VARIABILIDAD DE LAS PROPIEDADES GEOTECNICAS DE LOS LIMOS LOÉSSICOS DE CÓRDOBA

Transcripción

1 XIX Congreso Argentino de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica VARIABILIDAD DE LAS PROPIEDADES GEOTECNICAS DE LOS LIMOS LOÉSSICOS DE CÓRDOBA Franco M. FRANCISCA, Ricardo J. ROCCA Pablo N. DAHBAR y Mariano J. VERRA Universidad Nacional de Córdoba - CONICET La Plata Octubre de 2008

2 Organización de la Presentación Mapas de suelos (revisión) Determinación de la distribución probabilística de las principales propiedades de los loess Correlaciones entre propiedades Aplicaciones - Diseño basado en niveles de confiabilidad - Número de muestras crítico Conclusiones

3 Los suelos en la Ciudad de Córdoba (Bodenbender, 1890; Reginatto, 1970).

4 Mapa de suelos de Se divide en 6 zonas morfológicas 3b 3b 2a Rocca et al (1994) 3b 2b 3a 2a 2b 3b 2a Zona I: Planicie aluvial del Río Suquía, con relieve plano y pendiente inferior el 5%. Zona II: Terrazas intermedias del Río Suquía. Relieve plano y pendiente inferior al 5%. Zona III: Terrazas superiores del Río Suquía, con relieve ligeramente inclinado. Pendiente entre 0.5% y 10% 1.0%. Zona IV: Planicie loessica superior, relieve moderadamente ondulado. Pendientes entre el 1% y 3%. Zona V: Barrancas entre la red fluvial actual (Río Suquia y Arroyo La Cañada) y terrazas o planicie loessica. Con relieve muy abrupto (localmente hasta 20%). Zona VI: Lomas onduladas occidentales.

5 Esquema lito-estatigráfico de Córdoba Complejo Denominación J. A. Doering Descripción Valle RíoSuquía Llanura Pampeana Litológico Frenguelli 1 Reciente a Suelo vegetal Limo oscuro Suelo organico 2A Tercer Grupo J b Loess eólico pardo claro, Loésico. c pulverulento. d e f g 3A Tercer Periodo I h Arena rosada algo aluvional i micacea con gravas y k pequeños cantos rodados. l m 2B Segundo Grupo H n Loess pardo, a veces Loésico arenoso, fino, homogéneo. 3B Segundo Periodo Aluvional G o Arenas pardas, grisáceas a rosadas, finas. 2C Primer Grupo Loésico F p Loess pardo rojizo, arcilloso. 3C Primer Periodo E q Arena, gravas y Tosca Aluvional rodados 4 Arcilloso D Estratos arcillosos, color rojo ladrillo, con vivianita. 5A Sedimentario C Areniscas y arcilitas antiguo lateríticas 5B Sedimentario antiguo B Conglomerados cementados con arcilla roja. 6 Cristalino A Gneis y granitos de basamento. (Rocca y Quintana Crespo, 1997)

6 Propiedades físicas y mecánicas típicas Propiedad física o mecánica Unidad Valores Peso unitario seco kn/m 3 12, (13,0) Peso unitario húmedo kn/m 3 14,9 16,8 (15,2) Límite Líquido (LL) % 20,8 32,2 (24,0) Índice de Plasticidad (IP) % 0 8,0 (3,5) Fracción arenosa ( > 0,1 mm) % 5 15 Fracción limosa (0,1 mm - 0,002 mm) % Fracción arcillosa (< 0,002 mm) % 7 25 Conductividad hidráulica (ks) cm/seg (1 x 10-5 ) Peso unitario máximo (Proctor Standard) kn/m 3 16,0 17,8 (16,7) Ángulo de fricción efectiva φ º (28) Cohesión efectiva c kn/m 2 < 8 (~ 0) Modulo confinado a humedad natural (*) (a 100 kpa) kn/m (4000) Modulo confinado saturado (*) (a 100 kpa) kn/m (1900) Resistencia a la compresión simple kn/m (85) (Francisca et al. 2003)

