3. Equipo y métodos de ensayo

Transcripción

1 3. Equipo y métodos de ensayo 3.1 Introducción El ensayo edométrico convencional, basado en la teoría de la consolidación de Terzaghi, ha sido llevado a la práctica por los laboratorios durante cerca de 60 años sin mayores modificaciones y, sin duda, es uno de los ensayos de laboratorio más utilizado. El ensayo edométrico convencional consiste en aplicar unos escalones de carga sucesivamente crecientes a los que se somete la probeta hasta llegar a un máximo, a partir del cual se descarga de nuevo también escalonadamente. Para cada escalón de carga, al final de la consolidación, se obtiene la curva asiento-tiempo a partir de la cual se pueden obtener los parámetros del modelo teórico de consolidación unidimensional c v (coeficiente de consolidación), E m (módulo edométrico) y k (permeabilidad). Durante los años 1960 y 1970, numerosos investigadores proporcionaron varios métodos alternativos, con el objetivo de reducir el tiempo de ensayo, entre un dia o dos, o incluso en varias horas. Estos son procedimientos que se basan en aplicar a la muestra un constante incremento en la tensión efectiva, a partir de unos procedimientos, que, en ciertos casos, son distintos a los de incrementar la tensión total. Todos ellos dependen de la presión de agua en la base de la muestra. A la vez que se desarrollaron estos métodos, se vió la necesidad de contemplar estos casos con una extensión de la teoría de Terzaghi. En la figura se muestra un esquema del edómetro convencional y del edómetro con carga variable respectivamente. σ σ(t) muestra H muestra H Edómetro Convencional Edómetro con carga variable - Suelo confinado lateralmente. - Suelo confinado lateralmente. - Drenaje 1-D en la cara superior e - Drenaje 1-D en la cara superior. inferior de la muestra. - Carga vertical variable en función - Carga vertical por escalones, σ. del tiempo, σ(t). - Medida de la presión intersticial u b en la base de la muestra. u b Figura Esquema de los edómetros convencional y con carga variable. 4

2 Los ensayos edométricos con carga variable más usuales son: - Controlled Gradient consolidation test (CG) desarrollado por Lowe et al. en 1969 []. Ensayo de consolidación de gradiente de presión de agua controlado durante todo el ensayo. - Constant Rate of Loading consolidation test (CRL) propuesto por Aboshi et al. en 1971 [3]. Ensayo de consolidación con velocidad de carga constante durante todo el ensayo. - Constant Rate of Strain consolidation test (CRS) propuesto por Smith et al. en 1971 [4]. Ensayo de consolidación con velocidad de deformación constante durante todo el ensayo. - Continuous Loading consolidation test (CL) propuesto por Janbu et al. en 1979 [5]. Ensayo de consolidación en el cual la relación velocidad de carga/presión de poros se mantiene constante durante todo el ensayo. En la figura 3.1. se muestra un esquema para cada uno de los ensayos con carga variable que se han realizado en este trabajo en el cual se refleja la condición que se impone en cada uno de ellos, donde u b es la presión intersticial en la base de la muestra, σ v es la carga vertical aplicada y ε v es la deformación vertical. u b σ v ε v t t (a) (b) (c) Figura 3.1. a) Ensayo CG; b) Ensayo CRL; c) Ensayo CRS. t En este trabajo y para el suelo de S. Sadurní d Anoia se han reproducido los ensayos CG, CRL, y CRS descritos en la revisión bibliográfica de la teoría de los ensayos de consolidación continua del trabajo de Martín, 00 [1]. A continuación se presenta una breve descripción de las condiciones de cada ensayo y la formulación necesaria para determinar los parámetros geomecánicos que se derivan de un ensayo de consolidación unidimensional. 5

