caracterización estática y dinámica de gravas aluviales del río san juan a partir de resultados...

23
CARACTERIZACIÓN ESTÁTICA Y DINÁMICA DE GRAVAS ALUVIALES DEL RÍO SAN JUAN A PARTIR DE RESULTADOS DE ENSAYOS TRIAXIALES. Autores: FIORE, Juan Manuel (1) ; MORANDI, Javier Osvaldo; NÚÑEZ, Enrique Antonio; MÉDICI, María Elizabeth; VÁZQUEZ, Gustavo Carlos. Instituto de Materiales y Suelos - Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan. (1) J. J. de Urquiza 35 (N) - J5400GNA - San Juan - Tel/Fax: 0264 4226445 - e-mail: [email protected] Resumen. En el presente trabajo se presentan los resultados de un programa de ensayos triaxiales estáticos y cíclicos, consolidados isotrópicamente y drenados o no drenados, destinado a caracterizar mecánicamente a algunas gravas típicas del aluvión del Río San Juan. Se han determinado las propiedades mecánicas presísmicas de estas gravas: la relación hiperbólica tenso-deformacional; la variación de la resistencia al corte en función de la presión de confinamiento; la variación del módulo E tangente inicial con la presión de confinamiento; los módulos E descarga-recarga; la variación del cambio volumétrico y del módulo B con la presión de confinamiento. Para ello se efectuaron ensayos triaxiales a presiones efectivas de cámara de 98,1; 245,2; 490,4 y 882,6 kPa, en el caso de los drenados y de 98,1; 245,2; 490,4 y 784,6 kPa, para los no drenados, sobre muestras moldeadas a diferentes densidades relativas de interés. Los ensayos triaxiales cíclicos realizados han permitido la determinación de las propiedades dinámicas de las mencionadas gravas: la variación de la presión de poros en función del número de ciclos de carga aplicados [u = f(Nc)]; la variación de la deformación axial en función del número de ciclos de carga aplicados [ a = f(Nc)]; la determinación de la relaciones: ru = f(rn); a = f(rn) y dc/2/3c´ = f(Nc); para lo cual se ejecutaron series de ensayos triaxiales cíclicos a presiones efectivas de cámara de 245,2; 490,4 y 686,5 kPa, ante esfuerzos desviadores cíclicos (+/-dc) que provocasen la licuación de las muestras o una deformación axial a total del 10%, entre 5 a 150 ciclos de carga, a diferentes estados de densidad relativa (DR) de las muestras. Abstract. The results of a program of cyclic static triaxial tests, isotropically consolidated and drained or non drained conditions are presented in this work, with the purpose of mechanically characterize some typical gravels of the alluvium of the San Juan River. The mechanical pre seismic properties of these gravels have been determined: the hyperbolic stress-strain relationship; the variation of the E (initial tangent) modulus to the confined pressure; the modulus E discharge-recharge; the variation of the volumetric change and the variation of the B modulus with the confined pressure. For this purpose, triaxial tests were performed to effective camera pressures of 98,1; 245,2; 490,4 and 882,6 kPa, in the case of the drained ones, and of 98,1; 245,2; 490,4 and 784,6 kPa, for the non drained ones, on samples modeled to different relative densities of interest. Those tests have allowed the determination of the dynamic properties of those mentioned gravels: the variation of the pressure of pores in function of the number of applied load cycles [u = f(Nc)]; the variation of the axial deformation in function of the number of applied load cycles [ a = f(Nc)]; the determination of the relationships: ru = f(rn); a = f(rn) y dc/2/3c´ = f(Nc); in this case series of cyclic triaxial tests were performed to effective pressures of camera of 245,2; 490,4 and 686,5 kPa, for cyclic deviator stresses (+/-dc) that caused the liquefaction of the samples or a total axial deformation a of 10%, among 5 to 150 load cycles, to different states of relative density (RD) of the the samples.

Upload: javiermorandi

Post on 05-Jan-2016

12 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

aaa

TRANSCRIPT

Page 1: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

CARACTERIZACIÓN ESTÁTICA Y DINÁMICA DE GRAVAS

ALUVIALES DEL RÍO SAN JUAN A PARTIR DE RESULTADOS

DE ENSAYOS TRIAXIALES.

