecnia. Esta clasificacin divide a los suelos en tres grandes grupos:

- Suelos granulares - Suelos finos - Suelos de estructura orgnica o cienos

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4.3.4.2.1 Suelos granulares: A este grupo pertenecen los suelos de grano grueso, aquellos que tienen menos de un 50% pasan por el tamiz N 200. Gravas (G): si ms del 50% de la fraccin gruesa se retiene en la malla # 4 Dentro de este grupo tenemos: GW; GP; GM; GC Arenas (S): Ms del 50% de la fraccin gruesa pasa por el tamiz N 4 Dentro de este grupo estn: SW; SP; SM; SC. Otros smbolos utilizados: W = bien graduado P= pobremente graduado 4.3.4.2.2 Suelos finos Son suelo de grano fino limoso, arcilloso, suelos de partculas finas que ms de 50% pasa por el tamiz N 200. Dentro de este grupo tenemos: CL; ML; OL; CH; MH; OH Otros smbolos utilizados: L = baja plasticidad (LL < 50) H = alta plasticidad ( LL > 50) 4.3. 5 Ensayo de compresin Triaxial Las pruebas de compresin triaxial pueden efectuarse en arcillas y arenas, sirve para determinar las caractersticas esfuerzo deformacin y de resistencia de los suelos. Los ensayos se realizaron en el laboratorio Universidad Tcnica Particular de Loja Fotografa 4.1 tomada en los laboratorios de la Universidad Tcnica Particular de Loja

Fotografa 4.1 Equipo del Ensayo Triaxial.

Se ensayan muestras cilndricas dentro de una membrana delgada de caucho, colocadas dentro de una celda triaxial con dos tapas rgidas y pistones arriba y debajo de la muestra. La celda se llena de un fluido especial, se aplica a una presin determinada sobre el fluido (3),

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la cual se transmite por esta a la muestra (Fig. 4.5), (Surez, 1998). Deslizamientos y estabilidad de Taludes en Zonas Tropicales. Capitulo 3. Pgina. 90 Los esfuerzos del cortante se aplican mediante fuerzas de compresin verticales accionadas por los pistones. La presin de poros dentro de la muestra puede medirse a travs de un pequeo tubo o bureta en contacto con la muestra. Pero para cada presin de confinamiento se obtiene el esfuerzo desviador () que se requiere para hacer fallar la muestra.

El drenaje de la muestra se realiza a travs de las piedras porosas, se puede medir as el cambio de volumen de agua. Alternativamente, si no se presenta drenaje, se puede medir la presin de poros.

Figura 4.5 Detalle de la celda para el ensayo triaxial

Es adecuado para todos los tipos de suelo excepto arcillas muy sensitivas, permite diversos procedimientos. La prueba se lleva a cabo en un espcimen cilndrico de suelo que tiene una relacin altura/dimetro de 2:1; y los tamaos usuales son de 76 x 28 mm. y 100 x 50 mm. Generalmente existen tres formas de realizar el ensayo triaxial: a) Ensayo consolidado drenado (CD). Se realiza lentamente para permitir el drenaje del agua dentro de la muestra, e impedir que se puedan generar presiones de poros (permanezca constante) debido a la facilidad de su ejecucin, adems son los ms utilizados para el anlisis de estabilidad de taludes. La velocidad de ensayo debe ser tal, que las fluctuaciones en la presin de poros sean despreciables y en cualquier caso no superiores al 5% de la presin efectiva de confinamiento.

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b) Ensayo consolidado no drenado (CU), con medicin de presin de poros. Norma ASTM D 4767 02.

