Comportamiento esfuerzo-deformación de suelos compactados de suelos parcialmente saturados

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28 AL 30 DE NOVIEMBRE DE 2007 - VALPARAISO O R G A N I Z A N SOCHIGE COMPORTAMIENTO ESFUERZO-DEFORMACIÓN DE SUELOS COMPACTADOS PARCIALMENTE SATURADOS Osvaldo Flores Castrellón, Profesor Facultad de Ingeniería BUAP, [email protected] Octavio Linares Saldaña, Profesor Facultad de Ingeniería BUAP, [email protected] RESUMEN. Se estudia el comportamiento esfuerzo-deformación en condiciones UU de suelos compactados parcialmente saturados, para lo cual se ensayaron cuatro materiales con diferente plasticidad del material que forma la parte fina. Se analiza la influencia del grado de saturación inicial, la plasticidad de los finos y el esfuerzo de confinamiento en la variación de la cohesión, el ángulo de fricción aparente y las resistencias máxima y residual del suelo. 1. INTRODUCCIÓN. El estudio de las propiedades mecánicas de los suelos compactados es un tema que algunos investigadores como Olson (1936), Marsal y Reséndiz (1969), Alberro, et al (1982, 1982a y 1983), y Mendoza (1982) han abordado experimentalmente, definiendo las variables que tienen mayor influencia en su comportamiento mecánico de este tipo de materiales. Recientemente se han realizado investigaciones para determinar las propiedades estáticas y dinámicas que gobiernan el comportamiento de los suelos compactados, algunas de las conclusiones parciales a las que se llegaron fue que en condiciones estáticas al aumentar el grado de saturación, la deformación unitaria axial a la que se presenta la resistencia máxima se incrementa, presentando notoriamente una cambio de comportamiento frágil a plástico cerca del 65% de grado de saturación, además que con el incremento del grado de saturación inicial disminuye de forma considerable la resistencia máxima del suelo, con disminuciones hasta del 80 % de la resistencia máxima (Flores, O. y Romo, M. P., 2003) El comportamiento mecánico, tanto estático como dinámico, está regido principalmente por el grado de saturación inicial (o su correspondiente contenido de agua), la plasticidad de la parte fina, el esfuerzo de confinamiento o de consolidación y la energía de compactación, además de otros como la distribución granulométrica, la forma de partículas y el método de compactación utilizado. Con el fin de entender mejor el comportamiento de este tipo de materiales, en el presente trabajo se estudia el comportamiento esfuerzo–deformación de suelos compactados y la influencia del grado de saturación inicial, la plasticidad de la fracción fina y del esfuerzo de confinamiento en dicho comportamiento, para lo cual se realizaron series de tres pruebas triaxiales del tipo UU sometida cada probeta a diferente esfuerzo de confinamiento, para siete contenidos de agua distribuidos en la rama seca y húmeda de la curva de compactación,

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Autores: Osvaldo Flores; Octavio Linares.Se estudia el comportamiento esfuerzo deformación en condiciones UU de suelos parcialmente saturados

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    O R G A N I Z A N

    S O C H I G E

    COMPORTAMIENTO ESFUERZO-DEFORMACIN DE SUELOS COMPACTADOS PARCIALMENTE SATURADOS

    Osvaldo Flores Castrelln, Profesor Facultad de Ingeniera BUAP,

    [email protected]

    Octavio Linares Saldaa, Profesor Facultad de Ingeniera BUAP,

    [email protected]

    RESUMEN.

    Se estudia el comportamiento esfuerzo-deformacin en condiciones UU de suelos compactados parcialmente saturados, para lo cual se ensayaron cuatro materiales con diferente plasticidad del material que forma la parte fina. Se analiza la influencia del grado de saturacin inicial, la plasticidad de los finos y el esfuerzo de confinamiento en la variacin de la cohesin, el ngulo de friccin aparente y las resistencias mxima y residual del suelo.