Autores: FIORE, Juan Manuel (1)

; MORANDI, Javier Osvaldo; NÚÑEZ, Enrique Antonio;

MÉDICI, María Elizabeth; VÁZQUEZ, Gustavo Carlos.

Instituto de Materiales y Suelos - Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de San Juan. (1)

J. J. de Urquiza 35 (N) - J5400GNA - San Juan - Tel/Fax: 0264 4226445 - e-mail:

[email protected]

Resumen.

En el presente trabajo se presentan los resultados de un programa de ensayos triaxiales estáticos y

cíclicos, consolidados isotrópicamente y drenados o no drenados, destinado a caracterizar

mecánicamente a algunas gravas típicas del aluvión del Río San Juan. Se han determinado las

propiedades mecánicas presísmicas de estas gravas: la relación hiperbólica tenso-deformacional; la

variación de la resistencia al corte en función de la presión de confinamiento; la variación del

módulo E tangente inicial con la presión de confinamiento; los módulos E descarga-recarga; la

variación del cambio volumétrico y del módulo B con la presión de confinamiento. Para ello se

efectuaron ensayos triaxiales a presiones efectivas de cámara de 98,1; 245,2; 490,4 y 882,6 kPa, en

el caso de los drenados y de 98,1; 245,2; 490,4 y 784,6 kPa, para los no drenados, sobre muestras

moldeadas a diferentes densidades relativas de interés. Los ensayos triaxiales cíclicos realizados han

permitido la determinación de las propiedades dinámicas de las mencionadas gravas: la variación de

la presión de poros en función del número de ciclos de carga aplicados [u = f(Nc)]; la variación de

la deformación axial en función del número de ciclos de carga aplicados [a = f(Nc)]; la

determinación de la relaciones: ru = f(rn); a = f(rn) y dc/2/3c´ = f(Nc); para lo cual se ejecutaron

series de ensayos triaxiales cíclicos a presiones efectivas de cámara de 245,2; 490,4 y 686,5 kPa,

ante esfuerzos desviadores cíclicos (+/-dc) que provocasen la licuación de las muestras o una

deformación axial a total del 10%, entre 5 a 150 ciclos de carga, a diferentes estados de densidad

relativa (DR) de las muestras.

Abstract. The results of a program of cyclic static triaxial tests, isotropically consolidated and drained or non drained conditions are presented in this work, with the purpose of mechanically characterize some typical gravels of the alluvium of the San Juan River. The mechanical pre seismic properties of these gravels have been determined: the hyperbolic stress-strain relationship; the variation of the E (initial tangent) modulus to the confined pressure; the modulus E discharge-recharge; the variation of the volumetric change and the variation of the B modulus with the confined pressure. For this purpose, triaxial tests were performed to effective camera pressures of 98,1; 245,2; 490,4 and 882,6 kPa, in the case of the drained ones, and of 98,1; 245,2; 490,4 and 784,6 kPa, for the non drained ones, on samples modeled to different relative densities of interest. Those tests have allowed the determination of the dynamic properties of those mentioned gravels: the variation of the pressure of pores in function of the number of applied load cycles [u =

f(Nc)]; the variation of the axial deformation in function of the number of applied load cycles [a =

f(Nc)]; the determination of the relationships: ru = f(rn); a = f(rn) y dc/2/3c´ = f(Nc); in this case series of cyclic triaxial tests were performed to effective pressures of camera of 245,2; 490,4 and

686,5 kPa, for cyclic deviator stresses (+/-dc) that caused the liquefaction of the samples or a

total axial deformation a of 10%, among 5 to 150 load cycles, to different states of relative density (RD) of the the samples.

Page 2: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

2

Palabras Claves: Gravas Aluviales * Propiedades Estáticas y Dinámicas * Ensayos Triaxiales

Cíclicos.

1) Introducción.

