SHANSEP. Método y resistencia al corte.

Tal vez a alguno le suena el método SHANSEP, de sus siglas en inglés Stress History And Normalized Soil Engineering Properties, pero si no es así descuidad. Hoy os vais a llevar la lección aprendida.

¿Por qué traemos al blog este método? Hace un tiempo hablábamos en el blog sobre los suelos cohesivos y la resistencia al corte sin drenaje, y hacíamos incidencia sobre todo en las simplificaciones y asunciones que podían darnos una visión sesgada y conservadora de la resistencia de las arcillas. Si no lo has leído, te animo a hacerlo (pincha aquí).

Ángulo de rozamiento interno (phi) igual a cero.

Recordemos que una de las asunciones es que las arcillas son puramente cohesivas y su resistencia depende sólo de la cohesión. ¿Os suena cómo se representa en círculos de Mohr? Aquí la tenéis.

La lectura directa de la gráfica sugiere que la resistencia al corte no depende de profundidad de la muestra. Su valor es constate y es igual a la cohesión. El método SHANSEP desmonta todo esto.

¿Qué es el método SHANSEP?

El sistema SHANSEP se basa en la observación de que la resistencia al corte se puede normalizar con respecto a la “presión de consolidación vertical”. Es decir, depende de su historia tensional, que es lo mismo que decir que para un mismo suelo, la resistencia al corte dependerá de la profundidad de la muestra. Vaya, que las conclusiones que sacamos de la figura anterior no se corresponden con la realidad observada.

¿Cuál es el patrón?

Veámoslo con un ejemplo. En la siguiente figura tenemos lo que sería las curvas de esfuerzos de dos ensayos triaxiales de una misma perforación a dos profundidades distintas (σ^,₃) en arcillas normalmente consolidadas.

Visualmente se observa que la que está a mayor profundidad (200kPa), su la resistencia es mayor.

Si normalizamos según el σ₃ de cada muestra vemos que la curva de esfuerzos es única.

La conclusión es que un suelo cohesivo, que podemos considerar homogéneo, tendremos un parámetro “S” que será igual a Su/σ^,_v. Es importante añadir que esto sólo sirve para suelos normalmente consolidados. Para suelos sobreconsolidados, hay que corregir el valor. Lo vemos en siguiente epígrafe.

Método SHANSEP y presión de preconsolidación (OCR).

En suelos cohesivos, y más concretamente en las arcillas, la presión de preconsolidación es  un parámetro que condiciona fuertemente las características resistentes. El método SHANSEP no es ajeno a este parámetro.

La relación es la siguiente:

S_u/σ^,_v = S (OCR)^m

Siendo,

S : S_u/σ^,_v normalmente consolidados

OCR : Over- Consolidation-Ratio (=σ^,_v /σ^,_c). OCR=1 para suelos normalmente consolidados

σ^,_c  : Presión de preconsolidación.

m : constante (0.75-1)

En definitiva, esta fórmula dependiente del OCR es la que vamos a poder usar siempre, ya estemos en suelos normalmente consolidados (OCR=1) como en sobreconsolidados (OCR>1).

Procedimiento del método SHANSEP

Sucintamente, los pasos serían los siguientes:

1. Tomar una cantidad de muestras importante, a distintas profundidades.
2. Realizar ensayos de consolidación para poder definir la presión de preconsolidación.
3. Realizar ensayos triaxiales CU de las anteriores muestras.
4. Representar las curvas de esfuerzos-deformación de los anteriores ensayos triaxiales.
5. Calculamos la tensión efectiva a la profundidad de cada muestra, y con el valor de la presión de preconsolidación, calculamos el OCR.
6. Tenemos todos los datos para trabajar con gráficos de este tipo. Cada curva (mixture) representa un suelo distinta. Dicho de otra forma, cada suelo tiene una curva característica que lo define según el modelo SHANSEP.

7. La regresión de estas curvas nos arroja los valores de S y m.

Con esto tenemos para podemos establecer valores de S_u/σ^,_v para distintos valores de OCR.

Utilidad, ventajas y desventajas del método SHANSEP.

La verdad es que yo descubrí este método hace poco y me parece muy interesante por varios aspectos:

• Permite compara suelos normalmente consolidados y sobreconsolidados.
• Hay ensayos con fuerte componente de anisotropía. Sabemos que no es lo mismo los ensayos triaxiales o los de corte directo. El ensayo SHANSEP permite conciliar los resultados de estos ensayos.
• Es un parámetro intrínseco del suelo, pero a nivel local. Sería de gran utilidad que los laboratorios y consultorías de una misma región pudieran compartir resultados y sacar esta relación.
• Reducir el número de ensayos en los proyectos.
• Discretizar mejor el terreno. Podríamos tener valores de Su para distintas cotas de apoyo o valores de resistencia por fuste y punta según la profundidad.
• Estabilidad de taludes. En softwares especializados, como el Geoslope, puedes introducir el valor de S_u/σ^,_v para introducir las propiedades resistentes del suelo.
• Ganar en confiabilidad de las conclusiones de nuestros reportes. Tendríamos un “estándar” de suelo con el que comparar.

Pero todo no son flores. Tiene algunos inconvenientes:

• Obtener el parámetro S puede ser caro, ya que requiere gran cantidad de ensayos. Por eso, lo mejor es aunar esfuerzos entre diferentes laboratorios.
• Es necesario afinar bien la presión de preconsolidación, para obtener un valor realista de OCR.
• Funciona particularmente bien en arcillas “normales”. Con arcillas sensibles o muy estructuradas da peores resultados.
• Asume que el suelo está completamente saturado. Si el suelo no lo está, posiblemente nos de resultados conservadores.

Si se te ocurre alguna más, no dudes en compartirlo en los comentarios.

Por mi parte nada más, encantado de compartir este tipo de posts. Es un método que es ampliamente usado en el mundo anglosajón. Siempre digo que las ventajas de divulgar es que te obliga a entender el fenómeno y simplificarlo de tal manera que pueda ser comprensible para todos. Esto permite afianzar el conocimiento.

Gracias por vuestro tiempo.