7 El loess eólico de la ciudad de Córdoba Variabilidad de las propiedades geotécnicas de los complejos litológicos Coef. Var. Tipo de Suelo Propiedades Unidad Media Desv. Est. Mínimo Máximo N de Obvs. (%) Contenido de agua w % 16,07 5,150 0,320 4,55 34, Límite Líquido WL % 24,18 2,660 0, Suelo 2a: Índice Plástico Ir % 4,58 1,930 0,421 0,3 12,5 215 Loess eólico Peso Unitario Pu kn/m 3 13,18 0,700 0,053 11,2 16,5 185 pardo claro, Presión de Fluencia Pf kpa 53, , , pulverulento. Ángulo de Fricción Ø 11,13 5,499 0, Cohesión c kpa 17,67 23,000 1, N SPT N 9,40 4,700 0,

8 Variabilidad de prop. físicas y mecánicas Análisis de Histogramas para el complejo litológico 2a Limos loéssicos Humedad (%) N SPT recuencia F H% μ =16,1 1 % σ =5,2% COV = 0,323 Frecuencia % acumulado 0,0% 0,0% 0,3% 3,6% 8,4% 20,1%34,2% 60,1%76,6% 81,7%87,7% 91,3%94,6% 96,1%98,2% 99,1%99,7% 100,0 100,0 100,0 100,0 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Frecuencia más N SPT μ = 9,4 σ =4,7 COV = 0, Frecuencia % acumulado 1,1% 12,6% 27,4% 44,7% 62,6% 78,9% 86,3% 91,6% 94,2% 95,3% 97,4% 97,9% 100,0% 6 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 50 % de las mediciones en los 3 intervalos centrales (Leptocúrtica). Amplio rango (mín. = 4.6 %; máx. = 34.7%). Distribución ib ió Normal: media 16.1%, 1% moda 15.0% y mediana 15.4% Importante asimetría negativa a la izquierda. COV muy elevado. Según Harr,1989 es 0.26 Distribución Beta

9 Variabilidad de prop. físicas y mecánicas Análisis de Histogramas para el complejo litológico 2a Limos loéssicos Peso Unitario (Tn/m 3 ) Límite Líquido (%) % % Frecuencia μ = 1,32 Tn/m3 σ = 0,07 Tn/m3 COV = 0,05 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% a Frecuenci μ = 24,18 % σ = 2,66 % COV = 0,110 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 10 20% 10 20% 5 0 1,2 1,22 1,24 1,26 1,28 1,3 1,32 1,34 1,36 1,38 1,4 1,42 1,44 1,46 1,48 1,5 1,52 más Frecuencia % acumulado 4,30% 6,99% 8,60% 15,59% 24,73% 38,17% 62,37% 75,81% 85,48% 89,25%93,01% 94,09% 94,62% 96,24% 96,77% 96,77% 96,77% 100,00 P Unit (Tn/m3) 10% 0% más Frecuencia % acumulado 5,56% 10,65 16,67 29,63 51,85 75,00 84,26 88,43 92,59 93,98 95,37 97,69 98,15 98,61 99,54 99,54 99,54 100,00 LL (%) 10% 0% COV cercano al recomendado por Harr, 1989: 3%. Distribución Normal: media 1.32 (Tn/m3), moda 1.30 (Tn/m3) y mediana 1.31(Tn/m3) COV menor que el esperado por Harr,1989: Tiende a una distribución Beta con asimetría negativa a la izquierda. Intervalo de confianza del 95 % es 0.356%. Es decir: 23.82% < LL < 24.83%