Se permite el drenaje durante la aplicacin del esfuerzo de confinamiento colocndolo lentamente, pero no impide durante la aplicacin del esfuerzo desviador. Deben realizarse a una velocidad que no exceda una deformacin unitaria del 2 %/hora, con el objetivo de lograr una ecualizacin completa de la presin de poros a travs de la muestra. Se emplea para simular el caso de desembalse rpido de una represa o la colocacin rpida de un terrapln sobre un talud. c) Ensayo no consolidado- no drenado o ensayo rpido (UU). Norma ASTM D 2850

03a No se permite el drenaje durante la aplicacin de la presin de confinamiento y el esfuerzo desviador (Fig. 4.6). Este ensayo se utiliza para modelar el caso de un terrapln o una carga colocada muy rpidamente sobre un manto de arcilla saturada, de muy baja permeabilidad. Como conclusin, el ensayo consolidado drenado presenta ngulos de friccin mayores, mientras el ensayo no consolidado no drenado presenta valores mnimos.

Fig. 4.6 Diagrama del ensayo triaxial.

4.3.5.1 Envolvente de falla El crculo de Mohr (Fig. 4.7), se utiliza para representar o describir la resistencia al cortante de los suelos, utilizando la envolvente de falla de Mohr Coulomb lo cual equivale a que se ha alcanzado una combinacin crtica de esfuerzos. En la prctica normal de ingeniera esta curva se define como una recta aproximada dentro de un rango seleccionado de esfuerzos. ( Jaime Surez -1998).

tan*'' nf C +=

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Figura 4.7 Circulo de Mohr y envolvente de falla de un ensayo triaxial

4.3.6 Ensayo de consolidacin. Norma ASTM D 2435 03. Debido a los asentamientos no previstos en suelos blandos y la compresibilidad de los estratos confinados de arcilla, se ha visto la necesidad de elaborar un mtodo que permita estimar la magnitud y distribucin de los asentamientos, si estos resultan ser excesivos se puede modificar la cimentacin. Con el fin de establecer la relacin entre la presin aplicada de un suelo y su reduccin de volumen, y entre esta deformacin y el tiempo necesario para que se verifique, se recurre en el laboratorio a la prueba de Consolidacin unidimensional originalmente ideada por el Dr. Karl Von Terzaghi a quien se debe la teora de la consolidacin. La prueba consiste en aplicar carga a un espcimen de suelo confinado lateralmente, de tal manera que se deforme en una sola direccin. Para la ejecucin de la prueba existen varios modelos de aparatos; sin embargo, uno de los ms comunes es el diseado por el Dr. Arthur Casagrande y conocido como Consolidmetro de anillo libre.

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Fotografa 4.2 Equipo de Consolidacin de Casagrande

(Fotografa 4.2). Laboratorio de Universidad Tcnica Particular de Loja. El aparato consta de un anillo rgido dentro del cual se coloca el espcimen de suelo que se protege en ambas caras circulares por medio de piedras porosas que permiten la salida de agua del espcimen al ser comprimido ste.

Fig. 4.8 Esquema de montaje y prueba del ensayo de consolidacin

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El conjunto se coloca dentro de un cilindro en el que se coloca agua para mantener el espcimen saturado (Fig. 4.8). La carga al espcimen se aplica mediante el sistema de placa, marco y colgador de pesas que se ve en la fotografa del consolidmetro mostrado. (www.fing.edu.uy/iet/reas/geotcnica/cursos/mec_suelos/terico/consolidacin_1.ppt [Consulta: 10 de enero de 2006]). Las deformaciones que experimenta el espcimen bajo una carga aplicada se registran en un deformmetro, y un cronmetro permite conocer el tiempo que transcurre para alcanzar la deformacin producida por un incremento de carga (Fotografa 4.3, (tomada en los laboratorios de la Universidad Tcnica Particular de Loja).

Fotografa 4.3 Lecturas en el deformmetro durante el ensayo

La carga se va aplicando en incrementos elegidos de tal manera que cada uno de ellos duplique el valor de la presin anterior. En el laboratorio son muy comunes las presiones de 0.125, 0.250, 0.500, 1, 2, 4 y 8 kg/cm2 aplicadas sucesivamente (Norma ASTM D2435). Para cada uno de los incrementos de presin se lleva un registro de la forma como progresa la deformacin a travs del tiempo, haciendo uso del deformmetro y del cronmetro.

