corte directo y el ensayo de triaxial en un suelo...

Tesis de Grado

CORRELACION ENTRE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN EL EN SAYO DE CORTE DIRECTO Y EL ENSAYO DE TRIAXIAL EN UN SUELO A RCILLOSO

TIPICO DE LA ZONA OCCIDENTAL DE BOGOTA

SANDRA COMETA TRUJILLO COD. 20132579059

NELSON JAVIER MENDEZ BOHORQUEZ

COD. 20132579141

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C. 2016

Tesis de Grado

CORRELACION ENTRE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN EL EN SAYO DE CORTE DIRECTO Y EL ENSAYO DE TRIAXIAL EN UN SUELO A RCILLOSO

TIPICO DE LA ZONA OCCIDENTAL DE BOGOTA

SANDRA COMETA TRUJILLO COD. 20132579059


COD. 20132570141

Proyecto de grado para optar por el título de Ingenieros civiles

Tutor: Ing. Rodolfo Felizzola Contreras

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C.

2016

Tesis de Grado

Nota de aceptación

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________ Director del Proyecto

___________________________ Jurado

Bogotá DC., ______________________________________

Tesis de Grado

AGRADECIMIENTOS

Dedicamos el desarrollo de este proyecto a nuestros familiares y amigos que de una u otra forma nos apoyaron para alcanzar esta meta que hoy nos conduce por un camino en el que alcanzaremos éxitos persónales, profesionales y laborales. Agradecemos a Dios por habernos dado la fuerza necesaria para no desfallecer y hoy culminar esta etapa. También agradecemos al Laboratorio de suelos Echeverri Ingeniería por facilitarnos la ejecución de los ensayos propuestos en este proyecto de grado y generar en nosotros la necesidad de investigación en el tema. Igualmente al ingeniero Rodolfo Felizzola Contreras, tutor y guía en esta tesis por su apoyo y direccionamiento incondicional. Finalmente extendemos nuestro agradecimiento a nuestros compañeros de carrera con quienes compartimos momentos inolvidables en este camino.

Tesis de Grado

RESUMEN

TITULO: CORRELACION ENTRE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN EL ENSAYO DE CORTE DIRECTO Y EL ENSAYO DE TRIAXIAL EN UN SUELO ARCILLOSO TIPICO DE LA ZONA OCCIDENTAL DE BOGOTA. AUTORES: SANDRA COMETA TRUJILLO


FACULTAD: INGENIERIA CIVIL- FACULTAD TECNOLOGICA PALABRAS CLAVES: Cohesión, Angulo de fricción interna, ensayo triaxial, ensayo corte directo. El propósito de esta investigación es determinar la correlación entre los resultados de los parámetros de cohesión y ángulo de fricción obtenidos en el ensayo triaxial tipo CU y CD con el fin de aplicarlo en el ensayo de corte directo CU y obtener los resultados de estos parámetros en condiciones consolidadas y drenadas y en conclusión encontrar relaciones más efectivas y prácticas que permitan asegurar un mejor resultado de los ensayos conseguidos en laboratorio y así generar mayor grado de confiabilidad al generar un resultado al cliente. Teniendo en cuenta que los todos los suelos presentan diferentes resultados se hace énfasis que la correlación hallada solo será aplicada para las muestras de suelos obtenidas en exploraciones efectuadas en la zona occidental de Bogotá. Los resultados tienen por objeto servir de base para la determinación de los parámetros de estudio y dar mayor confiabilidad a los ensayos de corte directo sin necesidad de practicar un ensayo triaxial.

Tesis de Grado

CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 17

2. PROBLEMA .............................................................................................................. 19

3. ANTECEDENTES..................................................................................................... 19

4. JUSTIFICACION ...................................................................................................... 22

5. INTERROGANTE ..................................................................................................... 22

6. OBJETIVOS DEL PROYECTO ................................................................................. 23

6.1. Objetivo General: ............................................................................................... 23

6.2. Objetivos Específicos: ....................................................................................... 23

7. MARCO DE REFERENCIA ..................................................................................... 24

7.1. Marco teórico ..................................................................................................... 24

7.1.1. Ensayo Triaxial ........................................................................................... 24

7.1.2. Cámara Triaxial .......................................................................................... 26

7.1.3. Tipos de Ensayos Triaxial ........................................................................... 29

7.1.4. Ensayo de Corte Directo ............................................................................. 30

7.1.5. Tipos de Ensayos Corte Directo ................................................................. 32

7.1.6. Criterios de Falla Mohr-Coulomb ................................................................ 33

7.1.7. Ensayo de Laboratorio Del Contenido de Agua (I.N.V. E – 122 – 13) ......... 34

7.1.8. Ensayo de Análisis Granulométrico de Suelos por Tamizado (I.N.V. E – 123 – 13) 34

7.1.9. Ensayo de Límite Plástico e Índice de Plasticidad de Suelos (I.N.V. E – 126 – 13) 35

7.1.10. Ensayo del Límite Líquido de los Suelos (I.N.V. E – 125 – 13) ................ 35

7.1.11. Ensayos de relaciones de Humedad – Masa Unitaria Seca en los Suelos (Ensayo Modificado De Compactación) (I.N.V. E – 142 – 13) ................................... 35

7.1.12. Límites de Atterberg ............................................................................... 36

Tesis de Grado

7.1.13. Esfuerzos efectivos y presión de poros ................................................... 37

7.1.14. Parámetros de presión intersticial ........................................................... 38

8. METODOLOGÍA ....................................................................................................... 39

9. LOCALIZACIÓN DE LAS MUESTRAS Y CARACTERISTICAS DEL SUELO. .......... 41

9.1. Localización de los sondeos: ............................................................................. 41

9.2. Equipo y numero de muestras: .......................................................................... 44

9.3. Perfil Estratigráfico ............................................................................................ 44

10. ENSAYOS DE LABORATORIO ............................................................................ 45

11. RESULTADOS ...................................................................................................... 53

10.1. Correlación de resultados ........................................................................... 54

12. CONCLUSIONES ................................................................................................. 71

13. BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 75

Tesis de Grado

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Panel Triaxial. Fuente propia ...................................................................... 26

Ilustración 2. Equipo de cambio de volumen. Fuente propia ............................................ 27

Ilustración 3. Prensa Triaxial. Fuente propia .................................................................... 27

Ilustración 4. Blader. Fuente propia ................................................................................. 28

Ilustración 5. Discos porosos. Fuente propia ................................................................... 28

Ilustración 6. Membrana de goma. Fuente propia ............................................................ 29

Ilustración 7. Ensayo de corte directo. Fuente propia ...................................................... 31

Ilustración 8. Representación del círculo de Mohr y envolvente de falla. Fuente Braja Das pag. 50. ........................................................................................................................... 33

Ilustración 9. Carta de Plasticidad. Fuente Braja Das septima edicion. Pag. 20 ............... 36

Ilustración 10. Estados del suelo. Fuente: elaboración propia.......................................... 37

Ilustración 11. Muestra sometida a carga axial para inducción de los parámetros de presión intersticial. Fuente: BERRY, Peter L. y REID, David. Mecánica de Suelos. p. 198. ........................................................................................................................................ 38

Ilustración 12. Planta general del trazado de la línea del metro para Bogotá. Resaltado el tramo I para el presente estudio. Fuente: Geotecnia metro de Bogota, Instituto de Desarrollo Urbano. ........................................................................................................... 41

Ilustración 13. Localización sondeos. Fuente Google Earth. ............................................ 43

Ilustración 14. Estratigrafía zona de estudio. Fuente Instituto de Desarrollo Urbano. ....... 45

Tesis de Grado

ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS

Fotografía 1. Equipo de exploración muestras. Fuente Laboratorio de suelos Echeverry Ingeniería......................................................................................................................... 44

Fotografía 2. Ensayo de velocidad de pulso ultrasónico. Fuente propia. ......................... 46

Fotografía 3. Tallado de muestra en anillo de corte y adecuación en cámara. Fuente propia. ............................................................................................................................. 47

Fotografía 4. Inundación de cámara y aplicación de carga normal para el proceso de consolidación. Fuente propia. .......................................................................................... 48

Fotografía 5. Etapa de corte y falla del espécimen una vez finalizado el ensayo. Fuente propia. ............................................................................................................................. 48

Fotografía 6. Montaje especimen y recubrimiento con membrana. Fuente propia .......... 49

Fotografía 7. Montaje especimen y recubrimiento con membrana. Fuente propia .......... 50

Fotografía 8. Espécimen en cámara en etapa de consolidación y equipo para registro de datos de cambio de volumen durante la consolidación del espécimen. Fuente propia. .... 51

Fotografía 9. Montaje de la cámara en el marco de carga para la fase de corte. Fuente Propia .............................................................................................................................. 52

Fotografía 10. Aplicación de carga axial a la muestra y falla transversal de la muestra al finalizar el ensayo. Fuente propia. ................................................................................... 52

Tesis de Grado

ÍNDICE DE GRAFICAS

Grafica 1. Cohesión triaxial vs. Cohesión corte directo .................................................... 54

Grafica 2. Angulo de fricción triaxial vs. Angulo de fricción corte directo .......................... 55

Grafica 3. Cohesión triaxial vs. Pasa 200 ........................................................................ 56

Grafica 4. Angulo de fricción triaxial vs. Pasa 200 ........................................................... 57

Grafica 5. Cohesión triaxial vs. Limite líquido ................................................................... 58

Grafica 6. Angulo de fricción triaxial vs. Limite líquido...................................................... 59

Grafica 7. Cohesión triaxial vs. Índice de plasticidad ....................................................... 60

Grafica 8. Angulo de fricción triaxial vs. Índice de plasticidad .......................................... 61

Grafica 9. Cohesión triaxial vs. Densidad ........................................................................ 62

Grafica 10. Angulo de fricción triaxial vs Densidad .......................................................... 63

Grafica 11. Cohesión triaxial vs. Humedad natural .......................................................... 64

Grafica 12. Angulo de fricción triaxial vs humedad natural ............................................... 65

Grafica 13. Cohesión triaxial vs. Compresión inconfinada ............................................... 66

Grafica 14. Angulo de fricción triaxial vs compresión inconfinada .................................... 67

Grafica 15. Cohesión triaxial vs. Ultrasonido .................................................................... 68

Grafica 16. Angulo de fricción triaxial vs ultrasonido ........................................................ 69

Grafica 17. Inconfinada vs. Ultrasonido ........................................................................... 70

Grafica 18. Circulos de Mohr y envolvente de falla. ......................................................... 71

Tesis de Grado

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Símbolos utilizados ............................................................................................ 16

