CARACTERIZACION Y COMPORTAMIENTO DE TERRAPLENES EN CONDICIONES NO

CARACTERIZACION Y COMPORTAMIENTO DE TERRAPLENES EN CONDICIONES NO SATURADAS MARCELO E. ZEBALLOS Area de Geotecnia. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA

APLICACIONES DE LA MECANICA DE LOS SUELOS NO SATURADOS MARCELO E. ZEBALLOS Area de Geotecnia. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA

CARACTERIZACION DE LA MECANICA DE SUELOS SATURADOS ARCILLAS Y LIMOS ARENAS Y GRAVAS Presión de Poros uw > 0 SUELOS NO SATURADOS ARCILLAS DESECADAS SUELOS RESIDUALES LIMOS Y ARCILLAS COMPACTADOS Presión de Poros uw < 0

MECANICA DE LOS SUELOS NO SATURADOS Presión de poros negativa Presión Neta Normal ( -ua) Succión Matricial (u a - u w ) N. F. Presiones Efectivas ( -uw) MECANICA DE LOS SUELOS SATURADOS

SUELO NO SATURADO Discontinuidad en la fase de agua SUELO SECO Vacíos llenos en su mayoría con aire Fase de agua continua FASE DE 2 FLUIDOS Fase de aire continuo Vacíos llenos en su mayoría con agua ZONA CAPILAR Fase gaseosa discontinua Vacíos llenos de Aire en estado agua disuelto SUELOS SATURADOS

EJEMPLOS DE APLICACION

EQUILIBRIO DE HUMEDAD

Alturas Capilares Suelo Dio (mm) e hcr (cm) Grava gruesa 0, 82 0, 27 5, 4 6, 0 Grava arenosa 0, 20 0, 45 28, 4 20, 0 Grava fina 0, 30 0, 29 19, 5 20, 0 Grava limosa 0, 06 0, 45 106, 0 68, 0 Arena gruesa 0, 11 0, 27 82, 0 60, 0 Arena media 0, 02 239, 6 120, 0 Arena fina 0, 03 165, 5 112, 0 Lino 0, 006 359, 2 180, 0 0, 48 -0, 66 0, 36 0, 95 -0, 93 Lane - Washburn, 1. 946

AMBITO DE APLICACIÓN DEL PROBLEMA UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA

ASPECTOS DE INTERES • CARACTERIZACION DE LA RESISTENCIA • EVALUACION DE LA ESTABILIDAD GLOBAL • ANALISIS TENSO - DEFORMACIONAL • CONDICIONES DE FILTRACIÓN • COMPORTAMIENTO ACOPLADO UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA

AMBITO DE APLICACIÓN DEL PROBLEMA “El ingeniero que trabaja en suelos debe proyectar su estructura no sólo para las propiedades del suelo existentes al comienzo de la obra, sino también para toda la vida del proyecto de la estructura. Necesita conocer las propiedades del terreno al comienzo de la obra y la forma en que éstas variarán a lo largo del tiempo. Tanto el tamaño y la forma de un depósito determinado como las propiedades mecánicas del suelo que los componen pueden variar de forma significativa. Muchas de estas variaciones se producen independientemente de la actividad humana, mientras que otras se deben a la propia obra”. W. Lambe - R. Whitman (1. 984)

CARACTERIZACION DE LA RESISTENCIA • RELACION ENTRE SUCCION Y HUMEDAD • DEFINICIÓN DE PARÁMETROS RESISTENTES

SUCCION Y HUMEDAD

SUCCION Y HUMEDAD

RESISTENCIA AL CORTE

ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO

ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO EQUILIBRIO DE MOMENTO EQUILIBRIO DE FUERZAS

ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO INFLUENCIA DE PARAMETROS Y FS

PERMEABILIDAD EN SUELOS NO SATURADOS Conservación de Masas Ecuación Diferencial Básica Parámetros deformacionales

MODELO DE FLUJO DE AGUA NO ESTACIONARIO Contenido volumétrico de agua condición de contorno b(x, t) Cambios contenido volumétrico de agua (x, t) / t Flujo de agua J(x, t) Potencial hidráulico Condición de contorno b(x, t) Contenido volumétrico de agua b(x, t) Succión sin carga h(x, t, , e, . . . ) Presión de poros u(x, t, , e, , . . . ) Potencial hidráulico (x, t, , e, , . . . ) Gradiente Potencial hidráulico (x, t) Tensión conductividad Hidráulica ku (x, t, h, e, . . . ) Relación de vacíos e(x, t) Cambios Relación de vacíos e(x, t) / t Tensión de deformación (x, t) Condición de borde Desplazamientos db (x, t) Estructura Módulo volumétrico ke(x, t, , máx, h. . . ) Módulo de corte G (x, t, , máx, h. . . ) Tensión de corte (x, t, , máx, h. . . ) Tensión normal t Tensor de tensiones (x, t) Tensor efectivo de tensión (x, t, u, e, ) Condición de contorno en tensiones b MODELO DE TENSIONES Y DEFORMACIONES CUASIESTATICO Proceso mecánico o hidráulico independiente Acoplamiento debido a cambio en porosidad o potencial hidráulico Acoplamiento debido a procesos de corte o falla

