FS con parámetros estimados intuitivamente

El Factor de Seguridad correspondiente a los métodos ordinario y Bishop es de 1.106 y para Janbu, genera error.

En el programa Geo-slope tenemos 3 métodos por los cuales evaluar el factor de seguridad (FS):

Método simplificado de Bishop, el cual sólo se aplica a superficies de falla circulares y proporciona resultados similares a los métodos precisos.

Método simplificado de Janbú, el cual puede aplicarse a cualquier superficie de falla; éste método no cumple el equilibrio de momentos pero si cumple el equlibrio de fuerzas.

Método ordinario, supone que las fuerzas entre dovelas se anulan entre sí. Sólo se aplica para un deslizamento circular.

Los métodos que satisfacen todas las ecuaciones de equilibrio, (equlibio de fuerzas y de momento) en general no afectan significativamente el valor del Factor de Seguridad.
Los métodos que sólo satisfacen el equilibrio de fuerzas y no el de momentos, se encuentran afectados por las condiciones de equilibrio de las fuerzas entre las dovelas. Por lo tanto en este tipo de métodos no tenemos un alto grado de precisión como en el caso de los métodos que tienen en cuenta todas las ecuaciones de equilibrio.

Estimacion de parámetros intuitivamente

A partir de los parámetros de ᵹ=19,3, los Wl y Wp, la descripción del suelo, y sus condiciones, vamos a estimar los parámetros de: mv, av, cv, cc, cα, E, C, y φ.

mv: Tiene una tentativa de valores que varían entre 0,02 – 0,005 (cm2/Kg). Como el suelo tiene gran cantidad de finos, específicamente de arcillas, nos vamos a decir que es un suelo que puede tener un mv = 0,01 ( cm2/Kg), este valor es una evaluación en malas condiciones por lo que podemos trabajar con tranquilidad.

av: este parámetro, depende directamente de la compresibilidad y de e en su estado natural, dado el peso especifico, podemos hallar un e natural tentativo para un suelo que se puede manejar como una arcilla de consistencia media así que e= 0.9. Entonces en la formula: av=mv(1+e0)=0,019 ( cm2/Kg)

cv: se encontraron tablas de valore tentativos de cv, que dependen del límite liquido, con un límite liquido de 80,16 el valor tentativo de cc es: 6x10-4 (cm2/s).

cα: Según Ladd (1967), las arcillas normalmente consolidadas tienen una velocidad de consolidación secundaria que oscila entre 0,005 a 0,02 ( cm2/s).

cc: La formula que se proporciona a continuación, es una fórmula que no es muy recomendada, ya que su margen de error puede ser hasta de un 30% por lo que hay que tener cuidado a la hora de usarla. cc=0,009(Wl-10) asi que cc=0,631 (Kg/cm2).

E: Es fácil de comprobar que el modulo de Young es el inverso de mv, por lo tanto, E= 100 (Kg/cm2).

C: para una arcilla de consistencia mediana, el qu(capacidad de carga) puede variar entre 6 y 12(t/m2), y c=qu/2. Asi que podemos tener una cohesión variable entre 30 y 60 (Kpa), por lo que tomaremos la más desfavorable que será la de 30 (Kpa).

φ: Tenemos un suelo que para la práctica es un suelo puramente cohesivo, y la situación más desfavorable que podemos tener es una condición C.D. por lo que evaluaremos como si φ=0.

Registro fotográfico

Recolección de la muestra




Ensayo de hidrómetro







Ensayo de límites






Ensayo de corte








Gravedad específica




Aparatos e instrumentos utilizados

Cronómetro



Termómetro



Rodillo



Balanza



Probetas



Picnómetro



Taras



Hidrómetro



Agitadora



Aparato de Casagrande



Máquina de corte




Asesora Profesional


Ingeniera Geóloga María Jaqueline Espinosa Rodríguez
Candidata a Maestría en geotecnia
Profesora de:
*Empuje de tierras y estabilidad de taludes.
*Geología y suelos.
Correo: jaesp@eia.edu.co

Estabilidad del talud

Estabilidad

Se debe estabecer un diseño apropiado para un talud con las condiciones del suelo estudiado. Para ello se utiliza el método de las dovelas en el programa Geo-Slope, se va a trabajar con condiciones de Mohr Coulomb, lo que quiere decir que se debe trabajar con el ángulo de fricción y la cohesión del material. Para ello también se debe conocer el peso específico del suelo, propiedad que fue determinada en el transcurso de los ensayos realizados.
En la imagen se muestra el resultado arrojado por el programa Geo-slope, un talud de 13 m y un ángulo de inclinación de 77º.

