Comportamiento del Suelo

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

Motivación

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)

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

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

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)

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

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)

Definiciones - Variables de estado ( ) e v e e e t t s q q p v + = + + + = = = = + = = = = + + = 1 1 MIT invariantes 2 2 2 Cambridge invariantes 3 0 0 3 2 1 3 1 3 1 3 1 3 1 3 1 3 2 1 ε ε ε ε ε σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ

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

Condiciones de análisis

Compresión isotrópica monotónica drenada (o material seco)

Compresión isotrópica Resultados experimentales

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

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

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)

Compresión oedométrica Resultados experimentales Ensayo oedométrico con arena de Bruselas

Compresión oedométrica

Compresión triaxial monotónica drenada

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

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

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

Compresión triaxial monotónica drenada Resultados experimentales

Compresión triaxial monotónica drenada Estado crítico

Compresión triaxial monotónica drenada Ángulo de fricción crítico

Compresión triaxial monotónica drenada Resultados experimentales

Compresión triaxial monotónica drenada Estado crítico

Deformación / Compresión proporcional

Deformación / Compresión proporcional 3.5E-03 3.0E-03 Deformación lateral 0.000-0.002-0.004-0.006-0.008-0.010-0.012 Trayectoria deformaciones ε lateral = -0.2 *ε axial 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Deformación axial Esfuerzo lateral/kn Esfuerzo lateral/kn 2.5E-03 2.0E-03 1.5E-03 1.0E-03 5.0E-04 0.0E+00 3.5E-03 3.0E-03 2.5E-03 2.0E-03 1.5E-03 1.0E-03 5.0E-04 0.0E+00 σ axial : 1.1 σ lateral : 0.9 Trayectoria esfuerzos 0.0E+00 5.0E-03 1.0E-02 1.5E-02 Esfuerzo axial/kn σ axial : 0.9 σ lateral : 1.1 Trayectoria esfuerzos 0.0E+00 4.0E-03 8.0E-03 1.2E-02 Esfuerzo axial/kn

Compresión triaxial monotónica no drenada

Compresión triaxial monotónica no drenada Muestra en estado denso

Compresión triaxial monotónica no drenada Muestra en estado denso Resultados experimentales

Compresión triaxial monotónica no drenada Muestra en estado suelto

Compresión triaxial monotónica no drenada Muestra en estado suelto Resultados experimentales

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

Sivathayalan & Vaid,, 2004

Corte simple con cambio de volumen drenado

Corte simple no drenado

Corte simple cíclico

Compresión triaxial cíclica drenada

Comportamiento de Suelos Granulares

Comportamiento mecánico (SANTAMARINA, 2002)

Comportamiento mecánico σ 1 σ σ 2 2 σ 1

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.

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.

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.

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.

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.