Tesis:
Modelo constitutivo basado en la teoría de la plasticidad generalizada con la incorporación de parámetros de estado para arenas saturadas y no saturadas
- Autor: MANZANAL, Diego Guillermo
- Título: Modelo constitutivo basado en la teoría de la plasticidad generalizada con la incorporación de parámetros de estado para arenas saturadas y no saturadas
- Fecha: 2008
- Materia: Ciencia y tecnología de materiales
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: INGENIERIA Y MORFOLOGIA DEL TERRENO
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/1088
- Director/a 1º: PASTOR PEREZ, Manuel T
- Director/a 2º: FERNÁNDEZ MERODO, Jose Antonio
- Resumen: Resumen El estudio desarrollado en esta tesis está centrado en la modelización constitutiva de los suelos granulares saturados y parcialmente saturados desde la perspectiva de los parámetros de estado. La ecuación constitutiva basada en la Plasticidad Generalizada ha sido extendida con el objeto de reproducir el comportamiento tenso-deformacional de los suelos granulares con un único juego de constantes intrínsecas para diferentes densidades, presiones de confinamiento y condiciones de saturación. El modelo constitutivo propuesto combina la formulación versátil y jerárquica de la Teoría de la Plasticidad Generalizada con los conceptos de Estado Crítico. El principio de tensiones efectivas es utilizado para introducir el efecto de la desaturación en las variables de tensión. El concepto de parámetro de estado ha sido incorporado para tener en cuenta la dependencia del comportamiento de los suelos granulares con la densidad y la presión de confinamiento. Los efectos de la succión en la definición del estado crítico han sido analizados detalladamente, proponiendo modificaciones de las relaciones existentes basadas en datos experimentales obtenidos de la literatura. Se ha propuesto una expresión del módulo plástico en función de un parámetro de cementación para tener en cuenta los efectos de endurecimiento y reblandecimiento provocados por cambios de las condiciones de saturación. El modelo constitutivo desarrollado tiene una formulación hidro-mecánica acoplada a través de la relación entre el grado de saturación y la succión normalizada. El modelo considera el efecto del índice de poros y la histéresis hidráulica en el comportamiento hidráulico. Para verificar las relaciones propuestas ha sido realizado un estudio paramétrico del efecto del índice de poros y de la presión confinamiento, y una serie de simulaciones cualitativas de las principales trayectorias de tensiones en suelos parcialmente saturados. Se ha realizado un programa de ensayos de laboratorio con el objeto de evaluar las mejoras introducidas en la ecuación constitutiva y establecer un procedimiento sistemático para la calibración de los parámetros del modelo en el caso de suelos saturados. El suelo ensayado es una arena típica del subsuelo de la ciudad de Madrid denominada “Arena de Miga”. El modelo ha sido también calibrado utilizando resultados experimentales ya publicados de la arena Toyoura, la arena Banding, la arena Kurnell y el Caolín “Speawhite”. Los ensayos reproducidos cubren un rango importante de densidades, presiones de confinamiento y succiones en suelos saturados y parcialmente saturados. Todas las simulaciones realizadas con el modelo constitutivo unificado predicen con exactitud los resultados experimentales durante el proceso deformacional y en el estado residual. Los resultados demuestran la capacidad del modelo acoplado para predecir, de una forma unificada, las principales características de los suelos saturados y parcialmente saturados sujetos a carga monótona. Abstract The study developed in this thesis is focused on constitutive modelling of saturated and partially saturated granular soils from state parameters point of view. The Generalized Plasticity constitutive equation has been extended in order to reproduce stress-strain behaviour of granular soils with a single set of intrinsic model constants for different densities, confining pressures and saturation conditions. The proposed constitutive model is combining versatile and hierarchical formulation of Generalized Plasticity Theory with the critical state framework. The effective stress principle has been used in order to introduce the effect of unsaturation into stress variable. The state parameter concept has been incorporated to take into account the dependant of granular soil behaviour on density and confining pressure. The suction effects on the critical state definition have been analyzed in detail, proposing some modifications of existing relations based on several experimental data from relevant literature. For hardening and softening effect caused by change on saturation condition to be take into account, an expression of plastic modulus function of a bonding parameter has been proposed. The developed constitutive model has a hydro-mechanical formulation through the relation of saturation degree and normalized suction. The model also considered the void ratio and hydraulic hysteresis effect on hydraulic behaviour. To verify the proposed relations, a parametric study of void ratio and confining pressure effect has been performed, as well as a series of qualitative simulations of main stress path on partially saturated soils. An experimental program has been carried out with the aim to evaluate the proposal improvements on the constitutive equation and establish a systematic calibration procedure of constants model in case of saturated soils. The tested soil is a typical sand of subsoil of the City of Madrid know as “Arena de Miga”. The model has also been calibrated by using experimental result reported in literature for Toyoura sand, Banding sand, Kurnell sand and Speawhite kaolin. The simulated test are covering a wide range of densities, confining pressures and suctions on saturated and partially saturated soils. All the performed simulations by the unified constitutive model fit with precision to experimental result during deformational process and on residual state. The results show the coupled model capability to predict in an unified manner the main features of saturated and partially saturated soils subject to monotonic loading.