Deformación y asientos de los suelos (4): determinación de los parámetros deformacionales del suelo

Tema 4: Deformación y asientos en los suelos

Capítulo 4. Determinación de los parámetros deformacionales del suelo

4.4.1. Medios de obtención de los parámetros deformacionales del suelo

Al igual que se ha reseñado en el capítulo dedicado a la obtención de los parámetros característicos del terreno en relación a su resistencia al corte, para la obtención de los descriptores deformacionales del suelo se consideran dos grupos de procedimientos:

– Ensayos de laboratorio, consistentes en la reproducción de las condiciones de servicio del suelo en situación controlada y a pequeña escala (midiendo la respuesta directa del mismo ante una determinada solicitación) y de la cual se establece la relación directa entre tensiones y deformaciones.

– Ensayos “in situ”, consistentes en la evaluación cualitativa del parámetro en cuestión a partir de un ensayo que representa una analogía con el comportamiento del terreno previsto en la situación de servicio.

En el tema 5 se presentará una exposición detallada de las técnicas y métodos de ensayo “in situ”, mientras que en el capítulo 8 del presente tema se desarrollan de forma conveniente las cuestiones referidas a la correlación entre dichos ensayos y los descriptores del terreno. En el presente capítulo se abordan, pues, los ensayos de laboratorio que es posible realizar sobre muestras de calidad geotécnica adecuada.

Dado que no es factible la obtención de muestras presuntamente inalteradas de suelos de tipo granular (exentos de cohesión) mediante medios convencionales, los ensayos de laboratorio que se detallan a continuación hacen referencia exclusivamente a suelos coherentes.

4.4.2. Ensayo de compresión simple y ensayo de compresión confinada

El ensayo de compresión simple, ya descrito en el punto 3.4. del presente tema, consiste en la aplicación de una carga sobre una probeta de suelo sin confinamiento lateral, llevada a recorrido (desplazamiento) constante hasta rotura.

Dado que es posible medir directamente tanto la tensión a la que se somete la probeta, como la deformación de la misma, la obtención del módulo de deformación no confinada es directa.

La medida de la deformación puede ser realizada de forma más o menos aproximada (en función de la velocidad de la prensa, si bien no es el método más adecuado), o bien incorporando en el dispositivo un elemento de medida más preciso, como un captador electrónico de desplazamiento (LVDT), o incorporando una galga extensiométrica a la probeta. Las medidas que pueden tomarse permiten tanto la obtención de las deformaciones axiales (que posibilitan la determinación del módulo de Young) como las diametrales (para la determinación del coeficiente de Poisson.)

La relación entre tensión axial y deformación puede representarse gráficamente en un campo σ – ε (donde ε indica las deformaciones unitarias), a partir del cual resulta directa la determinación del módulo de Young en el tramo de la curva que se considere conveniente (tangente, secante, de recarga…)

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Representación de los parámetros deformacionales básicos obtenidos de un ensayo de compresión simple (fuente: FINE C.E.S.)

El ensayo de compresión puede ser llevado a cabo también en célula triaxial (véase punto 3.4. del presente tema), que cuenta con las siguientes prestaciones adicionales:

– Es posible controlar la presión intersticial durante el proceso de rotura, por lo que es factible realizar ensayos en situación de drenaje total o en ausencia total de drenaje, según se estime más adecuado.

– Permite la consolidación previa de la probeta a una tensión de confinamiento preestablecida.

– La presión de confinamiento posibilita reproducir de forma más adecuada las condiciones reales de servicio.

4.4.3. Ensayo edométrico

Los suelos coherentes cuentan con una permeabilidad baja, por lo que solo ante velocidades de carga lenta pueden considerarse condiciones de servicio drenadas. Esta contingencia puede ser resuelta en el laboratorio mediante la realización de ensayos de compresión (simple o confinada) con incrementos de carga lo bastante lentos como para asegurar el drenaje de las presiones intersticiales, pero tal método resultaría costoso en exceso.