En el presente trabajo se presentan los resultados de un programa de ensayos triaxiales estáticos y

dinámicos (cíclicos) destinado a caracterizar mecánicamente a algunas gravas típicas del aluvión del

Río San Juan. Los Valles del Tulum y Ullum-Zonda, núcleo socio-económico más importante de la

Provincia de San Juan, se encuentran emplazados en la zona sísmicas más activa de nuestro País. En

éstos se localizan importantes obras hidráulicas, algunas ya existentes y otras en construcción,

ubicadas en el curso del Río San Juan, cuyo perfil de suelos se encuentra compuesto por gravas

arenosas acompañadas por proporciones variables de bochas. Algunas de las obras existentes,

debido a la época de su construcción, en su proyecto y cálculo no se usaron las modernas

metodologías de análisis sismorresistente basadas en las propiedades estáticas (resistencia al corte

drenada y no drenada, estado constante de deformación) y dinámicas (ensayos triaxiales cíclicos) de

las gravas del aluvión de fundación de la presa como de las que constituyen sus espaldones, El

Seminario sobre SEGURIDAD DE OBRAS HIDRÁULICAS Y ASPECTOS VINCULADOS A LA

DEFENSA CIVIL EN EL VALLE DEL TULUM, realizado en octubre de 1988 y organizado por el

Instituto de Investigaciones Hidráulicas de la UNSJ y la Dirección de Defensa Civil del Gobierno de

la Provincia, llegó a la importante conclusión de la necesidad perentoria de la verificación de la

estabilidad y seguridad de las obras mencionadas, por medio de las técnicas actuales que incluyen el

comportamiento dinámico de los materiales de fundación y de los espaldones que las conforman.

Estas consideraciones motivaron al IMS-UNSJ a llevar a cabo una actualización teórico

metodológica en sus recursos humanos y completar los desarrollos tecnológicos necesarios del

equipamiento que ya disponía, para ejecutar ensayos triaxiales cíclicos completamente

automatizados, con controles y registros de carga, presión de poros y deformación axial, por medio

de transductores y un sistema electrónico de adquisición de datos. Se destaca que a excepción del

actuador dinámico de carga MTS, el resto del equipo es de diseño y construcción propia del IMS.

Los resultados aquí presentados corresponden a programas de ensayos sobre gravas del aluvión del

río y de yacimientos ubicados en él (Tabla 1 y Fig. Nº1), contemplados en Proyectos que no son los

que actualmente están en construcción sobre el Río San Juan, y de un Proyecto de Investigación del

IMS - CICITCA - UNSJ.

Tabla 1: Características de las Gravas Aluviales del Río San Juan Ensayadas.

Muestra GP-GM

Ullum GP Zonda GW Ullum

Características de las Probetas

de Ensayo

γs (kN/m3) 26,14 26,16 25,99 Diámetro = 17,50 a 18,00 cm

γd máx

(kN/m3)

23,13 22,62 23,00 Altura = 35,00 a 38,00 cm

γd mín

(kN/m3)

19,13 17,80 19,05 Tamaño máximo grano = 1 ½”

2) Ensayos Triaxiales Drenados y No Drenados - Estabilidad Estática Presísmica.

El primer paso en la verificación estática de una Presa lo constituye el análisis del estado de tensión

- deformación estático presísmico, que poseen tanto la fundación como el cuerpo de la presa

(Banerjee et al 1979, Chopra 1970, Clough 1984). Para ello comúnmente se emplea el Modelo

Hiperbólico Tensodeformacional en Suelos (Kondner y Zelasko 1967, Duncan y Chang 1970,

Page 3: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

3

Duncan et al 1980) que permite la interpretación analítica de la etapa de carga noval en los

ensayos de compresión triaxial de suelos que presentan comportamientos de tipo “consolidante”.

Gráfica de la Distribución Granulométrica

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

Tamaños (mm)

% q

ue

p

asa

GP-GM Ullum

GP Zonda

GW Ullum

Figura Nº1: Granulometrías de las Gravas Aluviales del Río San Juan ensayadas.

La ejecución de un programa de ensayos triaxiales drenados permite determinar los parámetros

efectivos de resistencia al corte del suelo: c’ y ’; los parámetros hiperbólicos: a = 1/Ei y

b = 1/d máx ; la relación existente entre el módulo tangente inicial Ei y la presión de confinamiento

3, que según Janbu puede expresarse de la siguiente manera: Ei / pa = K (3 / pa)n, donde K y n

son parámetros experimentales a determinar con el programa de ensayos triaxiales; y el módulo de

deformación volumétrica del suelo, según Janbu, puede expresarse como: B / pa = Kb (3 / pa)m

,

donde Kb y m son parámetros experimentales a determinar con el programa de ensayos triaxiales

(Duncan et al 1980, Bolognesi 1987, 1988, Musante et al 1987, Siddiqi et al 1987).

