Comportamiento del Suelo

Transcripción

1 Comportamiento del Suelo A. Lizcano Geotechnical Research Group Department of Civil & Environmental Engineering Bogotá, Colombia December 2007

2 Motivación

3 Motivación

4 Comportamiento mecánico Comportamiento mecánico: Relación esfuerzo deformación (Rigidez) Resistencia al corte (Estado límite) Deformación (partículas sólidas, sin agua): Deformación de las partículas Deformación de los contactos entre partículas Deslizamiento entre partículas Giro de las partículas Fracturamiento y pulverización (trituración) de las partículas (crushing)

5 Comportamiento mecánico Efecto del fluido en los poros del suelo (suelo saturado) Interacción química fluido partícula (suelos granulares de tamaño pequeño, p.e limos, o suelos blandos, p.e. arcilla) Flujo estacionario: No hay cambio de volumen; si es ascendente sifonamiento o levantamiento: Esfuerzos efectivos nulos Flujo no estacionario: cambio de volumen (suelos granulares de tamaño pequeño, p.e limos, o suelos blandos, p.e. arccillas) y cambio en los esfuerzos efectivos

6 Comportamiento mecánico Conclusión La deformación de un material granular, y por lo tanto su relación esfuerzo deformación (es decir el comportamiento mecánico del material) depende de las propiedades granulométricas del material, es no lineal y es irreversible. Los esfuerzos efectivos controlan el comportamiento mecánico del suelo

7 Comportamiento mecánico Tipo de suelo (Granular o blando) Condiciones del análisis (isotrópica, oedométrica, triaxial, etc.) Tipo de carga (monotónica, cíclica, dinámica) Condición de carga (drenada, no drenada)

8 Definiciones - Variables de estado S : Sólido Partícula de suelo W: Liquido Agua (electrolitos) A: Aire Aire Aire Agua Suelo e = V V V s

9 Definiciones - Variables de estado Esfuerzo (suelo seco): Esfuerzo promedio producido por los contactos entre las partículas: σ = σ Esfuerzo (suelo saturado): Esfuerzo total: σ Presión del agua de los poros (presión hidrostática, presión inicial) / Exceso de presión de poros (presión del agua de los poros producida por la carga): u / Δu Esfuerzo efectivo: Contacto efectivo entre partículas: σ = σ u (principio de los esfuerzos efectivos)

10 Definiciones - Variables de estado ( ) e v e e e t t s q q p v + = = = = = + = = = = + + = 1 1 MIT invariantes Cambridge invariantes ε ε ε ε ε σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ

11 Tipos de suelos Suelos granulares (arenas, gravas) Suelos blandos (arcillas, limos)

12 Condiciones de análisis

13 Compresión isotrópica monotónica drenada (o material seco)

14 Compresión isotrópica Resultados experimentales

15 Compresión oedométrica monotónica dσ E s := dε E s : Módulo de rigidez

16 Compresión oedométrica monotónica C c : = de σ d ln σ 0 C c e e 0 ε ( 1+ e0 ) C s σ 0 = 10 kn/m 2 E E s s σ = C σ = C ( 1+ e) c ( 1+ e) s

17 Idealización comportamiento en compresión isotrópica y oedométrica - Definiciones v λ = d dv = p dv ( ln p ) dp e -κ -λ κ = d OCR = dv = p dv ( ln p ) dp p p m (TERZAGHI) p e p m ln p OCR = pe p (HVORSLEV)

