Mecanica De Suelos

Comportamiento del Suelo

A. Lizcano

Geotechnical Research Group Department of Civil & Environmental Engineering Bogotá, Colombia December 2007

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)

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) • Flujoestacionario: 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 (esdecir 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 decarga (drenada, no drenada)

Definiciones - Variables de estado
S : Sólido W: Liquido A: Aire Partícula de suelo Agua (electrolitos) Aire

Aire Agua

Suelo

e=

VV Vs

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
⎫ ⎪ 3 ⎬Cambridge invariantes ⎪ ′ ′ q′ = q = σ 1 − σ 3 = σ 1 − σ 3 ⎭ p′ = ⎫ ⎪ 2 ⎪ ⎬MIT invariantes ′ σ ′ − σ 3 σ1 − σ 3 ⎪′=t = 1 = t ⎭ 2 2 ⎪ s′ = ′ ′ σ1 + σ 3 ′ ′ ′ σ1 + σ 2 + σ 3

ε v = ε1 + ε 2 + ε 3
e ≈ e0 − ε (1 + e0 ) v = 1+ e

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 ′ Es :=dε
Es : Módulo de rigidez

Compresión oedométrica monotónica
C c := de ⎡ ⎛ σ ′ ⎞⎤ d ⎢ln⎜ ⎟⎥ ⎜σ ⎟ ⎣ ⎝ 0 ⎠⎦

Cc Cs

e ≈ e0 − ε (1 + e0 )

Es =
2

σ ′(1 + e )
Cc

σ 0 = 10 kN/m

Es =

σ ′(1 + e )
Cs

Idealización comportamiento en compresión isotrópica y oedométrica - Definiciones v
dv p′dv −λ = = d (ln p′) dp′

-λ e -κ p′m ln p′

dv p′dv −κ = = d (ln p′) dp′

′ pm OCR =(TERZAGHI) p′

p´e

′ pe OCR = (HVORSLEV) p′

Compresión oedométrica – Resultados experimentales

Ensayo oedométrico con arena de Bruselas

Compresión oedométrica

Compresión triaxial monotónica drenada

Compresión triaxial monotónica drenada

σ 2 = σ 3 = const.

e1 < e2 < e3

Compresión triaxial monotónica drenada – Resultados experimentales
σ3= 100 kPa e

εv [%]σ1 /σ3

ε1 [%]

Compresión triaxial monotónica drenada

e = const. σ 31 > σ 32 > σ 33

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...