10 Variabilidad de prop. físicas y mecánicas Análisis de Histogramas para el complejo litológico 3a Arenas con gravas Humedad (%) N SPT Frecuenc cia % Humedad 100% 90% 80% μ = 7,35 % 35 σ = 5,07 70% % 30 COV = 0,689 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% ia Frecuenc μ = 32,62 σ = 15,59 COV = 0, más más Frecuencia Frecuencia % acumulado 6,13% 32,58% 51,61% 63,23% 76,13% 82,58% 88,71% 92,90% 94,84% 97,74% 98,06% 98,39% 99,03% 100,00% %acumulado 0,36% 3,56% 21,35% 50,53% 61,57% 80,43% 89,68% 92,88% 94,31% 96,44% 97,86%100,00% N SPT 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Se aproxima a una distribución Log - Normal El 45 % de los valores comprendido entre 2 % y 6 % de humedad. Amplio rango. Distribución Beta con asimetría negativa a la izquierda. COV mayor que el esperado según Harr,1989: 26 %. N SPT Suelos 2a = 9.4 golpes

11 Correlación entre propiedades (Francisca Evaluating the constrained modulus and collapsibility of loess from standard penetration test, ASCE International Journal of Geomechanics)

12 Correlación entre propiedades Límite Líquido vs. Índice Plástico Peso Unitario vs. Presión de Fluencia % LL LL = IP x + σ x σ Pu ( Tn/m 3) 1,60 1,55 1,50 1, ,40 1,35 1,30 1,25 Pu = Pf x + σ x σ 1, ,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 IP % 1,15 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 P f (kg/cm2) IP = LL LP (dependientes) El coeficiente de correlación es La mayor cantidad de observaciones se agrupa para Pf < 1.0 Kg/cm 2 El coeficiente de correlación es

13 Gráfico Matricial N SPT %H γ [Tn/m3] Pf [Tn/m2] LL % C [Tn/m2] N SPT %H γ [Tn/m3] Pf [Tn/m2] LL % C [Tn/m2] Permiten visualizar en forma directa la correlación entre distintos parámetros del suelo

14 Cálculo Probabilístico Valoración de confiabilidad d robabilidad sidad de pr nción dens Fun Distribución de la Demanda Distribución de la Capacidad Cargas D C Probabilidad de Falla FS = C D

15 Aplicación 1 Considerar la variabilidad en modelos para realizar diseños basados en niveles de confiabilidad E.g.: Simulación Montecarlo Tn γ.b se resuelve: Q =.N γ + γ.d.n q+ c.n c.b ml 2 c = normal γ = normal = normal

16 Aplicación 2 Determinar la cantidad de ensayos a realizar en función de la precisión requerida en el proyecto p = X X + t t β β s N s s = X 1 N = se obtiene el tamaño de la muestra p = índice de precisión t β es el coeficiente de confianza obtenido de la distribución t de Student N 1 CV ob

17 Conclusiones Con la excepción del ángulo de fricción, todas las propiedades analizadas tienen una distribución probabilística normal o Gaussiana. A partir de los valores esperados y desviación estándar se computó el coeficiente de variación del límite líquido, peso unitario, fricción, cohesión, presión de fluencia y número de golpes. Para el número de golpes del ensayo SPT y ángulo de fricción la dispersión encontrada es muy superior a la reportada en la literatura para suelos limosos. Las correlaciones entre parámetros son bajas, posiblemente debido a la presencia de cementantes y nódulos que producen en el suelo una variabilidad adicional.

18 Conclusiones El número de golpes SPT presenta una fuerte correlación respectoalapresión de fluencia, de igual manera que el límite líquido lo hace con el índice plástico y la cohesión no drenada; y el peso unitario con la presión de fluencia. Se demostró la importancia de conocer cuantos estudios serían necesarios para tener información confiable acerca de las propiedades mecánicas. Dicha discusión entrega elementos para ser tenidos en cuenta por el ingeniero geotécnico al momento de tomar decisiones de la cantidad de determinaciones a realizar y de la importancia de los coeficientes de variación de cada una de las propiedades analizadas.

19 XIX Congreso Argentino de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica La Plata 2008 GRACIAS POR SU ATENCIÓN