    1. INTRODUCCIN. El estudio de las propiedades mecnicas de los suelos compactados es un tema que algunos investigadores como Olson (1936), Marsal y Resndiz (1969), Alberro, et al (1982, 1982a y 1983), y Mendoza (1982) han abordado experimentalmente, definiendo las variables que tienen mayor influencia en su comportamiento mecnico de este tipo de materiales. Recientemente se han realizado investigaciones para determinar las propiedades estticas y dinmicas que gobiernan el comportamiento de los suelos compactados, algunas de las conclusiones parciales a las que se llegaron fue que en condiciones estticas al aumentar el grado de saturacin, la deformacin unitaria axial a la que se presenta la resistencia mxima se incrementa, presentando notoriamente una cambio de comportamiento frgil a plstico cerca del 65% de grado de saturacin, adems que con el incremento del grado de saturacin inicial disminuye de forma considerable la resistencia mxima del suelo, con disminuciones hasta del 80 % de la resistencia mxima (Flores, O. y Romo, M. P., 2003)

    El comportamiento mecnico, tanto esttico como dinmico, est regido principalmente por el grado de saturacin inicial (o su correspondiente contenido de agua), la plasticidad de la parte fina, el esfuerzo de confinamiento o de consolidacin y la energa de compactacin, adems de otros como la distribucin granulomtrica, la forma de partculas y el mtodo de compactacin utilizado.

    Con el fin de entender mejor el comportamiento de este tipo de materiales, en el presente trabajo se estudia el comportamiento esfuerzodeformacin de suelos compactados y la influencia del grado de saturacin inicial, la plasticidad de la fraccin fina y del esfuerzo de confinamiento en dicho comportamiento, para lo cual se realizaron series de tres pruebas triaxiales del tipo UU sometida cada probeta a diferente esfuerzo de confinamiento, para siete contenidos de agua distribuidos en la rama seca y hmeda de la curva de compactacin,

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    seleccionando la parte fina para que se cubran las cuatro variantes de suelos que el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS) presenta en la carta de plasticidad: ML, MH, CL, y CH y que a su vez cumpla con una distribucin granulomtrica especificada para terraceras.

    2 DESCRIPCIN DEL MATERIAL. Las caractersticas granulomtricas y de plasticidad de los materiales ensayados se describen a continuacin y se muestran en la tabla 1:

    Material Azumiatla. Formado por 67.65% de suelos finos y 32.23% de arena. La parte fina es arcilla de baja plasticidad, por lo que el material integral se clasific como CL-arcilla de baja plasticidad con arena.

    Material Aeropuerto. Est formado por 34.59% de finos y 63.30% de arenas. La parte fina se identific como limo de baja plasticidad, por lo que se clasifica como SM-arena limosa.

    Material 70-30MH. Se obtuvo de la mezcla de dos suelos: la parte fina, limo de alta plasticidad, se obtuvo de la localidad Tenango de las flores, Huauchinango, Pue.; y la fraccin gruesa se muestre del banco denominado El Cerro, ubicado en Cuatlancingo, Pue. El material compuesto tiene 70% de arena y 30% de finos y se clasific como SM-arena limosa.

    Material 70-30CH. De una mezclar arena del banco llamado El Cerro y finos de alta plasticidad, obtenida en Ciudad Universitaria, Pue. Este material est formado por 70% de arenas y 30% de finos y se clasific como SC-arena arcillosa.

    Banco Gravas Arenas Finos Clasificacin% % % del fino

    Azumiatla 0.12 32.23 67.65 CLAeropuerto 2.11 63.30 34.59 ML70-30 MH 0.00 70.00 30.00 MH70-30 CH 0.00 70.00 30.00 CH

    Banco wL wP IP w Gs Clasificacin% % % % SUCS

    Azumiatla 36.12 18.36 17.76 6.28 2.58

    Aeropuerto 35.71 30.04 5.67 16.46 2.63SM-

    Arena limosa

    70-30 MH 98.30 57.32 40.98 20.98 2.69SM-

    Arena limosa

    70-30 CH 65.20 29.52 35.68 23.34 2.87SC-

    Arena arcillosa

    CL-arcilla de baja

    plasticidad con arena

    Tabla 1. Propiedades ndice de los materiales.

