Tesis:
Influencia de la combinación de tensiones tangenciales estáticas y cíclicas en la evaluación de parámetros dinámicos de un suelo cohesivo
- Autor: PATIÑO NIETO, Carlos Hernán
- Título: Influencia de la combinación de tensiones tangenciales estáticas y cíclicas en la evaluación de parámetros dinámicos de un suelo cohesivo
- Fecha: 2009
- Materia: Ingeniería mecánica, naval y aeronáutica
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: INGENIERIA Y MORFOLOGIA DEL TERRENO
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/1735
- Director/a 1º: SORIANO PEÑA, Antonio
- Resumen: y de difícil reproducción en las pruebas de laboratorio; seguramente, por esta razón, en la mayoría de las investigaciones experimentales relacionadas con el comportamiento dinámico de suelos, los ensayos se han realizado sin aplicar previamente a la solicitación dinámica, distintas configuraciones de tensiones tangenciales estáticas. Por ello, el objetivo fundamental de este trabajo de investigación ha consistido en conocer la influencia del estado tensional preexistente en la respuesta tenida por suelos arcillosos blandos frente solicitaciones cíclicas. Durante la etapa experimental de esta tesis se realizaron en total 20 pruebas de corte simple estático y 142 de corte simple cíclico con diferentes combinaciones de tensiones tangenciales estáticas (o) y tensiones tangenciales cíclicas (c). Tanto las tensiones estáticas como las cíclicas se fijaron como un porcentaje de la tensión efectiva de consolidación de campo (’ov). Las muestras utilizadas provienen del puerto de Barcelona – España. Fueron extraídas de un depósito sedimentario, caracterizado por la presencia de intercalaciones de limos arcillosos, arcillas limosas y algunos lentejones de arena micácea de grano fino. Para realizar esta investigación solamente se utilizaron las muestras limo arcillosas y/o arcillo limosas. A partir de los resultados obtenidos mediante el programa experimental se evaluó la influencia de la combinación de tensiones tangenciales estáticas y cíclicas en el rango de variación del módulo de rigidez al cortante (G), en el desarrollo de deformaciones tangenciales tanto permanentes (p) como cíclicas (c) y en la reducción de las tensiones axiales efectivas (’v), las cuales se asimilan a las presiones intersticiales (u) generadas durante la solicitación dinámica. Los resultados indican que dependiendo de la combinación de tensiones tangenciales estáticas y cíclicas, las cuales son asimilables a determinadas condiciones tensionales bajo el nivel de cimentación de estructuras, unos elementos de un mismo suelo cohesivo tienden en algunos casos a llegar a la rotura desarrollando preferentemente deformaciones cíclicas. En otros casos, otros elementos, tienden a llegar a la rotura desarrollando preferentemente deformaciones permanentes. Dado que desde el punto de vista de compatibilidad de deformaciones esto no es posible, bajo el nivel de cimentación necesariamente debe presentarse una redistribución tensional, seguramente muy difícil de modelizar. Las tensiones tangenciales iniciales afectan el comportamiento dinámico de un suelo cohesivo. Un suelo cohesivo puede experimentar rotura súbita con niveles de tensiones axiales efectivas (’v) incluso menores que el 30% de las tensiones efectivas de consolidación de campo (’ov), pero no iguales a cero. Esta última condición (’ov= 0) es la condición necesaria para que los medios granulares flojos resulten afectados por el fenómeno de licuefacción cuando son solicitados dinámicamente. Ello quiere decir que los suelos arcillosos y limosos pueden sufrir una degradación en su resistencia, asimilable en cierta medida al fenómeno de licuefacción, como consecuencia de la “fatiga” que sufren debido a las solicitaciones dinámicas.
ABSTRACT In general, beneath any structure the distribution of stress is very complex and difficult to reproduce in laboratory tests. It’s surely for this reason that the tests of most experimental investigations related to the dynamic behavior of soils have been performed without applying different configurations of monotonic shear stress previously to the dynamic solicitation. Therefore the main objective of this research was to establish the influence of preexisting stress state on the response of a cohesive soft soil due to cyclic solicitations. During the experimental phase of this thesis, 20 monotonic simple shear tests and 142 cyclic simple shear tests were carried out with different combinations of static shear stresses (o) and dynamic shear stresses (c). Both the monotonic and cyclic stresses were defined as a percentage of the effective vertical consolidation field stress (’ov). The samples used come from the port of Barcelona - Spain. The samples were extracted from a sedimentary deposit, characterized by the presence of interlayered clayey silt, silty clay and some lenses of fine-grained micaceous sand. To perform this investigation only the samples of clayey silt and/or silty clay were used. Based on the results of the experimental phase the influence of combined static and cyclic shear stresses on several aspect of soil response was evaluated. Such aspect include the range of variation of the shear modulus (G), the development of both permanent (p) and cyclic (c) shear strains; and the reduction of the effective axial stress (’v), which can be equated to the cyclic pore pressure (u) generated during dynamic solicitation. The results indicate that depending of the combination of static and cyclic shear stress, which are similar to certain conditions of pressure under the foundation level of structures, some elements of the same cohesive soil tend, in some cases, to failure developing so, mainly cycles shear strains. In other cases, other elements tend to fail preferably developing so mainly permanent shear strains. Since, from the viewpoint of compatibility of deformation this is not possible, below the foundation level a redistribution of must be occur which is certainly very difficult to model. The initial monotonic shear stresses affect the dynamic behavior of a cohesive soil. Cohesive soils can experience “sudden failure” with levels of effective axial stress (’v) even lower than 30% of the effective vertical in situ consolidation stress (’ov), but not equal to zero. This last condition (’ov= 0) is necessary for the loose granular soils to be affected by the phenomenon of liquefaction when they are dynamically requested. Cohesive soils may experience degradation in their resistance, somewhat similar to the phenomenon of liquefaction as a result of "fatigue" that they suffer as a consequence of the dynamic solicitation.