Estudio experimental de la inestabilidad difusa para la arena del Guamo Tolima.

71 Pages·2016·13.23 MB·Spanish

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
Maestr(cid:237)a en Ingenier(cid:237)a civil
(cid:201)NFASIS EN GEOTECNIA
Estudio experimental de la inestabilidad difusa para la
arena del Guamo Tolima.
TRABAJO DE GRADO DESARROLLADO POR:
DANIEL OSWALDO TIQUE ALVIAR
PARA OBTENER EL T˝TULO DE MAGISTER EN INGENIER˝A CIVIL
DIRECTORES:
Alfonso Mariano Ramos Caæon, PhD.
Dr.-Ing. Luis Felipe Prada Sarmiento
ASESOR:
Hermes Ariel Vacca, MIc.
BogotÆ, Colombia Junio de 2016
Carta de Aprobaci(cid:243)n
APROBACI(cid:211)N
El Trabajo de grado con t(cid:237)tulo (cid:16)Estudio Experimental de la inestabilidad difusa para la
area del Guamo Tolima(cid:17), desarrollado por el estudiante Daniel Oswaldo Tique Alviar, en
cumplimiento de uno de los requisitos dispuestos por la Ponti(cid:28)cia Universidad Javeriana,
Facultad de Ingenier(cid:237)a, Departamento de Ingenier(cid:237)a civil, para optar el T(cid:237)tulo de Magister
en ingenier(cid:237)a Civil, fue aprobado por:
Directores:
Alfonso Mariano Ramos Caæon, PhD. Dr.-Ing. Luis Felipe Prada Sarmiento.
Departamento de Ingenier(cid:237)a Civil
Ponti(cid:28)cia Universidad Javeriana, Colombia
Evaluadores:
Hugo Alexander Rond(cid:243)n Quintana, PhD.
Jurado 1
Departamento de Ingenier(cid:237)a Civil
Ponti(cid:28)cia Universidad Javeriana, Colombia
Jorge Alberto Rodriguez, PhD.
Jurado 2
Departamento de Ingenier(cid:237)a Civil
Ponti(cid:28)cia Universidad Javeriana, Colombia
Aprobada en BogotÆ, el d(cid:237)a 6 de junio de 2014
ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LA INESTABILIDAD DIFUSA PARA LA
ARENA DEL GUAMO TOLIMA
Daniel Oswaldo Tique Alviar
La Ponti(cid:28)cia Universidad Javeriana, no es responsable por los conceptos emitidos por los
autores-investigadores del presente trabajo, por lo cual son responsabilidad absoluta de sus
autores y no comprometen la idoneidad de la instituci(cid:243)n ni de sus valores.
Resumen
El presente trabajo de tipo experimental se basa en el estudio de la l(cid:237)nea de inestabili-
dad bajo condiciones de ensayos triaxiales no drenados y corte constante drenado para la
arena del Guamo Tolima con el prop(cid:243)sito de determinar si la inestabilidad drenada difusa
y no drenada se puede explicar bajo el mismo marco conceptual.
Para lograr muestras licuables, se emplearon diferentes mØtodos de reconstrucci(cid:243)n de
muestras con materiales granulares (pluviaci(cid:243)n, vertimiento con embudo y apisonamiento
hœmedo). Se pudo determinar que la tØcnica mÆs adecuada para obtener muestras sueltas
es el apisonamiento hœmedo.
Se estableci(cid:243) el umbral de esfuerzos en el que ocurre la inestabilidad difusa y se propuso
una zona de potencial inestabilidad.
El impacto de este estudio es de carÆcter cient(cid:237)(cid:28)co, ya que pretende mostrar las condi-
ciones necesarias para que se presente la inestabilidad difusa bajo condiciones no drenadas
y de corte constante drenado para estas dos condiciones de ensayos. De esta forma, se po-
drÆn obtener los parÆmetros necesarios para realizar simulaciones numØricas y aplicar las
teor(cid:237)as relacionadas con este tipo de ensayos.
Palabras clave:l(cid:237)neadeinestabilidad,ensayostriaxialesnodrenados,ensayostriaxiales
de corte constante drenado,pluviaci(cid:243)n, vertimiento con embudo y apisonamiento hœmedo
Abstract
this experimental study is based on the instability line under the conditions undrained
triaxial test and the constant q test for Guamo sand for the purpose of determining if the
drained instability and undrained di(cid:27)use instability can be explained with the same con-
ceptual framework.