18 Compresión oedométrica Resultados experimentales Ensayo oedométrico con arena de Bruselas

19 Compresión oedométrica

20 Compresión triaxial monotónica drenada

21 Compresión triaxial monotónica drenada σ 2 = σ = const. 3 1 < e2 e3 e <

22 Compresión triaxial monotónica drenada Resultados experimentales σ 3 = 100 kpa e ε v [%] σ 1 /σ 3 ε 1 [%]

23 Compresión triaxial monotónica drenada e = const. σ > 31 > σ 32 σ 33

24 Compresión triaxial monotónica drenada Resultados experimentales

25 Compresión triaxial monotónica drenada Resultados experimentales

26 Compresión triaxial monotónica drenada Estado crítico

27 Compresión triaxial monotónica drenada Estado crítico

28 Compresión triaxial monotónica drenada Estado crítico

29 Compresión triaxial monotónica drenada Ángulo de fricción crítico

30 Compresión triaxial monotónica drenada Resultados experimentales

31 Compresión triaxial monotónica drenada Resultados experimentales

32 Compresión triaxial monotónica drenada Estado crítico

33 Deformación / Compresión proporcional

34 Deformación / Compresión proporcional 3.5E E-03 Deformación lateral Trayectoria deformaciones ε lateral = -0.2 *ε axial Deformación axial Esfuerzo lateral/kn Esfuerzo lateral/kn 2.5E E E E E E E E E E E E E E+00 σ axial : 1.1 σ lateral : 0.9 Trayectoria esfuerzos 0.0E E E E-02 Esfuerzo axial/kn σ axial : 0.9 σ lateral : 1.1 Trayectoria esfuerzos 0.0E E E E-02 Esfuerzo axial/kn

35 Compresión triaxial monotónica no drenada

36 Compresión triaxial monotónica no drenada Muestra en estado denso

37 Compresión triaxial monotónica no drenada Muestra en estado denso Resultados experimentales

38 Compresión triaxial monotónica no drenada Muestra en estado suelto

39 Compresión triaxial monotónica no drenada Muestra en estado suelto Resultados experimentales

40 Compresión triaxial monotónica no drenada Muestra en estado MUY suelto Resultados experimentales

41 Sivathayalan & Vaid,, 2004

42 Corte simple con cambio de volumen drenado

43 Corte simple no drenado

44 Corte simple cíclico

45 Corte simple cíclico

46 Compresión triaxial cíclica drenada

47 Comportamiento de Suelos Granulares

48 Comportamiento mecánico (SANTAMARINA, 2002)

49 Comportamiento mecánico σ 1 σ σ 2 2 σ 1

50 Comportamiento mecánico σ 1 σ σ 2 2 σ 1

51 Tipos de suelos Arenas Esqueletos granulares Esqueletos granulares están conformados por granos que se tocan entre sí y que transmiten cargas, cuya forma solo puede ser caracterizada de forma aproximada.

52 Tipos de suelos Arenas Esqueletos granulares Esqueletos granulares están conformados por granos que se tocan entre sí y que transmiten cargas, cuya forma solo puede ser caracterizada de forma aproximada. Las propiedades de los granos y su distribución estadística determinan básicamente el comportamiento mecánico de esqueletos granulares.

53 Tipos de suelos Arenas Esqueletos granulares Esqueletos granulares están conformados por granos que se tocan entre sí y que transmiten cargas, cuya forma solo puede ser caracterizada de forma aproximada. Las propiedades de los granos y su distribución estadística determinan básicamente el comportamiento mecánico de esqueletos granulares. Influencian igualmente este comportamiento, diferentes fuerzas de atracción y repulsión entre partículas.

54 Tipos de suelos Arenas Esqueletos granulares Esqueletos granulares están conformados por granos que se tocan entre sí y que transmiten cargas, cuya forma solo puede ser caracterizada de forma aproximada. Las propiedades de los granos y su distribución estadística determinan básicamente el comportamiento mecánico de esqueletos granulares. Influencian igualmente este comportamiento, diferentes fuerzas de atracción y repulsión entre partículas. La interacción entre partículas es más significativa entre menor sea el tamaño de éstas.

55 Tipos de suelos Arenas Esqueletos granulares Esqueletos granulares están conformados por granos que se tocan entre sí y que transmiten cargas, cuya forma solo puede ser caracterizada de forma aproximada. Las propiedades de los granos y su distribución estadística determinan básicamente el comportamiento mecánico de esqueletos granulares. Influencian igualmente este comportamiento, diferentes fuerzas de atracción y repulsión entre partículas. La interacción entre partículas es más significativa entre menor sea el tamaño de éstas. Esta interacción no es regular, debido a que los granos no son iguales.