4 propiedades mecánicas de los limos. ensayos edométricos y de

Propiedades mecánicas de los limos

29

4 PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS LIMOS. ENSAYOS EDOMÉTRICOS Y DE RESISTENCIA AL CORTE. COLAPSABILIDAD. PROBLEMÁTICA DE LOS LIMOS.

4.1. Ensayos edométricos. Colapsabilidad, compresibilidad y consolidación

4.1.1 Ensayos edométricos tipo Bishop. Colapsabilidad bajo inundación. Curva de máximo colapso.

Los ensayos edométricos sobre muestras compactadas (limos arcillosos presentes en la traza del Canal Segarra-Garrigues) y sobre muestras naturales de limo arcilloso procedentes de la traza del Canal y limos arcillosos cercanos a la presa de l’Albagés, se han realizado en un equipo edométrico Normatest (tipo Bishop). Las características de este equipo se han detallado en el apartado 3.2.1. El procedimiento experimental sigue los criterios establecidos en la norma ASTM D 2435-90. Las fases típicas de los ensayos se han descrito en el apartado 3.2.1 del capítulo anterior.

4.1.1.1 Limos en condición natural Se hace notar sobre las trayectorias de tensiones efectuadas en los ensayos edométricos tipo Bishop, que en el proceso de carga parcialmente saturada representadas en la Figuras siguientes mediante una línea horizontal, la trayectoria se produce a humedad (w) constante y no ha succión constante, produciéndose un ligero descenso de la succión no cuantificado en los ensayos y por ello se representa en las trayectorias de carga parcialmente saturada una línea horizontal en la succión. En la Figura 4.1 se representa las trayectorias de tensiones, en el plano succión : tensión vertical neta o efectiva (s:σv-ua o σv-uw), de los ensayos 4C y 2A. En la Figura 4.2 se representa el resultado de las trayectorias en el plano (εv : σv-ua o σv-uw), realizadas sobre las muestras de limo arcilloso del valle de l’Aranyó junto a la futura presa del Albagés bajo condición natural inicial (CP-1/M1, Ensayos 4C y 2A). Las condiciones iniciales de las muestras se indican en la propia figura (también en la Tabla 2.2 y Tabla 2.3). Tal como se observa en los dos ensayos (4C y 2A) se genera una gran deformación volumétrica de colapso (Ensayo 4C: εv = 11.6% , Ensayo 2A: εv = 3.18%) durante el proceso de humedecimiento bajo una tensión vertical constante de 200 kPa y 400 kPa, respectivamente. Por otro lado, la Figura 4.3 se representa las trayectorias de tensiones, en el plano s:σv-ua o σv-uw, de los ensayos 1A y 1C. En la Figura 4.4 se representa el resultado de las trayectorias en el plano (εv : σv-ua o σv-uw), realizadas sobre las muestras de limo arcilloso (CP-1/M1, Ensayos 1A y 1C). Las condiciones iniciales de las muestras se indican en la misma figura (ver Tabla 2.2 y Tabla 2.3). Tal como se observa en los dos ensayos (1A y 1C) se produce un significativo colapso (Ensayo 1A: εv = 2.21 %, Ensayo 1C: εv = 2.08%) durante el proceso de humedecimiento bajo una tensión vertical constante de 100 kPa y 600 kPa, respectivamente. La muestra de limo arcilloso del canal Segarra-Garrigues de valles de fondo plano ensayada bajo condición natural inicial (C-43 lateral) genera un importante colapso (εv = 5.1%) durante el proceso de humedecimiento bajo una tensión vertical constante de 200 kPa, tal como lo muestra la Figura 4.6. La condición inicial de la muestra se indica en la figura, así como en la Tabla 2.2 y Tabla 2.3. Además se representa en la Figura 4.5 la


30

trayectoria de tensiones en el plano (s:σv-ua o σv-uw) del limo arcilloso del canal (C-43 lateral). Esta elevada deformación del suelo en su condición natural durante el proceso de humedecimiento, evidencia lo inapropiado de dicho suelo en su condición de cimiento del terraplén del canal (ver el caso práctico del capítulo 6). En este sentido, se estudia dicho material realizando una compactación al 100% del Próctor modificado en el apartado siguiente con la finalidad de mejorar su respuesta frente a cambios de humedad.

0 200 400 600 800 1000

Tensión vertical neta (σv-ua), kPaTensión vertical efectiva (σv-uw), kPa

0

0.35

Suc

ción

, s (M

Pa)

4C 2A

Estado inicial

Figura 4.1: Trayectorias de tensiones de la muestra bloque CP-1/M1, ensayos 4Cy 2A. Limos en condición natural de la presa de l’Albagés.

Ensayo 2A

inundación

suelo parcialmentesaturado

suelo saturado

Ensayo 4C

Muestra bloque CP-1/M1

inundación

10 100 100020 40 60 80 200 400 600 800

Tensión vertical neta (parcial. saturado)o efectiva (saturado) (kPa)

0.30

0.20

0.10

0.00

Def

orm

ació

n vo

lum

étric

a (ε

v)

AB: suelo parcialmente saturado (carga a humedad constante)BC: inundación bajo carga ensayo a 200 y 400 kPa.CDE: suelo saturado (carga y descarga)

A

B

B

C

DE

C

Ensayo 4C:eo=1.06wo=13.15%Sro=32.9%

Ensayo 2A:eo=1.01wo=13.25%Sro=34.8%

Figura 4.2: Resultados edométricos de las trayectorias de carga en condición parcialmente saturada, colapso por inundación, carga y descarga en condiciones saturadas. Limos en condición natural de la presa de l’Albagés.


31

0 200 400 600 800 1000


Suc

ción

, s (M

Pa)

1A 1C

Estado inicial0.045

0.050

0

Figura 4.3: Trayectorias de tensiones de la muestra bloque CP-1/M1, ensayos 1A y 1C. Limos en condición natural de la presa de l’Albagés.

Ensayo 1Cinundación

suelo parcialmentesaturado

suelo saturado

Ensayo 1A

Muestra bloque CP-1/M1

10 100 100020 40 60 80 200 400 600 800

Tensión vertical neta (parcial. saturado)o efectiva (saturado) (kPa)

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00

Def

orm

ació

n vo

lum

étric

a (ε

v)

inun

daci

ónAB: suelo parcialmente saturado (carga a humedad constante)BC: inundación bajo carga ensayo a 100 y 600 kPa.CDE: suelo saturado (carga y descarga)A

B

C

B

C

D

E

Ensayo 1A:eo=0.931wo=22.6%Sro=64.3%

Ensayo 1C:eo=0.879wo=21.9%Sro=66.2%

Figura 4.4: Resultados edométricos de las trayectorias de carga en condición parcialmente saturada, colapso por inundación, carga y descarga en condiciones saturadas. Limos en condición natural de la presa de l’Albagés.


32

0 100 200 300 400Tensión vertical neta (σv-ua), kPaTensión vertical efectiva (σv-uw), kPa

0

0.35

Suc

ción

, s (M

Pa)

C-43

Estado inicial

Figura 4.5: Trayectorias de tensiones de la muestra bloque C-43 lateral. Limos en condición natural. Canal Segarra-Garrigues.

1 10 100 1000Tensión vertical neta (suelo parcialmente saturado), kPaTensión vertical efectiva (suelo saturado), kPa

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

Rel

ació

n de

vac

íos,

e

λoed(0) = 0.148

Saturaciónεv = 5.1 % (def. colapso)

Suelo parcialmente saturado(Carga a humedad constante)

Limo arcilloso C-43 lateralwn = 13.25 %e0 = 0.829Sro = 43.2%

λoed(w) = 0.038

κoed(0) = 0.010

Figura 4.6: Resultados edométricos de las trayectorias de carga en condición parcialmente saturada, colapso por inundación, carga y descarga en condiciones saturadas. Limo arcilloso (C-43 lateral) en condición natural. Muestra del canal Segarra-Garrigues.