Tabla 2. Ensayos realizados. Fuente propia. ................................................................... 40

Tabla 3. Muestras de arcillas base del proyecto.Fuente Propia ....................................... 42

Tabla 4. Resumen de resultados. Fuente Propia ............................................................. 53

Tabla 5. Resumen correlaciones cohesión ...................................................................... 72

Tabla 6. Resumen correlaciones ángulo de fricción. ........................................................ 73

Tabla 7. Resumen correlación Ultrasonido ...................................................................... 74

Tesis de Grado

GLOSARIO

Suelo: es el sistema de tres fases formado por partículas sólidas, agua y gases o sedimentos no consolidados, que provienen de la alteración mecánica y/o física y/o química de las rocas. Distribución granulométrica: clasificación de los granos gruesos del suelo mediante el análisis de pasa tamices de mallas. Muestras alteradas: se le denomina a las muestras de suelo que al ser recolectadas pierden sus condiciones iniciales y al momento de su estudio no son 100% puras. Muestras inalteradas: son muestras de suelos que se obtienen por métodos que permiten preserva las condiciones iniciales y su estructura, de ello depende la confiabilidad de cualquier ensayo. Arcilla: Partículas de suelo que al hacer la clasificación granulométrica pasan el tamiz estándar número 200 y que se muestra como un material plástico al ser mezclado con agua. Cohesión: Se refiere a la adherencia o atracción de las partículas del suelo debido a la carga eléctrica que presentan las partículas. Índice de plasticidad: Es la diferencia numérica que existe entre el límite líquido y el límite plástico, e indica el margen de humedades dentro del cual se encuentra en estado plástico tal como lo definen los ensayos. Plasticidad: Indica el intervalo de humedad o magnitud de consistencia plástica que posee el suelo. A este fenómeno se debe que los suelos de puedan deformarse hasta determinado límite sin romperse. Envolvente de falla: es la línea curva que se representa en el círculo de Morh y que representa la resistencia al cortante en suelos en la gráfica del ensayo triaxial. Ángulo de fricción interna : Se refiere al ángulo que forma la envolvente de falla (gráfica del ensayo triaxial o línea de tendencia en el de corte directo) debido a la resistencia al deslizamiento causado por la fricción de las partículas. Esfuerzo efectivo: se refiere a la componente vertical de las fuerzas sobre un área de sección transversal unitaria y la diferencia que se genera con la presión de poros de los vacíos del suelo.

Tesis de Grado

Ensayos en CD: Cuando las muestras son consolidadas y la carga aplicada le permite drenarse. Ensayos CU: se le impide a la muestra drenarse. Consolidación: es el asentamiento que se genera durante determinado periodo de tiempo medido en el incremento gradual en el esfuerzo efectivo. Consolidación anisotrópica: se refiere al fenómeno cuando la consolidación se genera en la muestra por la presión de la celda y la contrapresión. Consolidación isotrópica: se refiere al fenómeno cuando la consolidación se genera en la muestra solamente por la presión de la celda. Contrapresión: Es la presión entre la parte inferior y superior de una cámara que implica el incremento de la presión intersticial a través de la conexión en la base.

Tabla 1. Símbolos utilizados Símbolo Definición Unidad ῳ Contenido de Humedad Natural % LL Contenido de agua en el límite líquido % LP Contenido de agua en el límite plástico % IP Índice de plasticidad % SUCS Sistema Unificado de clasificación de suelos - ρ Densidad g/cm3 CT Cohesión obtenida en el ensayo triaxial Kg/cm2 Cc Cohesión obtenida en el ensayo corte directo Kg/cm2 Φ Angulo de fricción º qu Resistencia a la compresión inconfinada Kg/cm2 U Ultrasonido m/s

Tesis de Grado

1. INTRODUCCIÓN

La zona occidental de la ciudad de Bogotá se encuentra construida sobre un gran deposito de suelos predominantemente arcillosos que generalmente presentan problemas para la ejecución de proyectos civiles debido a sus propiedades mecánicas de resistencia, lo cual obliga al especialista a realizar múltiples ensayos de laboratorio que permitan conocer las características de los suelos sobre los cuales se construirá una obra civil con el fin de mitigar futuros desastres en los que se puedan ver comprometidas vidas humanas. Generalmente es mínima la caracterización que se hace a los materiales en laboratorio y la gran mayoría de estudios de suelos que se generan para proyectos en la ciudad de Bogotá no logran establecer resultados confiables, que posteriormente permitan evaluar el comportamiento de las cimentaciones a en cuanto a la capacidad portante que el suelo puede llegar a ofrecer. El ensayo de corte triaxial es elemental ya que determina la cohesión existente entre las partículas que conforman el suelo así como su ángulo de fricción interno, parámetros esenciales en los modelos de diseño de cimentaciones. Cabe anotar que estos parámetros también son determinados por el ensayo de corte directo, sin embargo en el ensayo triaxial es posible determinar la presión de poros que sufre el suelo durante el ensayo, por lo que se considera que los resultados obtenidos en el ensayo triaxial son más cercanos a los reales. El trabajo consistirá en realizar los ensayos a la muestra de suelo escogida determinando su clasificación con base en las características granulométricas, de humedad natural, peso unitario, límites de consistencia y resistencia mediante el ensayo de compresión inconfinada, luego realizar los ensayos de triaxial tipo CU y corte directo tipo CU a las muestras de suelo, con el fin de determinar la correlación de los resultados de acuerdo a las condiciones de ensayo (CU) y por ultimo determinar el resultado de los ensayos de esta investigación y así mismo establecer los parámetros que se podrán usar en ese tipo de suelos para garantizar un mejor resultado de los ensayos que normalmente se usan. Se sabe que ambos ensayos son considerablemente reconocidos y usados para la toma de decisiones en los diseños en cuanto se refiere a la ingeniería civil, por lo cual, sabemos que conocer las diferencias, usos, ventajas y desventajas nos permitirá a todos los ingenieros saber cuál ensayo utilizar dependiendo de nuestras necesidades y de esta manera siempre obtener los mejores parámetros en nuestros proyectos e incluso los más reales.

Tesis de Grado

En conclusión, este proyecto pretende técnicamente correlacionar los ensayos de corte directo con el ensayo de triaxial y hallar parámetros que nos permitan ir de un ensayo al otro sin necesidad de realizar ambos ensayos a la misma muestra de suelo, con el objeto de servir de base para la determinación de los parámetros de estudio y dar mayor confiabilidad a los ensayos de corte directo sin necesidad de practicar un ensayo triaxial.

Tesis de Grado

2. PROBLEMA

2.1. Contexto y caracterización del problema Los ensayos de corte directo y triaxial efectuados en muestras de suelo, arrojan resultados de cohesión y ángulo de fricción de acuerdo al tipo de ensayo efectuado (consolidado drenado, no consolidado no drenado o no consolidado y no drenado), estos valores son de suma importancia para los modelos que los especialistas utilizan en los diseños de cimentaciones por ejemplo. Es un hecho que los resultados obtenidos en el ensayo de triaxial son mucho más confiables para obtener estos valores, sin embargo el costo de estos ensayos es bastante elevado debido al equipo y condiciones necesarias para ejecutarlo. Por esta razón, muchos especialistas elijen el ensayo de corte directo por su bajo costo en relación con el ensayo de triaxial, teniendo en cuenta que los resultados son menos confiables. Los valores de cohesión y ángulo de fricción obtenidos del ensayo de triaxial en condiciones consolidadas no drenadas (CU) se pueden correlacionar con una muestra ejecutada en condiciones consolidadas y drenadas (CD) gracias a que este ensayo permite tener en cuenta la presión de poros en la muestra durante el ensayo, condición que no se puede realizar en el ensayo de corte directo, por tal razón un ensayo de corte directo en condiciones CU no nos permite obtener los valores de cohesión y ángulo de fricción en condiciones CD que finalmente son los datos necesarios para los especialistas.

3. ANTECEDENTES

Se le atribuye al físico e ingeniero francés C. A. Coulomb, haber realizado la primera investigación orientada al estudio de la resistencia de los suelos. Entre sus hallazgos esta en deducir que el corte de los suelos está directamente relacionado con el coeficiente de fricción entre las partículas. En su investigación Coulomb encontró que en primer lugar los suelos fallan por esfuerzo cortante a lo largo de un plano de deslizamiento, esto basado en la teoría de la mecánica en donde se sabe que sobre un cuerpo actúa una fuerza normal y si es deslizado sobre una superficie con rugosidad sobre el cuerpo actúa una fuerza en contra proporcional a la fuerza aplicada para el deslizamiento. En este caso tuvo que encontrar el coeficiente de fricción entre las superficies de contacto.

Tesis de Grado

Automáticamente encontró la ley de la resistencia sobre la cual rige que se produce la falla cuando el esfuerzo cortante alcanza su máximo valor, y la constante de proporcionalidad la definió en términos del ángulo de fricción interna del material.1 En el caso particular de las arcillas presentan resistencia al esfuerzo cortante incluso en situaciones en que el esfuerzo normal exterior es nulo; a los materiales con estas características Coulomb les estableció otro principio de resistencia al corte al cual designó como cohesión y determino también una constante para esos materiales. Los materiales que presentan características mixtas, ósea, cohesión y fricción interna están determinados en la ley de Coulomb, y llamó estos suelos intermedios o cohesivos y friccionantes. La denominada ley de Coulomb fue la base de muchas otras teorías y métodos de estudio en cuantos a terraplenes, presas en tierra, análisis de estabilidad de taludes, etc. Luego durante el uso de esta ecuación experimental aparece Terzaghi, quien baso sus investigaciones en la teoría de Coulomb y realizo importantes observaciones sobre deducciones experimentales sobre la presión normal, determinado que debía sustituirse esta presión por la presión interna granular que se encuentra en el cociente entre la fuerza que soporta la estructura del suelo y el área total de la masa del suelo, así la presión que se permite interviene con los fenómenos de resistencia al esfuerzo cortante, en otras palabras, la presión efectiva no es la total sino la intergranular. En la actualidad es habitual suponer que las definiciones de la presión efectiva y la presión intergranular son lo mismo al ser empleados a presiones.2 La ecuación de Terzaghi tuvo en cuenta la importante influencia del agua contenida en el suelo y que este valor no depende solamente de las condiciones descarga sino que además la velocidad de aplicación de ella, lo que llevó a diferenciar el valor de la resistencia lenta de la rápida. Luego, Hvorslev descubrió que el valor de la cohesión de las arcillas saturadas no representaba una constante, y que lo ocurrió era que estas estaban en función de su contenido de agua.3