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    3. DESCRIPCIN DE LOS ENSAYES. Para definir la relacin esfuerzo-deformacin de los suelos en estudio, se formaron las probetas con dimensiones apropiadas, que permitieran su montaje en los equipos triaxiales, para lo cual, para cada uno de los materiales, primero se ejecut la prueba Proctor estndar (ASTM D698-00). De la curva de compactacin resultante se tomaron siete puntos, tres en la rama seca, tres en la hmeda y el correspondiente al ptimo, para definir en total siete contenidos de agua y siete pesos especficos secos para tratar reproducirlos despus en un molde metlico de 36 mm de dimetro y 90 mm de altura (molde triaxial), con un pisn de 200 g de masa y 250 mm de altura de cada, los cuales se muestran en la figura 1, utilizando un mtodo dinmico de compactacin, con una energa equivalente a la utilizada en la Prctor estndar (Flores, O. y Romo, M. P., 2003),

    Figura 1. Molde miniatura y pisn. (Flores y Romo, 2003)

    Se trat de reproducir, para cada material, la curva de compactacin Proctor, variando el nmero de capas y los impactos por capa, obteniendo las curvas que se presentan en la figura 2. Para los cuatro materiales las curvas de compactacin con el molde triaxial tienen pesos especficos secos mayores a los obtenidos con el molde Proctor, aunque el contenido de agua correspondiente al ptimo, que fue con el que se ajustaron el nmero de capas e impactos, es el mismo con ambos mtodos.

    De cada punto seleccionado en la curva de compactacin se formaron tres probetas de iguales caractersticas volumtricas, las cuales se ensayaron en el equipo triaxial esttico en condiciones no consolidadas no drenadas (tipo UU) a esfuerzos de confinamiento de 0.5, 1.0 y 1.5 kg/cm2, a una velocidad de 0.15 mm/min, hasta llevar al espcimen a la resistencia residual.

    Se efectuaron 81 ensayes, un promedio de 20 pruebas por material estudiado, con grados de saturacin que van de 23 a 94 %. En la tabla 2 se muestran las caractersticas iniciales de las probetas y las condiciones de esfuerzo a las que se sometieron.

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    1225

    1275

    1325

    1375

    1425

    1475

    1525

    15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35Contenido de agua, w (%)

    Peso

    v

    olu

    mt

    rico

    s

    eco

    , d

    (kg

    /m3 )

    Proctor estndarMolde miniatura

    Gw(%) 1009080Azumiatla

    1450

    1500

    1550

    1600

    1650

    1700

    1750

    5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25Contenido de agua, w (%)

    Peso

    vo

    lum

    tric

    o se

    co,

    d

    (kg/m

    3 )

    Proctor estndarMolde miniatura

    Gw(%) 1009080Aeropuerto

    a) Azumiatla b) Aeropuerto

    1350

    1400

    1450

    1500

    1550

    1600

    15 17 19 21 23 25 27 29 31 33Contenido de agua, w (%)

    Peso

    vo

    lum

    tric

    o se

    co,

    d (kg

    /m3 )

    Proctor estndarMolde miniatura

    Gw(%) 10090807030MH

    1350

    1400

    1450

    1500

    1550

    1600

    1650

    1700

    10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34Contenido de agua, w (%)

    Peso

    vo

    lum

    tric

    o se

    co,

    d (kg

    /m3 )

    Proctor estndarMolde miniatura

    Gw(%) 1009080

    7030CH

    c) 70-30MH d) 70-30CH Figura 2. Curvas de compactacin en prueba Prctor y molde triaxial Al hacer un resumen de la variacin del grado de saturacin con el contenido de agua de las probetas formadas para ensayarlas en el equipo triaxial se encontr que los contenidos de agua correspondientes al ptimo para los cuatro materiales se encuentran en un intervalo entre 16 y 25 %, mientras que el grado de saturacin se encuentra entre 84 y 87% (figura 3), lo cual indica que la variacin del grado de saturacin en la rama seca est entre el 30 y el 84%, mientras que para la rama hmeda entre 85 y 94%.