33

4.1.1.2 Limos compactados En la Figura 4.7 se representan las trayectorias de tensiones, en el plano s:σv-ua o σv-uw, realizadas sobre el limo arcilloso (C-43) compactado al 100% del PM. En la Figura siguiente (Figura 4.8) se representa el resultado de la trayectoria en el plano (εv : σv-ua o σv-uw), realizada sobre la muestra de limo arcilloso (C-43) compactado a 100% del Próctor modificado. La condición inicial de la muestra se indica en la figura, así como en la Tabla 2.4. Tal como se observa, la muestra compactada a Próctor modificado es bastante estable frente a posibles episodios de humedecimiento, ya que experimenta un pequeño colapso (εv = 0.17%) durante el proceso de humedecimiento partiendo de la humedad de compactación. En este apartado se incluyen algunos resultados obtenidos en la tesina “Ensayos de laboratorio sobre materiales procedentes de los terraplenes de prueba de la presa del Albagés”(Campillo, 2003). En la Tabla 4.1 se detallan las condiciones iniciales de las muestras ensayadas. En la Figura 4.9 y la Figura 4.11 se representan las trayectorias de tensiones en el plano s:σv-ua o σv-uw, para los dos rangos de humedades medias antes de saturación de 5.7% y 13.5% respectivamente. Por otro lado, en la Figura 4.10 y la Figura 4.12 se presentan la variación de la deformación axial con la tensión vertical para los dos rangos de humedades iniciales medias antes de saturación de 5.7% y 13.5% respectivamente. Tabla 4.1: Resultados de compresibilidad en condición edométrica de las muestras compactadas provenientes de los terraplenes de prueba del Albagés (Campillo, 2003)

σv de saturación (kPa) Condiciones iniciales

eo wo (%) So(MPa) Sr (%) 100 0.515 6.44 20.00 33.7 100 0.463 13.20 0.75 75.6 400 0.514 5.00 31.00 25.8 400 0.476 14.20 0.38 79.1 800 0.454 5.62 26.00 32.8 800 0.494 13.4 0.61 71.9

En la Figura 4.13 se representan las curvas de los colapsos (εv) obtenidos en limos en condición natural y limos compactados a PN y PM en función de la tensión vertical neta (suelo parcialmente saturado) o tensión vertical efectiva (suelo saturado). También se presenta la interacción del proceso de evaporación de un suelo compactado y su colapso para las diferentes tensiones verticales. Se presentan tres curvas en la Figura 4.13. La curva A presenta el colapso de los suelos limosos en condición natural en función de la tensión vertical aplicada. Estos ensayos se han descrito en el apartado 4.1.1.1. Se puede apreciar el gran colapso que sufre el suelo en condición natural, cuando para la tensión vertical neta de 200 kPa, la muestra de limo arcilloso cercano a la futura presa de l’Albagés presenta un colapso significativamente superior a la del canal Segarra-Garrigues (εv = 11.6% de la presa de l’Albagés frente a εv = 5.1% del canal Segarra-Garrigues). Esto es debido en parte a la relación de vacíos inicial de los dos suelos, ya que la muestra de limo del valle de l’Aranyó (presa del Albagés) presentaba un eo = 1.06 frente a la muestra del canal Segarra-Garrigues con un eo = 0.829. Cabe destacar además que el colapso


34

máximo para los limos en estado natural se producen para una tensión vertical neta de 200 kPa. La curva B presenta el colapso de los suelos limosos compactados a Próctor normal para una wo entre (13.2-14.2)% (terraplén de pruebas de la presa del Albagés) y limos compactos al 100% del Próctor modificado con una wo=13.2 (canal Segarra-Garrigues). Las trayectorias de tensiones de estos ensayos se presentan en la Figura 4.7 y la Figura 4.11. La escala gráfica del colapso se ha aumentado para poder visualizar mejor este. La máxima deformación volumétrica para los limos de los terraplenes de prueba del Albagés se produce a una tensión vertical de 800 kPa con un valor de εv =0.09%, deformación volumétrica muy baja. También se representa un deformación volumétrica de los limos del canal compactados a PM con un valor de εv = 0.16%. La curva B se debe comparar con la curva C. La curva C presenta el colapso de los suelos limo arcillosos compactados a Próctor normal para una wo = (5.0-6.4)% (terraplén de pruebas de la presa del Albagés). Las trayectorias de tensiones de estos ensayos se presentan en la Figura 4.9. Estos son los mismos suelos que en la curva B, pero se han dejado secar hasta alcanzar la wo prevista. Se puede apreciar, ya que la escala gráfica de la curva B es igual a la curva C, el importante aumento del colapso que sufren los limos, pasando de una εv = 0.02% (curva B, para σv-uw=200 kPa) a una εv = 0.96% (curva C, para σv-uw=200 kPa). El aumento de la deformación volumétrica es 48 veces superior. Hay que remarcar que ambos suelos (curva B y curva C) proceden de los terraplenes de prueba del Albagés y la única diferencia (ya que sus índices de poros son muy similares, eo≈0.46-0.51) es el contenido de humedad, pasando del suelo de la curva B con una humedad inicial media antes de saturación de 13.5% al suelo de la curva C que presenta una humedad media inicial antes de saturación de 5.7%. Este proceso de evaporación del suelo, que produce colapso tras un posterior humedecimiento (curva C), se produciría en la ejecución en obra, si los materiales una vez compactados sufren un periodo caluroso evaporándose el agua del suelo y un posterior periodo de lluvias. En la Figura 4.14 se recopilan todos los resultados de las gráficas de la Figura 4.13 en una sola, representándose la deformación de colapso en trayectorias de humedecimiento en condiciones edométricas de los limos arcillosos a diferentes tensiones verticales en estado natural y en estado compactado. Al representarse todas las curvas en una gráfica, permiten comparar los ordenes de magnitud de los colapsos. Se puede apreciar como la compactación de las muestras reduce considerablemente la deformación volumétrica durante un proceso de humedecimiento, así como la evaporación de las muestras compactadas a PN produce un colapso nada despreciable.


35


0

0.42

Suc

ción

, s (M

Pa)

C-43

Estado inicial

C-43: Limo compactado

Figura 4.7: Trayectoria de tensiones de la muestra C-43. Limos compactados al 100% Próctor modificado. Canal Segarra-Garrigues.

10 100 1000Tensión vertical neta (suelo parcialmente saturado), kPaTensión vertical efectiva (suelo saturado), kPa

0.340

0.360

0.380

0.400

0.420

0.440

Índi

ce d

e po

ros,

e

AB: suelo parcialmente saturado (carga a humedad constante)

BC: inundación bajo carga ensayo a 100 kPa: εv = 0.17%

CDE: suelo saturado (carga y descarga)


wo = 13.20 %eo = 0.409Sro = 87.1%

E

C

A

B

D

κoed(w) = 0.013

κoed(0) = 0.008

λoed(0) = 0.030

Saturación bajo 100 kPa:εv= 0.17% (def. colapso)

Figura 4.8: Resultados edométricos de las trayectorias de carga en condición parcialmente saturada, colapso por inundación, carga y descarga en condiciones saturadas. Limo arcilloso (C-43) compactado al 100% del Próctor modificado.