3 El proceso de consolidación bajo un incremento de carga externa está gobernado por la ecuación de Terzaghi ( ): u t u = cv z σ + t, c v k E = γ w m (1) donde u: presión intersiticial t: tiempo c v : coeficiente de consolidación z: profundidad σ: tensión vertical k: permeabilidad E m : módulo edométrico γ w : peso específico del agua La ecuación (1) se cumple asumiendo las hipótesis siguientes: Suelo homogeneo, isótropo y saturado. Se consideran las partículas y el agua incompresibles. Ley de Darcy válida ( k = cte). Presión vertical uniforme. Suelo confinado lateralmente (deformación 1-D). Drenaje unidimensional (1-D). Relación σ e lineal. La deformación es debida exclusivamente a cambios de tensión vertical efectiva σ. Si se extiende la expresión de Terzaghi para cada tipo de ensayo (CRL, CG y CRS) y se imponen las condiciones de contorno adecuadas para cada uno de ellos se puede obtener la velocidad de disipación de las presiones intersticiales y el parámetro c v Ensayo de consolidación de gradiente de presión de agua controlado CG El procedimiento de ensayo y el método de análisis de los resultados está descrito en Lowe et al., 1969 []. CG es un ensayo de consolidación con carga variable en el cual la presión intersticial en la base impermeable de la muestra (u b ) se mantiene constante durante todo el ensayo. Por lo tanto, durante el ensayo CG u/ t=0. La distribución de u b, en general parabólica, dentro de la muestra también permanece constante. u b es una condición de contorno que se selecciona adecuadamente antes de realizar el ensayo, y debe ser tal que no supere el 50% de la presión total aplicada y no menor que unos 0.007MPa. Reescribiendo la ecuación (1) y realizando algunas operaciones matemáticas se deriva la expresión del coeficiente de consolidación c v para un ensayo CG. σ H cv t ub () donde H es la altura de la muestra 6

4 El registro continuo de los datos (tiempo t, asiento, carga vertical σ y presión u b ) permite obtener el valor de c v en cada incremento de tiempo Ensayo de consolidación con velocidad de carga CRL El procedimiento de ensayo y el método de análisis de los resultados está descrito en Aboshi et al., 1971 [3]. CRL es el ensayo de consolidación con carga variable que mantiene una velocidad de carga constante durante todo el ensayo. Esto significa que σ/ t es constante. La solución a la ecuación de Terzaghi es la distribución de la presión intersticial en la base de la muestra impermeable, u b, bajo una carga vertical externa que varia con el tiempo. 16 H cv π σ c π 1 exp t 4 H v ub 3 t (3) La expresión (3) es la solución simplificada de una serie de n términos para n=1. En este caso el cálculo de c v es un poco más complejo que en el ensayo anterior. Se debe resolver una ecuación no lineal en la cual se tiene como datos u b y la velocidad de carga que se haya seleccionado para el ensayo en cuestión. Hay que destacar que para tiempos grandes, cuando se alcanza el estado estacionario, la expresión (3) se simplifica más aún dado que el valor de la exponencial es cero y tan solo queda el primer término de la ecuación: 16 H Cv π ub 3 σ t (4) Referente a la velocidad de carga, para velocidades de carga extremadamente altas la presión intersticial en la base de la muestra puede llegar a ser tan grande que la uniformidad de la tensión vertical efectiva no se mantiene dentro de la muestra. Por el contrario, para velocidades de carga extremadamente bajas, aunque la uniformidad es satisfactoria, la relación u b /σ en la base impermeable es pequeña como para obtener resultados con exactitud. Pero esto depende, naturalmente, de la exactitud con la que se determine la relación σ c v Ensayo de consolidación con velocidad de deformación constante CRS El procedimiento de ensayo y el método de análisis de los resultados está descrito en Wissa et al., 1971 [4]. CRS es un ensayo de consolidación con carga variable que mantiene una velocidad de deformación vertical constante durante todo el ensayo. La muestra se carga bajo una velocidad de deformación vertical, r, constante, y para cualquier instante de tiempo la muestra se deforma verticalmente de tal manera que en superficie se observa 7