    Debido a que de cada material se ensayaron siete probetas con el mismo esfuerzo de confinamiento, variado el grado de saturacin, esto para tres niveles de esfuerzo, se obtuvieron siete curvas esfuerzo-deformacin para cada esfuerzo de confinamiento y tres curvas por contenido de agua, con tres niveles diferentes de esfuerzo, tal como se muestran de manera ilustrativa en las figuras 4a y 4b. En estos grficos se puede identificar la influencia tanto del incremento del contenido de agua y del esfuerzo de confinamiento, respectivamente.

    Tomando la resistencia al esfuerzo cortante mxima, denominada de pico (p) se graficaron los crculos de Mohr para cada uno de los esfuerzos aplicados, a partir de los cuales se determin el ngulo de friccin aparente y la cohesin, tal como se ilustra en la figura 4c. Adicionalmente

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    se determin la deformacin unitaria correspondiente al esfuerzo cortante de pico, denominada deformacin de pico (p), cuya variacin se ilustra en la figura 4c. En esta ltima se puede apreciar de manera clara que a llegar a un grado de saturacin de 84%, correspondiente al ptimo, para los tres niveles de esfuerzo la deformacin de pico se incrementa de manera importante, lo cual significa un cambio de comportamiento de frgil en la rama seca a dctil en la rama hmeda.

    A Z U M I A T L A A E R O P U E R T OPrueba Esfuerzo de Contenido Relacin Grado de Prueba Esfuerzo de Contenido Relacin Grado de

    No. confinamiento de agua de vacos saturacin No. confinamiento de agua de vacos saturacinc w e Gw c w e Gw

    kg/cm 2 % % kg/cm 2 % %1 0.500 16.800 0.839 51.286 22 0.500 7.350 0.680 28.4442 1.000 16.700 0.847 50.459 23 1.000 7.350 0.678 28.5313 1.500 16.900 0.842 51.375 24 1.500 7.350 0.702 27.5274 0.500 18.890 0.732 66.105 25 0.500 10.810 0.681 41.7685 1.000 19.590 0.778 64.500 26 1.000 10.810 0.626 45.4076 1.500 18.890 0.755 64.023 27 1.500 10.810 0.616 46.1187 0.500 22.400 0.690 83.133 28 0.500 13.320 0.557 62.8818 1.000 22.500 0.792 72.765 29 1.000 13.320 0.547 64.0689 1.500 22.200 0.779 72.920 30 1.500 13.320 0.551 63.62910 0.500 24.920 0.737 86.516 31 0.500 15.910 0.537 77.92811 1.000 24.940 0.748 85.344 32 1.000 15.910 0.540 77.48812 1.500 24.920 0.748 85.236 33 1.500 15.910 0.540 77.50013 0.500 26.490 0.772 87.810 34 0.500 17.890 0.560 83.95114 1.000 26.530 0.755 89.949 35 1.000 17.890 0.568 82.89415 1.500 26.430 0.756 89.548 36 0.500 19.900 0.619 84.57716 0.500 28.700 0.807 90.992 37 1.000 19.900 0.614 85.27517 1.000 28.600 0.776 94.327 38 1.500 19.900 0.616 84.90118 1.500 28.460 0.783 93.008 39 0.500 22.050 0.668 86.85919 0.500 33.140 0.906 93.666 40 1.000 22.050 0.670 86.58920 1.000 33.000 0.894 94.532 41 1.500 22.050 0.665 87.24221 1.500 33.000 0.895 94.433

