IntroduccionaMecanicadeSuelosenEstadoCritico2020.06.19
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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/342329056 Mecánica de Suelos en Estado Critico. Una Introducción. GeoPUCP 2020 Presentation · June 2020 DOI: 10.13140/RG.2.2.36159.53923 CITATIONS READS 0 3,555 1 author: Gino Omar Calderon Vizcarra Universidad Católica "San Pablo" (Perú) 26 PUBLICATIONS 56 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Gino Omar Calderon Vizcarra on 20 June 2020. The user has requested enhancement of the downloaded file. Mecánica de Suelos en Estado Crítico Introducción Dr. Ing. Gino Calderón Vizcarra Ingeniero Geotécnico Gino Calderón Vizcarra 19.06.2020 1 Gino Calderón Vizcarra 19.06.2020 2 Ensaios de Corte Directo en Arenas D: Denso Problema M: Medio L: Suelto Gino Calderón Vizcarra 3 Malcolm Bolton (1979). A Guide to Soil Mechanics Problema Resumen de resultados Gino Calderón Vizcarra 4 Malcolm Bolton (1979). A Guide to Soil Mechanics Charles Augustin de Coulomb (1773) Histórico « Essai sur une application des règles des maximis et minimis à quelques problèmes de statique relatifs à l'architecture » 1736-1806 Gino Calderón Vizcarra 5 Christian Otto Mohr (1900) Histórico La envolvente de fala de Mohr era una curva tangente a los máximos círculos posibles en diferentes estados de esfuerzos. 1835-1918 Gino Calderón Vizcarra 6 Histórico Criterio de Falla de Mohr - Coulomb Gino Calderón Vizcarra 7 Holtz R. D., Kovacs W. D., (1981). “An Introduction to Geotechnical Engineering” Critical Void Ratio Índice de Vazios Crítico (Terzaghi, 1936) Gino Calderón Vizcarra 8 Kenneth Harry Roscoe (1958) Estado Crítico Critical State εγ σ e constante constante Roscoe, K. H.; Schofield, A. N.; Wroth, C. P. (1958), «On the Yielding of Soils», Geotechnique, 8, pp. 22–53 Gino Calderón Vizcarra 9 Expansión Contracción A bajos niveles de esfuerzos, hasta muestras sueltas pueden dilatar. SUELTO Índice de Vacíos e Carga Drenada Critical State Line (CSL) En altos niveles de esfuerzos, hasta muestras densas pueden dilatar DENSO Esfuerzo efectivo normal σ’n (o esfuerzo efectivo medio p') Gino Calderón Vizcarra 10 Martin Fahey. Geomechanics Group. UWA Estado Crítico • Cuando sometido a corte, el estado del suelo tiende a migrar a una línea única en el espacio t – s’ – e, la cual es denominada como la Línea de Estado Crítico. Gino Calderón Vizcarra 11 Malcolm Bolton (1979). A Guide to Soil Mechanics Resistencia drenada sd f'cv Resistencia no drenada su Resistencia no drenada su Resistencia drenada sd s'n Índice de vacíos e Ensayo No Drenado No ocurre cambio de volumen eo Estados sueltos -Δu No drenado Estados densos +Δu No drenado - Δu → + Δσ’ Contracción Expansión Resistencia al corte drenado y no drenado Esfuerzo de corte τ CSL Esfuerzo efectivo normal σ’n (o esfuerzo efectivo medio p') Gino Calderón Vizcarra 12 Martin Fahey. Geomechanics Group. UWA Diagrama de Cambridge σd, esfuerzo desviador Trayectorias de esfuerzos q π = π1 − π3 3 1 q = q' +Δu Loose state B B' σoct, esfuerzo octaédrico p' Gino Calderón Vizcarra A p' = p - Δu p p, p' π= 1 (π 3 1 + 2 π3 ) 13 Diagrama de Cambridge Parámetros de Estado Crítico q π = ππ′ Compresión triaxial Plano de esfuerzos Οcrit M M 1 πππππ‘ = π΄πππ ππ 3π π+6 Plano de compresibilidad λ κ Γ p' v = 1+e v = 1+e Γ v = Γ + π πππ′ λ κ Gino Calderón Vizcarra p' 1 kPa Ln p' 14 Línea de Estado Crítico Parámetros de Estado