1 Carlos Crespo. Mecánica de suelos y cimentaciones. Ed. Limusa. 2 Karl Terzaghi y Ralph B. Peck. Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica. 2da Ed 3 Jorge E. Alva Hurtado. Diseño de Cimentaciones. Ed. ICG

Tesis de Grado

El descubrimiento más reciente sobre el tema establece que entre las arcillas hay una distinción entre las normalmente consolidadas y las preconsolidadas, para cada una de ellas se deben aplicar una ecuación distinta. A comienzos de los siglos XVII y XVIII se retomó el tema de las cimentaciones a través del estudio del empuje de tierras y el pionero en el tema fue el ingeniero militar francés Marquis Sebastian le Prestre de Vauban (1633-1707) y detrás Charles Augustin Coulomb (1736-1806) también ingeniero militar francés, a quien se le atribuye el desarrollo en la investigación que lleva al cálculo de la estabilidad de muros de retención de tierras.4 En los años 1900 y 1925 se consolida el estudio de la mecánica de suelos y en el desarrollo de estas investigaciones hicieron las mayores contribuciones los ingenieros de la Comisión Sueca de Geotecnia de los ferrocarriles suecos. Del desarrollo de estos estudios y posteriores investigaciones surgieron las teorías y métodos que conocemos hoy en día.5 Actualmente la geotecnia abarca aspectos relevantes de la hidráulica y mecánica de suelos, pero para poder resolver diversos problemas de cimentaciones se deben tener criterios de ambas ramas, no existe una metodología que establezca una única condición para la solución de estos. Los ingenieros civiles deben ser integrales en los conocimientos de ambas ramas con el fin de generar resultados más óptimos en el análisis y pruebas que ejecuta. Debe usar todas las herramientas que tiene a su alcance con el fin de generar el estudio más completo. En cuanto a correlaciones obtenidas en trabajos de referencia existen a nivel mundial correlaciones para los índices de compresión Cc e índice de expansión Cs publicada por: Terzaghi y Peck para el material de arcilla de Chicago, Skempton para arcilla de Londres, Cozzolino para arcilla de Sao Pablo, Marsal y Mazari para arcilla de México, Azzouz, Krizek y Corotis (1976) para arcilla de Chicago.6 A nivel local para las arcillas de Bogotá se han realizado innumerables estudios y en los trabajos destacados encontramos al Ing. Julio Moya quien presentó correlaciones entre Cc y la humedad natural y el límite líquido del suelo. Además otras correlaciones han sido obtenidas a partir de estudios desarrolladas por la Universidad de Los Andes, Javeriana e Ingeominas, entre otros.

4 Karl Terzaghi y Ralph B. Peck. Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica. 2da Ed 5 http://blog-m-suelos.blogspot.com.co/2006/09/mecanica-de-suelos.html y http://geotecnia-sor.blogspot.com.co/2010/12/historia-de-la-geotecnia-01.html 6 Tomado y traducido de An Introduction to Geotechnical Engineering, Second Edition: Robert D. Holtz, William D. Kovacs, Thomas C. Sheahan.

Tesis de Grado

Entre las correlaciones mencionadas no encontramos ninguna que implique el ensayo de corte directo con el ensayo de corte triaxial, de allí que propongamos hallar este correlación en el presente trabajo.

4. JUSTIFICACION El propósito de esta investigación es determinar la correlación entre los resultados de los parámetros de cohesión y ángulo de fricción obtenidos en el ensayo de triaxial tipo CU y el ensayo de corte directo con el fin de obtener los resultados de estos parámetros en condiciones consolidadas y drenadas con el fin de obtener relaciones más efectivas y prácticas que permitan asegurar un mejor resultado de los ensayos obtenidos en laboratorio y así dar un mayor grado de confiabilidad al generar un resultado al cliente. Teniendo en cuenta que los todos los suelos presentan diferentes resultados se hace énfasis que la correlación hallada solo será aplicada para las muestras de suelos obtenidas en exploraciones efectuadas en la zona occidental de Bogotá. Adicionalmente se pretende correlacionar cada uno de los ensayos efectuados con los parámetros obtenidos en el ensayo triaxial (cohesión y ángulo de fricción) y así determinar cuál de estos ensayos ofrecen un panorama lo suficientemente confiable para establecer un aproximado de las propiedades de cohesión y ángulo de fricción por medio de otros ensayos.

5. INTERROGANTE ¿Es técnicamente factible correlacionar los ensayos de corte directo con el ensayo triaxial y hallar expresiones que permitan obtener los parámetros de cohesión y ángulo de fricción con los resultados de otros ensayos?

Tesis de Grado

6. OBJETIVOS DEL PROYECTO

6.1. Objetivo General:

El objetivo de éste trabajo es establecer la correlación entre los resultados de los parámetros de cohesión y ángulo de fricción obtenidos en el ensayo de triaxial tipo CU con el fin de aplicarlo en el ensayo de corte directo CU y obtener los resultados de los parámetros mencionados en condiciones consolidadas y drenadas. 6.2. Objetivos Específicos:

� Compilar y recopilar información existente de los ensayos de corte directo y

triaxial para suelos típicos de la sabana de Bogotá mediante el muestreo con perforaciones de hasta 50 metros de profundidad.

� Realizar los ensayos de clasificación de 1 tipo de suelo encontrado en las exploraciones y así determinar su clasificación con base en las características granulométricas, de humedad natural, peso unitario, límites de consistencia y resistencia mediante el ensayo de compresión inconfinada.

� Realizar los ensayos de triaxial tipo CU y corte directo tipo CU a las muestras de suelo, con el fin de determinar la correlación de los resultados de acuerdo a las condiciones de ensayo (CU y CD)

� A la muestra de suelo obtenida se le efectuaran 15 de cada uno de los ensayos mencionados con el fin de obtener una nube de datos suficiente para realizar un análisis estadístico.

� Efectuar el ensayo de ultrasonido en las muestras de suelo para encontrar la velocidad sónica y establecer un patrón de comportamiento entre la velocidad encontrada y la resistencia obtenida en el ensayo de compresión inconfinada

� Realizar y comparar las gráficas donde se evidencian los resultados encontrados en cada uno de los ensayos realizados y establecer correlaciones entre ellos.

Tesis de Grado

7. MARCO DE REFERENCIA

7.1. Marco teórico

El suelo es un material que se define por la capacidad de soporte que este aporta a las cimentaciones en donde el esfuerzo cortante es el aspecto más relevante que generalmente se usa para evaluar las diferentes actividades que se van a ejecutar en la ingeniería civil, por lo tanto, ninguna prueba u ensayo será suficiente para determinar el comportamiento esfuerzo-deformación que un suelo aporta al estudiar los aspectos más importantes de su comportamiento, es por ello, que tener la posibilidad de que un ensayo o una correlación me genere la comprobación de los datos obtenidos determinara una mejor realidad de los datos obtenidos. La capacidad de soporte de los suelos me define qué tipo de cimentación se deberá llevar a cabo, que tipo de muros se deberán ejecutar, que tipo de taludes se estabilizaran, que tipo de diseños en general convendrán contemplar, y así para cada uno de los campos que se abarcan en la ejecución de proyectos civiles. El esfuerzo cortante de un suelo se define como la resistencia última o máxima que este ofrece por área unitaria para resistir la falla al deslizamiento a lo largo de cualquier plano internamente.7 Existen diversos ensayos para determinar el esfuerzo cortante entre los cuales encontramos el ensayo de penetración estándar - SPT (ASTM D 1586), ensayo de la resistencia a la compresión uniaxial (ASTM D 2166), ensayo de corte directo (ASTM D3080 y ASTM D 6528) y los ensayos de compresión triaxial (ASTM D 4767 y ASTM D 2850). El ensayo Triaxial establece el procedimiento más confiable en el estudio de las propiedades esfuerzo-deformación de los suelos. Con este ensayo es viable conseguir gran variedad de datos de estudio. 7.1.1. Ensayo Triaxial El ensayo consiste en una muestra cilíndrica de la muestra de suelo a estudiar dentro de un revestimiento de caucho o látex. Luego esta será sometida a una presión de confinamiento por todas sus caras dentro de una cámara de confinamiento especial, posteriormente se va incrementando el esfuerzo axial

7 Braja M. Das. Fundamentos de ingeniería de cimentaciones. Séptima Ed.

Tesis de Grado

hasta que se produzca la falla de la muestra. En la muestra no existen esfuerzos tangenciales sobre las caras, por lo tanto, el esfuerzo axial y la presión de confinamiento, son los esfuerzos más importantes. El incremento del esfuerzo axial que se genera se conoce como el esfuerzo desviador. Este es un ensayo costoso y complejo, debido a que la aplicación de la presión se hace de manera lenta. Los resultados obtenidos en este ensayo son los más asertivos en el esfuerzo cortante que sufre una masa de suelo al ser cargada. Por lo general, se realizan para el ensayo 3 pruebas con presiones laterales diferentes y los datos obtenidos se grafican generando 3 círculos de Mohr que representan los esfuerzos de la falla de cada muestra y luego se traza una línea tangente que representa la envolvente de falla la cual determina los parámetros del suelo. Obedeciendo al tipo de suelo y las condiciones en que este trabajara, las opciones para efectuar el ensayo serán Consolidado no Drenado (CU), no Consolidado no Drenado (UU) o Consolidado Drenado (CD).8 Variables del ensayo triaxial: Los resultados obtenidos del ensayo triaxial obedecen a la manera como se realice el ensayo y al equipo con el que se trabajara, y dependiendo de eso se logran los siguientes resultados:

� El ángulo de fricción y la cohesión máxima en la envolvente de falla. � La presión de poros al corte en el ensayo no drenado. � El cambio de volumen al corte en el ensayo drenado. � Calculo de las tensiones totales y efectivas. � Medición de la carga axial y deformación axial. � Las características de consolidación. � Las diferentes presiones de confinamiento con las cuales se hay la

permeabilidad en esos instantes. Este ensayo determina la relación entre la fuerza y el esfuerzo de tensión de una muestra ya sea inalterada o remoldeada en suelos cohesivos saturados. Las muestras son consolidadas isotrópicamente y cortadas en compresión sin drenaje a una velocidad constante de deformación axial y controlada.