36


0.001

0.01

0.1

1

10

Suc

ción

, s (M

Pa)

(σv-ua)saturación:100-400-800

Estado inicial

Terraplén de pruebas (Albagés)

s=0.7

s=25

Figura 4.9: Trayectorias de tensiones de los limos de los terraplenes de prueba de l’Albagés, con humedad media antes de saturación de 5.7 %.

10 100 1000Tensión vertical neta (σv-ua) ó

tensión vertical efectiva (σv-uw) (kPa)

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

Def

orm

ació

n ax

ial, εa

(%)

Saturación bajo tensión neta o efectiva (kPa) de:100400800

Figura 4.10: Variación de la deformación axial con la tensión vertical; limos de los terraplenes de prueba de l’Albagés, con humedad media antes de saturación de 5.7 % (Campillo, 2003)


37


Suc

ción

, s (M

Pa)

(σv-ua)saturación:100-400-800

Estado inicial

Terraplén de pruebas (Albagés)

s=0

s=0.38-0.75

Figura 4.11: Trayectorias de tensiones de los limos de los terraplenes de prueba de l’Albagés, con humedad media antes de saturación de 13.5 %.

10 100 1000Tensión vertical neta (σv-ua) ó

tensión vertical efectiva (σv-uw) (kPa)

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

Def

orm

ació

n ax

ial, εa

(%)

Saturación bajo tensión neta o efectiva (kPa) de:100400800

Figura 4.12: Variación de la deformación axial con la tensión vertical; limos de los terraplenes de prueba de l’Albagés con humedad media antes de saturación de 13.5% (Campillo, 2003)


38

Curva A Curva B Curva C

Figura 4.13: Comparación de los colapsos obtenidos en limos en condición natural y limos compactados a PN y PM. Interacción del proceso de evaporación del suelo en el colapso.

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Tensión vertical neta (parcial. saturada) oTensión vertical efectiva (saturado) (kPa)

12

10

8

6

4

2

0

Def

orm

ació

n vo

lum

étric

a de

col

apso

, εv

(%)

Limos en condición natural (presa del Albagés)eo= 0.91-1.06, wo=(13.2-15.4)%, Sro=(33-45)%Limos en condición natural (Canal Segarra-Garrigues)eo= 0.83, wo=13.3%, Sro=43%

0 100 200 300 400 500 600 700 800


1

0.8

0.6

0.4

0.2

0

Def

orm

ació

n vo

lum

étric

a de

col

apso

, εv

(%)

Limos compactados PN (terraplén de prueba del Albagés)eo=0.46-0.49, wo=(13.2-14.2)%, Sro=(72-79)%

Limos compactados PM (Canal Segarra-Garrigues)eo= 0.41, wo=13.2%, Sro=87%

0 100 200 300 400 500 600 700 800


1

0.8

0.6

0.4

0.2

0

Def

orm

ació

n vo

lum

étric

a de

col

apso

, εv

(%)



39

0 100 200 300 400 500 600 700 800


12

10

8

6

4

2

0

Def

orm

ació

n vo

lum

étric

a de

col

apso

, εv

(%)

Limos en condición natural (presa del Albagés)eo= 0.91-1.06, wo=(13.2-15.4)%, Sro=(33-45)%

Limos en condición natural (Canal Segarra-Garrigues)eo= 0.83, wo=13.3%, Sro=43%


Limos compactados PM (Canal Segarra-Garrigues)eo= 0.41, wo=13.2%, Sro=87%


Figura 4.14: Resumen comparativo de la deformación de colapso en trayectorias de humedecimiento en condiciones edométricas de los limos arcillosos a diferentes tensiones verticales en estado natural y en estado compactado. Materiales procedentes de la presa del Albagés, terraplenes de prueba del Albagés y del canal Segarra-Garrigues.


40

4.1.2 Ensayos edométricos con control de succión. Colapsabilidad de muestras en condición natural a diferentes succiones.

Los ensayos realizados proporcionan parámetros de compresibilidad debido a cambios de succión para diferentes tensiones verticales netas. Estos ensayos permiten la determinación de la curva de retención característica para diferentes trayectorias de succión y los valores de la permeabilidad del suelo para ciertos incrementos de succión. Tanto la curva de retención como la permeabilidad del suelo se desarrollan en el capítulo 5. Otro resultado importante que se obtiene es la curva de máximo colapso (apartado 4.1.2.1). El desarrollo hidro-mecánico de las muestras insaturadas bajo condiciones edométricas sin medidas de la tensión lateral han sido descritas mediante dos variables de tensión independientes (tensión vertical neta (σv-ua) y la succión s, donde σv es la tensión vertical total) y su respectivo trabajo conjugado mediante la variable incremento de la deformación (deformación vertical o volumétrica δεv = -δe / (1 + e). Houlsby, 1997). Las variables empleadas en el desarrollo hidráulico han sido descritas en el apartado 5.1. Los ensayos han sido realizados en una serie de muestras (50 mm de diámetro y 20 mm de altura) de los suelos limo arcillosos en condición natural cercanos a la futura presa de l’Albagés, aplicando las siguientes trayectorias de tensiones, las cuales se representan en la Figura 4.15 y la Figura 4.16:

- Trayectoria de secado GH bajo la tensión vertical neta aplicada (σv-ua)=100 kPa. Una vez cargada y saturada la muestra, son aplicados unos incrementos de succión hasta alcanzar una s≈60 kPa y determinar los parámetros de compresibilidad por cambios en la succión; posteriormente se descarga la muestra. Esta trayectoria también permite complementar la curva de retención límite de secado en el rango bajo de succión.

- Trayectorias de humedecimiento AB, CD, EF a tensiones verticales netas aplicadas (σv-ua)=50 kPa, 100 kPa y 200 kPa respectivamente. Una vez cargada la muestra parcialmente saturada se aplicaba una succión superior a la inicial del suelo; posteriormente se reducía la succión hasta saturación de la muestra (s=0) descargando finalmente la muestra. Esta trayectoria permite complementar la curva de retención límite de humedecimiento en el rango bajo de succión.


41

0 25 50 75 100 125


0

10

20

30

40

50

60

70

80

Suc

ción

, s (k

Pa)

ED1ED3

A

C

Estados iniciales

B D

s=65

s=45

s=58

s=73

Figura 4.15: Trayectorias de tensiones de humedecimiento (AB y CD) seguidas en los limos arcillosos. Condiciones edométricas con control de succión.

0 50 100 150 200


0

10

20

30

40

50

60

70

Suc

ción

, s (k

Pa)

ED2ED4

H E

Estados iniciales

G F

s=45

s=59 s=59

Figura 4.16: Trayectorias de tensiones de humedecimiento (EF) y secado (GH) seguidas en los limos arcillosos. Condiciones edométricas con control de succión.