    Tabla 2. Programa de ensayes

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    7 0 3 0 M H 7 0 3 0 C HPrueba Esfuerzo de Contenido Relacin Grado de Prueba Esfuerzo de Contenido Relacin Grado de

    No. confinamiento de agua de vacos saturacin No. confinamiento de agua de vacos saturacinc w e Gw c w e Gw

    kg/cm 2 % % kg/cm 2 % %42 0.500 16.400 0.806 54.767 61 0.500 12.780 0.948 38.70843 1.000 16.400 0.814 54.191 62 1.000 12.780 0.940 39.00744 1.500 16.400 0.851 51.843 63 1.500 12.780 0.933 39.29245 0.500 18.360 0.751 65.787 64 0.500 15.870 0.853 53.40046 1.000 18.360 0.751 65.787 65 1.000 15.870 0.840 54.24747 1.500 18.360 0.751 65.787 66 1.500 15.870 0.843 54.00348 0.500 22.150 0.716 83.189 67 0.500 18.630 0.805 66.45749 1.000 22.150 0.709 84.093 68 1.000 18.630 0.804 66.53550 1.500 22.150 0.705 84.474 69 1.500 18.630 0.807 66.26851 0.500 23.700 0.721 88.406 70 0.500 20.300 0.748 77.88552 1.000 23.700 0.717 88.908 71 1.000 20.300 0.742 78.51253 0.500 24.430 0.722 91.041 72 1.500 20.300 0.749 77.77554 1.000 24.430 0.717 91.611 73 0.500 24.430 0.844 83.04155 1.500 24.430 0.718 91.499 74 1.000 24.430 0.842 83.26656 0.500 26.750 0.785 91.635 75 1.500 24.430 0.840 83.43057 1.000 26.750 0.785 91.671 76 0.500 26.640 0.911 83.89358 1.500 26.750 0.786 91.503 77 1.000 26.640 0.911 83.89359 0.500 30.250 0.884 92.074 78 1.500 26.640 0.911 83.89360 1.000 30.250 0.883 92.144 79 0.500 30.080 1.016 84.982

    80 1.000 30.080 1.017 84.91181 1.500 30.080 1.015 85.063

    0102030405060708090

    100

    0 5 10 15 20 25 30 35Contenido de agua, w (%)

    Gra

    do de

    sa

    tura

    ci

    n,

    Gw

    (%

    )

    AzumiatlaAeropuerto7030MH7030CH

    Azumiatla

    Aeropuerto

    7030MH

    7030CH

    wop (%)

    Figura 3. Relacin entre Gw y w

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    O R G A N I Z A N

    S O C H I G E

    00.5

    11.5

    22.5

    33.5

    44.5

    5

    0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

    Deformacin unitaria axial, (mm/mm)

    Esfu

    erzo

    co

    rta

    nte

    ,

    (kg/c

    m2 )

    28.5345.4164.0777.5083.0085.2887.24

    Gw (%)Aeropuertoc=1.0 kg/cm2Gw

    00.5

    11.5

    22.5

    33.5

    44.5

    5

    0 0.05 0.1 0.15 0.2

    Deformacin unitaria axial, (mm/mm)

    Esfu

    erzo

    co

    rtan

    te,

    (kg

    /cm

    2 )

    0.50

    1.00

    1.50

    c (kg/cm2)

    Gw=28.53%Aeropuerto

    p

    p

    r

    r

    a) Variacin del comportamiento con Gw b) Variacin del comportamiento con sc

    00.5

    11.5

    22.5

    33.5

    44.5

    5

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Esfuerzo, (kg/cm2)

    Esfu

    erzo

    co

    rtan

    te,

    (kg

    /cm

    2 )