8 Braja M. Das. Fundamentos de ingeniería de cimentaciones. Séptima Ed.

Tesis de Grado

7.1.2. Cámara Triaxial

Para llevar a cabo el ensayo triaxial se requiere un aparato denominado cámara triaxial. Es un mecanismo totalmente desmontable y para la ejecución del ensayo se comienza a montar o armar a partir de la base. El aparato consiste en un sistema conformado por tres válvulas y reguladores mediante los cuales se administra el flujo de aire y agua desaireada entre los equipos con los cuales de desarrolla el ensayo. (Ver Ilustración 1.).9

Ilustración 1 . Panel Triaxial. Fuente propia El aparato además tiene un equipo que mide de cambio de volumen ; este consiste en un dispositivo de precisión que tiene un pistón el cual está conectado a un transductor de desplazamiento en el que indica el cambio de volumen del agua generando datos que permiten medir la saturación y los cambios de volumen mayores a 100 CC. (Ver Ilustración 2.).10

9 Tomado de artículo Oscar Valerio Salas. Ensayos triaxiales para suelos. Revista métodos y materiales Universidad de Costa Rica. 10 Tomado de artículo Oscar Valerio Salas. Ensayos triaxiales para suelos. Revista métodos y materiales Universidad de Costa Rica.

Tesis de Grado

Ilustración 2. Equipo de cambio de volumen. Fuente propia Otra parte fundamental del aparato es la prensa triaxial ; consiste en un marco de dos columnas con una viga transversal móvil y una base que contiene la unidad de empuje mecánico. (Ver Ilustración 3.). La fuerza de la carga es representada por un motor y a su vez este es manejado y controlado por un microprocesador, con el cual, es posible predeterminar el desplazamiento del empuje y mantenerlo constante durante el ensayo. Cualquiera que sea la fuerza de resistencia en este dispositivo, este debe ser capaz de medir las presiones o vacíos parciales a las tolerancias dadas.11 Durante el ensayo en condiciones de corte no drenado, la presión de poros es medida de modo que al agua se le permita ir dentro o fuera de la muestra en mínimas cantidades, para ello, el aparato cuenta con el transductor electrónico de presión.

Ilustración 3. Prensa Triaxial. Fuente propia

11 Tomado de artículo Oscar Valerio Salas. Ensayos triaxiales para suelos. Revista métodos y materiales Universidad de Costa Rica

Tesis de Grado

La dirección y la velocidad de carga que se aplicara a la muestra se configuran en el panel frontal a través de controles localizados. Luego encontramos el Blader que es una cámara compuesta por un cilindro de bandas de plexiglass y una membrana de hule fijada a la placa inferior mediante un collar plástico y que trabaja como interface aire/agua (Ver Ilustración 4.).12 El blader es el encargado de transferir la presión del aire al agua, de forma inmediata, evitando que el aire comience a disolverse. La presión máxima de funcionamiento del blader es de 1000 kPa.

Ilustración 4 . Blader. Fuente propia Para poder llevar a cabo el ensayo, la muestra se debe montar sobre discos porosos rígidos que proporcionan drenaje en los extremos de la muestra. El coeficiente de permeabilidad de los discos es aproximadamente igual al de la arena fina. (Ver Ilustración 5.).

Ilustración 5. Discos porosos. Fuente propia

12 Tomado de artículo Oscar Valerio Salas. Ensayos triaxiales para suelos. Revista métodos y materiales Universidad de Costa Rica

Tesis de Grado

Después de preparar la muestra esta debe ser envuelta en una membrana de goma que se encarga de proteger el espécimen de fugas para brindar la conservación máxima de la muestra. La membrana se sella a la base y tapa de la muestra, con aros de goma. (Ver Ilustración 6.).13

Ilustración 6. Membrana de goma. Fuente propia

7.1.3. Tipos de Ensayos Triaxial

Ensayo No consolidado – No drenado (UU)

En este ensayo no se permite consolidar la muestra de material, esta se debe encontrar en su estado de esfuerzo inicial y no se debe drenar durante el corte. La condición de UU se utiliza para calcular la resistencia cortante del suelo cuando la carga será apropiada para advertir cualquier drenaje significativo y cambio en el contenido de humedad, que ocurran antes que el suelo falle.14

13 Tomado de artículo Oscar Valerio Salas. Ensayos triaxiales para suelos. Revista métodos y materiales Universidad de Costa Rica 14 Braja M. Das. Fundamentos de ingeniería de cimentaciones. Séptima Ed.

Tesis de Grado

Ensayo Consolidado – Drenado (CD) En este ensayo se consolida inicialmente la muestra bajo un estado de esfuerzo inicial. Luego se comienza a aplicar el esfuerzo axial muy lentamente para que las presiones de poros forjadas logren tener tiempo de disiparse. La carga axial se aplica en intervalos de incrementos pequeños manteniendo estos hasta que las presiones de poros se hayan disipado antes de aplicar el siguiente incremento. Este procedimiento de ensayo se maneja cuando el suelo en el campo drena comparativamente rápido durante la aplicación de cargas de construcción o cuando el suelo tiene tiempo bastante para drenar bajo la carga empleada y la resistencia cortante se establecerán cuando la disipación de la presión de poros y el drenaje en el campo hayan pasado. Los ensayos del tipo drenado son habitualmente elegidos para ensayos tradicionales debido a la manera de su procedimiento. La velocidad de estos ensayos debe evitar que las variaciones en la presión de poros existan o generarlas de manera despreciable. Ensayo Consolidado-no drenado (CU) Este ensayo se lleva a cabo después de que la muestra se haya consolidado con la válvula de drenaje abierta bajo una presión de cámara constante. Para esto se necesita un aparato que no indique en que momento ha terminado el cambio de volumen de la muestra y han desaparecido los poros indicando que la consolidación ha terminado.15 Cuando se ha completado la fase de consolidación se cierra las válvulas y se le aplica es esfuerzo a la muestra hasta que falle. 7.1.4. Ensayo de Corte Directo El ensayo más típico para determinar la resistencia de una muestra de suelo sometida a deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga es el de corte directo, este consiste en una caja de sección cuadrada o circular fraccionada horizontalmente en dos mitades. Dentro de ella se coloca la muestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos, se aplica una carga vertical de confinamiento y luego una carga horizontal progresiva que origina el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando el corte. (Ver Ilustración 7.).16

15 Braja M. Das. Fundamentos de ingeniería de cimentaciones. Séptima Ed. 16 Bowles Joseph E. Foundation analysis and design .4th Edition.

Tesis de Grado

El ensayo de corte directo en comparación con el ensayo triaxial es más restringido, debido a que la consolidación y el drenaje de la muestra no pueden ser controlados. El aparato de corte directo generalmente se limita a ensayos bajo condiciones consolidado-drenado (CD). Cuando se hace referencia de si un suelo es consolidado, no-consolidado, drenado y no drenado, quiere decir que el suelo tiene permitido consolidar y drenar en el campo, bajo las condiciones de carga que pueden causar la falla. En general todos los suelos han sido consolidados bajo algún esfuerzo en el algún tiempo de su vida, lo cual nos lleva a considerar que los suelos no-consolidado y no-drenado no aplican si tenemos en cuenta este criterio. En general lo que se hace con los ensayos de laboratorio es simular las cargas que muy posiblemente les serán aplicadas en campo. En cuanto a la resistencia de los suelos existen ensayos apropiados según el tipo de suelo, ya sean arcillas, suelos granulares, para cada uno de ellos se deben tratar las características particulares y las condiciones a las que son sometidos son diferentes, por ejemplo, las velocidades de consolidaciones de suelos arcillosos son más lentas entre otras.

Ilustración 7 . Ensayo de corte directo. Fuente propia

Tesis de Grado

7.1.5. Tipos de Ensayos Corte Directo Ensayo No consolidado – No drenado (UU) El corte se inicia antes de consolidar la muestra bajo la carga normal. Si el suelo es cohesivo y saturado se desarrollará exceso de presión de poros. Este ensayo es análogo al ensayo triaxial no consolidado – drenado. Ensayo Consolidado – Drenado (CD) Se aplica la fuerza normal lentamente para que se genere el corte y a su vez se vaya desarrollado todo el asentamiento. La fuerza cortante se genera tan lento como sea posible para evitar el desarrollo de presiones de poros en la muestra. Este ensayo es análogo al ensayo triaxial consolidado – drenado. Ensayo Consolidado-no drenado (CU ) Se aplica la fuerza normal y se observa el movimiento vertical del deformímetro hasta que pare el asentamiento antes de aplicar fuerza cortante. Este ensayo puede situarse entre los ensayos triaxiales consolidado – no drenado y consolidado – drenado. Para muestras de suelos no cohesivos, estos tres ensayos dan el mismo resultado, esté la muestra saturada o no, ya que la aplicación del corte se hace de manera lenta. Para muestras de suelos cohesivos, los parámetros son influenciados por el método de ensayo y por el grado de saturación, además se debe tener en cuenta si la muestra esta normalmente consolidada o sobre consolidada. Por lo general, se logra para suelos sobre consolidados dos parámetros de resistencia; un parámetro para ensayos con cargas inferiores a la presión de pre consolidación y un parámetro para cargas normales mayores que la presión de pre consolidación. De allí, que si obtiene un esfuerzo de pre consolidación en un suelo cohesivo es aconsejable hacer seis o más ensayos para garantizar la obtención de los parámetros adecuados de resistencia al corte.17

17 Bowles Joseph E. “Foundation analysis and design” 4th Edition.

Tesis de Grado

7.1.6. Criterios de Falla Mohr-Coulomb

Teóricamente los esfuerzos en un punto pueden ser representados en unas coordenadas τ – σ, que al ser dibujadas nos muestran lo que se conoce como el circulo de Mohr (Ver Ilustración 8.). Esta es la representación de la teoría sobre la ruptura de los materiales en la cual se dice que un material falla debido a una combinación crítica del esfuerzo cortante y del esfuerzo normal y no necesariamente por el esfuerzo máximo cortante.18

En este círculo se definen los valores de σ máximo (σ1) y σ mínimo (σ3) que son los mismos esfuerzos principales. El esfuerzo σ1 es vertical en la parte superior de la falla y horizontal en la parte inferior, siempre debe tenerse en cuenta la dirección del esfuerzo. Envolvente de falla Partiendo del círculo de Mohr se puede representar la resistencia al cortante por medio de la envolvente de falla Mohr–Coulomb, la cual equivale a la combinación crítica de esfuerzos que se han alcanzado. Es súper importante conocer que los esfuerzos por encima de la envolvente de falla no pueden existir.

Ilustración 8. Representación del círculo de Mohr y envolvente de falla. Fuente Braja Das pag. 50.

Generalmente para encontrar la envolvente de falla se traza una recta aproximada dentro de un rango seleccionado de esfuerzos (Ver Ilustración 8.).19

18 Braja M. Das. Fundamentos de ingeniería de cimentaciones. Séptima Ed. 19 Braja M. Das. Fundamentos de ingeniería de cimentaciones. Séptima Ed.