El procedimiento más extendido para simular una carga drenada en un suelo cohesivo (arcilla, limo) consiste en la aplicación de cargas estáticas sucesivas y escalonadas en una bancada dotada de un brazo de palanca, en lugar de aplicar incrementos continuos de carga, tal como se procede en una prensa electromecánica. En dicha bancada se coloca una célula en la que se dispone la muestra de suelo a ensayar, confinada lateralmente por un anillo indeformable.

Este dispositivo presenta ciertas restricciones que deben ser tenidas en consideración al extrapolar los datos obtenidos al caso real: el terreno “in situ” no se encuentra confinado lateralmente, por lo que es posible (especialmente en el caso de cimientos superficiales) que las deformaciones tengan una componente horizontal. De otro lado, las dimensiones habituales de una célula estándar no permiten el ensayo de suelos arcillosos que incluyan una fracción gruesa significativa (gravas), cuya presencia disminuye en gran medida la deformabilidad del terreno.

El conjunto descrito se denomina edómetro, y se detalla en las siguientes figuras:

 

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Esquema básico del edómetro, detalle del yugo de aplicación de de cargas con la posición del micrómetro que permite la medida de la deformación, y sección de la célcula que contiene la muestra de suelo (Fuente: Univ. Católica de Valparaíso.)

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 Bancada y células edométricas (TECNOTEST)

El proceso de carga y la medida de las deformaciones se representan en un gráfico en el cual las disminuciones de volumen se indican en función del índice de poros (e). La geometría de la curva edométrica permite estudiar la compresibilidad del terreno en función de las tensiones aplicadas, así como su grado de preconsolidación (según lo referido en el punto 4.3.)

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Curvas edométricas reales, arriba la de unas arcillas levemente preconsolidadas (a la práctica, casi normalmente consolidadas), abajo la de unas arcillas preconsolidadas. Compárense con la gráfica teórica del punto 4.3.

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6 Respuestas a Deformación y asientos de los suelos (4): determinación de los parámetros deformacionales del suelo

  1. Manolo dijo:

    Hola, como siempre estoy aprendiendo mucho de vuestras páginas, una pregunta que tipo de ensayo es mejor para caracterizar el módulo de elasticidad de un terreno con presencia de gravas y bolos, supongo que un presiometro podría falsear los resultados.

    saludos y ánimo con la página.

    • frankie dijo:

      buenas tardes Manolo

      antes que otra cosa, gracias por su interés en este humilde blog

      respecto al tema que me plantea, y hasta donde llega mi conocimiento, la forma más fiable de determinar el módulo de deformación de un terreno con elementos muy gruesos es un ensayo de carga con placa (con una placa de 60 cm de diámetro mejor)… con este tipo de ensayos se valoran los parámetros deformacionales de rellenos tipo todo-uno e incluso pedraplenes (ahí ya creo que la cosa es más discutible, claro…)

      Ahora bien… resulta obvio que este método es pocas veces aplicable en la fase de reconocimiento asociada al proyecto, pero no está de más preveer su realización al inicio de la obra a la cota de apoyo de la cimentación, si los datos con los que se cuenta pueden penalizar el coste de dicha cimentación (en la mayoría de las ocasiones no es así)

      hay, también, una forma indirecta, consistente en la realización de un ensayo down hole o cross hole; de hecho, así lo que se mide en realidad es el módulo dinámico, y de forma indirecta el módulo G (m. de rigidez tangencial máximo del terreno) que, como Usted ya sabe, acostumbra a considerarse el doble del módulo de elasticidad (E) y que dicen que incluso puede correlacionarse con el módulo elástico sin drenaje (Eu) en función del índice de plasticidad… (aunque para el caso de gravas y bolos esta correlación tiene bien poca aplicación… huelga decirlo)

      no obstante, y como ya le digo, para el común de las obras las correlaciones entre los ensayos más normales con los parámetros deformacionales de las gravas acostumbran a ser bastante conservadoras, y salvo en obras de una cierta entidad, el error de bulto en realidad no representa un encarecimiento de la cimentación ni una merma de su seguridad… de lo que se trata cuanto menos, es que uno sepa dónde está, claro… es cuestión de criterio… no caigamos en la tentación de querernos engañar con una ecuación de quinto grado para justificar algo que es meramente empírico…

      … vamos, digo yo…

      j.f.