Ensayo de granulometría por hidrómetro

Ensayo de hidrómetro
Cuando los suelos no son grueso granulares, sino que los suelos tienen tamaños de grano pequeños no se podrá hacer análisis granulométrico por mallas, para determinar el porcentaje de peso de los diferentes tamaños de los granos de suelo. Lo apropiado es aplicar el método del hidrómetro (densímetro), hoy en día para suelos finos quizá es el ensayo de mayor uso, el hecho se basa en que las partículas tienen una velocidad de sedimentación que se relaciona con el tamaño de las partículas.
La ley fundamental para realizar análisis granulométrico por hidrómetro es formulada por Stokes, en esta ley se enuncia que si una partícula esférica cae dentro del agua adquiere pronto una velocidad uniforme que depende del diámetro de la partícula, de su densidad y de la viscosidad del agua.
Para la realización del ensayo no se usa una suspensión compuesta de agua y suelo, porque se precipitaría, en muy poco tiempo casi todo el suelo, debido a la formación de flóculos originados por la presencia de diferentes cargas eléctricas en las partículas del suelo. Se utiliza un agente defloculante que neutralice las cargas eléctricas, permitiendo que las partículas se precipiten de forma individual.
Tipos de dispersantes usados comúnmente:
Silicato de Sodio (vidrio líquido). Es una solución de silicato de sodio, para lograr la concentración necesaria se usa un hidrómetro 151 H. Una vez preparada la solución se toman 20 cm3.
Hexametafosfato de sodio (NaPO3). Comercialmente se conoce como Calgon. Se usará agua destilada a razón de 40 g de hexametafosfato sódico por cada litro de solución.
Ya que la solución es ácida se puede considerar mayor eficacia como agente defloculante en suelos alcalinos.
Para el ensayo de hidrómetro existe corrección dependiendo del tipo de hidrómetro empleado, la corrección se hará con la diferencia de la lectura del hidrómetro y un coeficiente que depende del tipo de hidrómetro, para 151 H es la unidad y para 152 H es cero.
Los hidrómetros están calibrados para hacer la lectura al nivel libre del líquido. Al formarse el menisco alrededor del vástago, la lectura correcta no puede hacerse, ya que las suspensiones de suelo son transparentes, por lo que se necesita leer donde termina el menisco y corregir la lectura sumando la altura del menisco. Esta corrección se hace sumergiendo el hidrómetro en agua destilada y haciendo dos lecturas en la escala; una en la parte superior del menisco (para que el menisco se forme completo, el cuello debe limpiarse con alcohol para eliminar la grasa) y otra siguiendo la superficie horizontal del agua. La diferencia de las dos lecturas nos da la corrección que debe sumarse a las lecturas hechas al estar operando.

Procedimiento
Se selecciona una muestra de más o menos 50 gr que pase el tamiz número 200, a lo que quede retenido en el tamiz número 200 se le hace un lavado, a lo que queda después del lavado se le lleva a un recipiente que irá al horno para determinar el porcentaje de gruesos de la muestra, ya que está ha sido debidamente pesada antes de pasar por el tamiz número 200.
La muestra que pasa el tamiz número 200 se deposita en un frasco; posteriormente se añaden 200 cm3 de agua y aproximadamente 20 cm3 de agente defloculante, se debe dejar la suspensión como mínimo una hora (la A. S. T. M sugiere que para suelos arcillosos se deje 16 horas), después de haber sometido la muestra al defloculante se transfiere la mezcla al vaso de la agitadora eléctrica se añade agua hasta llenar dos terceras partes del vaso, se realiza a dispersión de la muestra de 5 a 10 minutos. La muestra dispersada se lleva a un cilindro graduado y se le agrega agua hasta los 1000 cm3; se agita el cilindro durante un minuto tapando con la palma de la mano e invirtiéndolo repetidas veces, se hace esto para obtener una suspensión homogénea. Se coloca el cilindro sobre una mesa se pone andar el cronómetro. Para los tiempos indicados se introduce el hidrómetro dentro del cilindro y se registran los datos, encargándose también de medir la corrección por menisco y la temperatura para cada medida.
En las tablas en siguientes se muestran los datos registrados y los datos calculados para el ensayo de hidrómetro. En una se muestra el análisis granulométrico como si todo fuera completamente fino, pero en la otra tabla se registra la verdadera distribución granulométrica para la muestra, es con esta tabla que podemos hacer la gráfica de distribución granulométrica que se presenta también a continuación.