Mediante algún programa de elementos finitos (por ejemplo FEEDAM), puede obtenerse en cada

elemento de la malla, los valores correspondientes de esfuerzos y deformaciones actuantes antes del

sismo. Del programa de ensayos triaxiales ejecutado se obtienen los datos necesarios para su

verificación, c’; ’; Ei /pa = f (3’ / pa) y B/pa = f (3’ / pa), con lo que puede conocerse el estado

de tensiones y deformaciones pre-sísmico en la presa, y con estos datos se puede proceder a

verificar una falla estática de la misma, tanto en condición drenada como no drenada, sobre

cualquier superficie de deslizamiento que se adopte mediante la aplicación de métodos como los de

Bishop, Janbú o el método de la cuña.

Sobre una grava característica (GP-GM, Ullum) del aluvión del río ubicado en Ullum (Fig. Nº1) se

programaron series de ensayos triaxiales estáticos consolidados drenados y consolidados no

drenados, para dos densidades relativas (DR) diferentes, del 60% y 85%, correspondientes a las

situaciones de compacidad del aluvión de fundación y del material granular para espaldones

respectivamente. El programa de ensayos triaxiales ha permitido la determinación de las

Page 4: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

4

propiedades mecánicas presísmicas de estos materiales, interpretados por medio de la mencionada

relación hiperbólica tenso-deformacional de los suelos. Con la densidad relativa del aluvión de

Gráficas Deformación - Esf. Desviador

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0

Def. Específica Axial (%)

Esf. D

esvia

do

r (k

Pa

)

98,1 245,2

490,4 882,6

Figura Nº2: Ensayo Triaxial Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 60%.

Figura Nº3: Ensayo Triaxial Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 60%.

Page 5: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

5

Figura Nº4: Ensayo Triaxial Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 60%.

Trayectoria de Presiones

y = 0,6387x

0

500

1000

1500

2000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

p (kPa)

q (k

Pa

)

máx res

Figura Nº5: Ensayo Triaxial Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 60%.

fundación (DR = 60%) se efectuaron ensayos triaxiales estáticos a presiones efectivas de cámara de

98,1; 245,2; 490,4 y 882,6 kPa en el caso de los drenados (Figs. Nº2 a Nº7) y de 98,1; 245,2; 490,4

y 784,6 kPa para los no drenados (Figs. Nº8 a Nº12).

Los ensayos a la densidad relativa correspondiente a los espaldones (DR = 85%) se realizaron a

presiones de cámara de 98,1; 245,2; 490,4 y 882,6 kPa, tanto para los drenados (Figs. Nº13 a Nº18)

Page 6: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

6

como para los no drenados (Figs. Nº19 a Nº23). En las mencionadas figuras puede observarse el

resultado del programa de ensayos triaxiales realizado.

y = 502,28x0,1707

300

400

500

600

700

800

900

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00

3c / pa

Ei / p

a

Figura Nº6: Ensayo Triaxial Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 60%.

y = 79,553x0,766

0

100

200

300

400

500

600

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00

3c / pa

B / p

a

Figura Nº7: Ensayo Triaxial Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 60%.

Page 7: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

7

Gráficas Deformación - Esf. Desviador

0

200

400

600

800

1000

1200

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0

Def. Específica Axial (%)

Esf. D

esvia

do

r (k

Pa

)

98,1 245,2

490,4 784,6

Figura Nº8: Ensayo Triaxial No Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 60%.

Figura Nº9: Ensayo Triaxial No Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 60%.

Page 8: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

8

Figura Nº10: Ensayo Triaxial No Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 60%.

Trayectoria de Presiones

y = 0,6303x

y = 0,28x + 110,47

0

250

500

750

1000

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750

p (kPa )

q (k

Pa

)

tot ef

Figura Nº11: Ensayo Triaxial No Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 60%.

Page 9: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

9

Gráficas p' - q

0

200

400

600

0 200 400 600 800 1000

p' (kPa )

q (k

Pa

)

98,1 245,2

490,4 784,6

Figura Nº12: Ensayo Triaxial No Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 60%.

Gráficas Deformación - Esf. Desviador

0

1000

2000

3000

4000

5000

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0

Def. Específica Axial (%)

Esf. D

esvia

do

r kP

a )

98,1 245,2 490,4 882,6

Figura Nº13: Ensayo Triaxial Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 85%.

Page 10: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

10

Figura Nº14: Ensayo Triaxial Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 85%.