42

4.1.2.1 Curva de colapso a diferentes succiones. La curva de colapso bajo control de succión para los limos arcillosos en condiciones naturales se presenta en la Figura 4.17. En ellas se han representado la deformación volumétrica de colapso (εv) vs. tensión vertical neta (σv-ua) en función de la succión (s = ua-uw) aplicada. En la Figura 4.17 se representa la curva de máximo colapso mediante los datos obtenidos en las trayectorias AB, CD y EF expuestas en la Figura 4.15 y la Figura 4.16. Se obtiene por tanto que la deformación volumétrica máxima de colapso es de εv = 5.6% y se produce para una tensión vertical neta de (σv-ua)= 50 kPa. De la Figura 4.17 se pueden extraer una serie de características del comportamiento de estos limos en condición natural. En la gráfica se ha referenciado el valor de deformación volumétrica de colapso (εv) de valor cero con la succión s ≈ 60 kPa. Se puede apreciar que el colapso se produce cuando los limos en condiciones naturales se acercan a un estado próximo a la saturación, es decir, cuando la succión del suelo se aproxima a cero. La tensión a la cual se produce el máximo colapso es para la tensión vertical neta (σv-ua)=50 kPa, obteniéndose una deformación volumétrica de colapso máxima εv = 0.056 (5.6%). Es previsible que para una (σv-ua) < 50 kPa se obtenga una εv inferior al 5.6% medida para (σv-ua)=50 kPa. Comparando los resultados obtenidos de los limos arcillosos en condición natural de la futura presa de tierras del Albagés ensayados bajo carga con inundación en los edómetros tipo Bishop (Figura 4.14) respecto con los resultados obtenidos en las células edométricas bajo succión controlada (Figura 4.17) se aprecian varias diferencias importantes. Se observa que la deformación volumétrica de colapso máximo que se produce en la muestra ensayada bajo carga con inundación en el edómetro tipo Bishop es superior al producido en los edómetros con succión controlada. En el ensayo de carga con inundación, la deformación volumétrica es de εv = 11.6%, mientras que en el edómetro con succión controlada es de εv = 5.6%. Esta diferente deformación volumétrica es debido a que al saturar por inundación en una sola etapa el suelo sufre un proceso de reorganización de las partículas mucho más brusco que produce un desorden de la estructura granular del suelo, mientras que en el caso de la succión controlada, como la entrada de agua se produce de una forma gradual y mediante escalones de succión, el esqueleto del suelo no se desmorona tan bruscamente y su estructura se mantiene más estable permitiendo un colapso menor. Además, cabe destacar que el máximo colapso se produce para tensiones verticales netas diferentes; mientras que para el edómetro de tipo Bishop se produce a (σv-ua) = 200 kPa, en el edómetro bajo succión controlada se produce para (σv-ua) = 50 kPa.


43

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225

Tensión vertical neta (σv-ua) (kPa)

0.06

0.05

0.04

0.03

0.02

0.01

0

Def

orm

ació

n vo

lum

étric

a de

col

apso

(εv)

LEYENDADatos experimentales (50 kPa)Datos experimentales (100 kPa)Datos experimentales (200 kPa)succión = 33 - 39 kPasucción = 18 - 19 kPasucción = 8 - 12 kPaColapso máximo (s=0.1 kPa)

succión inicial ≈ 60 kPa

Figura 4.17: Curva experimental de máximo colapso y ajustes de deformaciones volumétricas en función de la succión aplicada. Limos arcillosos procedentes de la futura presa del Albagés en condiciones naturales.

4.1.2.2 Resultados de los edómetros con control de succión La respuesta de la muestra de limo en el acoplamiento hidromecánico según las trayectorias descritas en la Figura 4.15 y la Figura 4.16, fueron representadas en el espacio s : (σv-ua) : ew : e, presentando solo la rama de saturación o de secado de las trayectorias ejecutadas. Donde ew presenta la siguiente expresión: ew = ρsw/ρw [5.1], donde ρs es la densidad de partículas promedio, ρw es la densidad del agua y w el contenido gravimétrico de humedad. Los resultados presentados en las Figuras 4.18, 4.19, 4.20, 4.21, 4.22 y 4.23 se describen a continuación:

- Trayectoria de secado a la (σv-ua)=100 kPa (trayectoria GH). La evolución de las variables de estado volumétrico (e, ew y Sr = ew/e) se muestra en la Figura 4.18. Como se observa en la Figura 4.18 la respuesta inicial de la muestra se desarrolla bajo un índice de poros relativamente constante. No obstante, el valor de entrada de aire de la muestra (s≈10 kPa), el grado de saturación decrece rápidamente debido a la desaturación de los poros entre granos, expulsando agua y entrando aire en el suelo. Esta trayectoria de incrementos de succión permite fácilmente la expulsión de agua induciendo una deformación en el esqueleto del suelo y reduciendo la variable Sr = ew/e.


44

- Trayectorias de humedecimiento a las (σv-ua)=50 kPa, 100 kPa y 200 kPa (trayectorias AB, CD y EF respectivamente). Se aplicaron incrementos de succión hasta alcanzar valores de succión de s≈5 kPa. Después, se aplico sobrepresión de agua que fue mantenida para conseguir condiciones de saturación completa cercanas a cero (s = 0.1 kPa). La evolución de las variables de estado volumétricas (e, ew y Sr = ew/e) son representadas en las Figuras 4.19, 4.20 y 4.21. Se puede observar que la relación de vacíos (índice de poros) no varía significativamente en las trayectorias de humedecimiento para succiones s > 10 kPa. En cambio, cuando la succión s < 10 kPa, el descenso del índice de poros e es apreciable; este descenso de la relación de vacíos es mayor cuanto menor es la tensión vertical neta aplicada. Esta deformación (disminución de e) está acoplada a la entrada de agua en la muestra (incremento de ew), aunque el aumento de ew se produce durante todo el ensayo y no sólo cuando la succión es menor a 10 kPa. En las Figuras 4.22 y 4.23 se representan las trayectorias de humedecimiento en los planos s : ew y s : Sr=ew/e a las (σv-ua)=50 kPa, 100 kPa y 200 kPa (trayectorias AB, CD y EF respectivamente) realizando un ajuste suavizado de los puntos mediante Splines (Grapher v2.00). En la Figura 4.22 representa el plano s : ew dando unas trayectorias juntas para las diferentes tensiones verticales netas. En cambio, en la Figura 4.23 que representa el plano s : ew/e podemos apreciar que la curva a (σv-ua)=50 kPa se separa de las otras; esto es debido a que la relación de vacíos inicial antes de comenzar los escalones de succión era mucho mayor que en los otros ensayos y por esto el grado de saturación (ew/e) era relativamente menor (e = 1.01 para σv-ua=50 kPa frente a e = 0.81 y e = 0.82 para σv-ua=100 y 200 kPa respectivamente). En la Figura 4.23 se observa que las curvas para (σv-ua)=100 y 200 kPa se llegan a superponer en algunas zonas, siendo muy similares.


45

0.1 1 10 100Succión, s (kPa)

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

Gra

do d

e sa

tura

ción

, Sr=

e w/e

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

Con

teni

do d

e ag

ua, e

w=ρ

sw/ ρ

w

0.94

0.945

0.95

0.955

0.96

Índi

ce d

e po

ros,

eσV-ua=100 kPa

Figura 4.18: Trayectoria de secado GH a constante (σv-ua) = 100 kPa.


46

0.1 1 10 100Succión, s (kPa)

0.5

0.6

0.7

0.8

Gra

do d

e sa

tura

ción

, Sr=

e w/e

0.5

0.6

0.7

0.8

Con

teni

do d

e ag

ua, e

w=ρ

sw/ ρ

w

0.92

0.94

0.96

0.98

1

1.02

Índi

ce d

e po

ros,

eσV-ua= 50 kPa

Figura 4.19: Trayectoria de humedecimiento AB a constante (σv-ua) = 50 kPa.


47

0.1 1 10 100Succión, s (kPa)

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Gra

do d

e sa

tura

ción

, Sr=

e w/e

0.5

0.6

0.7

0.8

Con

teni

do d

e ag

ua, e

w=ρ

sw/ρ

w

0.785

0.79

0.795

0.8

0.805

0.81

Índi

ce d

e po

ros,

eσV-ua=100 kPa

Figura 4.20: Trayectoria de humedecimiento CD a constante (σv-ua) = 100 kPa.