To achieve lique(cid:28)able samples from di(cid:27)erent reconstruction methods for granular ma-
terials (pluviation, dry funnel deposition and moist tamping) and the most adequate tech-
nique to get loose samples is the moist tamping.
The e(cid:27)ort threshold in which the instability occurs was setting and it was proposed a
potential instability zone.
The impact of this study is scienti(cid:28)c, that(cid:1)s why purports to show the due conditions
for instability di(cid:27)use to occur under undrained and drained conditions. In this way, you
can obtain the necessary parameters to perform numerical simulations and theories related
and applied with this type of testing.
Key words: instability line, undrained triaxial test, constant q test, pluviation, dry
funnel deposition and moist tamping.
˝ndice general
1. Introducci(cid:243)n 1
1.1. Problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.1. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.2. Objetivos Espec(cid:237)(cid:28)cos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2. Marco te(cid:243)rico 7
2.1. Licuaci(cid:243)n por (cid:29)ujo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2. La l(cid:237)nea de inestabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1. Trayectoria de Corte Constante Drenado (CCD) . . . . . . . . . . . 9
3. Caracterizaci(cid:243)n de la muestra 11
3.1. Arena del Guamo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2. Curva granulomØtrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.3. Gravedad espec(cid:237)(cid:28)ca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.4. `ngulo de fricci(cid:243)n cr(cid:237)tica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.5. Relaci(cid:243)n de vac(cid:237)os para la muestra de material. . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.6. Relaci(cid:243)n de vac(cid:237)os mÆxima. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.7. Determinaci(cid:243)n del contenido de vac(cid:237)os en agregados (cid:28)nos no compactados . 16
3.8. MØtodo para determinar la relaci(cid:243)n de vac(cid:237)os mÆxima. . . . . . . . . . . . . 18
3.9. Otras investigaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4. Preparaci(cid:243)n de muestras 22
4.1. MØtodos de reconstrucci(cid:243)n de muestras por Pluviaci(cid:243)n y Embudo . . . . . . 23
4.2. Calibraci(cid:243)n del equipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.3. Apisonamiento Hœmedo (Moist Tamping) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.4. La percolaci(cid:243)n de la muestra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.5. Equipo Triaxial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.6. Etapa de saturaci(cid:243)n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.7. Etapa de Compresi(cid:243)n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
iv
˝ndice general v
4.8. Etapa de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.8.1. Ensayos No drenados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.8.2. Ensayos de Corte Constante Drenado. . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5. AnÆlisis de resultados 40
5.1. Ensayos de corte No Drenados (CU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.2. Ensayos de Corte Constante Drenados (CCD) . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.3. Inestabilidad Vs Falla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.4. AnÆlisis trabajo de segundo Orden d2W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6. Trabajos Futuros 54
7. Conclusiones 56
Bibliography 58
˝ndice de (cid:28)guras
1.1. Comportamiento bajo una carga mon(cid:243)tonica, para una muestra suelta licua-
ble, con licuaci(cid:243)n limitada y tendencia dilatante (densa). . . . . . . . . . . 3
1.2. Trayectoria de esfuerzos no drenado en un ensayo triaxial para una arena
suelta. La l(cid:237)nea de inestabilidad se construye a partir de ensayos triaxiales
no drenados en materiales sueltos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3. Trayectoria de ensayos de corte constante drenado (CCD). . . . . . . . . . . 4
2.1. Esquema del diagrama p−q con los l(cid:237)mites que de(cid:28)nen el comienzo de la
licuaci(cid:243)n por (cid:29)ujo (Ramos, 2010). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2. Esquema del diagrama p-q con los limites que de(cid:28)nen el comienzo de la
licuaci(cid:243)n por (cid:29)ujo (Ramos, 2010). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1. Fotograf(cid:237)a de microscopio (cid:243)ptico de la arena del Guamo ampliada 60X . . . 12
3.2. MØtodo de Krumbein (1941) para determinar la redondez de la part(cid:237)cula de
arena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.3. Curva granulomØtrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.4. Prueba del picn(cid:243)metro para determinar la gravedad espec(cid:237)(cid:28)ca de la arena