Ensayo de corte directo

Ensayo de corte directo
El ensayo busca identificar la relación que se establece entre el esfuerzo y la deformación considerando una carga lateral aplicada de tal forma que se genera un esfuerzo cortante, se presenta un plano de falla horizontal paralelo a la carga aplicada. Existen dos sistemas para la ejecución de este ensayo, el de esfuerzo controlado y el de deformación controlada. En el primero se aumenta gradualmente la carga que induce el esfuerzo hasta que se produzca la falla. Este sistema se usa de preferencia para ensayos de una rata de carga muy baja debido a que con el mismo puede mantenerse más fácilmente una carga constante durante cualquier período de tiempo; además , pueden quitarse más fácil y rápido las cargas. El inconveniente que se presenta es que por el exceso de desplazamiento que se impone después de haber pasado la resistencia máxima no se obtiene la resistencia al esfuerzo cortante final verdadera.
En el ensayo de deformación controlada se producen y controlan los desplazamientos manteniendo una rata constante. El ensayo de deformación controlada es preferible, ya que sí permite obtener el verdadero valor de la resistencia final al corte de la muestra de suelo que se esté ensayando.
Se tendrán dos marcos donde se colocará la muestra, uno superior y uno inferior, el esfuerzo se le aplica a uno de los marcos, por tanto un marco será fijo y el otro móvil, teniendo en cuenta que debe existir una separación de los marcos aproximadamente de 1 mm, la separación debe ser mayor que el tamaño máximo de las partículas.
El ensayo de corte directo para mayor seguridad debe realizarse sobre las muestras en condición saturada, porque es bajo condiciones de humedad que el suelo tiene menor resistencia al corte, antes de saturarse la muestra está disgregada, se va montado la muestra en capas, en los marcos en los que se realiza la prueba, se usan dos piedras porosas una en la parte superior de la muestra y otra en la parte inferior, la porosidad debe ir hacia la muestra, dos placas metálicas con ranuras que generan fricción en el suelo, se monta el marco y la muestra en la máquina de corte directo, debe establecerse un esfuerzo normal aplicado a partir del esfuerzo geostático, se calibran los anillos de medición y se inicia la prueba, para encontrar los valores que serán de importancia se hace el ensayo tres veces aumentando la carga anterior por el doble cada siguiente vez.

Se muestran en la tabla los datos registrados, y en la gráfica los valores de esfuerzo normal y esfuerzo cortante calculados a partir de la ecuación del anillo, las lecturas del anillo de carga y las lecturas del anillo de deformación. Para hallar la ecuación de la envolvente se debe prolongar la línea de la gráfica. Se determinan así los parámetros mecánicos del suelo:
Phi = 33,31º y C = 4,83 (kPa).

Ensayo de límites

Ensayo Límites

El ensayo de límites permite determinar el comportamiento de un suelo según el contenido de humedad que éste tenga, el ensayo indicará en qué momento el suelo cambia su comportamiento, estos puntos de cambio se encuentran por medio de la pérdida de humedad, son reconocidos como límites de consistencia, entendiendo por consistencia el grado de resistencia de un terreno de grano fino a fluir o a deformarse. Fueron estudiados por Atterberg por eso también se reconocen como límites de Atterberg.

Límites existentes:
Límite líquido (LL) = El suelo pasa de líquido a plástico.
Límite plástico (LP)= El suelo pasa de plástico a semisólido.
Límite de retracción = El suelo pasa de semisólido a sólido.

Para uso práctico los dos límites de importancia en el estudio de los suelos son el límite líquido y el límite plástico, para los dos límites la muestra se seca al aire y se tritura.

