Determinación del módulo de elasticidad no drenado en arcillas

Determinación del módulo de elasticidad no drenado
en arcillas saturadas de la región oriental del Chaco
Sotelo, Rubén Rafael - Bosch, Dante René
Centro de Geociencias Aplicadas - Facultad de Ingeniería - UNNE.
Av. Las Heras 727 - (3500) Resistencia - Chaco - Argentina.
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ANTECEDENTES
Para el proyecto de fundaciones de obras de ingeniería, uno de los parámetros a definir previamente es
la tensión admisible que el suelo puede soportar. El procedimiento para definir dicha tensión admisible consiste
en un análisis de la capacidad de carga a ruptura del suelo y en un análisis de asentamientos, que deben resultar
compatibles con el tipo de estructura a proyectar. En depósitos arcillosos, los asentamientos tienen
fundamentalmente dos componentes, una de tipo inmediato, que se da luego de la construcción de la obra por
fenómenos de deformación instantánea, y otra de tipo diferido, asociada al fenómeno de consolidación del
suelo.
Los métodos para calcular asentamientos inmediatos, se basan en el uso del módulo de elasticidad de
Young determinado en condiciones no drenadas (Eu). Para determinarlo existen diferentes métodos, siendo uno
de los mas utilizados el ensayo triaxial ejecutado sobre muestras saturadas con drenaje impedido. En la Figura
Nº 1 se presenta un resultado típico, en la cual se representa en abscisas la deformación vertical (ε1) de la
muestra y en ordenadas el esfuerzo desviador (σ1-σ3), siendo σ1 la presión vertical total y σ3 la presión de
confinamiento horizontal.
Figura Nº1: Curva tensión – deformación típica de un ensayo triaxial UU. LAMBE y WHITMAN (1993)
Puede observarse que el comportamiento del suelo no es completamente lineal y por lo tanto, el
módulo de elasticidad (Eu) será diferente en función al nivel de tensiones considerado. Así por ejemplo, puede
definirse un módulo (Eu) para un tercio de la tensión de falla, el cual resulta compatible con el uso de un
coeficiente de seguridad igual a tres; valor comúnmente utilizado para el cálculo de tensiones admisibles.
Según SIMONS y MENZIES (1977), son numerosos los factores que deben considerarse cuando se
pretende determinar el módulo de elasticidad no drenado (Eu), siendo tal vez el de mayor importancia el grado
de alteración que pudo sufrir el suelo durante el proceso de muestreo y manipuleo. Sin embargo, se ha
observado que para muestras poco alteradas, la relación (Eu/Su) permanece aproximadamente constante
comparada con la de muestras inalteradas. Por otro lado, para evitar el efecto de la perturbación de las muestras
el valor de (Su) puede ser determinado a través de diferentes ensayos de campo (paleta, penetración cónica,
presiómetro, etc.).
Considerando todo lo dicho anteriormente, numerosos autores han sugerido establecer un valor para la
relación (Eu/Su) del suelo en cuestión y mediante ensayos de campo determinar la resistencia al corte no
drenada (Su). Finalmente, a partir de ambos valores (Eu/Su y Su) puede estimarse el módulo no drenado (Eu)
correspondiente al suelo inalterado.
Las correlaciones (Eu/Su) sugeridas por la literatura internacional, están en función del Indice de
Plasticidad (IP) y de la historia de tensiones del suelo a través de la razón de preconsolidación (OCR). Esta
última es la relación entre la máxima presión efectiva (p'c) a que alguna vez estuvo sometido el suelo y la
presión efectiva actual (σ'vo). El procedimiento más usual para determinar OCR es mediante el ensayo de
consolidación, aunque también existen correlaciones que permiten estimarlo a partir de la resistencia al corte
no drenada (Su), la presión efectiva actual (σ'vo) y el índice de plasticidad (IP) como se indica en la
Figura Nº 2.
Una vez determinados IP y OCR, existen numerosas correlaciones para estimar el valor de (Eu/Su),
aunque probablemente la más aceptada sea la indicada en la Figura Nº 3 (LUNNE et. al, 1997), donde (Eu) es
el módulo de elasticidad secante correspondiente a un 25 % de la tensión de ruptura del suelo.
Figura Nº 2: Correlación entre OCR, Su/σ’vo e IP. ANDRESSEN et.al (1979) y BROKER et.al (1965).
1600
entornos sugeridos
1400
1200
Eu25% / Su
1000
800
IP < 30
600
400
30 < IP < 50
200
IP > 50
0
1
10
100
OCR
Figura Nº 3: Relación (Eu/Su) en función de OCR e IP. DUNCAN y BUCHIGNANI (1976).
MATERIALES Y METODOS
Sin bien las correlaciones para determinar (Eu) presentadas con anterioridad son ampliamente
aceptadas, la buena práctica de la ingeniería geotécnica recomienda verificar que tales correlaciones puedan ser
utilizadas en suelos diferentes a aquellos en donde se las obtuvo. Por tal motivo, el objetivo del presente trabajo
es realizar una contribución al análisis de esas correlaciones para algunos depósitos arcillosos de la región
oriental del Chaco.
En este sentido, se analizaron resultados de ensayos triaxiales efectuados sobre muestras de suelos
arcillosos ubicados en las cercanías del Gran Resistencia. El procedimiento empleado consistió en la extracción
de muestras de suelo saturadas mediante el uso del sacamuestras Moretto utilizado en el ensayo de penetración
estándar (SPT), posteriormente la realización de ensayos para la identificación y clasificación de los suelos
estudiados y finalmente la ejecución de ensayos triaxiales con drenaje impedido con medición de deformaciones
axiales.