Figura Nº15: Ensayo Triaxial Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 85%.

Page 11: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

11

Trayectoria de Presiones

y = 0,6502x

y = -0,0021x2 + 0,7778x

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

p (kPa )

q (k

Pa

)

res máx

Figura Nº16: Ensayo Triaxial Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 85%.

y = 681,01x0,5865

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00

Presiones 3c' / pa

Ei / p

a

Figura Nº17: Ensayo Triaxial Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 85%.

Page 12: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

12

y = 404,61x0,5272

300

500

700

900

1100

1300

1500

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00

Presiones 3c' / pa

B / p

a

Figura Nº18: Ensayo Triaxial Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 85%.

Gráficas Deformación - Esf. Desviador

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0

Def. Específica Axial (%)

Esf. D

esvia

do

r (k

Pa

)

98,1 245,2

490,4 882,6

Figura Nº19: Ensayo Triaxial No Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 85%.

Page 13: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

13

Figura Nº20: Ensayo Triaxial No Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 85%.

Figura Nº21: Ensayo Triaxial No Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 85%.

Page 14: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

14

Trayectoria de Presiones

y = 0,6848xy = 0,47x + 601,17

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

p (kPa )

q (k

Pa

)

tot ef

Figura Nº22: Ensayo Triaxial No Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 85%.

Gráficas p' - q

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

p' (kPa )

q (k

Pa

)

98,1 245,2

490,4 882,6

Figura Nº23: Ensayo Triaxial No Drenado - Grava “GP-GM Ullum” - DR = 85%.

3) Ensayos Triaxiales No Drenados - Estado Constante de Deformación.

El efecto de un terremoto en los espaldones aguas arriba de presas construidas con gravas densas en

zonas sísmicas, consta de dos fases: a) durante la duración del mismo se producen deformaciones

Page 15: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

15

crecientes con descenso de la cresta y cambio en la forma exterior de los taludes como consecuencia

de la movilidad cíclica; y b) a su culminación quedan presiones de poros que se disipan rápidamente

en gravas limpias y deformaciones residuales que quedan en forma permanente. De ello surge que

una de las situaciones más críticas que debe verificarse es la que corresponde a la finalización del

terremoto bajo la acción del peso propio. La presión de poros residual puede alcanzar valores

suficientemente elevados como para reducir la resistencia al corte a valores menores que la

necesaria para asegurar la estabilidad. Deformaciones adicionales a la residual, al terminar el

terremoto, permiten movilizar la resistencia no drenada a grandes deformaciones, para restablecer el

equilibrio (Castro y Poulos 1977, 1982, Bolognesi, 1987, 1989, Micucci 1988, Siddiqi et al

1987). Para el análisis de la estabilidad de una superficie potencial de deslizamiento de una presa

de materiales sueltos se necesita determinar la línea de estado constante de deformación y de

resistencia al corte no drenada del material que la constituye. Ésta permite determinar, en la

superficie de deslizamiento considerada, el coeficiente de seguridad de la presa con respecto a la

posibilidad de que se produzca un estado de deformación continua por acción de un sismo, de su

peso propio o de un vaciado rápido de la misma.

El estudio del estado constante de deformación surge a partir de las investigación de Castro y

Poulos, quienes llegaron a la conclusión que en presas con espaldones de gravas se pueden llegar a

desarrollar elevadas presiones de poros residuales como consecuencia de terremotos, aún por sobre

la concepción de que las gravas limpias son materiales drenantes capaces de disipar

instantáneamente dichas presiones. Observaron que si bien una historia cíclica de cargas no afecta la

resistencia al corte no drenada en estado constante de deformación, sí influye en la curva de

resistencia - deformación específica, sobre todo cuando estas últimas son muy pequeñas. Es así

como la resistencia al corte no drenada de las gravas se transforma en un dato imprescindible para el

proyecto de presas en zonas sísmicas. A partir de la línea de resistencia al corte no drenada en

estado constante de deformación se determinan coeficientes de seguridad de una superficie potencial

de falla de una presa en función de la DR del aluvión de la fundación y del material granular para

espaldones. Resumidamente podemos decir que el estado constante de deformación es aquel estado

en el cual la masa de partículas deforman continuamente a volumen, tensión normal efectiva,

tensión de corte y velocidad constantes. El estado constante de deformación se logra sólo después de

que todas las partículas han alcanzado estadísticamente una condición de estado constante y después

que la rotura de todas las partículas se complete de manera que la tensión de corte necesaria para

continuar la deformación y la velocidad de deformación permanecen constantes. El uso más

extensivo del concepto del estado constante de deformación es la determinación del factor de

seguridad con respecto a la licuación: Fs = Ssu / d ; donde Ssu es la resistencia al corte no drenada

en estado constante de deformación y d es la tensión de corte actuante.