5 un desplazamiento de rht. La ecuación de consolidación, en términos de deformación, ε, es: ε z ε t k m c v = (5) donde cv = y m = v w v γ 1 E m Realizando las operaciones matemáticas necesarias y aplicando las condiciones de contorno en la base y en la cara superior de la muestra convenientes, la solución de la deformación para cualquier punto de la muestra y cualquier instante de tiempo t es: rh 1 3z ε cv 6 H H π m= 1 z mπz cos H m m π Tv v ( z, t) = rt e (6) donde T v = c H t El primer término del sumatorio representa la deformación media impuesta en el ensayo (rt) y describe cual seria la deformación media en la muestra si la deformación fuese la misma en cualquier punto de la muestra. El segundo término se divide en dos partes; la primera, independiente del tiempo, representa la desviación respecto a la deformación media en el caso estacionario. Esta desviación debe existir para que se produzca el gradiente necesario que genera un flujo intersticial constante. Y la segunda, dependiente del tiempo, es la parte transitoria de la solución despreciable para T v >0.5. Así, en condiciones estacionarias, para T v grandes, con una relación esfuerzodeformación lineal, el coeficiente de consolidación es: cv = σ H t ub (7) A priori, es díficil determinar la velocidad de deformación. Para velocidades bajas, la presión intersticial en la base de la muestra es despreciable, con lo cual, es imposible calcular c v. Si se aplican velocidades muy elevadas se generan grandes presiones intersticiales en la base de la muestra y esta se ve sometida a un gradiente hidráulico que no representa las hipótesis de partida. La velocidad óptima es aquella que permite determinar una mejor relación e - log σ. En la práctica, se ha observado que las velocidades que ofrecen mejores resultados son aquellas en las que se cumple que la relación u b /σ es del al 5%. 8

6 3. Equipo utilizado y preparación de muestras Los ensayos edométricos con carga variable requieren el registro de la carga vertical aplicada sobre la muestra, el desplazamiento vertical y la presión intersticial en la base de la muestra. La adquisición de estas lecturas se realiza mediante la conexión de 4 unidades básicas que son, los transductores, un amplificador, una terminal análogica (el Datalogger) y un PC. El amplificador registra la señal (en voltios) procedente de los transductores, la amplifica y la transmite a la terminal análogica. La terminal analógica tiene dos funciones, la primera es transmitir la información de los transductores al PC y la segunda es actuar de forma indirecta sobre el pistón, transmite la orden enviada por el PC al motor el cual está totalmente ligado al cilindro neumático. La comunicación entre el PC y la terminal analógica se realiza mediante un sistema basado en el WOS (Workstation Operation System). Para cada tipo de ensayo (CRL, CG y CRS) se realiza un programa que gobierna la variable correspondiente, bien sea la velocidad de carga, la presión intersticial en la base de la muestra o la velocidad de deformación. Estos programas se ejecutan desde el PC a través del sistema WOS y permiten visualizar en la pantalla los resultados a tiempo real y guardarlos en un archivo para su posterior post-proceso. Las figuras 3..1 y 3.. muestran el equipo de consolidación con carga variable donde se pueden observar las diferentes unidades de control y describe el funcionamiento del ensayo. Cilindro neumático Amplificador PC Motor Terminal analógica Figura 3..1 Equipo de consolidación con carga variable. 9

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8 La preparación de la muestra se debe hacer con la máxima precaución intentando que el procedimiento empleado sea lo más repetitivo y conduzca a muestras idénticas. Para cada ensayo se ha fabricado una muestra remoldeada con suelo de Sant Sadurní d Anoia que pasa por el tamiz nº16 y con una humedad del 45% aproximadamente. La muestra edométrica es de un tamaño estándar (área de cm, altura de cm) y está confinada lateralmente por un anillo de acero. El anillo con la muestra se introduce en la célula edométrica y en la cara superior de la muestra se coloca la piedra porosa (saturada). Seguidamente, se ajusta el cuerpo lateral de cierre (collarín) que queda fijado por tres tornillos. Y finalmente se coloca el pistón de carga que transmite la carga vertical a la muestra. Antes de realizar el ensayo aplicamos una carga de preconsolidación de 0.05 MPa durante 4horas, se enrasa la muestra con la altura del anillo y se situa bajo el marco de carga. La base de la célula es impermeable y tiene un pequeño orificio (diámetro, 0.1cm) a través del cual se puede medir la presión intersticial en la cara inferior de la muestra. A diferencia del ensayo edométrico convencional, el drenaje de la muestra se realiza en un único sentido ascendente por lo que la distancia que recorrerá el agua desde la cara inferior será igual a la altura de la muestra ( cm). Para garantizar una distribución de la carga homogenea sobre la superficie de la muestra se ha modificado el pistón de carga respecto el trabajo de referencia, Martín, 00 [1]. Se ha intentado mejorar el apoyo entre la célula de carga y el pistón de carga, y aumentar la estabilidad del sistema de medida en general (ver figura 3..4). CÉLULA EDOMÉTRICA 1. Célula edométria. Cuerpo lateral de cierre (collarín) 3. Anillo edométrico 4. Piedra porosa 5. Pistón de carga 6. Tornillos para fijar el collarín Figura 3..3 Elementos que constituyen la célula edométrica. 1. Pistón de carga utilizada en el trabajo actual. Pistón de carga utilizada en el trabajo de Martín, 00 [1] Figura 3..4 Pistones de carga. 11