Crítico p’ q Plano de esfuerzos Plano de compresibilidad v Gino Calderón Vizcarra 15 Carga por etapas Mes 2 5m Mes 1 Mes 1 5m Construcción rápida Construcción lenta Δq Δq tiempo Gino Calderón Vizcarra tiempo 16 q Construcción lenta CSL Δq > in situ su 6 su después de dos incrementos Falla 5 4 In situ su Δq/2 2 In situ su Δq/2 p' e In situ eo p' 1 e 1 2 4 e después de dos incrementos Δq 2 3 1 In situ eo 2 1 3 5 NCL NCL 6 CSL Gino Calderón Vizcarra Construcción rápida CSL Drenado sd Carga por etapas q CSL p' p' 17 Martin Fahey. Geomechanics Group. UWA No Drenados Ensayos Triaxiales Drenados σ’c σ’c +Δu Contracción Gino Calderón Vizcarra 18 Martin Fahey. Geomechanics Group. UWA Comportamiento No Drenado Gino Calderón Vizcarra 19 Yang et al (2015) Soils and Foundations Componentes de deformación = Deformación = + cambio de volumen ππ£ = π1 + 2π3 + distorsión pura ππ£ ππ = π1 − 3 ππ = π= Gino Calderón Vizcarra 1 (π1 3 + 2 π3 ) 2 (π 3 1 − π3 ) π = π1 − π3 Dilatancia Dilatancia Cambio del volumen de suelo provocado por esfuerzos de corte. Gino Calderón Vizcarra 21 ---- Expansión −ππ£ +ππ Contracción Ensayo triaxial CD – Suelo blando Dilatancia ππ£αΆ π·= ππαΆ +ππ£ Gino Calderón Vizcarra +ππ£αΆ +π· = +ππαΆ +ππ£αΆ +π· = +ππαΆ π·=0 22 ππ£αΆ π·= ππαΆ Expansión −ππ£ π·=0 Asociado a la resistencia de pico π·πππ −ππ£αΆ −π· = +ππαΆ +ππ Contracción Ensayo triaxial CD – Suelo denso Dilatancia π·=0 +ππ£ Gino Calderón Vizcarra +ππ£αΆ +π· = +ππαΆ −ππ£αΆ −π· = +ππαΆ 23 Esfuerzo vs Dilatancia – Suelo blando π π= π′ Gino Calderón Vizcarra ππ£αΆ π·= ππαΆ Dilatancia 24 Jefferies & Ben (2015). Soil Liquefaction Esfuerzo vs Dilatancia – Suelo denso π·πππ Gino Calderón Vizcarra Asociado a la resistencia de pico 25 Jefferies & Ben (2015). Soil Liquefaction Esfuerzo vs Dilatancia – Toda la muestra M Gino Calderón Vizcarra 26 Jefferies & Ben (2015). Soil Liquefaction 1ra Fase 5 Ensayos Triaxiales: 3 CU + 2 CD Línea de Estado Crítico Volumen específico, v = 1+e Ensayos de Laboratorio 1.75 Dr=10% Dr=20% Dr=30% 1.60 1.45 10 100 200 350 800 1000 10000 Esfuerzo efectivo medio, p’ (kPa) Gino Calderón Vizcarra 27 Jefferies & Ben (2015). Soil Liquefaction 2da Fase +3 Ensayos Triaxiales Línea de Estado Crítico Volumen específico, v = 1+e Ensayos de Laboratorio 1.75 Dr=10% Dr=20% Dr=30% 1.60 1.45 10 100 200 350 800 1000 10000 Esfuerzo efectivo medio, p’ (kPa) Gino Calderón Vizcarra 28 Jefferies & Ben (2015). Soil Liquefaction Definición Relaves Guindon (67% finos) Ensayos CD sobre muestras sueltas Gino Calderón Vizcarra 29 Jefferies & Ben (2015). Soil Liquefaction Gino Calderón Vizcarra 30 Volumen específico, v = 1+e Ensayo Gino Calderón Vizcarra Verdugo, R., Géotechnique, 42(4), 655,9 1992. 31 Jefferies & Ben (2015). Soil Liquefaction Definición Arena Erksak 330/0.7 Gino Calderón Vizcarra Been, K et al., Géotechnique, 41(3), 365, 1991 32 Jefferies & Ben (2015). Soil Liquefaction Definición Premisa La Línea de Estado Crítico es UNICA e INDEPENDIENTE de las condiciones de ensayo y trayectoria de esfuerzos. Gino Calderón Vizcarra 33 Jefferies & Ben (2015). Soil Liquefaction Definición Estudios sobre la Unicidad de la LEC Gino Calderón Vizcarra 34 Jefferies & Ben (2015). Soil Liquefaction Quiebra de Partículas Comportamiento controlado por la dilatancia Gino Calderón Vizcarra Quiebra de partículas Casi elástico 35 Ghafghazi , Shuttle & DeJong (2014). Soils and Foundations Quiebra de Partículas Gino Calderón