Tesis de Grado

La mayoría de suelos generan la envolvente de falla para niveles de esfuerzos pequeños como una curva y no recta en el caso de que se utilizasen todos los resultados en el análisis. Sin embargo, los ensayos normales de resistencia al cortante no se realizan con suficientes puntos para determinar las características de la curva en el rango de esfuerzos bajos. El esfuerzo de compresión se toma como positivo, ya que los suelos normalmente no son de tracción y si de compresión. Para este caso aplica que los esfuerzos cortantes que tienden a causar rotación en sentido antihorario se definen como positivos. 7.1.7. Ensayo de Laboratorio Del Contenido de Agua (I.N.V. E – 122 – 13)

Este ensayo determina el contenido de agua por masa de suelo, roca y mezclas de suelo.

El procedimiento consiste en determinar el tamaño máximo nominal, se debe pesar la muestra y el peso del recipiente, se deben registrar los pesos por aparte, luego se toma la muestra y se lleva al horno hasta conseguir que el peso de muestra registre masa constante y se registra el resultado obteniendo el porcentaje de humedad.20

7.1.8. Ensayo de Análisis Granulométrico de Suelos por Tam izado (I.N.V. E – 123 – 13)

Este ensayo determina de forma cuantitativa el tamaño de las partículas del suelo contenido en cada uno de los tamices definidos en la norma y nos sirve para clasificar el suelo de acuerdo a la distribución granulométrica de las partículas que conforman la muestra de suelo que se esté estudiando.

El procedimiento consiste en acomodar los tamices de forma descendente dejando arriba el de mayor abertura y dejar pasar las partículas hasta llegar al de menor abertura para después pesar el suelo retenido en cada tamiz y con estos datos se genera una gráfica que muestra la distribución de los tamaños y el % que pasa y es llamada la curva granulométrica.21

20 Norma de ensayo INV E–122 –13. Determinación en laboratorio del contenido de agua 21 Norma de ensayo INV E–123–13. Análisis granulométrico de suelos por tamizado

Tesis de Grado

7.1.9. Ensayo de Límite Plástico e Índice de Plasti cidad de Suelos (I.N.V. E – 126 – 13)

Este ensayo determina el contenido de humedad de la muestra y nos dice si se comporta como un material plástico o no. El procedimiento consiste en presionar una porción de la muestra de suelo con un cierto porcentaje de humedad hasta que se puedan formar rollos de 3,2 mm (1/8”) de diámetro. La humedad óptima es aquella con la cual se puedan formar los rollos del diámetro requerido sin que el rollo presente agrietamientos o se desmorone usando la menos cantidad de agua posible. El contenido de agua en el cual el suelo se comporta de forma plástica es entendido como el índice de plasticidad, numéricamente este índice se encuentra generando la diferencia entre el límite plástico y el límite líquido.22

7.1.10. Ensayo del Límite Líquido de los Suelos (I. N.V. E – 125 – 13) El límite líquido de un suelo es el contenido de humedad bajo el cual se comporta como un material plástico. Este método únicamente es aplicable a la muestra de suelo que pasa el tamiz número 40, se debe colocar la muestra en la cazuela de Casagrande (de bronce) y elaborar una ranura central en sentido vertical, para que la muestra sea mezclada con un contenido de agua calculado y produzca el cierre de dicha ranura en su parte central, al serle aplicado alrededor de entre 25 y 35 golpes según expresa la norma en el numeral 9.1.2.4.23

7.1.11. Ensayos de relaciones de Humedad – Masa Uni taria Seca en los Suelos (Ensayo Modificado De Compactación) (I.N.V. E – 142 – 13)

Estos ensayos son utilizados para establecer la relación entre la humedad y el peso unitario seco de una muestra de suelo. El procedimiento consiste en colocar cinco capas de suelo con humedad de moldeo preseleccionada dentro de un recipiente, luego se le imprime a cada capa 25 o 56 golpes con un martillo compactador de 44.48 n (10 lbs) cayendo desde una altura de 457.2 mm (18”) generando una energía de compactación alrededor

22 Norma de ensayo INV E –126 –13. Límite plástico e índice de plasticidad de suelos 23 Norma de ensayo INV E – 125 –13. Determinación del límite líquido de los suelos

Tesis de Grado

de 27mmm kN-m/m3, y luego se determina el peso unitario seco, este procedimiento se efectúa con un numero diferente de humedades de moldeo en el suelo, para generar una curva de humedad de moldeo vs pesos unitarios secos obtenidos.24 El nombre de esta curva es curva de compactación y su vértice determina la humedad óptima y el peso unitario seco máximo. 7.1.12. Límites de Atterberg El suelo presenta cierta cantidad de material fino en su estado natural y debido a esto se puede determinar la plasticidad que tiene la muestra. Gracias a los estudios desarrollados por el sueco Atterberg existe una metodología para determinar los límites de las partículas como el índice de plasticidad (IP), limite líquido (LL). (Ver Ilustración 9.). 25 Atterberg descubrió que la plasticidad no era una propiedad indeleble de las arcillas, sino que esta dependía de su contenido de agua.

Ilustración 9. Carta de Plasticidad. Fuente Braja D as septima edicion. Pag. 20 Un suelo que tiende a ser plástico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definidos por Atterberg, Según el contenido de agua en orden creciente. (Ver Ilustración 10.).

24 Norma de ensayo I.N.V E– 142–13 “Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos 25 Braja M. Das. Fundamentos de ingeniería de cimentaciones. Séptima Ed.

Tesis de Grado

Liquido Semilíquido Plástico Semisólido Solido

Limite Liquido LL Limite Plástico LP Límite de Consistencia LC

Ilustración 10. Estados del suelo. Fuente: elaboración propia. A medida que el suelo se va secando va estableciéndose según los criterios de la ilustración anterior, pero no existen fronteras estrictas para los limites. Además dentro de esos límites fueron definidos otros como:

� Llímite de adhesión: contenido de agua con el que la arcilla pierde sus propiedades de adherencia con una hoja metálica.

� Límite de cohesión: contenido de agua con el que los grumos de arcilla ya no se adhieren entre sí.

� Límite de contracción: contenido de agua con el que el suelo ya no disminuye su volumen al seguirse secando.

7.1.13. Esfuerzos efectivos y presión de poros

Los suelos tienden a comportarse como materiales elásticos, es por ello, que muchas veces registran deformaciones mayores de las normales.

El esfuerzo cortante de un suelo se refiere a la máxima resistencia que el suelo puede soportar y su resistencia interna está representada en la masa de suelo por área unitaria para resistir la falla al deslizamiento a lo largo de cualquier plano dentro de él. El esfuerzo cortante puede ser determinado en múltiples ensayos entre los que encontramos; ensayo de la veleta (ASTM D 4648), ensayos de penetración estándar SPT (ASTM D 1586), entre otros que determinan la resistencia al cortante indirectamente a través de correlaciones. Por otra parte, existen ensayos que miden las propiedades de resistencia de cada material que conforma el subsuelo directamente y entre estos encontramos la resistencia a la compresión uniaxial (ASTM D 2166), corte directo (ASTM D 3080 y

Tesis de Grado

ASTM D 6528) y los ensayos de compresión triaxial (ASTM D 4767 y ASTM D 2850).26 Si visualizamos una estructura de partículas sólidas que contiene vacíos y agua, ya sea saturado o parcialmente saturado, el esfuerzo de corte es generado solo por las partículas sólidas. En cambio, el esfuerzo normal en cualquier plano es la suma de las componentes de la presión de las partículas sólidas, la presión de los líquidos en el espacio de los vacíos y la diferencia entre el esfuerzo normal total y la presión del líquido en el espacio vacío es lo que comúnmente se conoce como presión de poros. Cuando la presión de poros sufre un cambio en una estructura de suelo se presentan lo que se conocen como asentamientos, cuando existen edificios cimentados sobre arcillas estos asentamientos se registran a largo plazo ya que el exceso de presión de poro establecido durante la construcción se disipa a un ritmo lento.

7.1.14. Parámetros de presión intersticial El ensayo de triaxial puede utilizarse para establecer los parámetros de resistencia al corte en el suelo, además también para hallar datos con los cuales se pueda predecir el exceso de la presión intersticial inicial que se origina en una muestra de suelo cuando ocurre un cambio en las condiciones de esfuerzos totales. Tales predicciones son necesarias conjuntamente con los análisis de estabilidad en los esfuerzos efectivos, los cuales se hacen mediante los parámetros de presión intersticial que se determinan experimentalmente. (Ver Ilustración 11.).

Ilustración 11. Muestra sometida a carga axial para inducción de los parámetros de presión intersticial. Fuente: BERRY, Peter L. y REID, David . Mecánica de Suelos. p. 198.

26 Juárez Badillo, Rico Rodriguez. Mecánica de suelos Volumen I, II y III. Ed. Limusa

Tesis de Grado

Los ensayos de corte triaxial se llevan a cabo en dos etapas; en la primera etapa los esfuerzos normales son los que trabajan sobre la muestra por medio de la presión que se realiza en toda la muestra ya que el esfuerzo actúa en todas las direcciones. Cuando se permite el paso del agua por la piedra porosa esto hace que se consolide la muestra y cuando se aplican los esfuerzos normales en esta etapa se puede decidir si se permite el drenaje o no, entonces se falla la muestra ya sea consolidada o no consolidada.27 La segunda etapa consiste en que el esfuerzo que actúa es el axial o desviador y por lo general, este es aplicado a la muestra por medio de la celda de carga y aquí es donde la muestra se falla y se genera el corte requerido. 8. METODOLOGÍA

Para poder cumplir con los objetivos mencionados en la presente tesis, se plantea la siguiente metodología, la cual se llevara a cabo durante el trabajo de investigación:

1) Revisión bibliográfica: se recopilo información general de libros y tesis de grado concerniente al tema de ensayos de corte directo y ensayos de triaxial.

2) Obtención de muestras: recolección de la cantidad de suelo necesaria para realizar los ensayos de laboratorio, confirmación con el laboratorio donde se realizaran las pruebas al material.

3) Ensayos de laboratorio: los ensayos definidos para la investigación se

efectuaran en las instalaciones del laboratorio de la empresa EIE ECHEVERRY INGENIERIA Y ENSAYOS, la cual cuenta con los equipos necesarios para los ensayos planteados con trazabilidad y calibraciones que garanticen procedimientos y por ende resultados confiables.