9 3.3 Estudio de la estabilidad de los transductores Tanto el transductor de desplazamientos (LVDT), como el transductor de presiones intersticiales, así como la célula de carga son equipos de medida eléctricos que permiten un registro continuo de los datos. Antes de utilizarlos es conveniente analizar su estabilidad, es decir, debemos comprobar que no se producirán errores de medida a causa de una deriva temporal del transductor. La idea es realizar medidas de los desplazamientos, presiones intersticiales y carga vertical, por separado, y estando el equipo en reposo. De esta manera se puede observar el comportamiento de los transductores. Si el funcionamiento es correcto no deben existir variaciones más allá de las originadas por el ruido estocástico. Por medio de un programa de recogida de datos se realiza medidas cada minuto y durante el tiempo impuesto de 4h. Dado que se estudia la estabilidad de cada transductor por separado, se ha elegido el mismo canal de entrada a la terminal analógica, el canal 1. Figura Figura 3.3. Transductor de desplazamientos (LVDT). Transductor de presiones intersticiales conectado a la base de la célula edométrica. Figura Célula de carga. 1

10 Lectura Presión Intersticial (KPa Tiempo (horas) Figura Estabilidad del transductor de presiones intersticiales. La figura muestra una variación de la presión intersticial de 1 KPa. Estas oscilaciones son admisibles y no perjudican la futura interpretación de los datos. El transductor de presiones intersticiales se considera, por tanto, estable. 45 Lectura Célula de carga (KPa) Tiempo (horas) Figura Estabilidad de la célula de carga. 13

11 Dado que en los ensayos la unidad de registro de los datos de la carga vertical es de tensión, se ha creido conveniente representar los valores de las lecturas de la célula de carga en KPa (para un área de cm ). La variación, en valor absoluto, de las lecturas de la célula de carga, es de a 3 KPa (ver figura 3.3.5), que está dentro del rango admisible. En consecuencia, la célula de carga se puede considerar estable. 45 Lectura LVDT (micras) Tiempo (horas) Figura Estabilidad del LVDT. En la gráfica se puede comprobar la estabilidad del transductor de desplazamientos. La variación en valor absoluto de las lecturas es 6 micras. Por lo tanto, se está dentro del rango de valores admisibles ( + 10 micras). Llegados a este punto se puede considerar a las medidas libres de la deriva temporal. 14

12 3.4 Calibración El sistema de medida eléctrico del cual se dispone en este trabajo tiene la ventaja de facilitar un registro continuo de los datos. Es necesario calibrar cada uno de los instrumentos de medida, el transductor de desplazamientos, el transductor de presiones intersticiales y la célula de carga. Mediante la calibración se obtiene la relación entre la señal de salida ( voltaje) y la magnitud física de referencia (patrón). A esta relación se le denomina constante de calibración. Para llevar a cabo la calibración se ejecuta un programa sencillo que permita guardar las dos variables de estudio (voltaje de salida y magnitud física). Se utiliza la misma unidad de amplificación que en los ensayos edométricos con carga variable. A cada transductor le corresponde un canal, el nº1 para el de desplazamientos, el nº3 para el de presiones intersticiales y la célula de carga está conectada al canal nº Calibración del transductor de presiones intersticiales La calibración del transductor de presiones intersticiales consiste en colocar en paralelo el comparador patrón de presión y el transductor, ver figura Se siguen dos trayectorias, una de carga hasta 0.8 MPa y otra de descarga hasta 0. Patrón de presión Transductor de presiones intersticiales Figura Calibración del transductor de presiones intersticiales. 15

13 Patron Pres.Interst. (MPa) Datos Lineal (Datos) Voltímetro (V) Figura Calibración del transductor de presiones intersticiales. Ajuste lineal de las lecturas de carga y descarga Error absoluto (MPa) Patrón Pres.Interst. (MPa) Figura Error absoluto entre la recta de regresión y las lecturas reales. De la gráfica se observa que existe una pérdida de la linealidad para los valores iniciales de la carga, de la descarga y para algún punto intermedio en el cual el error absoluto supera los 0.00 MPa. Descartando las lecturas de la gráfica 3.4., que provocan estos errores, se obtiene una nueva recta de regresión y el error absoluto del nuevo conjunto de datos (ver figuras y 3.4.5): 16