RESULTADOS OBTENIDOS
Se analizaron un total de 21 muestras. En el Cuadro Nº 1 se presentan las características de las
muestras analizadas.
En la Figura Nº 4 se presenta una curva tensión-deformación obtenida a partir de uno de los ensayos
triaxiales realizados. De cada ensayo se determinó el módulo (Eu) para el 25 % de la tensión de ruptura.
Con el objeto de verificar los resultados obtenidos en este trabajo, se superpusieron los mismos a las
correlaciones presentadas en la Figura Nº 3, dando como resultado la Figura Nº 5.
Cuadro Nº 1: Características de las muestras ensayadas.
Muestra
Número
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Ensayo
SPT
SPT01-M01
SPT04-M03
SPT05-M02
SPT06-M01
SPT06-M02
SPT06-M02
SPT09-M01
SPT10-M01
SPT10-M02
SPT11-M01
SPT14-M01
SPT1-M01
SPT1-M04
SPT2-M01
SPT3-M05
SPT3-M06
SPT3-M07
SPT3-M010
SPT3-M011
SPT3-M012
SPT3-M013
Ubicación
Intersección : RNNº 11 - Río Negro
Intersección : RNNº 11 - Río Tragadero
Intersección : RNNº 11 - FFCC
Intersección : RNNº 11 - FFCC
Intersección : RNNº 11 - FFCC
Intersección : RNNº 11 - FFCC
Intersección : RNNº 11 - Av. Alvear
Intersección : RNNº 11 - Av. Alvear
Intersección : RNNº 11 - Av. Alvear
Intersección : RNNº 11 - Río Salado
Intersección : RNNº 11 - Río Salado
Intersección : FFCC - Río Tapenagá
Intersección : FFCC - Río Tapenagá
Intersección : FFCC - Río Tapenagá
Intersección : FFCC - Río Tapenagá
Intersección : FFCC - Río Tapenagá
Intersección : FFCC - Río Tapenagá
Intersección : FFCC - Río Tapenagá
Intersección : FFCC - Río Tapenagá
Intersección : FFCC - Río Tapenagá
Intersección : FFCC - Río Tapenagá
LL
LP
IP
Clasif.
(%)
(%)
(%)
S.U.C.S.
σ´vo
kg/cm2
43
25
45
42
46
46
43
68
44
39
48
42
41
35
42
43
45
85
82
84
83
17
15
21
23
23
23
22
22
20
19
19
17
24
22
20
18
20
27
26
25
25
26
10
24
19
23
23
21
46
24
20
29
25
17
13
22
25
25
58
56
59
58
CL
CL
CL
CL
CL
CL
CL
CH
CL
CL
CL
CL
CL
CL
CL
CL
CL
CH
CH
CH
CH
0.14
0.52
0.39
0.19
0.40
0.40
0.40
0.55
0.65
0.20
0.10
0.20
0.50
0.20
0.50
0.60
0.70
1.00
1.10
1.20
1.30
Ensayos Triaxiales
Su
Eu 25%
kg/cm2
0.15
0.14
0.46
0.10
0.42
0.53
1.50
0.88
0.20
0.95
0.07
1.35
3.65
0.86
1.50
3.60
2.38
1.07
2.50
2.68
1.11
kg/cm2
65
80
370
70
93
68
202
135
80
178
20
91
493
90
198
383
187
210
450
330
173
Eu / Su Su / σ´vo
448
593
804
700
222
128
135
154
400
187
308
67
135
105
132
106
78
196
180
123
155
1.00
0.26
1.18
0.52
1.05
1.33
3.75
1.59
0.31
4.75
0.65
6.75
7.30
4.30
3.00
6.00
3.40
1.07
2.27
2.23
0.85
OCR
4
1
4
2
4
5
27
6
1
>30
3
>30
>30
>30
20
>30
20
4
10
10
3
CONCLUSIONES
A partir de la Figura Nº 5 puede concluirse que existe una razonable concordancia entre los resultados
obtenidos y las correlaciones sugeridas por la literatura internacional.
Si bien este trabajo no pretende agotar la discusión sobre el tema, es una primera contribución para
verificar el empleo de correlaciones internacionales a la práctica de la ingeniería geotécnica de la región.
4.00
σ1- σ3
(kg/cm 2 )
3.00
2.00
1.00
0.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
ε1 (%)
Figura Nº 4: Curva tensión-deformación obtenida en un ensayo triaxial no consolidado-no drenado.
1600
entornos sugeridos
IP < 30
IP > 50
1400
1200
Eu25% / Su
1000
800
IP < 30
600
400
30 < IP < 50
200
IP > 50
0
1
10
100
OCR
Figura Nº 5. Resultados obtenidos a partir de muestras de suelos ensayadas.
BIBLIOGRAFIA
ANDRESEN, A; BERRE, T; KLEVEN, A; LUNNE, T. Procedures used to obtain soil parameters for
foundation engineering in the North Sea. Marine Geotechnology 3 (3).1979.
BROOKER, E; IRELAND, H. Earth pressure at rest related to stress history. Canadian Geotechnical Journal, 2.
pp 1-15. 1965.
DUNCAN, J; BUCHIGNANI. An Engineering Manual for Settlement Studies. Departament of Civil
Engineering, University of California, Berkeley. 1976.
LAMBE, T; WHITMAN, R. Mecánica de Suelos. Editorial Limusa. 1993.
LUNNE, T; ROBERTSON, P; POWELL, J. Cone Penetration Testing in Geotechnical Practice. Blackie
Academic and Professional. Londom. 1997.
SIMONS, N; MENZIES, B. Introdução a Engenharia de Fundações. Editorial Interciência. 1977.