Límite líquido:
Para el estudio del límite líquido se debe utilizar el aparato de Casagrande, la muestra que se debe emplear para este ensayo debe ser la que pasa el tamiz número cuarenta, esta muestra con cierto porcentaje de humedad se lleva al aparato, donde se le abre una ranura en la mitad, el golpeo rítmico que permite el aparato se inicia y se registra el número de golpes en que la ranura se cierra, el número de golpes no debe superar los cincuenta, el valor que interesa es el de veinticinco golpes, en este valor los estudios experimentales han comprobado que se encuentra el límite líquido, para mayor facilidad se toman tres puntos y se realiza una gráfica de tendencia de donde selecciono el valor correspondiente, siendo la abscisa el número de golpes en formato logarítmico, y la ordenada es la humedad en porcentaje.

Límite plástico:
Para este ensayo se utilizará muestra que haya pasado el tamiz número cuarenta, lo que se busca es que la muestra tenga la humedad que cumpla las condiciones necesarias para el cálculo del límite plástico. El límite plástico es la humedad en la cual al hacer con la muestra un cilindro que al llegar exactamente a 3 mm se agrieta, si se agrieta antes de llegar a 3 mm la humedad es menor que el límite plástico, si al llegar a los 3 mm no se ha agrietado, la humedad es mayor que el límite plástico, para este se utilizará una placa de vidrio esmerilado donde se hacen los cilindros.

En el laboratorio se lleva a cabo una prueba que arroja los resultados presentados en las gráficas y tablas a continuación.

LL = 80,16 gr
LP = 43,87 gr
Ip (Índice plastico) = 36,29 gr
Donde Ip = LL – LP
LL = se lee en la gráfica de Casagrande a los 25 golpes
LP = es el promedio de las humedades encontradas para los cilindros de 3 mm

Ensayo Gs

Ensayo de gravedad específica
Para considerar el estudio de los suelos existen algunas propiedades que son de gran importancia, una de estas propiedades es la gravedad específica del suelo (Gs). Generalmente las partículas constituyentes de un suelo están en un rango de Gs de 2,6 a 2,9 este valor es adimensional único para cada suelo.
En el laboratorio es posible encontrar la Gs, empleando un picnómetro. Se determina primeramente el peso del picnómetro con agua (parcialmente lleno), luego el peso del picnómetro con agua y con la muestra (parcialmente lleno). La muestra empleada en este ensayo debe pasar por el tamiz número cuarenta. Es necesario desalojar el aire que está atrapado en la muestra de suelo, para esto se usan dos métodos que serán por ebullición o por suspensión al vacío de la muestra, se debe calibrar el picnómetro con agua destilada o filtrada llenando el picnómetro de agua. Durante algunos días se busca que se desaloje completamente el aire entre las partículas, para poder calcular la Gs se deben tomar las medidas después del ensayo del picnómetro con agua y muestra (lleno) y registrar el valor del peso del picnómetro de calibración de unas gráficas estándar que dependen del picnómetro utilizado. La figura arriba muestra la fórmula para el cálculo de Gs.

Para la muestra de suelo estudiada:

m [picnómetro + agua (parcialmente lleno)] = 418,69 gr
m [picnómetro + agua + muestra (parcialmente lleno)] = 451,15 gr
m [picnómetro + agua+ muestra (lleno)] = 662,69 gr
m [del picnómetro calibrado]= 642,30 gr
m [muestra] = 451,15 gr - 418,69 gr
m [calibración] = 662,69 gr - 642,30 gr

Reemplazando en la ecuación indicada Gs = 2,69.

Descripción

Localización

La zona en la que se centra el estudio geológico tendrá como coordenadas 6°09´24,06” N y 75°31´03,98” O, ubicada en el alto de las palmas, por la vía hacia el aeropuerto internacional José María Córdoba, la altura sobre el nivel del mar para este punto en el que se encuentra es de 2550 m aproximadamente, zona de clima frío donde la temperatura varía entre 10 °C y 18 °C.

Geología

El terreno empleado en el estudio tiene características que permiten determinar propiedades geológicas de gran importancia, tales como la roca madre, lo mucho que afecta la estructura heredada al suelo, entre otras. En el caso específico de la muestra que se tomó, se encuentra que principalmente existe anfibolita, variando entre neisica y esquistosa de colores oscuros, compuestas principalmente de plagiocidas y hornblenda, resistente meteorización, sin sedimentarias intercaladas, e intruye en parte las metasedimentarias.