14 Patron Pres.Interst. (MPa) y = 9.414x Datos 0. Lineal (Datos) Voltímetro (V) Figura Calibración del transductor de presiones intersticiales. Ajuste lineal de las lecturas de carga y descarga Error absoluto (MPa) Patrón Pres.Interst. (MPa) Figura Error absoluto entre la recta de regresión y las lecturas reales. La cota de error máximo entre el ajuste lineal y las lecturas tomadas es de 0.001MPa (1 KPa) aproximadamente, ver figura 3.4.5, y se considera suficiente para el transductor de presiones intersticiales. Asi, de la recta de regresión obtenida en la figura 3.4.4, se determina la constante de la calibración la cual no es más que la constante de la recta: K Pres Interst = 9.41 (MPa/V) 17

15 3.4. Calibración de la célula de carga Para calibrar la célula de carga se utiliza como patrón una bancada de edómetro convencional en la que se ha substituido la célula edométrica por la célula de carga objeto de calibración, ver figura Análogamente a la calibración anterior se realizan dos trayectorias, una de carga hasta 50kp, equivalente a 1.5 MPa para una muestra de 0cm de área y otra de descarga hasta hasta el valor inicial (se utiliza las pesas habituales de los edómetros convencionales). Bancada de un edómetro convencional Célula de carga Figura Calibración de la célula de carga. 18

16 Patrón carga (MPa) Datos Lineal (Datos) Voltímetro (V) Figura Calibración de la célula de carga. Ajuste lineal de las lecturas de carga y descarga Error absoluto (MPa) Patrón carga (MPa) Figura Error absoluto entre la recta de regresión y las lecturas reales. Análogamente a la calibración anterior, se observa que hay una lectura del patrón de carga, ver figura 3.4.7, que difiere notablemente del valor teórico, MPa como se puede ver en la figura Para realizar un mejor ajuste de la calibración se desprecia este valor de la gráfica La nueva relación MPa/V y la distribución del error absoluto se presentan en las siguientes dos figuras (ver figuras y ): 19

17 Patrón carga (MPa) y = 6.866x Datos Lineal (Datos) Voltímetro (V) Figura Calibración de la célula de carga. Ajuste lineal de las lecturas de carga y descarga Error absoluto (MPa) Patrón carga (MPa) Figura Error absoluto entre la recta de regresión y las lecturas reales. La cota del error máximo, en valor absoluto es de MPa y se considera suficiente para la célula de carga. La relación MPa/voltios que se obtiene de la figura es de 6.87 (MPa/voltio). K Cel.carga = 6.87 (MPa/V) 0

18 3.4.3 Calibración del transductor de desplazamientos (LVDT) La calibración del LVDT requiere un voltímetro de precisión y un comparador patrón, ver figura Se somete el vástago del LVDT a una serie de desplazamientos (una serie de incrementos y otra de disminución) de forma indirecta a través del comparador, y el voltaje de salida lo recogemos en un archivo de resultados para su posterior post-proceso. LVDT Comparador Figura Calibración del transductor de desplazamientos (LVDT). 1

19 5000 Patrón desplazamiento (micras) Datos Lineal (Datos) Voltímetro (V) Figura Calibración del transductor de desplazamientos. Ajuste lineal de las lecturas de incremento y de disminución. Error absoluto (micras) Patrón desplazamientos (micras) Figura Error absoluto entre la recta de regresión y las lecturas reales.

20 De la figura se puede deducir que el cero eléctrico del LVDT está situado alrededor del valor 1.37 micras y la linealidad se encuentra dentro del rango donde los errores absolutos son más pequeños (ver figura ). Por lo tanto, a la hora de realizar los ensayos es conveniente ajustar el vástago del LVDT de manera que las medidas se realicen dentro del rango donde los errores son más pequeños. Despreciando el rango donde los errores absolutos son superiores a 10 micras, la relación micras/voltios es la que se muestra en la figura , y la nueva gráfica de errores absolutos entre la recta de regresión y las lecturas reales es la figura : Patrón desplazamiento(micras) y = x R = Voltímetro (V) Figura Corrección de la calibración del transductor de desplazamientos. Ajuste lineal de las lecturas de incremento y de disminución. 10 Error absoluto (micras) Patrón desplazamientos (micras) Figura Error absoluto entre la recta de regresión y las lecturas reales. La constante de calibración del transductor de desplazamientos es K= (micras/voltios). K LVDT = ( µm /V) 3

