CARACTERIZACION Y COMPORTAMIENTO DE TERRAPLENES EN CONDICIONES NO SATURADAS UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA Area de Geotecnia. Facultad de Ciencias Exactas,

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

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

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

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

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

6 EJEMPLOS DE APLICACION

7 EQUILIBRIO DE HUMEDAD

8 Alturas Capilares SueloDio (mm) ehcr (cm) hcr (cm) SueloDio (mm) ehcr (cm) hcr (cm) Grava gruesa0,82 0,27 5,4 6,0 Grava arenosa0,20 0,45 28,4 20,0 Grava fina0,30 0,29 19,5 20,0 Grava limosa0,06 0,45 106,0 68,0 Arena gruesa0,11 0,27 82,0 60,0 Arena media0,020,48-0,66 239,6 120,0 Arena fina0,03 0,36 165,5 112,0 Lino0,0060,95-0,93 359,2 180,0 Lane - Washburn, 1.946

9 AMBITO DE APLICACIÓN DEL PROBLEMA UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA

10 ASPECTOS DE INTERES UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA CARACTERIZACION DE LA RESISTENCIACARACTERIZACION DE LA RESISTENCIA EVALUACION DE LA ESTABILIDAD GLOBALEVALUACION DE LA ESTABILIDAD GLOBAL ANALISIS TENSO - DEFORMACIONALANALISIS TENSO - DEFORMACIONAL CONDICIONES DE FILTRACIÓNCONDICIONES DE FILTRACIÓN COMPORTAMIENTO ACOPLADOCOMPORTAMIENTO ACOPLADO

11 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) AMBITO DE APLICACIÓN DEL PROBLEMA

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

13 SUCCION Y HUMEDAD

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15 RESISTENCIA AL CORTE

16 ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO

17 EQUILIBRIO DE MOMENTO EQUILIBRIO DE FUERZAS

18 ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO INFLUENCIA DE PARAMETROS Y FS

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

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

21 EJEMPLO 1. ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO

22 EJEMPLO ESTABILIDAD DE TALUDES

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28 ANALISIS TENSO - DEFORMACIONAL

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

31 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

32 MODELO TENSO - DEFORMACIONAL

33 CURVAS CARACTERÍSTICAS DE PERMEABILIDAD

34 COMPORTAMIENTO DEL NUCLEO CENTRAL

35 ESTADOS TENSIONALES Y ASENTAMIENTOS

36 RESULTADOS DE LA MODELACIÓN

37 RESULTADOS DESPUES DE LA CONSTRUCCIÓN

38 COMPORTAMIENTO DESPUES DEL PRIMER LLENADO

39 ANÁLISIS PARAMÉTRICO DEL RESULTADO

40 EJEMPLO 3. MODELO ELEMENTO FINITO - FILTRACIONES

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

44 ORGANIZACIÓN DEL ESTUDIO. Revisión del comportamiento observado. 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. 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. Estudio de modelos de simulación aplicables. Superficies de estado Equilibrio de succiones bajo membranas impermeables. Curvas características suelo – agua.

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

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

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

48 MODELO PLANTEADO. Escenarios planteados.

49 RESULTADOS DE LA MODELACION Ajuste de la succión

50 RESULTADOS DE LA MODELACION Asentamientos en superficie.

51 RESULTADOS DE LA MODELACION Deformaciones angulares.

52 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. 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. 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. Como solución preliminar puede recurrirse a referencias bibliográficas o bases de datos para la identificación de estos parámetros.

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