La cantidad de ensayos efectuados dentro del marco del proyecto a la muestra tomada, fueron definidos en conjunto con la coordinación del tutor de tesis basadas en las normas técnicas vigentes. A continuación se relacionan la cantidad de ensayos que se realizaron:

27 Berry Peter L. y Reid, David. Mecánica de Suelos.

Tesis de Grado

Tabla 2. Ensayos realizados. Fuente propia.

4) Análisis de resultados: finalizados los ensayos de laboratorio se procedió

hacer un análisis estadístico, cálculos matemáticos y análisis técnico para la comparación entre los ensayos corte directo-triaxial y luego se elaboraron los gráficos comparativos, tablas o esquemas presentados en el presente documento.

5) Redacción del informe: Consolidación del documento general, con el seguimiento, ejecución y resultados del proyecto para que sirvan de guía para los estudiantes y público en general con interés en el tema.

Tesis de Grado

9. LOCALIZACIÓN DE LAS MUESTRAS Y CARACTERISTICAS D EL SUELO. Las muestras utilizadas para la ejecución de los ensayos enumerados corresponden a las obtenidas en la campaña de exploración efectuado por el CONSORCIO L1 para los estudios geotécnicos para el tramo I de la línea del Metro proyectada para la ciudad de Bogotá.

9.1. Localización de los sondeos: El tramo I está comprendido entre el Portal de las Américas y termina en la Avenida Primera de Mayo a la altura de la Carrera 68 H Bis con una longitud de 6664 metros.

Ilustración 12. Planta general del trazado de la lí nea del metro para Bogotá. Resaltado el tramo I para el presente estudio. Fuente: Geotecnia metro de Bogota, Instituto de Desarrollo

Urbano.

Tesis de Grado

Se utilizaron las muestras correspondientes al estrato de arcilla de baja plasticidad de color gris a café, el cual se encuentra a una profundidad entre 9,00 y 22,30 metros, las cuales se recuperaron en los siguientes sondeos y las muestras enumeradas a continuación:

SONDEO COORDENADAS UTM LOCALIZACION MUESTRAS

SE1-11 X: 990331,449 Y: 1002509,959

AV. CIUDAD DE VILLAVICENCIO ENTRE CRA 79A Y 79B

SH 2 (10.5 – 11.1 m.) MNR 1 (12.9 – 13.4 m.) SH 3 (13.4 – 14.0 m.) SPT 4 (15.0 – 15.6 m.)

SE1-12 X: 990349,928 Y: 1002478,154

AV. CIUDAD DE VILLAVICENCIO ENTRE LA CRA 79A BIS Y LA CRA 79

SPT 5 (9.00 – 9.50 m.) MP 1 (10.5 – 10.8 m.) MI 1 (10.8 – 11.4 m.) MI 2 (12.0 – 12.6 m.) SPT 6 (15.0 – 15.6 m.)

SE1-13 X: 990911,481 Y: 1002168,702

AV. 1º DE MAYO ENTRE LA CLL 42 SUR Y 41 G SUR

MP 2 (17.3 – 17.7 m.)

SE1-14 X: 991007,108 Y: 1002185,364

AV. 1º DE MAYO ENTRE CLL 41G SUR Y 41C SUR

SPT 7 (13.5 – 13.8 m.) MI 1 (15.0 – 15.6 m.) SPT 8 (16.5 – 17.1 m.) SPT 9 (18.0 – 18.6 m.)

SE1-15 X: 991038,049 Y: 1002191,032

AV. 1º DE MAYO ENTRE LA CLL 41 G SUR Y 41 B SUR

MP 1 (12.3 – 12.7 m.)

Tabla 3. Muestras de arcillas base del proyecto.Fue nte Propia Para tener idea del sector en donde están ubicadas las muestras del presente estudio se muestra a continuación la localización específica en el mapa de la ciudad de Bogota.

Tesis de Grado

Ilustración 13. Localización sondeos. Fuente Google Earth.

Tesis de Grado

9.2. Equipo y numero de muestras:

El equipo utilizado en la exploración fue un taladro de rotación con motor diésel de cuatro tiempos con torre de 9 metros de altura. En cada exploración se recobraron muestras inalteradas con tubos de pared delgada tipo Shelby y con toma muestra partido Split Spoon durante el ensayo de SPT. Las muestras recuperadas se marcaron, etiquetaron y embalaron en cajas de muestreo metálicas y se transportaron al laboratorio en donde se realizaron los ensayos programados en su momento por los especialistas del consorcio L1; las muestras no programadas fueron almacenadas en neveras de icopor en el cuarto de curado con el fin de no alterar sus propiedades iniciales.

Fotografía 1. Equipo de exploración muestras. Fuen te Laboratorio de suelos Echeverry Ingeniería.

9.3. Perfil Estratigráfico

En el Anexo I se presentan los perfiles estratigráficos de cada una de las cinco exploraciones utilizadas en la obtención de las muestras ensayadas. En la siguiente ilustración se presenta un esquema general de la estratigrafía de la zona de estudio.

Tesis de Grado

Ilustración 14. Estratigrafía zona de estudio. Fuen te Instituto de Desarrollo Urbano.

10. ENSAYOS DE LABORATORIO

La ejecución de los ensayos se realizó en el laboratorio E.I.E. Echeverry Ingeniería & Ensayos S.A.S., compañía que cuenta con acreditación ante el ONAC, lo que avala los procedimientos de ejecución de ensayos de acuerdo a la normatividad vigente. Las muestras se encontraban en un buen estado de conservación y debidamente etiquetadas y referenciadas.

Se realizaron los ensayos de humedad natural, límites de Atterberg y granulometría, con el fin de, realizar la correcta clasificación del suelo de acuerdo a la normatividad S.U.C.S y AASHTO, cabe resaltar que estos ensayos fueron realizados sobre la muestra en estado natural. Adicionalmente se realizaron los ensayos de ultrasonido, compresión inconfinada, corte directo y ensayo de comprensión triaxial consolidada no drenada para quince (15) muestras de suelos. Con el fin de tener resultados confiables, se siguieron los parámetros de las siguientes metodologías estandarizadas, para la ejecución de ensayos en muestras de suelo en el laboratorio: CONTENIDO DE HUMEDAD Y LÍMITES DE ATTERBERG Se determinó el contenido de humedad natural a cada una de las 15 muestras obtenidas. A las mismas se les hizo ensayo de clasificación mediante la obtención de los límites líquido, plástico e índice de plasticidad.

Tesis de Grado

En estas pruebas se utilizaron los equipos necesarios para garantizar la confiabilidad; horno con temperatura controlada a 110 ºC, balanza con precisión de 0.01 g, cazuela de Casagrande y ranurador metálico curvo. En el ensayo de límite líquido se determinó la humedad para 3 diferentes número de golpes que varían entre 15 y 35 con altura de caída de 10 mm. El valor de LL corresponde a la humedad del suelo para el cual este se cierra a 25 golpes en una, longitud de la ranura de 13 mm. Este se determinó mediante el método gráfico No. Golpes Vs humedad. ENSAYO DE VELOCIDAD DE PULSO ULTRASÓNICO Para el ensayo de ultrasonido se utilizo generador eléctrico de pulsos, un par de transductores, un amplificador y un controlador electrónico de tiempo que permite medir el intervalo de tiempo entre la salida de un pulso del transductor emisor y la llegada al transductor receptor. Con la lectura de tiempo en µs obtenido y la longitud del espécimen ensayado se obtiene la velocidad ultrasónica en m/s. Esta velocidad depende de la homogeneidad de la muestra lo cual es lo que permite el desplazamiento de la onda a través del total del espécimen. Cabe anotar que el ensayo se efectuó sobre las muestras con el contenido de humedad natural.

Fotografía 2 . Ensayo de velocidad de pulso ultrasónico. Fuente pr opia.

Tesis de Grado

Los ensayos se efectuaron de acuerdo al procedimiento indicado en la norma de ensayo ASTM D-2845, la cual es la utilizada por los laboratorios para el ensayo de ultrasonido en rocas y suelos. Se utilizaron especímenes de 5 cm de diámetro y 10 cm de altura los cuales posteriormente se utilizaron para el ensayo de compresión inconfinada.

ENSAYO DE CORTE DIRECTO El ensayo de corte directo se efectuó de acuerdo al procedimiento indicado en la norma de ensayo INV E-154-13 para cada una de las quince muestras de arcilla en condiciones consolidado no drenado y se aplicaron los esfuerzos calculados con base en la profundidad promedio de la muestra y teniendo en cuenta el peso unitario de la los estratos anteriores. En las siguientes fotografías se puede evidenciar algunos apartes del proceso de ensayo.

Fotografía 3. Tallado de muestra en anillo de corte y adecuación en cámara. Fuente propia.

Tesis de Grado

Fotografía 4 . Inundación de cámara y aplicación de carga normal p ara el proceso de consolidación. Fuente propia.

Fotografía 5. Etapa de corte y falla del espécimen una vez finali zado el ensayo. Fuente propia.

Tesis de Grado

COMPRESIÓN TRIAXIAL CU Dadas las características de los suelos del depósito de la Sabana de Bogotá, se realizaron 15 ensayos de compresión triaxial en condiciones consolidadas No drenadas (CU). Los ensayos se llevaron a cabo en un equipo de compresión triaxial con tres cámaras de presión las cuales aplicaron los esfuerzos de confinamientos calculados a partir de la profundidad promedio de cada una de las muestras y el peso unitario de los estratos superiores. Metodología aplicada: De acuerdo con la profundidad a la que se extrajo cada una de las muestras, se determinó el esfuerzo total vertical. Con este valor se decidió aplicar presión de confinamiento en cámara. A cada una de las muestras se les determinó el diámetro, longitud (altura), masa y contenido de humedad.

Fotografía 6. Montaje especimen y recubrimiento co n membrana. Fuente propia

Tesis de Grado

Fotografía 7. Montaje especimen y recubrimiento co n membrana. Fuente propia Fase de saturación El objetivo de la fase de saturación de la prueba consiste en llenar todos los vacíos de la muestra con agua. La saturación se logra aplicando contrapresión al espécimen y comprobando el parámetro B de la presión intersticial para determinar si la saturación se ha completado. Las muestras se deben considerar saturadas si el valor de B es igual o superior a 0,95 y se puede continuar con la siguiente fase. Fase de consolidación El objetivo de la fase de consolidación de la prueba es permitir que la muestra pueda alcanzar el equilibrio en un estado de drenaje en los esfuerzos de consolidación efectivos para los cuales se requiere una determinación de fuerza. Esta etapa se controla por medio de la lectura del cambio de volumen para lo cual se registran estos cambios cada periodo de tiempo establecido hasta alcanzar la consolidación primaria. Durante la consolidación, los datos se obtienen para determinar si esta está completa y para el cálculo de la velocidad de carga en la fase de corte obtenida a partir del T50 de la consolidación de la muestra.