48

0.1 1 10 100Succión, s (kPa)

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Gra

do d

e sa

tura

ción

, Sr=

e w/e

0.5

0.6

0.7

0.8

Con

teni

do d

e ag

ua, e

w=ρ

sw/ ρ

w

0.822

0.824

0.826Ín

dice

de

poro

s, e

σV-ua=200 kPa

Figura 4.21: Trayectoria de humedecimiento EF a constante (σv-ua) = 200 kPa.


49

0.50 0.60 0.70 0.80

Contenido de agua, ew=ρsw/ ρw

0.1

1

10

100

Suc

ción

, s (k

Pa)

Tensión vertical neta=200kPaTensión vertical neta=100kPaTensión vertical neta=50kPa

Figura 4.22: Trayectorias de humedecimiento en el plano s : ew a diferentes tensiones verticales netas (σv-ua)

0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

Grado de saturación, Sr=ew/ e

0.1

1

10

100

Suc

ción

, s (k

Pa)

Tensión vertical neta=200kPaTensión vertical neta=100kPaTensión vertical neta=50kPa

Figura 4.23: Trayectorias de humedecimiento en el plano s : ew/e a diferentes tensiones verticales netas (σv-ua)


50

4.1.3 Parámetros de compresibilidad y de consolidación

4.1.3.1 Limos en condición natural La Tabla 4.2 resume los resultados de compresibilidad en condición edométrica de las muestras en condición natural de los limos arcillosos cercanos a la futura presa del Albagés y de la traza del canal Segarra-Garrigues. En la Tabla 4.2 también se indican las condiciones iniciales de las probetas (índice de poros eo, humedad inicial wo y grado de saturación Sro), así como los parámetros de compresibilidad (λoed, κoed). Los parámetros de compresibilidad inicial son λoed(w) [4.1] obtenido de la carga en condición parcialmente saturada y κoed(0) [4.3] en la rama de descarga saturada. El parámetro de compresibilidad elastoplástica es λoed(0) [4.2] obtenido en carga siguiendo la rama virgen en condiciones saturadas. Los valores de λoed(w) que se han considerado son los obtenidos en el rango de máxima pendiente de la rama de carga, igual que los valores de κoed(0) son los valores de máxima pendiente en la rama de descarga. Estos se definen de las siguientes expresiones[4.1]:

saturada teparcialmen carga)uδln(σ

δe(w)λwV

oed −−= [4.1]

saturada virgen rama de carga)uδln(σ

δe(0)λwV

oed −−= [4.2]

saturada descarga)uδln(σ

δe(0)κwV

oed −−= [4.3]

Tabla 4.2: Resultados de compresibilidad en condición edométrica de las muestras en condiciones naturales.

Condiciones Iniciales Identif. Material

wo (%) e0 Sr0 (%)λoed(w) λoed(0) κoed(0)

1A 22.6 0.931 64.3 0.013 0.133 0.005

1C

Limo arcilloso (presa de

l’Albagés) 21.9 0.879 66.2 0.060 0.172 0.005

2A 13.1 1.06 32.87 0.098 0.109 0.007

4C


l’Albagés) 13.2 1.01 34.8 0.121 0.183 0.008

ED2 22.2 1.02 57.7 0.186 -- 0.003

ED3 21.9 1.09 53.2 0.077 -- 0.002 ED1 16.2 0.885 48.5 0.054 -- 0.003

CP-1/M1

ED4


l’Albagés) 21.4 0.988 57.4 0.100 -- --

C-43 lateral Limo arcilloso (canal Segarra-

Garrigues) 13.2 0.829 43.2 0.038 0.148 0.010

En las muestras CP-1/M1 (ED1, ED2, ED3 y ED4) se ensayaron bajo edómetros con succión controlada efectuando 2 trayectorias diferentes: secado y humedecimiento. En la trayectoria de humedecimiento la muestra se carga parcialmente saturada, se aplican los escalones de succión humedeciendo progresivamente la muestra y se descarga; al no cargar cuando se ha saturado por completo, no se obtiene el parámetro de compresibilidad λoed(0). Respecto a la trayectoria de secado, la muestra se carga parcialmente saturada, se satura y


51

mediante los escalones de succión se desatura descargando posteriormente cuando la muestra está parcialmente saturada; Por este motivo no se obtuvieron los parámetros de compresibilidad κoed(0) y λoed(0). Las evoluciones temporales de las deformaciones verticales en las trayectorias de carga en condiciones saturadas se han ajustado mediante un algoritmo de minimización a la siguiente expresión de consolidación 1-D [4.4], para obtener los diferentes parámetros:

δ( ασ= + − + 902 )U( ,c ) 2 log( / )o v w v

m

hd d u t hC t tE

[4.4]

donde do representa la compresión inicial, h la distancia promedio de drenaje (en el anillo de 20 mm de altura y condiciones de doble drenaje, h = 10 mm), Em el módulo de deformación drenado en condición edométrica, δ(σv-uw) el incremento en la tensión efectiva vertical, U(t, cv) el grado de consolidación promedio que es una función del tiempo t y del coeficiente de consolidación cv, Cα el coeficiente de consolidación secundaria (Cα = δεa / δ logt, siendo εa la deformación axial) y t90 el tiempo requerido para alcanzar un grado de 90% de consolidación. Respecto al parámetro h, se empleo el valor medio de las alturas que tenía la muestra en el anillo en el momento de la aplicación del incremento de tensión δ(σv-uw). La Tabla 4.3 presenta la variación de los parámetros identificados (cv, Cα, Em y do) para cada una de las etapas de carga de las muestras en condición natural. Al obtener mediante el algoritmo valores de Em elevados para un suelo en condición natural, se ha calculado Em mediante la expresión siguiente [4.5]:

VmE

εσ

∆∆

= [4.5]

Se incluye el valor de la permeabilidad estimada de acuerdo con la siguiente expresión [4.6]:

γ=1

v wm

k cE

[4.6]

En el Anexo 1, se muestra la evolución temporal en la etapa de compresibilidad de las muestras bloque inalteradas de los limos de la presa del Albagés. En las Figuras ahí representadas se comparan los resultados de compresibilidad del suelo obtenidos en laboratorio con el ajuste mediante el algoritmo de minimización de la expresión de consolidación 1-D [4.4]. Podemos destacar en las Figuras del Anexo 1 que los ajustes realizados por el algoritmo son buenos. También se puede hacer notar que los descensos iniciales (do) que se producen son importantes llegando incluso a valores que superan las 800 µm como en el caso de la muestra C3-2A, Figura ED_8. Esto es por la baja densidad del material y su alto índice de poros en el momento de la aplicación de los escalones de cargas (eo=0.701, antes del inicio de la carga de 800 kPa de la muestra C3-2A).


52

Tabla 4.3: Variación de los parámetros identificados (cv, Cα, Em y do) para cada una de las etapas de carga de las muestras en condición natural del limo arcilloso.