Sobre una grava característica (GP, Zonda) del aluvión del río ubicado en Zonda (Fig. Nº1) se

hicieron series de triaxiales consolidados no drenados, conducidos a grandes deformaciones, a fin

de determinar la línea de estado constante de deformación (LECD) y de resistencia al corte no

drenada. Los ensayos triaxiales se han realizado con presiones efectivas de cámaras de 98,1; 245,2;

490,4 y 686,5 kPa y a densidades relativas DR = 45%; DR = 62,5%; DR = 75% y DR = 85% (Figs.

Nº24 a Nº28). Esto ha permitido definir las relaciones: e - 3’, e - Ssu’ y q - p’ residuales.

4) Ensayos Triaxiales Cíclicos - Estabilidad Dinámica de Presas de Materiales Sueltos.

Una masa de suelo, como es una presa de materiales sueltos, de sección triangular o trapecial,

constituye una estructura que al recibir en su contorno un impulso dinámico de tipo sísmico,

presenta un comportamiento, cuyos aspectos más destacables, bajo el punto de vista de la

estabilidad dinámica de la obra son los siguientes: a) La absorción de energía en el suelo debida a

los incrementos tensionales cíclicos, se traduce en deformaciones, parte de las cuales quedan como

Page 16: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

16

Gráficas Deformación - Presión de Cámara Efectiva

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0

Def. Específica Axial (%)

3

´ (

kP

a )

Figura Nº24: Ensayo Triaxial No Drenado - Grava “GP Zonda” - LECD.

Gráficas Deformación - Esf. De Corte Máximo

0

250

500

750

1000

1250

1500

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0

Def. Específica Axial (%)

q kP

a )

Figura Nº25: Ensayo Triaxial No Drenado - Grava “GP Zonda” - LECD.

Page 17: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

17

Gráficas p´ - q

y = 0,6245x

0

250

500

750

1000

1250

1500

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500

p´ (Kpa )

qs (

kP

a )

Figura Nº26: Ensayo Triaxial No Drenado - Grava “GP Zonda” - LECD.

y = -0,0505Ln(x) + 0,5240

0,160

0,180

0,200

0,220

0,240

0,260

0,280

0,300

0,320

100,00 1000,003´ (kPa )

e

Figura Nº27: Ensayo Triaxial No Drenado - Grava “GP Zonda” - LECD.

Page 18: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

18

y = -0,0510Ln(x) + 0,5409

0,160

0,180

0,200

0,220

0,240

0,260

0,280

0,300

0,320

100,00 1000,00

Ssu (kPa )

e

Figura Nº28: Ensayo Triaxial No Drenado - Grava “GP Zonda” - LECD.

remanentes después de terminada la solicitación; y b) Las deformaciones pulsatorias indicadas en a)

modifican la presión del agua intersticial. En algunas situaciones, el nivel creciente de tales

presiones intersticiales puede hacer que la presión del agua alcance o aún supere el de la presión

total y se produzca el fenómeno de Licuación, que puede originar, como ha sucedido, la rotura total

de la presa (Banerjee et al 1979, Castro y Poulos 1982, Silver y Seed 1970). Las Presas de San

Fernando (baja y alta) y la de Sheffield son ejemplos de esta situación, colapsando con sismos de

moderada magnitud. Estas fueron construidas por relleno hidráulico y no con gravas compactadas.