Tesis de Grado

Fotografía 8. Espécimen en cámara en etapa de cons olidación y equipo para registro de datos de cambio de volumen durante la consolidación del espécimen. Fuente propia .

Fase de corte Una vez el espécimen se encuentra consolidado se ubica en el marco de carga y se adecua el LVDT con el cual se registrara la deformación vertical de la muestra mientras es aplicada la carga axial. Durante el corte de la muestra se registra por medio del Datalog los datos de fuerza, deformación y presión de poros. Para los cálculos de resistencia se empleó el área corregida (Ac) y para graficar se determinó la deformación unitaria durante el proceso de carga.

Tesis de Grado

Fotografía 9. Montaje de la cámara en el marco de carga para la fase de corte. Fuente Propia

Fotografía 10. Aplicación de carga axial a la mues tra y falla transversal de la muestra al finalizar el ensayo. Fuente propia.

Tesis de Grado

11. RESULTADOS

En el Anexo II se encuentran los formatos con los resultados obtenidos en cada uno de los ensayos efectuados, sin embargo en la siguiente tabla se presentan de forma resumida:

CLASIF. DENSIDAD

No 4 No 10 No 40 No 200 LL % LP % IP % ASSHTO (Kg/m3)

SH2 10,5 - 11,1 100 100 100 88 46 23 23 CL 1812

MNR1 12,9 - 13,4 100 100 98 92 43 20 23 CL 1736

SH3 13,4 - 14,0 100 100 91 84 44 23 21 CL 1744

SPT4 15,0 - 15,6 100 100 89 76 45 23 22 CL 1766

SPT5 9,0 - 9,5 100 100 93 81 40 21 19 CL 1727

MP1 10,3 - 10,8 100 100 94 82 42 21 21 CL 1750

MI1 10,8 - 11,4 100 100 96 88 38 19 19 CL 1786

MI2 12,0 - 12,6 100 100 91 89 41 21 22 CL 1764

SPT6 15,0 - 15,6 100 100 92 91 39 19 20 CL 1760

SE1-13 MP2 17,3 - 17,9 100 100 93 87 41 19 22 CL 1791

SPT7 13,2 - 13,8 100 100 98 90 42 21 21 CL 1745

MI1 15,0 - 15,6 100 100 97 88 43 23 20 CL 1783

SPT8 16,5 - 17,1 100 100 90 77 44 23 21 CL 1766

SPT9 18,0 - 18,6 100 100 91 82 43 23 20 CL 1791

SE1-15 MP1 12,3 - 12,9 100 100 96 86 46 23 23 CL 1735

GRANULOMETRIA% PASA TAMIZ

SE1-11

SE1-12

SE1-14

Profundidad (m.)MUESTRASONDEOPLASTICIDAD

COMPRESION

INCONFINADAULTRASONIDO

Kg/cm2 (m/s) C (Kg/cm

2) Φ C (Kg/cm

2) Φ

SH2 10,5 - 11,1 25,2 1,24 1195 0,52 18,2 0,39 13,1

MNR1 12,9 - 13,4 26,4 1,06 1126 0,49 17,2 0,39 12,2

SH3 13,4 - 14,0 24,6 1,21 1217 0,53 17,6 0,4 12,6

SPT4 15,0 - 15,6 25,2 1,02 1085 0,46 18,6 0,36 13,7

SPT5 9,0 - 9,5 26,1 1,1 1156 0,48 18,5 0,36 13,9

MP1 10,3 - 10,8 26,1 1,18 1231 0,53 18,4 0,41 13,7

MI1 10,8 - 11,4 25,2 1,2 1205 0,52 18,1 0,4 12,6

MI2 12,0 - 12,6 24,6 1,16 1167 0,51 18,3 0,39 12,9

SPT6 15,0 - 15,6 25,8 1,07 1173 0,49 17,8 0,36 12,3

SE1-13 MP2 17,3 - 17,9 25,1 1,08 1151 0,48 17,9 0,37 12,6

SPT7 13,2 - 13,8 25,3 1,03 1121 0,46 17,6 0,35 12,5

MI1 15,0 - 15,6 25,5 1,01 1092 0,44 18,5 0,35 13,4

SPT8 16,5 - 17,1 25,4 1,1 1174 0,49 19,3 0,38 14,4

SPT9 18,0 - 18,6 25,1 1,26 1202 0,52 18,9 0,41 14,0

SE1-15 MP1 12,3 - 12,9 25,3 1,21 1185 0,51 18,6 0,39 13,7

SE1-11

SE1-12

SE1-14

Profundidad (m.)MUESTRASONDEOHUMEDAD

NATURAL(%)

CORTE DIRECTO CU TRIAXIAL CU

Tabla 4. Resumen de resultados. Fuente Propia

Tesis de Grado

10.1. Correlación de resultados

En el presente capítulo se presenta la correlación entre el ensayo de triaxial con los diferentes resultados obtenidos de los materiales en estudio, tanto el ángulo de fricción interna como la cohesión.

10.1.1. Correlación entre la cohesión del corte dir ecto CU y cohesión de Triaxial CU

En la gráfica No.1 se presenta la variación entre la cohesión obtenida en el ensayo de corte directo CU y el ensayo de triaxial CU.

Grafica 1. Cohesión triaxial vs. Cohesión corte dir ecto De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad del 84%:

CT = (Ccx0.6912)+0.0383

Tesis de Grado

10.1.2. Correlación entre el ángulo de fricción del corte directo CU y el

ángulo de fricción de Triaxial CU En la gráfica No. 2 se presenta la variación entre el ángulo de fricción obtenido en el ensayo de corte directo CU y el ensayo de triaxial CU.

Grafica 2. Angulo de fricción triaxial vs. Angulo d e fricción corte directo De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad del 87%:

ΦT = (Φcx1.1899)-8.522

Tesis de Grado

10.1.3. Correlación entre el pasa 200 y cohesión de Triaxial CU

En la gráfica No. 3 se presenta la variación entre el porcentaje de pasa 200 de la muestra y la cohesión obtenida en el ensayo de triaxial CU.

Grafica 3 . Cohesión triaxial vs. Pasa 200 De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad del 1%:

CT = -(P200x0.0003)+0.4097

Tesis de Grado

10.1.4. Correlación entre el Pasa 200 y el ángulo d e fricción de Triaxial

CU En la gráfica No. 4 se presenta la variación entre el porcentaje de pasa 200 de la muestra y el ángulo de fricción obtenido en el ensayo de triaxial CU.

Grafica 4. Angulo de fricción triaxial vs. Pasa 200

De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad del 68%:

ΦT = 23.184-(P200x0.1172)

Tesis de Grado

10.1.5. Correlación entre el limite líquido y cohes ión de Triaxial CU

En la gráfica No. 5 se presenta la variación entre el límite líquido de la muestra y la cohesión obtenida en el ensayo de triaxial CU.

Grafica 5. Cohesión triaxial vs. Limite líquido De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad del 2%:

CT = (LLx0.0011)+0.3352

Tesis de Grado

10.1.6. .Correlación entre el limite líquido y el á ngulo de fricción de

Triaxial CU En la gráfica No.6 se presenta la variación entre el límite líquido de la muestra y el ángulo de fricción obtenido en el ensayo de triaxial CU.

Grafica 6 . Angulo de fricción triaxial vs. Limite líquido De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad del 15%:

ΦT = (LLx0.114)+8.3337

Tesis de Grado

10.1.7. Correlación entre el índice de plasticidad y cohesión de Triaxial

CU En la gráfica No. 7 se presenta la variación entre el índice de plasticidad de la muestra y la cohesión obtenida en el ensayo de triaxial CU.

Grafica 7 . Cohesión triaxial vs. Índice de plasticidad De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad del 2%:

CT = (IPx0.0023)+0.3325

Tesis de Grado

10.1.8. Correlación entre el índice de plasticidad y el ángulo de fricción

de Triaxial CU En la gráfica No. 8 se presenta la variación entre el índice de plasticidad de la muestra y el ángulo de fricción obtenido en el ensayo de triaxial CU.

Grafica 8 . Angulo de fricción triaxial vs. Índice de plasticid ad De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad del 2%:

ΦT = 14.69-(IPx0.0718)

Tesis de Grado

10.1.9. Correlación entre la densidad y cohesión de Triaxial CU

En la gráfica No. 9 se presenta la variación entre la densidad de la muestra y la cohesión obtenida en el ensayo de triaxial CU.

Grafica 9 . Cohesión triaxial vs. Densidad De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad del 1%:

CT = (ρx0.0001)+0.2054

Tesis de Grado

10.1.10. Correlación entre la densidad y el ángulo de fricción de Triaxial

CU En la gráfica No. 10 se presenta la variación entre la densidad de la muestra y el ángulo de fricción obtenido en el ensayo de triaxial CU.

Grafica 10 . Angulo de fricción triaxial vs Densidad De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad de menos del 1%:

ΦT = (ρx0.0005)+12.353

Tesis de Grado

10.1.11. Correlación entre la humedad natural y coh esión de Triaxial CU

En la gráfica No. 11 se presenta la variación entre la humedad natural de la muestra y la cohesión obtenida en el ensayo de triaxial CU.

Grafica 11 . Cohesión triaxial vs. Humedad natural De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad del 3%:

CT = 0.5428-(wx0.0064)

Tesis de Grado

10.1.12. Correlación entre la humedad natural y el ángulo de fricción de

Triaxial CU En la gráfica No. 12 se presenta la variación entre la humedad natural de la muestra y el ángulo de fricción obtenido en el ensayo de triaxial CU.

Grafica 12 . Angulo de fricción triaxial vs humedad natural De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad de menos del 1%:

ΦT = (wx0.058)+11.701

Tesis de Grado

10.1.13. Correlación entre la compresión inconfinad a y cohesión de

Triaxial CU

En la gráfica No. 13 se presenta la variación entre la compresión inconfinada de la muestra y la cohesión obtenida en el ensayo de triaxial CU.

Grafica 13 . Cohesión triaxial vs. Compresión inconfinada

De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad del 73%:

CT = (qx0.2115)+0.142

Tesis de Grado

10.1.14. Correlación entre la humedad natural y el ángulo de fricción de

Triaxial CU En la gráfica 14 se presenta la variación entre la humedad natural de la muestra y el ángulo de fricción obtenido en el ensayo de triaxial CU.

