01 principis mecànica_de_sòls_v02

treballs confluents en l'estudi geotècnic

CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap. 1

prospeccions

assaigs "in situ"

coneixement geològic local

estructura: sol·licitacions / requeriments

assaigs de laboratori

model geològic / geotècnic

model d'interacció terreny / estructura

Est. Geot.

disciplines confluents en l'estudi geotècnic

reconocimientos

ensayos "in situ"

Conocimiento geológico local

estructura: solicitaciones / requerimientos

ensayos de laboratorio

modelo geológico / geotécnico

modelo de interacción estructura / terreno

GEOLOGÍA

GEOTECNIA

INGENIERÍA DE ESTRUCTURAS

MECÁNICA DE SUELOS


peculiaritat de la mecànica de sòls

- l'objecte d'estudi: anisòtrop, heterogeni i no lineal


llavors... com enfocar-ho?

-100 % empíric:

-projecte segons l'experiència acumulada, aplicació de regles que relacionen paràmetres observables amb comportaments diferits (normes NTE; procediment simplificat de disseny de fonamentacions en sòls granulars o en roques del CTE)

-100 % teòric - conceptual:

- coneixement profund dels fonaments teòrics "de primer ordre" per la seva aplicació universal als casos pràctics

- 50 % teòric (no coceptual) + 50 % empíric:

- coneixement de les relacions teòriques "de segon ordre" per la seva aplicació pràctica on el coneixement empíric demostra la validesa


anàlisi geotècnica global: pasos a realitzar

1. descriure el terreny

2. valorar la magnitud de sol·licitacions o reaccions de l'obra (estructures, desmunts, terraplens, modificacions dels gradients hídrics)

3. establir un model de comportament de l'obra i del terreny en relació recíproca

4. verificar la validesa del model de comportament emprant un procediment acceptat

5. contrastar el resultat obtingut amb els requeriments de l'obra (SE-1/SE-2)


la "descripció quantificada" del subsòl

-descripció "geomètrica" del subsòl:

- visió tridimensional de l'estructura del terreny en relació a les seves propietats geotècniques

- definició de l'abast dels litotipus / nivells / unitats geotècniques

-identificació geotècnica de cada unitat:

- assignació dels paràmetres geotècnics descriptius bàsics

- delimitació del rang de variació dels paràmetres geotècnics "d'estat"

- caracterització geomecànica de cada unitat:

- valoració dels paràmetres resistents i deformacionals (en alguns casos també els referents a la permeabilitat o el quimisme)

pas 1: geologia





pas 1: geologia






pas 1: geologia


Qüestió...

Què és una unitat geològica?

Què és una unitat geotècnica?





pas 2: geotecnia


definició quantificada, pas 2: la identificació

-què és un sòl? què és una roca? .... el concepte


identificació: les fases del sòl

Gaseosa

Líquida

Solida

Vg

Vw

Vv

Vs

V

Volúmenes Pesos

W

Wg

Ww

Ww

=0

-A- -B-


la fase sòlida: mida fina i grollera

mida grollera:

- agregat d'elements amb mida tal que les forces de cohesió que poden desenvolupar-se entre partícules són pràcticament nul·les

- la humitat no representa un factor decisiu vers el seu comportament

- les seves propietats mecàniques venen determinades per la mida, la forma de gra i el seu grau "d'empaquetament"

mida fina:

- agregat d'elements amb mida tal que les forces de cohesió que poden desenvolupar-se entre partícules són significatives

- la humitat incideix decisivament en el seu comportament mecànic


identificació de la fase sòlida: granulometria / textura

Argila: < 2 µm

Llim: De 2 µm a 60 µm

fi: 2 µm – 6 µm

mitjà: 6 µm – 20 µm

groller: 20 µm – 60 µm

Sorra: De 60 µm a 2 mm

fina: 0,06 mm – 0,2 mm

mitjana: 0,2 mm – 0,6 mm

grollera: 0,6 mm – 2 mm

Grava: De 2 mm a 60 mm

fina: 2 mm – 6 mm

mitjana: 6 mm – 20 mm

grollera: 20 mm – 60 mm

Còdols i blocs: > 6 cm


identificació de la fase sòlida grollera:granulometria x garbellat


identificació de la fase sòlida grollera: la forma


identificació de la fase sòlida grollera: la gradació


identificació de la fase sòlida grollera: la gradació


identificació de la fase sòlida fina:granulometria x sedimentació


Dws 2

18ην

γγ −=

v = velocidad de caída de una esfera en el seno de un fluido (cm/s).γs = peso específico de las partículas sólidas (g/cm3).γw = peso específico del agua (g/cm3). D = diámetro de la esfera (cm).η = coeficiente de viscosidad dinámico del agua

identificació de la fase sòlida fina: plasticitat

CURS D’ESTUDIS GEOTÈCNICS – SESSIÓ 2


Límite líquido(WL)

Límite plástico(WP)

Límite de retracción(WP)

