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

qq

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