Material Identif. δ(σv-uw) (kPa) cv (cm2/s) Cα Em

(MPa) do (µm) k (m/s) h (cm)

1C (1) 600-1000 0.0332 0.0044 10.4 320 3.2x10-9 0.8667

100-200 0.0260 0.0030 7.6 25 3.4x10-9 0.9563

200-400 0.0101 0.0025 4.7 545 2.2x10-9 0.9276 1A (2)

400-800 0.0333 0.0041 9.6 447 3.5x10-9 0.8797

200-400 0.0190 0.0042 6.3 140 3.0x10-9 0.7837

400-800 0.0056 0.0039 9.9 417 5.6x10-10 0.7458 4C (3)

800-1000 0.00005 0.0028 28.9 38 1.73x10-12 0.7232

400-800 0.0673 0.0032 6.0 710 1.1x10-8 0.7909

Presa del Albagés CP-1/M1

2A (4)

800-1000 0.0407 0.0013 30 97 1.4x10-9 0.7515

200 - 300 -- 0.0049 24 21 -- -- Canal Segarra-

Garrigues C-43 lateral

300 – 400 -- 0.0040 36 18 -- -- (1) Consolidación después de inundación bajo 600 kPa (2) Consolidación después de inundación bajo 100 kPa (3) Consolidación después de inundación bajo 200 kPa (4) Consolidación después de inundación bajo 400 kPa

4.1.3.2 Limos compactados La Tabla 4.4 resume los resultados de compresibilidad en condición edométrica de la muestra compactada de limo arcilloso procedente del canal Segarra-Garrigues. En la Tabla 4.4 también se indican las condiciones iniciales de las probetas (índice de poros eo, humedad inicial wo y grado de saturación Sro), así como los parámetros de compresibilidad (λoed, κoed). Los parámetros de compresibilidad inicial son λoed(w) obtenido de la carga en condición parcialmente saturada y κoed(0) en la rama de descarga saturada. El parámetro de compresibilidad elastoplástica es λoed(0) obtenido en carga siguiendo la rama virgen en condiciones saturadas. La fórmula de estos parámetros se ha indicado en las ecuaciones [4.1][4.2][4.3] del apartado anterior. En este apartado también se incluyen algunos resultados obtenidos en la tesina “Ensayos de laboratorio sobre materiales procedentes de los terraplenes de prueba de la presa del Albagés”(Campillo, 2003). En la Tabla 4.5 se detallan las condiciones iniciales de las probetas (índice de poros eo, humedad inicial wo y grado de saturación Sro), así como los parámetros de compresibilidad (λoed, κoed). En la Tabla 4.7 se incluyen los parámetros de consolidación (cv, Cα, Em y do) de las muestras compactadas in situ en los terraplenes de prueba junto a la futura presa del Albagés.


53

Tabla 4.4: Resultados de compresibilidad en condición edométrica de la muestra compactada a Próctor modificado.

Condiciones iniciales Identif. Material

eo wo (%) Sro (%)λoed(w) λoed(0) κoed(0)

C-43 Limo del canal Segarra-Garrigues compactado a

Próctor modificado 0.409 13.20 87.1 0.013 0.030 0.008

Tabla 4.5: Resultados de compresibilidad en condición edométrica de las muestras compactadas in situ en los terraplenes de prueba del Albagés (Campillo, 2003) σv de saturación (kPa) Condiciones iniciales λoed(w) κoed(s) λoed(0) κoed(0)

eo wo (%) So(MPa) 100 0.515 6.44 20.00 ---- 0.003 0.030 0.005 100 0.463 13.20 0.75 ---- 0.006 0.025 0.004 400 0.514 5.00 31.00 0.012 0.003 0.040 0.004 400 0.476 14.20 0.38 0.032 0.009 0.027 0.004 800 0.454 5.62 26.00 0.015 0.003 ---- 0.004 800 0.494 13.4 0.61 0.025 0.010 0.019 0.004 En la Figura 4.24 y la Figura 4.25 se representa respectivamente el parámetro de compresibilidad λoed(0) de carga en rama virgen saturada en función del estado de las muestras (condición natural, compactación PN y compactación PM) y en función del índice de poros (e). En la Figura 4.24 el parámetro de compresibilidad λoed(0) tiene claramente dos rangos de valores en función de su estado de compactación, donde λoed(0) > 0.100 para los limos en condición natural y λoed(0) < 0.050 para los limos compactados, mientras que el parámetro de compresibilidad λoed(w) no tiene claramente diferenciados los rangos de valores en función del estado de compactación (Tabla 4.2). En la Figura 4.25 se realiza un ajuste lineal de los valores obtenidos entre λoed(0):e al no conocer el rango intermedio de valores de λoed(0). Las evoluciones temporales de las deformaciones verticales en las trayectorias de carga en condiciones saturadas se han ajustado mediante un algoritmo de minimización a la expresión de consolidación 1-D [4.4], para obtener los diferentes parámetros. Dichos parámetros de consolidación de la expresión [4.4] se describen en el apartado anterior (4.1.3.1). La Tabla 4.6 y la Tabla 4.7 presentan la variación de los parámetros identificados (cv, Cα, Em y do) para cada una de las etapas de carga de las muestras compactadas. Se incluye el valor de la permeabilidad estimada de acuerdo con la expresión [4.6]. Tabla 4.6: Variación de los parámetros identificados (cv, Cα, Em y do) para cada una de las etapas de carga de las muestras compactadas de limo arcilloso del canal Segarra-Garrigues.

Material Identif. δ(σv-uw) (kPa) cv (cm2/s) Cα Em

(MPa) do (µm) k (m/s)

100 - 200 0.057 0.0012 66 77 8.5x10-10 Canal Segarra-

Garrigues C-43

200 – 400 0.099 0.0016 104 124 9.3x10-10


54

Tabla 4.7: Variación de los parámetros identificados (cv, Cα, Em y do) para cada una de las etapas de carga de las muestras compactadas in situ en los terraplenes de prueba junto a la futura presa del Albagés (Campillo, 2003).

Limo arcilloso. wo = 6.44 %. Saturación bajo carga de 100 kPa ( σv-uw) (kPa) ef cv (cm2/s) Cα Em (MPa) do (µm) k (m/s) 0.495 400 – 600 0.482 0.011 0.0006 32 37 3.36x10-10 600 – 800 0.470 0.002 0.0007 37 25 5.36x10-11

Limo arcilloso. wo = 13.20 %. Saturación bajo carga de 100 kPa 0.414 800 – 1000 0.405 0.003 0.0008 49 18 6.02x10-11

Limo arcilloso. wo = 5.00 %. Saturación bajo carga de 400 kPa 0.478 400 – 600 0.462 0.011 0.0007 25 27 4.24x10-10 600 – 800 0.450 0.001 0.0008 36 25 2.75x10-11

0

0.025

0.05

0.075

0.1

0.125

0.15

0.175

0.2

λ oed

(0)

(0.931)

(0.879)

(1.06)

(1.01)

(0.829)

(0.515)(0.463)

(0.514)

(0.476)(0.494)

(0.409)

Limo arcilloso (presa de l'Albagés)Limo arcilloso (canal Segarra-Garrigues)Limo arcilloso (terraplenes de prueba, l'Albagés)

Condición natural

Próctor normal

Próctor modificado

Figura 4.24: Representación del parámetro de compresibilidad λoed(0) de carga en rama virgen saturada en función del estado de las muestras, indicándose la relación de vacíos inicial (eo).


55

0.4 0.6 0.8 1 1.2Índice de poros, e

0

0.025

0.05

0.075

0.1

0.125

0.15

0.175

0.2

λ oed

(0)

Limo arcilloso (presa de l'Albagés)Limo arcilloso (canal Segarra-Garrigues)Limo arcilloso (terraplenes de prueba, l'Albagés)Ajuste lineal

λoed (0) = 0,237·e - 0,08

Figura 4.25: Representación del parámetro de compresibilidad λoed(0) de carga en rama virgen saturada en función del índice de poros (e). Ajuste lineal de los resultados obtenidos.