    0.501.001.50

    c (kg/cm2)Gw=28.53%Aeropuertoap

    c

    0

    0.05

    0.1

    0.15

    0.2

    0.25

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Grado de saturacin, Gw (%)

    Def

    . u

    nita

    ria de

    pi

    co,

    p (m

    m/m

    m)

    0.501.001.50

    Aeropuerto

    c) Crculos de Mohr d) Deformacin unitaria correspondiente a p

    Figura 4. Resultados para el material de Aeropuerto

    En la figura 5b se muestra el incremento del esfuerzo cortante mximo con el incremento del esfuerzo de confinamiento. Estos mismos resultados, pero representados en el crculo de Mohr se muestran en la figura 5c.

    Ya que el material se encuentra parcialmente saturado, la resistencia mxima se incrementa con el aumento del esfuerzo de confinamiento, lo que nos da como resultado un ngulo de friccin aparente diferente de cero.

    Si se grafica la deformacin unitaria axial correspondiente al esfuerzo cortante de pico versus grado de saturacin, se puede ver que al llegar al grado de saturacin correspondiente al ptimo, la deformacin unitaria se incrementa de manera importante, lo que indica el cambio del comportamiento de frgil a plstico, tal como se muestra en la figura 5d.

    4. ANLISIS DE RESULTADOS. Partiendo de los resultados obtenidos de las curvas esfuerzo-deformacin se puede apreciar que respecto al esfuerzo cortante de pico, para todos los materiales el esfuerzo cortante de pico aumenta conforme se incrementa el esfuerzo de confinamiento, pero disminuye conforme se incrementa el grado de saturacin, con una

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    disminucin importante al llegar al grado de saturacin correspondiente al ptimo hasta llegar, como es de esperarse, casi a cero cuando se llega a una saturacin de 94%, tal como se muestra en la figura 5. En estos grficos se puede ver claramente que los materiales de Azumiatla y Aeropuerto, los que tienen plasticidad ms baja (CL y ML, respectivamente) tienen los valores de resistencia de pico ms alta, entre 4 y 6 kg/cm2 el primero y entre 1 y 4 kg/cm2 el segundo, mientras que los materiales de 7030MH y 7030CH, con finos de alta plasticidad tienen resistencia de pico mximas entre 1 y 2.5 kg/cm2 el primero y entre 1.5 y 3 kg/cm2, el segundo.

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

    Grado de saturacin, Gw (%)

    Esf.

    cort

    ante

    de

    pi

    co,

    p (kg

    /cm

    2 )

    0.501.001.50

    Azumiatla

    c(kg/cm2)

    Gw (ptimo)0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

    Grado de saturacin, Gw (%)

    Esf.

    cort

    ante

    de

    pi

    co,

    p (kg

    /cm

    2 )

    0.501.001.50

    Aeropuerto

    c(kg/cm2)

    Gw (ptimo)

    a) Azumiatla b) Aeropuerto

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Grado de saturacin, Gw (%)

    Esf.

    cort

    ante

    de

    pi

    co,

    p (kg

    /cm

    2 )

    0.501.001.50

    7030MH

    c(kg/cm2)

    Gw (ptimo)0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Grado de saturacin, Gw (%)

    Esf.

    cort

    ante

    de

    pi

    co,

    p

    (kg/c

    m2 )

    0.501.001.50

    7030CHc(kg/cm2)

    Gw (ptimo)

    c) 7030MH d) 7030CH

    Figura 5. Esfuerzo cortante de pico versus grado de saturacin

    Es importante observar que la resistencia de pico mxima se obtiene para el contenido de agua ms bajo y a partir de ah disminuye o se mantiene constante hasta llegar al grado de saturacin correspondiente al ptimo, a partir del cual sufre un disminucin importante hasta llegar a los valores ms pequeos, en el grado de saturacin ms alto. Esta disminucin puede se del orden de hasta el 90% de la resistencia ms alta.