Grafica 14 . Angulo de fricción triaxial vs compresión inconfina da De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad de menos del 3%:

ΦT = (qx1.4739)+11.51

Tesis de Grado

10.1.15. Correlación entre el ultrasonido y cohesió n de Triaxial CU

En la gráfica No. 15 se presenta la variación entre el resultado del ultrasonido efectuado sobre la muestra y la cohesión obtenida en el ensayo de triaxial CU.

Grafica 15 . Cohesión triaxial vs. Ultrasonido De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad del 65%:

CT = (Ux0.0004)-0.066

Tesis de Grado

10.1.16. Correlación entre el ultrasonido y el ángu lo de fricción de

Triaxial CU En la gráfica No. 16 se presenta la variación entre la variación entre el resultado del ultrasonido efectuado sobre la muestra y el ángulo de fricción obtenido en el ensayo de triaxial CU.

Grafica 16 . Angulo de fricción triaxial vs ultrasonido De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad del 1%:

ΦT = (Ux0.0013)+11.667

Tesis de Grado

10.1.17. Correlación entre el ultrasonido y compres ión inconfinada

En la gráfica No. 17 se presenta la variación entre el resultado del ultrasonido efectuado sobre la muestra y la compresión inconfinada.

Grafica 17 . Inconfinada vs. Ultrasonido De la relación entre los valores graficados se determinó la siguiente relación con una confiabilidad del 75%:

q = (Ux0.0017)-0.8156

Tesis de Grado

12. CONCLUSIONES

De acuerdo a los resultados obtenidos en los ensayos efectuados y una vez analizados y comparados entre sí, se lograron las siguientes conclusiones.

- Las muestras utilizadas corresponden a suelos arcillosos clasificados como CL, los cuales se encuentran en profundidades de 9.00 a 19.0 metros en la zona occidental de la ciudad de Bogotá, el estrato está por debajo del nivel freático. De acuerdo a los resultados obtenidos en el ensayo de resistencia a la compresión inconfinada, la resistencia del suelo clasifica como media a firme por tener qu entre 1 y 1.5 kg/cm2 según la clasificación presentada en el libro mecánica suelos de Juárez Badillo tabla x28

- Es importante tener en cuenta que el presente estudio tiene como limitante que se efectuó en un solo tipo de suelo el cual clasifico como CL (arcilla de baja plasticidad) con un pasa 200 entre 76% y 92% y límite liquido entre 38% y 46%. Por lo tanto las correlaciones que se presentan solo serán aplicables a suelos que cumplan con la descripción presentada.

- El resultado expresado en los resultados del ensayo triaxial en condiciones CU, corresponden a la cohesión y ángulo de fricción que se obtienen de la envolvente de falla de los círculos de Mohr graficados con los esfuerzos efectivos, es decir teniendo en cuenta la presión de poros de cada uno de los especímenes ensayados como se observa en la grafica No. 18.

Grafica 18 . Círculos de Mohr y envolvente de falla.

28 JUAREZ BADILLO, RICO RODRIGUEZ “Mecánica de suelos Volumen I, Ed.3. Pág. 258.

Tesis de Grado

- De acuerdo con las gráficas y correlaciones obtenidas entre los resultados de cada uno de los ensayos efectuados y la cohesión obtenida en el ensayo de triaxial CU se presenta la siguiente tabla:

Ensayo Realizado Correlación obtenida graficada

CT = Cohesión Ensayo Triaxial

Grado de confiabilidad de la correlación

Cohesión Corte directo CT = (Ccx0.6912)+0.0383 84%

Granulometría .% Pasa tamiz 200

CT = -(P200x0.0003)+0.4097 1%

Limite Liquido CT = (LLx0.0011)+0.3352 2%

Índice de Plasticidad CT = (IPx0.0023)+0.3325 2%

Densidad CT = (ρx0.0001)+0.2054 1%

Humedad natural CT = 0.5428-(wx0.0064) 3%

Compresión inconfinada CT = (qx0.2115)+0.142 73%

Ultrasonido CT = (Ux0.0004)-0.066 65%

Tabla 5. Resumen correlaciones cohesión

Teniendo en cuenta el grado de confiabilidad de cada una de las correlaciones, se puede afirmar que los ensayos que ofrecen un mejor panorama para estimar la cohesión que se obtiene en el ensayo triaxial son los resultados arrojados por el corte directo, la compresión inconfinada y el ultrasonido; lo cual es bastante coherente por tratarse precisamente de ensayos en donde se estima la resistencia de la muestra evaluada.

El grado de confiabilidad del 1 al 3% de los demás ensayos nos lleva a concluir que las propiedades físicas evaluadas en cada uno de estos presentan la confiabilidad necesaria para ser tenidos en cuenta en la cohesión de un suelo de las características evaluadas y por lo tanto no recomendamos hacer uso de estas.

- De acuerdo con las gráficas y correlaciones obtenidas entre los resultados de cada uno de los ensayos efectuados y el angulo de fricción obtenido en el ensayo de triaxial CU se presenta la siguiente tabla:

Tesis de Grado


ΦT = Angulo de Fricción Ensayo Triaxial

Grado de confiabilidad de

la correlación

Φ Corte directo ΦT = (Φcx1.1899)-8.522 87%

Granulometría .% Pasa tamiz 200

ΦT = 23.184-(P200x0.1172) 68%

Limite Liquido ΦT = (LLx0.114)+8.3337 15%

Índice de Plasticidad ΦT = 14.69-(IPx0.0718) 2%

Densidad ΦT = (ρx0.0005)+12.353 1%

Humedad natural ΦT = (wx0.058)+11.701 1%

Compresión inconfinada ΦT = (qx1.4739)+11.51 3%

Ultrasonido ΦT = (Ux0.0013)+11.667

1%

Tabla 6. Resumen correlaciones ángulo de fricción.

Teniendo en cuenta el grado de confiabilidad de cada una de las correlaciones, se puede afirmar que los ensayos que ofrecen un mejor panorama para estimar el angulo de fricción que se obtiene en el ensayo triaxial son los resultados arrojados por el corte directo y el ensayo de granulometría en donde se tomaron los datos obtenidos en el porcentaje de pasa tamiz 200, lo cual se puede traducir en que la distribución granulométrica de la muestra incide en el angulo de fricción del tipo de suelo estudiado.

El grado de confiabilidad del 1 al 3% (a excepción del límite líquido con un 15%) de los demás ensayos nos lleva a concluir que las propiedades físicas evaluadas en cada uno de estos no son tan relevantes en la fricción de un suelo de las características evaluadas,

- Al revisar los resultados obtenidos en los ensayos de corte directo y triaxial en condiciones consolidadas y no drenadas se puede observar que los valores de cohesión y angulo de fricción son menores los arrojados por el ensayo triaxial, lo cual obedece a que en este ensayo es posible medir la presión de poros que la muestra experimenta durante la fase de corte, esta presión se tiene en cuenta en el momento de efectuar los cálculos para graficar el circulo de Mohr, obteniendo por cada uno de los tres

Tesis de Grado

especímenes de cada ensayo el correspondiente circulo con esfuerzos efectivos y esfuerzos totales.

- El presente estudio no pretende remplazar los valores de cohesión y angulo de fricción obtenidos mediante ensayos que no correspondan al ensayo triaxial, sin embargo ofrece un estimativo de acuerdo a propiedades obtenidas en otros ensayos para obtener estos parámetros.

- Adicionalmente se encontró la correlación entre el ensayo de compresión inconfinada y el ensayo de ultrasonido obteniendo la siguiente correlación:


q = Ensayo de Ultrasonido

Grado de confiabilidad de

la correlación

Ultrasonido q = (Ux0.0017)-0.8156 75%

Tabla 7. Resumen correlación Ultrasonido

Teniendo en cuenta el grado de confiabilidad de la correlación obtenida entre el ensayo de ultrasonido y compresión inconfinada se concluye que la medición de la velocidad ultrasónica en una muestra de suelo está directamente relacionada con consistencia del suelo.

Tesis de Grado

13. BIBLIOGRAFIA

• Norma de ensayo INV E –123–13 “Análisis granulométrico de suelos por tamizado.”

• Norma de ensayo INV E – 122 – 13 “Determinación en laboratorio del

contenido de agua.”

• Norma de ensayo INV E – 126 – 13, “límite plástico e índice de plasticidad de suelos.”

• Norma de ensayo I.N.V E – 125 – 13, “Determinación del límite líquido de

los suelos.”

• Norma de ensayo I.N.V E – 142 – 13 “Relaciones de humedad – masa unitaria seca en los suelos (ensayo modificado de compactación)

• Norma de ensayo I.N.V E – 152 – 13, “Compresión inconfinada en muestras

de suelos.”

• Norma de ensayo I.N.V E – 153 – 13, “Ensayo de compresión triaxial sobre suelos cohesivos”

• Norma de ensayo I.N.V E – 154 – 13, “Ensayo de corte directo en condición

consolidada drenada.”

• Braja M. Das. Principios de Ingeniería de cimentaciones – cuarta edición, editorial Practice Hill. julio de 2002

• MANUAL DE LABORATORIO DE SUELOS EN INGENIERÍA CIVIL, Joseph E. Bowles, Editorial McGraw – Hill Latinoamericana S.A.

• JUAREZ BADILLO, RICO RODRIGUEZ “Mecánica de suelos Volumen I, II y III”, editorial Limusa enero de 1993.

• BERRY, Peter L. y REID, David. Mecánica de Suelos.

• An Introduction to Geotechnical Engineering, Second Edition: Robert D. Holtz, William D. Kovacs, Thomas C. Sheahan.

• Manual de procedimientos de Ensayo, EIE Echeverry Ingeniería y Ensayos S.A.S.

Tesis de Grado

• Artículo Oscar Valerio Salas. Ensayos triaxiales para suelos. Revista métodos y materiales Universidad de Costa Rica.

• Carlos Crespo. Mecánica de suelos y cimentaciones. Ed. Limusa.

• Karl Terzaghi y Ralph B. Peck. Mecánica de Suelos en la Ingeniería

Práctica. 2da Ed

• Jorge E. Alva Hurtado. Diseño de Cimentaciones. Ed. ICG

• http://repositorio.escuelaing.edu.co/bitstream/001/108/1/CARACTER%C3%8DSTICAS%20DE%20COMPRESIBILIDAD%20ARCILLAS%20TIPICAS%20DE%20LA%20SABANA%20DE%20BOGOT%C3%81.pdf

• Normas de ensayo NTC, Normas Técnicas Colombianas.

Tesis de Grado

ANEXO I

PERFILES ESTRATIGRÁFICOS

Tesis de Grado

ANEXO II ENSAYOS DE SUELOS

corte directo y el ensayo de triaxial en un suelo...

Documents