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Fotografa 4.4 Pesas aplicadas en el ensayo de consolidacin

Con los resultados obtenidos se construye una grfica en papel semilogartmico (Fig. 4.9) (Crespo Villalaz Carlos (1985). Mecnica de Suelos y Cimentaciones. Pgina189) que permite conocer, entre otras cosas, el tiempo en el cual se ha alcanzado la consolidacin completa del espcimen bajo el incremento de carga correspondiente. Este es un dato importante para saber cundo se debe agregar el siguiente incremento de carga. La grfica as obtenida (una grfica para cada incremento) recibe el nombre de Curva de Consolidacin y de acuerdo con Terzaghi la zona AB, de dicha curva representa el proceso de deformacin del suelo gobernado por la expulsin de agua de los poros y que l llam Consolidacin Primaria. La zona BC corresponde a un proceso de deformacin cuyo origen no es an del todo conocido pero que se atribuye al reacomodo plstico de las partculas del suelo. Terzaghi llam a esta parte del fenmeno Consolidacin Secundaria. El punto B corresponde, tericamente, al tiempo en el que la presin del agua de los poros (presin neutra) del espcimen se ha disipado casi completamente. En ese momento se considera que la presin total p aplicada est siendo soportada por las partculas del suelo y se verifica la ecuacin: p = pi. Siendo p la presin total originada por la carga y pi la presin nter-granular o efectiva soportada por las partculas. Se dice entonces que se ha logrado el 100% de consolidacin primaria. Terminada la prueba de consolidacin del espcimen bajo el ltimo incremento de carga, se tendr de cada prueba, una serie de valores de deformaciones finales, es decir, medidas al finalizar la consolidacin bajo cada incremento de presin.

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Fig. 4.9 Grfica Tiempo Vs. Deformacin

La figura 4.10 muestra curvas de compresibilidad e - log representativas para los casos: a) una arcilla normalmente consolidada, y b) una arcilla preconsolidada. Del estudio de las caractersticas de las curvas de consolidacin para diversas muestras de arcilla, se concluy que la parte inicial curvada correspondiente al tramo de recomprensin se debe al proceso de preconsolidacin, y que en la zona cercana al quiebre o transicin de la curva de recompresin a la virgen se encuentra la presin de preconsolidacin.

Fig. 4.10 Curva de compresibilidad para arcillas normalmente consolidadas y preconsolidadas

Casagrande (1936) propuso un mtodo emprico para obtener la presin de preconsolidacin a partir de los resultados de un ensayo de consolidacin representados en una curva e - log . La estimacin del valor de dicha presin se obtiene segn el procedimiento que se ilustra en la figura 4.11:

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p' ' v

h T

D

b

t

log

e

Fig. 4.11 Mtodo de Casagrande para determinar el esfuerzo de preconsolidacin 1. Localizar en la curva e - log , el punto T de mnimo radio de curvatura. 2. Trazar por el punto T una lnea horizontal h y una tangente a la curva t. 3. Trazar la bisectriz b del ngulo formado por t y h. 4. Trazar la porcin de la lnea recta de la curva e - log hacia atrs hasta cruzar con la

bisectriz b obteniendo el punto D correspondiente al valor estimado de la mxima presin de preconsolidacin ('s Pc).