    Ahora, al graficar la resistencia de pico respecto a su correspondiente deformacin unitaria, la cual se muestra en la figura 6, se puede observar que para las resistencias de pico ms altas les corresponden a las deformaciones ms bajas y conforme disminuye la resistencia se incrementa la deformacin unitaria. Esto indica que cuando el material experimenta las

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    resistencias de pico ms altas, en la rama seca, llega a esta deformacin para niveles de deformacin entre 2 y 8%, lo cual identificamos como un comportamiento frgil. Conforme disminuye la resistencia de pico aumenta la deformacin hasta llegar a valores del 18%, lo cual indica un comportamiento de tipo dctil. Este cambio de comportamientos se puede apreciar de forma grfica en la figura 4a.

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

    Def. unitaria de pico, p (mm/mm)

    Esf.

    cort

    ante

    de

    pi

    co,

    p (kg

    /cm

    2 )

    0.501.001.50

    Azumiatla c(kg/cm2)

    0

    1

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    3

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    5

    6

    0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

    Def. unitaria de pico, p (mm/mm)Es

    f. co

    rtan

    te de

    pi

    co,

    p (kg

    /cm

    2 )

    0.501.001.50

    Aeropuertoc(kg/cm2)

    a) Azumiatla b) Aeropuerto

    0

    1

    2

    3

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    0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25Def. unitaria de pico, p (mm/mm)

    Esf.

    cort

    ante

    de

    pi

    co,

    p (kg

    /cm

    2 )

    0.501.001.50

    7030MH c(kg/cm2)

    0

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    0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25Def. unitaria de pico, p (mm/mm)

    Esf.

    corta

    nte

    de

    pi

    co,

    p (kg

    /cm

    2 )

    0.501.001.50

    7030CH c(kg/cm2)

    c) 7030MH d) 7030CH Figura 6. Esfuerzo cortante de pico versus deformacin unitaria de pico

    La variacin de la deformacin unitaria de pico con el grado de saturacin se puede apreciar claramente en la figura 7a, en la cual se ve que antes de llegar al grado de saturacin correspondiente al ptimo se mantiene entre 2 y 8%, pero al llegar al ptimo se incrementa de manera importante hasta llegar a 18%. En este grfico tambin se puede identificar que para los materiales con finos de baja plasticidad se tienen en la rama seca las deformaciones unitarias de pico ms bajas, entre 1 y 3%, mientras que para los materiales de alta plasticidad est entre 4 y 8%.

    Respecto a la variacin de la cohesin con el grado de saturacin (figura 7b) se observa que sta disminuye conforme aumenta el grado de saturacin, pero decrece de manera importante al llegar al grado de saturacin correspondiente al ptimo. Respecto a la influencia de la plasticidad de la parte fina se aprecia que, de mayor a menor, se presenta en el siguiente orden: CL, CH, MH y ML, lo que confirma que las arcillas aportan ms a la cohesin respecto a los

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    limos. En el caso de las arcillas, el material con finos CL tiene valores de cohesin ms altos, esto tal vez se deba a que es el suelo que tiene 67 % de finos.

    En la figura 7c se presenta la variacin del ngulo de friccin aparente con el grado de saturacin, y se puede apreciar que, para los cuatro materiales, el ngulo se mantiene constante en la rama seca y disminuye de manera drstica al llegar al ptimo. El suelo que presenta los ngulos ms altos es el que corresponde a finos ML, seguido de CL, MH y CH, lo que sugiere que conforme se incrementa la plasticidad de los finos, el material en condiciones confinadas es menos resistente.

