Sin t

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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
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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
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CARACTERIZACION DE LA MECANICA DE SUELOS
SUELOS NO SATURADOS
LIMOS Y ARCILLAS COMPACTADOS
ARCILLAS DESECADAS SUELOS RESIDUALES
Presión de Poros uw gt 0
Presión de Poros uw lt 0
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MECANICA DE LOS SUELOS NO SATURADOS
Presión de poros negativa
Presión Neta Normal (?-ua)
Succión Matricial (ua- uw)
N.F.
Presiones Efectivas (?-uw)
MECANICA DE LOS SUELOS SATURADOS
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SUELO NO SATURADO
SUELO SECO Discontinuidad en
Vacíos llenos en su la fase de agua mayoría
con aire
FASE DE 2 FLUIDOS Fase de agua
Fase de aire continua continuo

ZONA CAPILAR Vacíos llenos en
su Fase gaseosa mayoría con agua
discontinua
Vacíos llenos de Aire en estado agua disuelto
SUELOS SATURADOS
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EJEMPLOS DE APLICACION
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EQUILIBRIO DE HUMEDAD
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Alturas Capilares
Suelo Dio (mm) e hcr (cm) 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 0,48-0,66 239,6 120,0 Arena
fina 0,03 0,36 165,5 112,0 Lino 0,006
0,95-0,93 359,2 180,0
Lane - Washburn, 1.946
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AMBITO DE APLICACIÓN DEL PROBLEMA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA
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ASPECTOS DE INTERES

• CARACTERIZACION DE LA RESISTENCIA
• EVALUACION DE LA ESTABILIDAD GLOBAL
• ANALISIS TENSO - DEFORMACIONAL
• CONDICIONES DE FILTRACIÓN
• COMPORTAMIENTO ACOPLADO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA
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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)
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CARACTERIZACION DE LA RESISTENCIA

• RELACION ENTRE SUCCION Y HUMEDAD
• DEFINICIÓN DE PARÁMETROS RESISTENTES

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SUCCION Y HUMEDAD
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SUCCION Y HUMEDAD
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RESISTENCIA AL CORTE
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ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO
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ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO
EQUILIBRIO DE MOMENTO
EQUILIBRIO DE FUERZAS
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ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO
INFLUENCIA DE PARAMETROS Y FS
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PERMEABILIDAD EN SUELOS NO SATURADOS
Conservación de Masas
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MODELO DE FLUJO DE AGUA NO ESTACIONARIO
Contenido volumétrico de agua condición de
contorno ?b(x,t)
Potencial hidráulico Condición de contorno ?b(x,t)
Cambios contenido volumétrico de agua ??(x,t) /
?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,?,...)
Flujo de agua J(x,t)
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
Estructura
Tensor de tensiones ?(x,t) Tensor efectivo de
tensión ?(x,t,u,e, ?)
Módulo volumétrico ke(x,t, ?, ?máx,, ?,
?máx,h...) Módulo de corte G (x,t, ?, ?máx,, ?,
?máx,h...) Tensión de corte ? (x,t, ?, ?máx,, ?,
?máx,h...) Tensión normal ?t
Tensión de deformación ?(x,t)
Condición de contorno en tensiones ?b
Condición de borde Desplazamientos db (x,t)
MODELO DE TENSIONES Y DEFORMACIONES CUASIESTATICO
Proceso mecánico o hidráulico independiente Acopl
amiento debido a cambio en porosidad o potencial
hidráulico Acoplamiento debido a procesos de
corte o falla
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EJEMPLO 1. ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO
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EJEMPLO ESTABILIDAD DE TALUDES
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EJEMPLO ESTABILIDAD DE TALUDES
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EJEMPLO ESTABILIDAD DE TALUDES
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EJEMPLO ESTABILIDAD DE TALUDES
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EJEMPLO ESTABILIDAD DE TALUDES
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EJEMPLO ESTABILIDAD DE TALUDES
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ANALISIS TENSO - DEFORMACIONAL
29
ANALISIS TENSO - DEFORMACIONAL
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EJEMPLO 2. EVALUACION TENSO - DEFORMACIONAL EN
PRESAS DE MATERIALES SUELTOS
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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
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MODELO TENSO - DEFORMACIONAL
33
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE PERMEABILIDAD
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COMPORTAMIENTO DEL NUCLEO CENTRAL
35
ESTADOS TENSIONALES Y ASENTAMIENTOS
36
RESULTADOS DE LA MODELACIÓN
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RESULTADOS DESPUES DE LA CONSTRUCCIÓN
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COMPORTAMIENTO DESPUES DEL PRIMER LLENADO
39
ANÁLISIS PARAMÉTRICO DEL RESULTADO
40
EJEMPLO 3. MODELO ELEMENTO FINITO - FILTRACIONES
41
EJEMPLO 3. MODELO ELEMENTO FINITO - FILTRACIONES
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EJEMPLO 3. MODELO ELEMENTO FINITO - FILTRACIONES
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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 que permita
  aplicaciones en el proceso de diseño.

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• 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.

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EQUILIBRIO DE SUCCIONES Y HUMEDADES. Mitchell,
1980.
Ecuación básica de equilibrio (condiciones
estacionarias).
Solución con desarrollo en series.
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SUPERFICIES DE ESTADO. (Alonso, et al, 1990 Josa
et al, 1992 Blundo, Redolfi y Zeballos, 1998)
Integración de deformaciones.
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CURVAS CARACTERISTICAS SUELO AGUA. (Fredlund,
et al, 1990) Antecedentes de calibración.
Estudios del Area Geotecnia. UNC.
Brook y Corey
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MODELO PLANTEADO.
Escenarios planteados.
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RESULTADOS DE LA MODELACION Ajuste de la succión
50
RESULTADOS DE LA MODELACION Asentamientos en
superficie.
51
RESULTADOS DE LA MODELACION Deformaciones
angulares.
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• 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.

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