Comportamiento del Suelo - Uniandes
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Comportamientodel
Suelo
Geotechnical Research GroupDepartment of Civil & Environmental Engineering
Bogotá, ColombiaDecember 2007
A. Lizcano
Motivación
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)
Efecto del fluido en los poros del sueloEfecto del fluido en los poros del suelo (suelo saturado)• Interacción química fluido – partícula (suelos granu-
lares 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: Esfuer-zos 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
ConclusiConclusióónnLa 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)
Comportamiento mecánico
S : Sólido Partícula de suelo
W: Liquido Agua (electrolitos)
A: Aire Aire
Definiciones - Variables de estado
s
VVVe =
Aire
Agua
Suelo
Definiciones - Variables de estado
Esfuerzo (suelo seco):– Esfuerzo promedio producido por los contactos en-
tre 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 (pre-sión del agua de los poros producida por la carga): u / Δu
– Esfuerzo efectivo: Contacto efectivo entre partícu-las: σ´ = σ – u (principio de los esfuerzos efecti-vos)
Definiciones - Variables de estado
( )
ev
eee
tt
s
p
v
+=
+−≈
++=
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
−=
′−′==′
′+′=′
⎪⎭
⎪⎬
⎫
−=′−′==′
′+′+′=′
1
1
sinvariante MIT
22
2
sinvariante Cambridge3
00
321
3131
31
3131
321
ε
εεεε
σσσσ
σσ
σσσσ
σσσ
• Suelos granulares (arenas, gravas)
• Suelos blandos (arcillas, limos)
Tipos de suelos
Condiciones de análisis
Compresión isotrópica monotónica drenada (o material seco)
Compresión isotrópica – Resultados experimentales
Compresión oedométrica monotónica
εσ
ddEs
′=:
Es : Módulo de rigidez
Compresión oedométrica monotónica
)1( 00 eee +−≈ ε
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ ′=
0ln
σσd
deCc:
20 10 kN/m=σ
( )c
s CeE +′
= 1σ
( )s
s CeE +′
= 1σ
Cc
Cs
Idealización comportamiento en compresión isotrópica y oedométrica - Definiciones
( ) pddvp
pddv
′′
=′
=−ln
λ
( ) pddvp
pddv
′′
=′
=−ln
κ-λ
-κ
v
ln p′
p′m
e
p´e (HVORSLEV)
(TERZAGHI)
ppOCR
ppOCR
e
m
′′
=
′′
=
Ensayo oedométrico con arena de Bruselas
Compresión oedométrica – Resultados experimentales
Compresión oedométrica
Compresión triaxial monotónica drenada
321 eee <<.32 const== σσ
Compresión triaxial monotónica drenada
σ 1/σ
3ε v
[%]
ε1 [%]
σ3= 100 kPa e
Compresión triaxial monotónica drenada –Resultados experimentales
333231 σσσ >>.conste =
Compresión triaxial monotónica drenada
Compresión triaxial monotónica drenada –Resultados experimentales
Compresión triaxial monotónica drenada –Resultados experimentales
Compresión triaxial monotónica drenada – Estado crítico
Compresión triaxial monotónica drenada – Estado crítico
Compresión triaxial monotónica drenada – Estado crítico
Compresión triaxial monotónica drenada – Ángulo de fricción crítico
Compresión triaxial monotónica drenada –Resultados experimentales
Compresión triaxial monotónica drenada –Resultados experimentales
Compresión triaxial monotónica drenada – Estado crítico
Deformación / Compresión proporcional
ε lateral = -0.2 * ε axial
-0.012
-0.010
-0.008
-0.006
-0.004
-0.002
0.000
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06Deformación axial
Def
orm
ació
n la
tera
l
Trayectoriadeformaciones
0.0E+00
5.0E-04
1.0E-03
1.5E-03
2.0E-03
2.5E-03
3.0E-03
3.5E-03
0.0E+00 5.0E-03 1.0E-02 1.5E-02Esfuerzo axial/kn
Esfu
erzo
late
ral/k
n
Trayectoriaesfuerzos
σ axial : 1.1
σ lateral : 0.9
0.0E+00
5.0E-04
1.0E-03
1.5E-03
2.0E-03
2.5E-03
3.0E-03
3.5E-03
0.0E+00 4.0E-03 8.0E-03 1.2E-02Esfuerzo axial/kn
Esfu
erzo
late
ral/k
n
Trayectoriaesfuerzos
σ axial : 0.9
σ lateral : 1.1
Deformación / Compresión proporcional
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
SivathayalanSivathayalan & & VaidVaid, 2004, 2004
Corte simple con cambio de volumen drenado
Corte simple no drenado
Corte simple cíclico
Corte simple cíclico
Compresión triaxial cíclica drenada
Comportamiento de Suelos Granulares
(SANTAMARINA, 2002)
Comportamiento mecánico
1σ
2σ 2σ
1σ
Comportamiento mecánico
Comportamiento mecánico
1σ
2σ 2σ
1σ
Esqueletos granularesEsqueletos 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 granularesEsqueletos granulares están conformados por granos que se tocan entre sí y que transmiten cargas, cuya forma solo puede ser caracterizada de forma aproximada. Las pro-piedades de los granos y su distribución estadística deter-minan básicamente el comportamiento mecánico de es-queletos granulares.
Tipos de suelos – Arenas – Esqueletos granulares
Esqueletos granularesEsqueletos granulares están conformados por granos que se tocan entre sí y que transmiten cargas, cuya forma solo puede ser caracterizada de forma aproximada. Las pro-piedades de los granos y su distribución estadística deter-minan básicamente el comportamiento mecánico de es-queletos granulares. Influencian igualmente este compor-tamiento, diferentes fuerzas de atracción y repulsión entre partículas.
Tipos de suelos – Arenas – Esqueletos granulares
Esqueletos granularesEsqueletos granulares están conformados por granos que se tocan entre sí y que transmiten cargas, cuya forma solo puede ser caracterizada de forma aproximada. Las pro-piedades de los granos y su distribución estadística deter-minan básicamente el comportamiento mecánico de es-queletos granulares. Influencian igualmente este compor-tamiento, diferentes fuerzas de atracción y repulsión entre partículas. La interacción entre partículas es más signifi-cativa entre menor sea el tamaño de éstas.
Tipos de suelos – Arenas – Esqueletos granulares
Esqueletos granularesEsqueletos granulares están conformados por granos que se tocan entre sí y que transmiten cargas, cuya forma solo puede ser caracterizada de forma aproximada. Las pro-piedades de los granos y su distribución estadística deter-minan básicamente el comportamiento mecánico de es-queletos granulares. Influencian igualmente este compor-tamiento, diferentes fuerzas de atracción y repulsión entre partículas. La interacción entre partículas es más signifi-cativa entre menor sea el tamaño de éstas. Esta interac-ción no es regular, debido a que los granos no son igua-les.
Tipos de suelos – Arenas – Esqueletos granulares