56

4.2. Ensayos de resistencia al corte. Equipo de corte directo y triaxial. Las características del equipo de corte directo y triaxial utilizado y las fases típicas de los ensayos se detallan en el capítulo 3, apartado 3.2.4 y 3.2.5. Los ensayos de corte directo de las muestras compactadas de limo arcilloso, así como del limo arcilloso en su condición natural (muestras todas del canal Segarra-Garrigues), se han realizado en un equipo Wykeham Farrance WF 25300. La Tabla 4.8 resume los resultados de los parámetros de resistencia pico en condiciones drenadas (ángulo de fricción interna φ’ y cohesión c’) obtenidos de los ensayos de corte directo drenados realizados sobre muestras compactadas y en condición natural de limo arcilloso del canal Segarra-Garrigues. La Figura 4.26 muestra la evolución de la tensión tangencial y del desplazamiento vertical en función del desplazamiento horizontal y la tensión vertical efectiva (σv -uw) y la Figura 4.27 muestra la envolvente de rotura durante la etapa de corte de las muestras de limo arcilloso compactado (C-43). La Figura 4.28 muestra la evolución de la tensión tangencial y del desplazamiento vertical en función del desplazamiento horizontal y la tensión vertical efectiva (σv -uw) y la Figura 4.29 muestra la envolvente de rotura durante la etapa de corte de las muestras de limo arcilloso en condición natural (C-50). La Tabla 4.9 resume los parámetros de resistencia al corte de los diferentes ensayos triaxiales TX_CIU. Las trayectorias tensionales en el plano p’ : q de las compresiones axiales no drenadas se indican en la Figura 4.30 y la Figura 4.31. q = σ’a - σ’r representa la tensión desviadora y p’ la tensión efectiva media (p’= (σ’a + 2 σ’r)/3). En las mismas figuras se representan las envolventes lineales de rotura, así como los parámetros de resistencia drenada c' y φ'. Estos parámetros han sido estimados utilizando la siguiente expresión [4.7]:

φ φφ φ

= +− −6sen ' 6 'cos ''

3 sen ' 3 sen 'fcq p [4.7]

La Tabla 4.10 resume los resultados de los parámetros de resistencia pico en condiciones drenadas (ángulo de fricción interna φ’ y cohesión c’) obtenidos de los ensayos de corte directo drenados realizados sobre muestras compactadas in situ en los terraplenes de prueba junto a la futura presa del Albagés. La Figura 4.32 y la Figura 4.33 muestran la evolución de la tensión tangencial y del desplazamiento vertical, y la envolvente de rotura durante la etapa de corte de las muestras compactadas de los terraplenes de prueba junto a la presa del Albagés. Se puede apreciar el carácter contractante de las muestras de limo arcilloso durante la etapa de corte tanto para los limos compactados como en condición natural. Se observa, comparando la Tabla 4.8, la Tabla 4.9 y la Tabla 4.10, que la muestra C-50 en condición natural (canal Segarra-Garrigues) tiene prácticamente el mismo ángulo de rozamiento interno φ´ que la muestra de la 4ª capa del terraplén de pruebas del Albagés, mientras que sus relaciones de vacíos iniciales son diferentes (eo = 0.70 a 0.73 para la muestra C-50; eo = 0.37 a 0.43 para la 4ª capa del terraplén de pruebas); Estos valores son algo superiores a la muestra ensayada en el TX-CIU. Hay que destacar también que el suelo en condición natural C-50 presenta una relación de vacíos inicial baja en relación a los suelos en condición natural procedentes de la presa del Albagés (CP-1/M1). En el ensayo de corte directo de la muestra de la 4ª capa del terraplén de pruebas de la presa del


57

Albagés presenta una pequeña cohesión (c’=10 kPa) igual que en el ensayo TX-CIU de la muestra C-43 que tiene un valor (c’=28 kPa), el cual es despreciado en el caso práctico del canal, ya que al no considerarlo nos encontraremos siempre por el lado de la seguridad y su posible aparición en la obra mejoraría las condiciones de estabilidad (ver capítulo 6, Tabla 6.2). Además, en el ensayo de CD sobre la C-43 el resultado obtenido no presenta cohesión. Tabla 4.8: Resultados de los ensayos de corte directo CD drenados en muestras compactadas y en condición natural (canal Segarra-Garrigues)

Condiciones iniciales Parámetros de resistencia pico Identif. Material Figura

eo wo (%) Sr (%) φ´ (º) c´ (kPa) 0.451 13.45 80.4

0.412 12.11 79.4 C-43 Limo arcilloso compactado

Figura 4.26 y 4.27

0.427 12.15 76.8

38.5 0

0.704 10.60 40.6

0.717 12.04 45.3 C-50 Limo arcilloso en condición

natural

Figura 4.28 y 4.29

0.727 11.03 41.0

31.2 0

Tabla 4.9:. Resultados de los parámetros de resistencia al corte de los diferentes ensayos TX_CIU.

Condiciones iniciales Parámetros de resistencia Identif. Material Figura

eo wo (%) Sr (%) φ´ (º) c´ (kPa) 0.341 12.63 100 C-43 Limo arcilloso

compactado Figura 4.30 0.344 12.74 100

39.5 28

0.641 10.54 44.4 C-50 Limo arcilloso en

condición natural Figura 4.31 0.680 10.66 42.4

27.9 0

Tabla 4.10: Resultados de los ensayos de corte directo CD drenados en muestras compactadas in situ de los terraplenes de prueba de la presa del Albagés. Campillo (2003)

Condiciones iniciales Parámetros de resistencia pico Muestra Material

eo wo (%) Sr (%) φ´ (º) c´ (kPa) 0.369 10.80 77.6

0.428 11.61 71.9 4ª Capa Limo arcilloso de los terraplenes de prueba (Albagés) 0.442 10.54 63.2

32 10


58

0

100

200

300

Tens

ión

tang

enci

al, τ

(kP

a)


-1.0

-0.5

0.0

Des

plaz

amie

nto

verti

cal,

d y (m

m)

0 2 4 6 8

Desplazamiento horizontal, dx (mm)

(σv-uw):100 kPa200 kPa300 kPa

Figura 4.26: Ensayo de corte directo drenado. Limo arcilloso compactado (C-43).

0 100 200 300 400

Tensión efectiva normal, (σv-uw) (kPa)

0

100

200

300

Tens

ión

tang

enci

al, τ

(kP

a)

Envolv

ente de

rotur

a:

c' ≈ 0; φ

' =38.5

°


Figura 4.27: Ensayo de corte directo drenado. Envolvente de rotura (limo compactado).


59

0

100

200

300

Tens

ión

tang

enci

al, τ

(kP

a)

C-50: Limo en condición natural

-1.5

-1.0

-0.5

Des

plaz

amie

nto

verti

cal,

d y (m

m)

0 2 4 6 8

Desplazamiento horizontal, dx (mm)

(σv-uw):100 kPa200 kPa300 kPa

Figura 4.28: Ensayo de corte directo drenado. Limo arcilloso en condición natural (C-50).

0 100 200 300 400

Tensión efectiva normal, (σv-uw) (kPa)

0

100

200

300

Tens

ión

tang

enci

al, τ

(kP

a)

Envolvente de ro

tura:

c' ≈ 0; φ ' =31.2°


Figura 4.29: Ensayo de corte directo drenado. Envolvente de rotura. Limo en condición natural (C-50).