Existen varias razones por las cuales la presin de preconsolidacin, tal como se deduce del mtodo de Casagrande, no es exacta y por las cuales la curva de consolidacin no reproduce la curva real en el terreno. La razn ms importante es la variacin de esfuerzos y de estructura inherente a la toma de muestras, a su preparacin y a los mtodos de ensayo. La diferencia de temperatura entre el terreno y el laboratorio, as como los detalles operativos, pueden ser tambin importantes. Sin embargo, el mtodo de Casagrande resulta muy til siempre que se considere que el valor de la presin as determinado constituye nicamente una estimacin. a) ndice de sobre consolidacin (OCR) Una adecuada evaluacin de la historia de las presiones in situ de un estrato de arcilla es necesaria para estimar las caractersticas de compresibilidad y resistencia de dicha arcilla. La historia de las presiones se refiere a la presin efectiva vertical existente in situ en relacin con la mxima presin del estrato de arcilla en el pasado. Deben reconocerse dos condiciones diferentes de importancia prctica para un cierto estrato de arcilla: se dice que un estrato est normalmente consolidado (NC), si nunca han actuado en l presiones verticales efectivas mayores que las existentes en la actualidad, y por otra parte, un estrato preconsolidado (OCR) en alguna poca de su historia estuvo sujeto a presiones verticales efectivas mayores que las actuales. La presin efectiva mxima a que estuvo sometido el estrato de arcilla se denomina presin de preconsolidacin. La causa que ocasiona arcillas normalmente consolidadas y preconsolidadas es el proceso geolgico en el cual se produce en primer lugar una sedimentacin, por ejemplo en el fondo de un lago o un ro, aumentando las presiones totales y efectivas y por la cual se generan las arcillas normalmente consolidadas.

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Si posteriormente por erosin se produce una remocin de los depsitos sedimentados, los estratos subyacentes se descargan convirtindose en arcillas preconsolidadas. Otras causas de cambio en las presiones que ocasionan arcillas preconsolidadas pueden ser el retiro de estructuras y el proceso de glaciacin. El proceso se esquematiza en la figura 4.12.

Fig. 4.12 Proceso de formacin de arcilla NC Y OCR El grado de preconsolidacin se mide por la relacin de preconsolidacin (en ingls OCR): http://carreras.frba.utn.edu.ar/civil/geotecnia ( Internet).

VO

pOCR''

=

Donde: p' = presin efectiva de preconsolidacin.

VO' = presin efectiva actual en el estrato.

Donde: = peso especfico de la masa de suelo a la profundidad z. z = profundidad del estrato. zw = profundidad del estrato del suelo sumergido. sat = peso especfico saturado. agua = peso especfico del agua. Si OCR < 1 Suelo Subconsolidado. Si OCR = 1 Suelo Normalmente consolidado. Si OCR > 1 Suelo Preconsolidado o Sobreconsolidado. 4.4 Determinacin de los parmetros geotcnicos Para la obtencin de los parmetros geotcnicos en el sitio del proyecto se obtuvieron muestras mediante la realizacin de tres calicatas a la profundidad de (3.00m a 3.5m), desde el nivel del suelo natural. Los niveles freticos se presentan a la profundidad 3.0m y 3.5m para las calicatas N 1 y N 2. De las calicatas se extrajeron muestras para realizar los ensayos: clasificacin de suelo, compresin triaxial y consolidacin.

)-(z*' aguasatw += zVO

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Calicata 1: pie de talud. De los ensayos realizados de clasificacin se obtuvo los siguientes resultados (Fig. 4.13), las hojas de clculo se presentan en los anexos A-4 y A5:

CL

SC - SM

SC - SM

Suelo Orgnico

Arcilla inorgnicade plasticidad media

de color caf claro.Arenas arcillosas - limosas

Arenas arcillosas - limosasde color caf claro.