Vizcarra 36 Ghafghazi , Shuttle & DeJong (2014). Soils and Foundations Quiebra de Partículas Gino Calderón Vizcarra 37 Ghafghazi , Shuttle & DeJong (2014). Soils and Foundations Quiebra de Partículas Gino Calderón Vizcarra 38 Ghafghazi , Shuttle & DeJong (2014). Soils and Foundations Quiebra de Partículas Gino Calderón Vizcarra 39 Ghafghazi , Shuttle & DeJong (2014). Soils and Foundations Quiebra de Partículas Gino Calderón Vizcarra 40 Ghafghazi , Shuttle & DeJong (2014). Soils and Foundations Parámetro de Estado (ψ) Ψ = π − ππ Definición +ψ : Comportamiento contractivo -ψ : Comportamiento dilatante Gino Calderón Vizcarra Mike Jefferies 41 Jefferies & Ben (2015). Soil Liquefaction Parámetro de Estado (ψ) Ψ indica el comportamento Gino Calderón Vizcarra 42 Jefferies & Ben (2015). Soil Liquefaction Resistências de pico, estado crítico e residual ε β 1% : Resistência de Pico ε > 10% : Resistência no Estado Critico ε >> 50% : Resistência Residual Gino Calderón Vizcarra 43 John Atkinson (2007). The Mechanics of Soils and Foundations, 2nd Edition Parâmetro de Projeto Gino Calderón Vizcarra John Atkinson (2007). The Mechanics of Soils and Foundations, 2nd Edition 44 Resistência de pico Gino Calderón Vizcarra William Powrie (2014) Soil Mechanics, 3rd Edition 45 Cohesión Gino Calderón Vizcarra John Atkinson (2007). The Mechanics of Soils and Foundations, 2nd Edition 46 Cohesión Gino Calderón Vizcarra 47 Malcolm Bolton (1979). A Guide to Soil Mechanics Suelos no saturados → 3D fb fb Esfuerzo cortante (ο΄) Envolvente de Falla de Suelo No Saturado Envolvente de resistencia extendida de Mohr Coulomb f’ (ua - uw)tanfb c f’ c’ Esfuerzo normal efectivo (s-ua) Gino Calderón Vizcarra Profesor Harianto Rahardjo Fredlund & Rahardjo (1993) Variación de la estabilidad de un talud con el nivel de succión. Aún con valores bajos de c’, es posible tener valores de c lo suficientemente altos como para mantener estable un talud. Factor de seguridad Succión Próximo a la condición crítica, FS=1, variaciones pequeñas de succión del orden de 1 kPa, son suficientes para provocar una variación del orden de 20% en el factor de seguridad. Succión (kPa) Gino Calderón Vizcarra ¿Cuándo usar C y Ø? Gino Calderón Vizcarra Kevin Franke (2020) Lecture 14 - Shear Strength of Clays Deformación π = ππ + ππ E, G, v Gino Calderón Vizcarra 51 ------- σ Elástico Plástico Elastoplástico con endurecimiento Modelos constitutivos Hardening Elastoplástico perfecto Mohr Coulomb Elastoplástico con ablandamiento Softening ε Gino Calderón Vizcarra 52 ------- Plasticidad 1 Superficie de Plastificación (Yield Criterion) 2 Regla de Flujo (Flow Rule) 3 Regla de Endurecimiento (Hardening Rule) describe el cambio de la superficie de plastificación con las deformaciones plásticas. 4 Delimita el comportamiento elástico del plástico. cómo aumentará la deformación plástica en función de la tasa de aumento de esfuerzos. Criterio de Falla Gino Calderón Vizcarra 53 ------- CD – Arcilla Normalmente Consolidada Modelo Cam Clay Modificado q Superficie de Plastificación (Yield Criterion) Regla de Flujo (Flow Rule) Regla de Endurecimiento (Hardening Rule) Criterio de Falla elástico P´ Gino Calderón Vizcarra 54 Solowski (2017). Lecture 5 Hardening Gino Calderón Vizcarra 55 Modelos constitutivos Gino Calderón Vizcarra 56 Solowski (2017). Lecture 5 CD – Arcilla Normalmente Consolidada q P´ Gino Calderón Vizcarra 57 Solowski (2017). Lecture 5 q CD – Arcilla Normalmente Consolidada q F. .B y/A y/F F .B y/B . A P´o A P´o B p´ Τq P´o F (c) (a) v url A . v A. A Τq iso-ncl url B url C .B .B F .F (d) p´ Gino Calderón Vizcarra (b) 58 Solowski (2017). Lecture 5 CD – Arcilla Levemente Sobreconsolidada q P´ Gino Calderón Vizcarra 59 Solowski (2017). Lecture 5 CD – Arcilla Levemente Sobreconsolidada q F. q y/F F .B .B y/A v y/B . A A (c) v A. .B iso-ncl url F Τq P´ P´o B (a) url B A. . .B Τq F . F (d) p´ Gino Calderón Vizcarra (b) 60 Solowski (2017). Lecture 5 CD – Arcilla Fuertemente Sobreconsolidada q P´ Gino Calderón Vizcarra 61 Solowski (2017). Lecture 5 CD – Arcilla Fuertemente Sobreconsolidada q P ΨΤ q q R Q. ... T y/Q . Q .R .S T y/R S y/S . y/T p p´ ΨΤ (a) v url Q (c) v T. .S .p .R . p. . Q Q p´ (b) Gino Calderón Vizcarra Τq iso-ncl url T url S url R P q .p . .S T R (d) 62 Solowski (2017). Lecture 5 CU – Arcilla Normalmente Consolidada q TTE TTT P´ Gino Calderón Vizcarra 63 Solowski (2017). Lecture 5 n= M q CU – Arcilla Normalmente Consolidada q TSP F ED C . .B B v F D .A A P´ P (a) C . E. Τq (c) u iso-ncl .C . D . F E .B . .A (d) B F ... . E DC Gino Calderón Vizcarra (b) Τq . A Ψp P BC P´ 64 Solowski (2017). Lecture 5 CU – Arcilla Levemente Sobreconsolidada q TTE TTT P´ Gino Calderón Vizcarra 65 Solowski (2017). Lecture 5 n= M q CU – Arcilla Levemente Sobreonsolidada F. D . C . . B .B . A. v q TSP E (a) y/B F D .A P´ P url B C . E. Τq (c) u iso-ncl B. .A C. D . E Ψp F Τq (d) F ... . . E DC BA Gino Calderón Vizcarra (b) P´ 66 Solowski (2017). Lecture 5 CU – Arcilla Fuertemente Sobreconsolidada q TTE TTT P´ Gino Calderón Vizcarra 67 Solowski (2017). Lecture 5 CU – Arcilla Fuertemente Sobreconsolidada q R Q. TSP F . . . n= M E T Q q . (a) v S. T (c) Τq B .P P P´ u iso-ncl Q . .P .R . S S PQ . y/B S P. R Τq T .. ..T (d) R url Q Gino Calderón Vizcarra (b) P´ 68 Solowski (2017). Lecture 5 Rotura de la Presa Brumadinho (Brasil) Gino Calderón Vizcarra http://www.b1technicalinvestigation.com/ 69 Rotura de la Presa Brumadinho (Brasil) Bibliografía • Malcolm Bolton (1979). A Guide to Soil Mechanics. • Holtz R. D., Kovacs W. D., (1981). An Introduction to Geotechnical Engineering. • Roscoe, K. H.; Schofield, A. N.; Wroth, C. P. (1958), On the Yielding of Soils, Geotechnique, 8, pp. 22–53. • Martin Fahey. Geomechanics Group. University of Western Australia. • Yang, J., Wei, L.M., Dai, B.B. (2015). State variables for silty sands: Global void ratio or skeleton void ratio? Soils and Foundations, Volume 55, Issue 1, Pages 99-111. • Been, K., Jefferies, M., Hachey, J., Géotechnique, 41(3), 365, 1991. • Jefferies, M. & Ben, K. (2015). Soil Liquefaction, A Critical State Approach. Second edition. CRC Press. • Ghafghazi, M., Shuttle, D.A., and DeJong, J.T. “Particle Breakage and the Critical State of Sand” Soils and Foundations, 2014, Vol. 54, No. 3, pp. 451-461. • Atkinson, J. (2007). The Mechanics of Soils and Foundations, 2nd Edition. • Powrie, W. (2014) Soil Mechanics, 3rd Edition. • Fredlund, D. & Rahardjo, H. (1993). Soil Mechanics for Unsaturated Soils. • Kevin Franke (2020) Lecture 14 - Shear Strength of Clays. Brigham Young University. https://www.youtube.com/watch?v=jyftlyH6_3s&t=1639s • Wojciech Solowski (2017). Lecture 5. Aalto University. Gino Calderón Vizcarra 70 ¡Gracias! Gino Omar Calderon Vizcarra ginocalderon@hotmail.com https://www.researchgate.net/profile/Gino_Vizcarra Gino Calderón Vizcarra View publication stats 71