Estado líquido

Estado plástico

Estado semisólido

Estado sólido

Hum

edad

cre

cien

te

Mezcla fluidade agua y suelo

Suelo seco

fragilitat

elasticitat

plasticitat

resistència nul·la

sobresaturat

subsaturat

identificació de la fase sòlida fina: límits d'Atterberglímit líquid






identificació de la fase sòlida fina: límits d'Atterberglímit plàstic


identificáció / plasticitat:la classificació de Casagrande

100 20 30 40 50 60 70 80 90 100

WL

10

20

30

40

50

60

70

0

IP

CL

CH

MH-OH

ML-OLML

Línea

A


identificació / plasticitat + granulometriala classificació unificada de sòls (USCS) sòls grollers


identificació / plasticitat + granulometriala classificació unificada de sòls (USCS) sòls fins


identificació (2): estat la fase líquida: humitat / saturació

WW

s

ww =

100xww

Ssat

r=

humitat:

grau de saturació:


identificació (2): estat la relació sòlids / buits: porositat i índex de buits

porositat:

índex de buits:

VV

t

vn =

VV

s

ve =


identificació (2): estat el pes específic

p.e. natural (aparent): γa = (Wsòlids + Waigua) / V

p.e. sec: γd = Wsòlids / V

p.e. saturat: γsat = (Wsòlids+ Waigua H saturació) / V

densitat relativa o índex de densitat: eee

DIminmax

maxrD

e

−−

==


proposta de practica: ús de la classificació USCS

descripció del sòl d'acord a la testificació granulometria plasticitat

argiles llimoses de tonalitat vermella amb nòduls de carbonat abundants

<0.080 mm: 45 %<5 mm: 70 %

wl = 38wp = 15

còdols i graves amb argila molt abundant, de tonalitat ocre

<0.080 mm: 53 %<5 mm

wl = 49wp = 28

sorres i graves lleugerament argiloses de tonalitat vermella amb algunes graves disperses

<0.080 mm: 15 %<5 mm: 45 %

wl = 30wp = 15

sorres fines, llimoses, de tonalitat ocre <0.080 mm: 60 %<5 mm: 100 %

no plàstic


recapitulació: la "descripció quantificada" del subsòl










la "descripció quantificada" del subsòl: pas 3els paràmetres geomecànics









pas 3: mec. sòls


els criteris fonamentals del càlcul geotècnic:l'estat límit últim


paràmetres resistents: significat de l'angle de fregament intern i de la cohesió

La condició per a l'inici dels lliscament s'estableix segons les següents expressions:

)()tgN( T Ac+≥ φ

cA

+≥ φtgN

A

T

c+≥ )tg( φστ


paràmetres resistents: el criteri de Coulomb

estudi sobre els murs de conenció

1776:

τ f = c + σ n * tg Φ


paràmetres resistents: les tensions efectivesllei de Terzaghi

Tots els processos de tipus mecànic dels sòls (resistència i deformació entre ells) estan governats per les tensions efectives

σ ’ = σ - u τ = C’ + σ’ tg ϕ ’

)1(Ss

uNN i −−=

forces considerades per Coulomb, Mohr...


¿un exemple de N = u?


la deformació del sòl

Assentaments: evolució amb el temps i deformació del sòl

Si: assentament immediat

Sc: assentament per consolidació

Ss: assentament per consolidació secundària o fluència


models simplificats d'estudi de la deformació del sòl

Mòdul de deformació elàstica (E)

Paràmetres de consolidació (Cc’...)

Paràmetres “deformacionals” del terreny

Model de Winkler: ks = q / s

“Llei” de la consolidació: dh=H×Cr'×log((po'+Dp1)/po')+H×Cc'×log((pc'+Dp2)/pc'))

(dh: assentament de la capa de sòl de gruix H; Cr’: coeficient de recompressió; Cc’: coeficient de compressió; Dp1: valor mínim entre Dp i pc’)

“Llei” elàstica ajustada: dH = (H·Dp) / Es

(dH = assentament; H: gruix del nivell en qüestió; Es = mòdul elàstic equivalent del terreny; Dp

= sobrepressió induïda per la fonamentació)

Coeficient de Balast


model de Winkler

Model de Winkler: ks = p / s (ks = coeficient de balast del fonament)

-assumeix una relació lineal entre la tensió i la deformació

-no permet estudiar models "multicapa"

-permet establir models d'interacció estructura / terreny senzills

-és possible traduir els resultats d'un càlcul multicapa (elàstic o edomètric) amb una valoració retrospectiva


model elàstic

“Llei” elàstica ajustada: s = [ σ B (1-v2) I ] / E

s: assentament, σ: sobrecàrrega, B: ample de la fonamentació, v: coeficient de Poisson, I: factor d'influència per geometria de la fonamentació, E: mòdul elàstic represntatiu del subsòl

-assumeix una relació lineal entre tensió i deformació

-permet un càlcul "multicapa"

-requereix una simplificació "raonable" del comportament real del sòl (elastoplàstic)

-generalment es dona poca importància a la deformació en el pla horitzontal (coef. de Poïsson)


la deformació del sòl: model elastoplàstic

símil mecànic: "model de molla i patí"

-s'adapta bé al comportament real del sòl

-és difícil d'implementar en un procediment de càlcul poc complex, doncs cal combinar una relació linial tensió deformació (molla) amb una relació no linial (patí)


teoria de la consolidació / model edomètric

analogia mecànica del procés de consolidació

pregunta: què passarà si desapareix la càrrega?








MOLTES GRÀCIES PER LA VOSTRA PARTICIPACIÓ


Education

01 principis mecànica_de_sòls_v02