21 3.5 Puesta en marcha del equipo. Ensayo CRL sobre el suelo del llano de Barcelona Introducción Con tal de poner en marcha el equipo, se ha reproducido el ensayo CRL sobre el suelo del llano de Barcelona en el que se obtuvieron los mejores resultados en el trabajo de referencia Martín, 00 [1]. La finalidad de este apartado es evaluar, desde un punto de vista cuantitativo, el resultado del ensayo actual y comprobar que los parámetros de consolidación obtenidos son del orden de los hallados en el ensayo de referencia. La conexión entre ambos trabajos reside en la comparación entre los dos ensayos, que a su vez da paso al inicio del trabajo actual. Se ha elaborado una muestra de suelo bajo las mismas condiciones de referencia, con una humedad inicial aproximada del 35% (w l =30.5) y una presión de preconsolidación de 0.05MPa. La tabla recoge las condiciones iniciales del ensayo de referencia y del ensayo actual. Cabe destacar que w 0 es el valor de la humedad de la muestra después de la fase de preconsolidación y justo antes de realizar el ensayo. Nombre del ensayo CRL_CNORD Duración (horas) 4 4 P c ' (MPa) Velocidad de carga (MPa/hora) Trabajo actual Trabajo de referencia Martín, 00 [1] w 0 (%) e γd 0 (kn/m 3 ) Tabla Condiciones iniciales del ensayo CRL_CNORD. 4

22 3.5. Resultados El equipo utilizado registra automáticamente el asiento producido en la muestra, la presión intersticial en la base impermeable y la carga vertical en cualquier instante de tiempo t. La medida directa de la presión intersticial en función del tiempo se puede observar en la figura Y en la figura 3.5. se muestra la deformación de la muestra durante el ensayo que no es más que el cociente del desplazamiento vertical (medida directa) entre la altura inicial de la muestra. Presión Intersticial ub (MPa) Tiempo (horas) Figura Evolución de la presión intersticial durante el ensayo CRL_CNORD. Durante el ensayo, la carga aplicada es absorvida por el agua intersticial y se generan unas presiones u b en la base de la muestra que, en un principio, aumentan rápidamente y de forma más o menos lineal (ver figura 3.5.1). u b alcanza un valor máximo a partir del cual la carga aplicada ya deja de tener influencia en el aumento de la presión intersticial, y esta comienza a disiparse. El aumento de la presión intersticial se produce con una cierta regularidad, pero la disipación de u b presenta algunos cambios bruscos, aunque con tendencia clara a la situación estacionaria. Si se observa la figura 3.5., se puede apreciar que los incrementos de deformación mayores coinciden con el incremento rápido de u b. En el momento que las presiones intersticiales se disipan el cambio volumétrico del suelo se produce más lentamente. 5

23 Deformación Tiempo (horas) Figura 3.5. Evolución de la deformación durante el ensayo CRL_CNORD. La deformación de la muestra durante el ensayo también se puede representar a través de la variación del índice de poros e. La relación entre el índice de poros (o la deformación) y la tensión vertical efectiva pone de manifiesto la historia de esfuerzos del suelo, y en este caso se ve claramente que el suelo tiene un cambio de comportamiento para σ = 0.05 MPa (ver figura 3.5.3), coincidiendo así con la presión de preconsolidación aplicada sobre la muestra antes de realizar el ensayo. σ' (MPa) Pc' Índice de poros e Figura Relación entre el índice de poros y la tensión vertical efectiva en escala logarítmica. Ensayo CRL_CNORD. 6

24 Uno de los parámetros de la consolidación unidimensional es el módulo edométrico, E m. Se define como la derivada de la tensión vertical efectiva respecto de la deformación. La variación de E m (ver figura 3.5.4), durante el ensayo, es lógica ya que a medida que aumenta la carga, el índice de poros disminuye, el suelo es menos compresible y E m aumenta, con lo cual el suelo es cada vez más rígido. 0 Módulo edométrico Em (MPa) σ' (MPa) Pc' Figura Variación del módulo edométrico respecto de la tensión efectiva vertical durante el ensayo CRL_CNORD. Otro parámetro de la consolidación 1-D es el coeficiente de consolidación c v. El cálculo de c v se realiza para cada punto de la figura y aplicando la exprexión (4), según la teoría de Aboshi et al [3]. El resultado se muestra en la figura Pc' c v (10-3 cm /s) σ' (MPa) Figura Evolución del coeficiente de consolidación respecto de la tensión efectiva vertical durante el ensayo CRL_CNORD. 7