    0

    0.05

    0.1

    0.15

    0.2

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

    Grado de saturacin, Gw (%)

    Def

    . u

    nita

    ria de

    pi

    co,

    p (m

    m/m

    m)

    AzumiatlaAeropuerto7030MH7030CH

    intervalo Gw (ptimo)

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

    Grado de saturacin, Gw (%)

    Cohe

    sin

    , c

    (kg/c

    m2 ) Azumiatla

    Aeropuerto7030MH7030CH

    intervalo Gw (ptimo)

    a) Deformacin unitaria de pico (p) b) Cohesin (c)

    05

    101520253035404550

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

    Grado de saturacin, Gw (%)

    ngu

    lo de

    fri

    cc

    in

    a

    pare

    nte

    , a

    p (g

    rado

    s)

    AzumiatlaAeropuerto7030MH7030CH

    intervalo Gw (ptimo)

    c) ngulo de friccin aparente (ap) Figura 7. Variacin de los parmetros mecnicos con el grado de saturacin.

    5. CONCLUSIONES.

    En este trabajo se observ que para los cuatro materiales los valores de resistencia mxima de pico se ubican en la rama seca y tienen una disminucin importante al llegar al grado de saturacin correspondiente al ptimo, al mismo tiempo que la deformacin unitaria correspondiente a la resistencia de pico se mantiene en valores entre 2 y 8 %, para humedades menores al ptimo y llegan a valores deformaciones del 18% para grados de saturacin ms altas. Respecto a la cohesin y el ngulo de friccin aparente, stos tienen sus valores ms altos tambin en la rama seca y disminuyen de manera importante en la rama hmeda. De

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    acuerdo a la opinin de los autores, si el material que se compacte en campo y trabajar en condiciones parcialmente saturadas, es conveniente colocarlo con un porcentaje pequeo abajo del ptimo, para garantizar resistencias relativamente altas, pero que la resistencia mxima no se presente en valores abajo del 5%. Deber considerarse adems el comportamiento del suelo en condiciones de saturacin total.

    Se apreci tambin que en estos materiales la influencia de la fraccin fina juega un papel muy importante y que los finos correspondientes a arcillas reportan parmetros de resistencia ms bajos, lo cual implica mientras sea posible lo ms recomendable es no utilizarlas y sustituirlos por limos.

    6. REFERENCIAS.

    Alberro, J., Hirirart, G., Marsal, R., Mendoza, M. J. (1982). Comportamiento de suelos compactados (cuarto informe), IIUNAM.

    Alberro, J., Hirirart, G., Marsal, R. J., y Mendoza, M. J. (1982a). Comportamiento de suelos compactados (quinto informe), IIUNAM.

    Alberro, J., Hirirart, G., Marsal, R. J., Mendoza, M. J. (1983). Comportamiento de suelos compactados (sexto informe), IIUNAM.

    ASTM D698-00 (2002). Estndar Test Methods for Loboratry Compaction Characteristics of soil Using Standar Effort.

    Cueto, J. D., Marsal, R. J., y Alberro, J. (1983). Comportamiento de suelos compactados saturados por compresin hidrosttica no drenada, IIUNAM.

    Domnguez, L. (1995). Propiedades dinmicas de los suelos compactados a bajas deformaciones: Determinaciones en laboratorio, Tesis Licenciatura, FIBUAP

    Flores, O. y Romo, M. P. (2003). Propiedades estticas y dinmicas del material del banco La Concepcin. Reporte interno, Instituto de Ingeniera UNAM.

    Seed, H.B., Chan, C. K. (1959). Structure and strength characteristics of compacted clays, Journal of de soil mechanics and foundations division, ASCE., E.U.A.

    Marsal, R. J., Resndiz, D. (1968). Compactacin de suelos arcillosos, propiedades mecnicas de suelos arcillosos compactados, publicacin tcnica No. 187, IIUNAM.

    Mendoza, M. J. (1982). Caractersticas esfuerzo deformacin de suelos cohesivos compactados: Efectos estructurales, Tesis de Maestra, FIUNAM.

    Rico, R., Del Castillo, E. (1999). La Ingeniera de Suelos en las Vas Terrestres, Vol. I, Ed. LIMUSA, Mxico.

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