El programa de ensayos triaxiales cíclicos (consolidados isotrópicamente y no drenados) se enmarcó

en el Método Analítico de Seed, Lee e Idriss (Escuela de Berkeley) para la verificación de la

estabilidad de materiales granulares bajo la acción de cargas sísmicas. En función de estas

consideraciones, el programa de ensayos ha permitido la determinación de las propiedades

dinámicas de los materiales: variación de la presión de poros en función del número de ciclos de

carga aplicados; variación de la deformación axial en función del número de ciclos de carga

aplicados; determinación de la relaciones : ru = f(rn); a = f(rn) y dc/2/3c´ = f(Nc) (Seed y

Peacock 1970, Silver y Seed 1970, Evans y Seed 1987, Banerjee et al 1979). Los ensayos triaxiales

cíclicos se ejecutaron a presiones efectivas de cámara de 245,2; 490,4 y 686,5 kPa y ante esfuerzos

desviadores cíclicos (+/-dc) que provocasen la licuación de las muestras o una deformación axial

a total del 10%, entre 5 a 100 ciclos de carga. La muestra estudiada, una grava característica (GW,

Ullum) del aluvión del río en Ullum (Fig. Nº1), fue ensayada a dos densidades relativas (DR)

diferentes, del 60% y 85%, correspondientes a las situaciones de compacidad del aluvión de

fundación y del material granular para espaldones respectivamente.

Page 19: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

19

El equipo triaxial cíclico del Laboratorio del IMS de accionamiento hidráulico con servocontroles

electrónicos MTS, aplica esfuerzos desviadores en rangos de 2.000 a 30.000 Kg y con frecuencias

de hasta ½ Hz. Finalizada la consolidación de las muestras ya saturadas, se aplicó el esfuerzo

Carga Axial - N° de Ciclos

-8000

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

N° de Ciclos

Ca

rga

Axia

l C

íclica

(N

)

Figura Nº29: Ensayo Triaxial Cíclico - Grava “GW Ullum” - Carga Axial.

Presión de Poros - N° de Ciclos

300

400

500

600

700

800

900

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

N° de Ciclos

Pre

sió

n d

e P

oro

s (

kP

a )

Figura Nº30: Ensayo Triaxial Cíclico - Grava “GW Ullum” - Presión de Poros.

Page 20: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

20

Deformación Axial - N° de Ciclos

-30,0

-25,0

-20,0

-15,0

-10,0

-5,0

0,0

5,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

N° de Ciclos

De

f. A

xia

l (

%)

Figura Nº31: Ensayo Triaxial Cíclico - Grava “GW Ullum” - Deformación Axial.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00

rn

ru

+/- 197,8

+/- 193,7

+/- 148,8

Figura Nº32: Ensayo Triaxial Cíclico - Grava “GW Ullum” - Relación ru = f(rn).

Page 21: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

21

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00

rn

a (

%)

Figura Nº33: Ensayo Triaxial Cíclico - Grava “GW Ullum” - Relación a = f(rn).

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

1 10 100

Nc ( a = 10%)

d

c/2

/ 3c´

DR = 60%

DR = 85%

Figura Nº34: Ensayo Triaxial Cíclico - Grava “GW Ullum” - Relaciones (dc/2)/3c’ = f(Nc).

Page 22: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

22

desviador axial cíclico dc a una frecuencia de 1/4 Hz, registrándose por medio de transductores

electrónicos conectados a un sistema de adquisición de datos digital, las variaciones de presiones de

poros u y las deformaciones axiales a. Los gráficos de los registros digitalmente obtenidos

durante el desarrollo de uno de los ensayos, pueden ser apreciados en las Figs. Nº29 a Nº31.

Las relaciones ru = f(rn); a = f(rn) y (dc / 2) / 3c’ = f(Nc), obtenidas para las densidades relativas

de interés (DR = 60% y 85%) y para diferentes presiones de confinamiento (3c’) y diferentes

esfuerzos desviadores cíclicos (dc), (Figs. Nº32 a Nº34), permiten por medio de un programa

computacional adecuado encontrar la presión de poros o la deformación específica en cualquier

punto de la presa o de su fundación, ante la acción de un sismo.

5) Conclusiones.

La información obtenida tanto de los ensayos triaxiales drenados, no drenados y del estado

constante de deformación, como de los ensayos triaxiales cíclicos han arrojado valores de

resistencia al corte; relaciones tensión - deformación; módulos de deformación (Ei y B); resistencia

residual y líneas de estado constante de deformación y resistencia triaxial cíclica; totalmente

coherentes con los resultados de otras gravas aluviales conocidas en la literatura técnica sobre el

tema, por ejemplo, la “Grava de Oroville” y las “Gravas del Limay Medio (Michihuao - Hidronor)”.