25 La expresión (4) del apartado 3.1. ofrece buenos resultados para tiempos grandes, es decir, en condiciones aproximadamente estacionarias. Para presiones intersticiales bajas, el cálculo de c v resulta difícil y puede carecer de sentido físico. Las conclusiones se centran básicamente en los valores de c v en condiciones estacionarias. Así, c v tiende a un valor de cm /s (ver figura 3.5.5). Por último, según la expresión (1) del apartado 3.1. se puede relacionar el módulo edométrico E m y el coeficiente de consolidación c v para obtener la variación de la permeabilidad k (ver figura ). 1.E-03 Permeabilidad k (cm/s) 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E σ' (MPa) Figura Variación de la permeabilidad respecto de la tensión efectiva vertical durante el ensayo CRL_CNORD. Tal como sucede con el coeficiente de consolidación c v, el valor de la permeabilidad obtenido para pequeñas cargas no es muy realista lo que conlleva a analizar la tendencia del parámetro para cargas mayores que, obviamente, se corresponden con tiempos mayores. Como se muestra en la figura la permeabilidad del suelo del llano de Barcelona tiende a 10-8 cm/s. 8

26 Para este ensayo en particular no se va a hacer émfasis en las posibles inestabilidades del ensayo, ni en los cambios bruscos de algunas variables porque, para este suelo en particular, ya existen datos anteriores (Martín, 00 [1]). Sin embargo, es interesante realizar una tabla comparativa entre los resultados del ensayo CRL sobre el suelo del llano de Barcelona del trabajo de referencia y los resultados del presente trabajo. Variable/Parámetro Valores del presente trabajo Valores de referencia (Martin, 00) u b máx MPa 0.08 MPa ε máx E m /σ' 3 5 c v (σ' = 0.6 M Pa) cm /s 10-3 cm /s k (σ' = 0.6 M Pa) 10-8 cm/s cm/s Tabla Comparación entre los resultados del presente trabajo y el trabajo de referencia Martín, 00 [1]. Los resultados de ambos trabajos ponen de manifiesto que los parámetros de la consolidación E m, c v y k son del mismo orden. Tan solo existe dispersión en los valores hallados de la presión intersticial u b máxima. En el caso del trabajo de Martín, 00 [1], u b aumenta hasta 0.08 MPa y a continuación empieza a disiparse hasta alcanzar un valor de MPa aproximadamente [1]. En cambio en la figura de este trabajo el valor máximo que alcanza u b es de MPa y seguidamente disminuye más lentamente y se estabiliza entorno a 0.07 MPa. Así, dentro de la dispersión existente, a medida que avanzan ambos ensayos los valores de u b tienden a converger. Esto hace que los resultados de los parámetros de la consolidación sean bastante similares para tiempos grandes, o lo que es lo mismo para σ grandes, como es el caso mostrado en la tabla

27 3.6 Plan de ensayos Una vez puesto a punto el equipo y se ha comprobado la concordancia entre los resultados de ambos trabajos, se está en condiciones de iniciar la serie de ensayos programados: Sobre el suelo de S. Sadurní d Anoia (suelo más plástico que el llano de Barcelona): - Edómetro convencional con lectura automática de los desplazamientos y aplicación de la carga vertical mediante un cilindro neumático. La finalidad de este ensayo es caracterizar las propiedades del suelo siguiendo el procedimiento clásico. - Edómetro con carga variable. Ensayos CRL, CG y CRS. El objetivo general es explorar las ventajas e inconvenientes de estos tres métodos de ensayos de consolidación con carga variable y elegir uno de ellos para aplicarlo sobre la bentonita FEBEX. Sobre la bentonita FEBEX (arcilla expansiva de baja permeabilidad): - Ensayo CRL. La finalidad de este ensayo es obtener la permeabilidad de la bentonita y su variación con el índice de poros, y contrastarla con los resultados obtenidos en diversos ensayos de permeabilidad cuya duración es la de un mes como mínimo para cada ensayo. 30