del Guamo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.5. Medici(cid:243)n del Ængulo de reposo del material, a partir de fotograf(cid:237)as tomadas
a la pila de material depositado en estado seco. . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.6. Selecci(cid:243)n del material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.7. Equipo para determinar experimentalmente la e segœn la norma INV-E-
max
129-07 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.8. Determinaci(cid:243)n de la relaci(cid:243)n de vac(cid:237)os mÆxima . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.1. Resultados ensayos preparados por: pluviaci(cid:243)n, vertimiento por embudo y
apisonamiento hœmedo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2. Comparaci(cid:243)n entre depositaci(cid:243)n de material granular usando embudos y la
pluviaci(cid:243)n. (Cresswell et al., 1999) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.3. Efecto de la variaci(cid:243)n en la intensidad de depositaci(cid:243)n en relaci(cid:243)n de vac(cid:237)os 24
vi
˝ndice de (cid:28)guras vii
4.4. Efecto de la variaci(cid:243)n en la intensidad de depositaci(cid:243)n en relaci(cid:243)n de vac(cid:237)os 25
4.5. Equipo (cid:28)nal de pluviaci(cid:243)n y embudo diseæado. . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.6. Curva de calibraci(cid:243)n para el mØtodo de vertimiento con embudo . . . . . . . 28
4.7. Proceso constructivo de la muestra por el mØtodo de apisonamiento hœmedo 30
4.8. AnÆlisis de la relaci(cid:243)n de vac(cid:237)os en funci(cid:243)n del contenido de humedad . . . . 31
4.9. Proceso de percolaci(cid:243)n de la muestra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.10.Zona de revisi(cid:243)n de las burbujas de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.11.Muestra (cid:28)nal instalada en el equipo triaxial . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.12.Equipo Triaxial GDS utilizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.13.Cambios volumØtricos presentados durante las diferentes etapas del ensayo. 36
4.14.Con(cid:28)guraci(cid:243)n de la etapa de corte drenado desde A al B de la Figura 5.9. . 38
4.15.Con(cid:28)guraci(cid:243)n de la etapa de corte constante drenado desde B al C de la
Figura 5.9.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.1. Ensayos no drenados en el espacio p(cid:48)−q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.2. Trayectoria p(cid:48)−q para los ensayos de corte constante drenado . . . . . . . . 43
5.3. De(cid:28)nici(cid:243)n del criterio de inestabilidad para ensayos no drenados . . . . . . . 44
5.4. CSL para ensayos CCD y ND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.5. Ensayo de Corte Constante Drenado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.6. L(cid:237)nea de inestabilidad para dos relaciones de vac(cid:237)os . . . . . . . . . . . . . . 47
5.7. Relaciones de l(cid:237)nea de inestabilidad en los planos η −e y η −ψ . . . . . . 48
l c l
5.8. Umbral de esfuerzos donde se presenta la inestabilidad para ensayos No Dre-
nados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.9. Ensayo de Corte Constante Drenado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.10.Zona de potencial inestabilidad para ensayos No Drenados y de Corte Cons-
tante Drenado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.11.Zona de potencial inestabilidad para ensayos CCD en el espacio (p(cid:48), q, e) . . 51
5.12.Trabajo de Segundo Orden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.1. Firma digital de un grano de arena tomado por un microscopio . . . . . . . 54
˝ndice de tablas
3.1. Granulometr(cid:237)a de la muestra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2. `ngulo de fricci(cid:243)n critica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3. CÆlculos obtenidos para determinar la e segœn norma INV-E-129-07. . . 17
max
3.4. Relaci(cid:243)n de vac(cid:237)os mÆxima sin especi(cid:28)car una granulometr(cid:237)a . . . . . . . . . 19
3.5. Relaci(cid:243)n de vac(cid:237)os mÆxima especi(cid:28)cando una granulometr(cid:237)a . . . . . . . . . 19
3.6. Investigaciones previas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.1. LÆminas utilizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2. Altura de ca(cid:237)da del material H = 172mm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
c
4.3. Altura de ca(cid:237)da del material H = 250mm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
c
4.4. Altura de ca(cid:237)da del material Hc = 302mm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.5. Granulometr(cid:237)a en la que se experiment(cid:243) inestabilidad bajo las condiciones
de laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.1. Resumen de los ensayos no drenados realizados . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.2. Resumen de resultados de los ensayos de corte constante drenado . . . . . . 42
1