Por ello se estima que los resultados obtenidos son ampliamente satisfactorios, tanto en la

formación de recursos humanos en el conocimiento teórico-práctico sobre el tema, en las técnicas

operatorias de laboratorio, en el desarrollo y adaptación del equipamiento, como en los resultados

técnicos específicos en sí. Debido a razones de espacio no se acompaña en este trabajo toda la

información que hubiese sido deseable, sólo se presenta un resumen con la considerada más

significativa o ejemplificadora, pero el resto de la misma puede ser consultada en el Instituto de

Materiales y Suelos, Facultad de Ingeniería - UNSJ.

Trabajos Citados en el Texto.

BANERJEE, N. G., SEED, H.B., CHAN, C. K., 1979. Cyclic Behavior of Dense Coarse-Grained

Materials in Relation to the Seismic Stability of Dams - Earthquake Engineering Research

Center, College of Engineering, University of California - Berkeley CA - Report N°

UBC/EERC 79/13.

BOLOGNESI, A. J. L., 1987 - Estado Constante de Deformación en Gravas - VII CPMSIF -

PCSMFE - Cartagena, Colombia.

BOLOGNESI, A. J. L., 1988 - Materiales Granulares en Condición no Drenada. - X Congreso

Argentino de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones - I Simposio Argentino de

Mecánica de Rocas - La Plata, Argentina.

CASTRO, G., POULOS, S. J., 1977. Factors Affecting Liquefaction and Cyclic Mobility -

Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 103 N° GT 6.

CASTRO, G., POULOS, S. J., 1982. Liquefaction Induced by Cyclic Loading - Geotechnical

Engineering Inc. Report to National Science Foundation, U.S. Departament of Commerce,

National Technical Information Service / AN PB 82-235508.

CHOPRA, A. K., 1970. Earthquake Response of Gravity Dams - AD 709 - College of Engineering,

University of California - Berkeley CA.

CLOUGH, R. W., CHANG, K. T., CHEN, H. Q., STEPHEN, R. M., 1984. Dynamic Response

Behavior of Kian Hong Dian Dam - PB84 209 - College of Engineering, University of

California - Berkeley CA.

EVANS, M. D., SEED, H. B., 1987. Undrained Cyclic Triaxial Testing of Gravel. the Effect of

Membrane Compliance - College of Engineering, University of California - Berkeley CA.

Page 23: Caracterización Estática y Dinámica de Gravas Aluviales Del Río San Juan a Partir de Resultados de Ensayos Triaxiales

23

MICUCCI, C. A., 1988. Resistencia de las Gravas de Michihuao - X Congreso Argentino de

Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones - I Simposio Argentino de Mecánica de Rocas

- La Plata, Argentina.

MUSANTE, H., ORTIGOSA, P., VALENZUELA, U., 1987. Resistencia al Corte Inicial en Gravas

- VII CPMSIF - PCSMFE - Cartagena, Colombia.

SEED, H.B., PEACOCK, W. H., 1970. Applicability of Laboratory Tests Procedures for Measuring

Soil Liquefaction Characteristics Under Cyclic Loading - EERC 70/08 - College of

Engineering, University of California - Berkeley CA.

SIDDIQI, F. H., SEED R. B., CHAN C. K., SEED, H.B., PYKE, R. M., 1987. Strenght Evaluation

of Coarse-Grained Soils - Earthquake Engineering Research Center, College of Engineering,

University of California - Berkeley CA - Report N° UCB/EERC 87/22.

SILVER, M. L., SEED, H. B., 1969. The Behavior of Sands Under Seismic Loading Conditions -

EERC 69-16 - College of Engineering, University of California - Berkeley CA.

KONDNER, R. L., ZELASKO, J. S., 1963. A Hyperbolic Stress- Strain Formulation for Sands.

Proceedings of the 2nd

PanAmerican Conference on Soil Mechanics and Foundation

Engineering, Vol. 1, Brasil 1963.

DUNCAN, J. M., CHANG, C. Y., 1970. Nonlinear Analysis of Stress and Strain in Soils.

DUNCAN, J.M., BYRNE P., WONG K.S., MABRY P., 1980. Strength Stress-Strain and Bulk

Modulus Parameters for Finite Element Analysis of Stresses and Movements in Soils Masses -

Report Nº UCB/GT/80-01, College of Engineering Office of Research Services, University of

California, Berkeley, California.

San Juan, 20/05/04.