EJEMPLO 1. ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO

EJEMPLO ESTABILIDAD DE TALUDES

EJEMPLO ESTABILIDAD DE TALUDES

EJEMPLO ESTABILIDAD DE TALUDES

EJEMPLO ESTABILIDAD DE TALUDES

EJEMPLO ESTABILIDAD DE TALUDES

EJEMPLO ESTABILIDAD DE TALUDES

ANALISIS TENSO - DEFORMACIONAL

ANALISIS TENSO - DEFORMACIONAL

EJEMPLO 2. EVALUACION TENSO - DEFORMACIONAL EN PRESAS DE MATERIALES SUELTOS

PARÁMETROS NECESARIOS 1. IDENTIFICACION DE LOS MATERIALES 2. RELACIONES TENSIÓN - SUCCIÓN - DEFORMACIONES 3. RELACIONES SUCCIÓN - HUMEDAD - PERMEABILIDAD 4. ESTADO DE CARGA EXTERNOS 5. TIEMPOS DE ANÁLISIS

MODELO TENSO - DEFORMACIONAL

CURVAS CARACTERÍSTICAS DE PERMEABILIDAD

COMPORTAMIENTO DEL NUCLEO CENTRAL

ESTADOS TENSIONALES Y ASENTAMIENTOS

RESULTADOS DE LA MODELACIÓN

RESULTADOS DESPUES DE LA CONSTRUCCIÓN

COMPORTAMIENTO DESPUES DEL PRIMER LLENADO

ANÁLISIS PARAMÉTRICO DEL RESULTADO

EJEMPLO 3. MODELO ELEMENTO FINITO - FILTRACIONES

EJEMPLO 3. MODELO ELEMENTO FINITO - FILTRACIONES

EJEMPLO 3. MODELO ELEMENTO FINITO - FILTRACIONES

EJEMPLO 4. MODELOS NO SATURADOS EN TERRAPLENES VIALES DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CALZADAS. Factores condicionantes: ·Tránsito. ·Clima y Medio Ambiente. ·Características de los Materiales. Suelos Metaestables (Colapsables y Expansivos). COMPORTAMIENTO OBSERVADOS. • Asentamientos localizados en el centro de la calzada (pérdida de perfil). ·Fisuración longitudinal en los bordes. OBJETO ·Elaboración de modelo simplificado aplicaciones en el proceso de diseño. que permita

ORGANIZACIÓN DEL ESTUDIO. · Revisión del comportamiento observado. ·Pérdida del perfil transversal. Asentamiento de 20 a 30 mm en el eje. ·Fisuración longitudinal en bordes. Localización: 30 a 40 cm del borde de calzada. · Hipótesis generales de la modelación. ·Suelos componentes de la fundación. Limos arenosos y limos arcillosos. ·Condiciones de humedad. Perfil de equilibrio energético entre humedad y succión. ·Efecto de la construcción de la calzada. Membrana impermeable o semipermeable. · Estudio de modelos de simulación aplicables. ·Superficies de estado ·Equilibrio de succiones bajo membranas impermeables. ·Curvas características suelo – agua.

EQUILIBRIO DE SUCCIONES Y HUMEDADES. Mitchell, 1980. Ecuación básica de equilibrio (condiciones estacionarias). Solución con desarrollo en series.

SUPERFICIES DE ESTADO. (Alonso, et al, 1990; Josa et al, 1992; Blundo, Redolfi y Zeballos, 1998) Integración de deformaciones.

CURVAS CARACTERISTICAS SUELO – AGUA. (Fredlund, et al, 1990) Antecedentes de calibración. Estudios del Area Geotecnia. UNC. Brook y Corey

MODELO PLANTEADO. Escenarios planteados.

RESULTADOS DE LA MODELACION Ajuste de la succión

RESULTADOS DE LA MODELACION Asentamientos en superficie.

RESULTADOS DE LA MODELACION Deformaciones angulares.

CONCLUSIONES. ·Posibilidad de reproducción y análisis de las deformaciones inducidas en suelos sensibles a la acción del agua mediante el empleo de modelos de simulación sencillos. ·La definición de la curva característica suelo – agua (relación entre succión y humedad) constituye el punto de más compleja determinación. Resulta de interés la formulación de estudios tendientes a la identificación de estas relaciones en distintos suelos. ·Como solución preliminar puede recurrirse a referencias bibliográficas o bases de datos para la identificación de estos parámetros.

MODELOS DE PREDICCIÓN DEL COMPORTAMIENTO, según T. W. Lambe (1973)