comportamiento del suelo - uniandes
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Comportamientodel
Suelo
Geotechnical Research GroupDepartment of Civil & Environmental Engineering
Bogotá, ColombiaDecember 2007
A. Lizcano
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Motivación
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Motivación
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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)
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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
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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
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• 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
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S : Sólido Partícula de suelo
W: Liquido Agua (electrolitos)
A: Aire Aire
Definiciones - Variables de estado
s
VVVe =
Aire
Agua
Suelo
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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)
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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
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• Suelos granulares (arenas, gravas)
• Suelos blandos (arcillas, limos)
Tipos de suelos
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Condiciones de análisis
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Compresión isotrópica monotónica drenada (o material seco)
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Compresión isotrópica – Resultados experimentales
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Compresión oedométrica monotónica
εσ
ddEs
′=:
Es : Módulo de rigidez
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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
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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
′′
=
′′
=
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Ensayo oedométrico con arena de Bruselas
Compresión oedométrica – Resultados experimentales
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Compresión oedométrica
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Compresión triaxial monotónica drenada
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321 eee <<.32 const== σσ
Compresión triaxial monotónica drenada
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σ 1/σ
3ε v
[%]
ε1 [%]
σ3= 100 kPa e
Compresión triaxial monotónica drenada –Resultados experimentales
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333231 σσσ >>.conste =
Compresión triaxial monotónica drenada
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Compresión triaxial monotónica drenada –Resultados experimentales
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Compresión triaxial monotónica drenada –Resultados experimentales
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Compresión triaxial monotónica drenada – Estado crítico
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Compresión triaxial monotónica drenada – Estado crítico
![Page 28: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/28.jpg)
Compresión triaxial monotónica drenada – Estado crítico
![Page 29: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/29.jpg)
Compresión triaxial monotónica drenada – Ángulo de fricción crítico
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Compresión triaxial monotónica drenada –Resultados experimentales
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Compresión triaxial monotónica drenada –Resultados experimentales
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Compresión triaxial monotónica drenada – Estado crítico
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Deformación / Compresión proporcional
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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
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Compresión triaxial monotónica no drenada
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Compresión triaxial monotónica no drenada –Muestra en estado denso
![Page 37: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/37.jpg)
Compresión triaxial monotónica no drenada – Muestra en estado denso – Resultados experimentales
![Page 38: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/38.jpg)
Compresión triaxial monotónica no drenada –Muestra en estado suelto
![Page 39: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/39.jpg)
Compresión triaxial monotónica no drenada –Muestra en estado suelto – Resultados experimentales
![Page 40: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/40.jpg)
Compresión triaxial monotónica no drenada – Muestra en estado MUY suelto – Resultados experimentales
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SivathayalanSivathayalan & & VaidVaid, 2004, 2004
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Corte simple con cambio de volumen drenado
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Corte simple no drenado
![Page 44: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/44.jpg)
Corte simple cíclico
![Page 45: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/45.jpg)
Corte simple cíclico
![Page 46: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/46.jpg)
Compresión triaxial cíclica drenada
![Page 47: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/47.jpg)
Comportamiento de Suelos Granulares
![Page 48: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/48.jpg)
(SANTAMARINA, 2002)
Comportamiento mecánico
![Page 49: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/49.jpg)
1σ
2σ 2σ
1σ
Comportamiento mecánico
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Comportamiento mecánico
1σ
2σ 2σ
1σ
![Page 51: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/51.jpg)
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
![Page 52: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/52.jpg)
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
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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
![Page 54: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/54.jpg)
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
![Page 55: Comportamiento del Suelo - Uniandes](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012100/6169e44911a7b741a34c83d5/html5/thumbnails/55.jpg)
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