0.20m

1.00m

2.00m

3.00m

Fig. 4.13 Perfil estratigrfico del suelo La figura 4.13 representa la calicata # 1, a nivel superficial se encuentra una capa de suelo vegetal de 30 cm. de espesor y bajo esta capa se presenta suelos granulares clasificado como arenas arcillosas limosas. Para la obtencin de los parmetros geotcnicos de resistencia al corte de los suelos para esta calicata se realiz el ensayo triaxial no consolidado no drenado (UU) (anexo A - 6), este ensayo nos permite obtener parmetros de resistencia al corte a nivel de esfuerzos totales. Los parmetros obtenidos son: Angulo de friccin interna () = 10 Cohesin (c) = 0.35 Kg./cm2 = 34.34 KPa. Peso unitario del suelo () = 1.88 gr./cm3 = 18.44 KN/m3 Peso unitario saturado del suelo (s) = 2.11 gr./cm3 = 20.70 KN/m3

55

Fotografa 4.5 Calicata 1: pie de talud. Calicata 2: media ladera del talud, margen derecha De los ensayos de clasificacin realizados se obtuvo (Fig. 4.14), las hojas de clculo se presentan en los anexos A7 y A8:

CL

SC - SM

SC - SM

Suelo Orgnico

Arcilla inorgnicade plasticidad media

de color caf claro.Arenas arcillosas - limosas

Arenas arcillosas - limosasde color caf claro.

0.20m

1.00m

2.00m

3.00m

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Fig. 4.14 Perfil estratigrfico del suelo

Fotografa 4.6 Calicata 2: media ladera del talud.

Los materiales que afloran en la calicata 2 son: Una capa delgada de suelo fino orgnico de un espesor de 0.20m, bajo esta capa se presenta un suelo fino de arcilla inorgnica de plasticidad media hasta la profundidad de 1.0m, por debajo de estas capas afloran materiales granulares clasificado con la norma como arenas arcillosas y limosas (Fig. 4.14). Las muestras extradas en esta calicata se presentan saturadas. Los parmetros obtenidos en el ensayo triaxial son: (Anexo A-8) Angulo de friccin interna () = 0 Cohesin (c) = 0.30 Kg./cm2 = 29.43 KPa. Peso unitario del suelo () = 1.85 gr./cm3 = 18.15 KN/m3. Peso unitario saturado del suelo (s) = 2.18 gr./cm3 = 21.39 KN/m3. El ensayo de consolidacin solo se realiz en esta calicata, debido a las condiciones favorables que present el terreno para extraccin de muestras. Se extrajeron muestras a 3.50 m, profundidad a la que las paredes del suelo tienden a unirse por accin del agua, se obtuvo los siguientes parmetros geotcnicos (Anexo A10): Preconsolidacin. PC = 1.15 Kg./cm2 ndice de Compresin. Cc = 0.1045 ndice de Expansin. Ce = 0.0046 Coeficiente de consolidacin. Cv = 0.0054 cm./seg. Coeficiente de permeabilidad. K = 0.007137

57

ndice de Consolidacin. OCR = 1.80 Suelo sobreconsolidado Calicata 3: corona del talud. De los ensayos de clasificacin realizados se obtuvo los siguientes resultados (Fig. 4.15) (Anexo A-11):

MH

MH

OH

0.20m

1.00m

2.00m

3.00m

Suelo Orgnico

elevada compresibilidadLimo orgnico de

Limos inorgnicos deelevada compresibilidad

elevada compresibilidadLimos inorgnicos de

Fig. 4.15 Perfil estratigrfico del suelo

Los materiales que afloran en la calicata 3 son: una capa de suelo fino orgnico de un espesor de 0.20m, bajo esta capa se presenta un suelo fino clasificado como limo orgnico (OH) de elevada compresibilidad, por debajo de estas dos capas se presenta un limo inorgnico de elevada compresibilidad (MH). Los parmetros obtenidos en el ensayo triaxial son: (Anexo A12) Angulo de friccin interna () = 6 Cohesin (c) = 0.60 Kg./cm2 = 58.86 KPa. Peso unitario del suelo () = 1.24 gr/cm3 = 12.16 KN/m3. Peso unitario saturado del suelo (s) = 1.68 gr./cm3 = 16.48 KN/m3.

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Fotografa 4.7 Calicata 3: corona del talud.