60

0 200 400 600 800 1000

Tensión media efectiva, p' (kPa)

0

500

1000

1500

Tens

ión

desv

iado

ra, q

(kP

a)

Envolv

ente

de ro

tura:

c' = 28

kPa;

φ ' = 39

.5°

p'o=300 kPa

p'o=400 kPa


Figura 4.30: Trayectorias tensionales y envolvente de rotura. Triaxial CIU (Limo compactado)

0 100 200 300 400

Tensión media efectiva, p' (kPa)

0

100

200

300

400

Tens

ión

desv

iado

ra, q

(kP

a)

Envolv

ente

de ro

tura:

c' = 0;

φ ' = 27

.9°

p'o=200 kPa

p'o=300 kPa


Figura 4.31: Trayectorias tensionales y envolvente de rotura. Triaxial CIU (Limo en condición natural)


61

0

100

200

300

400

Tens

ión

de c

orte

, τ (k

Pa)

0.40

0.30

0.20

0.10

0.00

Des

plaz

amie

nto

verti

cal,

dy (m

m)

0 2 4 6 8Desplazamiento horizontal, dx (mm)

σv-uw= 100 kPa

σv-uw= 300 kPa

σv-uw= 500 kPa

σv-uw= 100 kPa

σv-uw= 300 kPa

σv-uw= 500 kPa

Ensayo de corte directosaturadoMaterial Limo arcilloso

Figura 4.32: Ensayo de corte directo drenado. Limo compactado (4ª Capa del terraplén de prueba

del Albagés). Campillo (2003)

0 100 200 300 400 500 600Tensión efectiva normal, (σv - uw) (kPa)

0

100

200

300

400

Tens

ión

de c

orte

, τ (k

Pa)

C´=10 kPa

φ´= 32o

Ensayo de corte directosaturadoMaterial Limo arcilloso

Figura 4.33: Ensayo de corte directo drenado. Envolvente de rotura (limo compactado, 4ª Capa del

terraplén de prueba del Albagés). Campillo (2003)


62

4.3. Problemática de los limos arcillosos. Especificaciones de compactación La Figura 4.14 muestra el importante colapso (εv) que experimenta el limo arcilloso de fondo de valle plano al inundarse en la condición natural de baja densidad y a una tensión vertical constante de 200 kPa (εv = 11.6% el limo de la presa del Albagés; εv = 5.1% el limo del canal Segarra-Garrigues). Las condiciones iniciales se indican en la misma figura. Estos suelos, que en el caso del canal Segarra-Garrigues pueden alcanzar potencias significativas (varios metros), son potencialmente colapsables si, una vez cargados por un terraplén, experimentan un incremento de humedad. Esta elevada deformación del suelo en su condición natural durante el proceso de humedecimiento, evidencia lo inapropiado de dicho suelo. En el caso práctico del capítulo 6, evidencia que este limo arcilloso en su condición natural es inapropiado como cimiento del terraplén del canal. Por este motivo, y como se detalla en el capítulo 6 y en las conclusiones del estudio (capítulo 7), dicho material de cimiento requiere de un proceso de saneo (retirada de estos rellenos naturales y su posterior sustitución por el mismo material compactado a densidades elevadas) con la finalidad de mejorar su respuesta y minimizar los asientos frente a cambios de humedad. La Figura 4.14 también muestra una recopilación de todos los resultados de las gráficas de la Figura 4.13 en una sola, representándose la deformación de colapso en trayectorias de humedecimiento en condiciones edométricas de los limos arcillosos a diferentes tensiones verticales en estado natural y en estado compactado. Muestra claramente la mejoría que produce la compactación en relación con el colapso respecto a las muestras en condición natural. En el caso del limo arcilloso del canal, compactado a PM bajo una tensión vertical de 100 kPa, la muestra es bastante estable frente a episodios de humedecimiento, experimentando un pequeño colapso (εv = 0.17%) durante el proceso de humedecimiento partiendo de la humedad de compactación.

10 15 20

Contenido de humedad, w (%)

1.80

1.90

Den

sida

d se

ca, ρ

d (M

g/m

3 )

Limo arcilloso (C-43)

Sr= 100%80%óptimo:Sr= 87.9%

Próctor modificado

Figura 4.34: Compactación a Próctor modificado del limo arcilloso. Características de compactación en obra. De acuerdo con los resultados obtenidos en el presente capítulo y en los capítulos 5 y 6, lo más conveniente es compactar al material a una energía equivalente a la Próctor modificada, con la finalidad de limitar la deformación del material en posteriores episodios


63

de inundación. La Figura 4.34 muestra las características que se deben alcanzar en la compactación en obra, donde se recomienda que la densidad seca (ρd) del limo arcilloso compactado esté comprendida entre 1.86 y 1.94 Mg/m3 (entre ±2% del valor nominal) y con humedades entre ±1% de la humedad óptima de referencia, que siguen las líneas de igual grado de saturación.

4.4. Resumen y conclusiones de las propiedades mecánicas. El colapso máximo que se produce de los limos en condición natural de la presa de l’Albagés en el edómetro tipo Bishop (εv = 11.6%, ver Figura 4.14) es superior al producido en el edómetro con succión controlada (εv = 5.6%, ver Figura 4.17), debido a la saturación brusca por inundación que sufre el suelo en el edómetro tipo Bishop frente a la saturación gradual y por escalones que sufre el suelo en el edómetro de succión controlada. Además, el máximo colapso para el edómetro tipo Bishop se produce a tensión vertical neta (σv-ua) = 200 kPa, mientras que en el edómetro bajo succión controlada se produce a (σv-ua) = 50 kPa. Podemos apreciar en la Figura 4.17 que el colapso se produce cuando los limos en condiciones naturales se acercan a un estado próximo a la saturación; el colapso se produce para succiones (s) inferiores a 10 kPa. En la Figura 4.14 se compara la deformación de colapso en trayectorias de humedecimiento en condiciones edométricas de los limos arcillosos a diferentes tensiones verticales en condición natural y compactada. Se aprecia como la compactación reduce significativamente la deformación volumétrica durante un proceso de carga con humedecimiento. En las curvas de la Figura 4.13 se aprecia claramente como al secar una muestra compactada pasando de una humedad inicial del 13% a la humedad del 6%, produce durante las trayectorias de humedecimiento en los edómetros un aumento importante del colapso respecto a la muestra compactada y ensayada en los edómetros sin la pérdida de la humedad inicial (wo ≈13%). El Anexo 1 muestra la evolución temporal en la etapa de compresibilidad de las muestras bloque inalteradas de los limos de la presa del Albagés comparando los resultados obtenidos en laboratorio con el ajuste mediante el algoritmo de minimización de la expresión de consolidación 1-D [4.4]. Podemos destacar en las Figuras del Anexo 1 que los ajustes realizados por el algoritmo son buenos, produciéndose descensos iniciales (do) importantes, llegando a valores que superan las 800 µm (muestra C3-2A, Figura ED_8). Esto es debido a la baja densidad del material y su alto índice de poros en su condición natural y en el momento de la aplicación de los escalones de cargas. En la Figura 4.24 se representa el parámetro de compresibilidad λoed(0) de carga en rama virgen saturada, donde tiene claramente diferenciados dos rangos de valores en función de su estado de compactación, siendo λoed(0) > 0.100 para los limos en condición natural y λoed(0) < 0.050 para los limos compactados. En cambio, en la Figura 4.25 el parámetro λoed(w) de carga parcialmente saturada no tiene diferenciados los rangos de valores en función del estado de compactación. Los resultados de los parámetros de resistencia pico en condiciones drenadas (φ’ y c’) de los limos arcillosos se presentan en la Tabla 4.8, Tabla 4.9 y Tabla 4.10. Los limos compactados al 100% del PM da φ’= 39 y c’=0 - 28 kPa y los limos en condición natural y de los terraplenes de prueba da φ’= 28 - 32 y c’= 0 - 10 kPa. En el apartado 5.4 se presenta la Tabla 5.9 en la cual se resumen las propiedades mecánicas y hidráulicas de los limos arcillosos en condición natural y compactada.

4 propiedades mecánicas de los limos. ensayos edométricos y de

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