  2. Luis Alfonso Acosta dijo:

    Hola, un saludo desde Venezuela, lo cierto es que por estos lados y en obras pequeñas con poco presupuesto, los ensayos triaxiales no son de uso comun, por el tiempo y por lo costosos, la verdad es que la gráfica del ensayo de compresion no confinada que se presenta, no es la gráfica que comúnmente yo observo del laboratorio, la que pones presenta un rebote luego de llegar a la falla.
    La pregunta cual es la forma de calcular M. Young con las graficas de este ensayo, y si existe una correlacion entre SPT y M. Young, en arcillas.
    Gracias y saludos

    • frankie dijo:

      Estimado Luís

      Mal que me sepa, en estos lados en obras pequeñas nunca se han hecho triaxiales, por los mismos motivos que tú dices (y sobre todo, porque quien los oferta, se queda siempre fuera de la adjudicación)… lo malo es que ya no se hacen tampoco ni en obras grandes… y eso sí que es triste… pero en fin, los que se dedican a vender hormigón y hierro estarán más contentos, claro…

      Respecto a lo que comentas sobre las gráficas de las compresiones simples… esta relación entre tensión y deformación viene de una gráfica idealizada… toda deformación del terreno presenta una componente elástica (en parte recuperable) y una que no lo es (plástica); en el momento que deja ejercerse un esfuerzo, idealmente la componente elástica debería recuperarse… eso es lo que, idealmente, representa la gráfica.

      En la realidad, dado que lo que hacemos es un ensayo (a compresión simple) con medida de la tensión e imponiendo una deformación controlada, nunca se pueden recuperar las deformaciones elásticas, puesto que el avance de la prensa lo impide… aunque, dejándonos de cuentos teóricos ideales, la realidad es que después de falla nunca puede haber una recuperación de la deformación.

      Lo que pasa con el gráfico que escogí para ilustrar el texto es que se trata de un gráfico tensión / deformación SIN LLEGAR A ROTURA, en el cual, en un momento dado se deja de ejercer carga, y el material recupera parte de la deformación, tal como muestra el gráfico de la derecha.

      Escogimos ese grafico precisamente por ese motivo, y para mostrar que además del módulo tangente y secante, también puede ser calculado el módulo DE RECARGA.

      En cuanto a qué recta tomas para determinar el módulo de Young, yo tomo el módulo tangente cuando busco calcular deformaciones muy por debajo del límite de falla, y en condiciones de deformación muy limitada (por ejemplo, en el cálculo de asientos de una cimentación)… tomaría el módulo secante para deformaciones en el rango de rotura (por ejemplo, en una cimentación que haya provocado la rotura del terreno), y finalmente, el módulo de recarga en el caso en que, obviamente, el terreno se recargue (por ejemplo, en una cimentación ejecutada en el fondo de una excavación importante.)

      Respecto al tema de las correlaciones con el SPT (siempre tan controvertidas, y mucho más en arcillas), haberlas, haylas… de hecho, en los capítulos que ahora estoy colgando en el blog precisamente tratan de eso… de las muchas que hay, desde luego, yo creo que solamente pueden aplicarse cuando uno tiene bagaje suficiente en un entorno geológico concreto… yo no me arriesgaría a aplicar, a ciegas, la correlación que utilizo entre SPT y el módulo elástico de una arcilla de Sabadell en Venezuela, sin haberlo chequeado durante bastantes años… de todas formas, si te interesa, mi experiencia (en el ámbito geográfico en el que me muevo) es que determinar E = 2 qc y valora indirectamente qc a partir del N60(SPT) según el criterio de Jefferies y Davies (1993) acostumbra a dar resultados que no sobreestiman el módulo de deformación… ¿ hasta dónde los subestiman ? … no puedo decírtelo, pero el resultado es más favorable que el que se obtiene, por ejemplo, adoptando las correlaciones entre qc y SPT que propone el código técnico español y la mayoría de correlaciones tradicionales.

      http://es.scribd.com/doc/161559856/Jefferies-M-G-Davis-M-P-1993-Use-of-CPTu-to-Estimate-Equivalent-SPT-N60

      Saludos

      frankie

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