Comportamiento de materiales granulares gruesos. Efecto de la succión

Abstract

Las grandes deformaciones de colapso y deferidas en el tiempo originadas por el humedecimiento parcial o total de la roca están íntimamente relacionadas con el fenómeno de rotura de partículas. La humedad inicial del material es el factor que más influye sobre la deformación de colapso por inundación.<br/>Esta tesis estudia y caracteriza el comportamiento de un material de granular calizo, de alta resistencia, baja porosidad en condiciones triaxiales y edómetricas. Se determina la influencia de diferentes factores que afectan la compresibilidad y la resistencia al corte del material granular como: granulometría, densidad, velocidad de deformación de corte, trayectorias de tensiones y ciclos de tensión desviadora. <br/>Los resultados experimentales edométricos muestran la influencia de la succión en la compresibilidad de un material a humedades relativas de HR100%, HR50%, HR40% y HR10%; así como en las deformaciones de colapso obtenidas mediante humedecimiento mediante vapor de agua o por inundación de la probeta. Los resultados experimentales triaxiales muestran la influencia de la succión en la resistencia al corte en las trayectorias de tensiones desarrollas a HR100%, HR50%, y HR10%. El ángulo de fricción interna del material depende de la tensión de confinamiento y de la succión aplicada en las probetas. La dilatancia es sensiblemente afectada por la succión aplicada. Debido a los altos índices medidos al final de los ensayos no fue encontrado un estado crítico estable. Los vectores de los incrementos de deformación plástica muestran un flujo plástico no asociado del material. Las velocidades de las deformaciones de corte tienen particular influencia en la resistencia y la compresibilidad de los materiales granulares a bajas y altas tensiones de confinamiento.<br/>Se encontró que la superficie de fluencia para la etapa no saturada (HR50%) tiene una homotética de menor dimensión en HR100%. Su forma es similar a una elipse rotada con respecto a las trayectorias de cargas. La forma depende de la proporcionalidad de la historia de las trayectorias de cargas. El proceso de compactación induce anisotropía en la dirección vertical.<br/>La compresibilidad y la resistencia al corte del material calizo dependen de la uniformidad de las partículas, su densidad, el nivel de tensiones aplicados y principalmente de los cambios de succión en los poros de las partículas. La compresibilidad del material es mayor conforme se incrementa los tamaños de las partículas en las granulometrías. Las líneas de compresión virgen para las granulometrías ensayadas dependen de los tamaños de las partículas y de la succión total aplicada. La resistencia al corte esta afectada por la uniformidad de las partículas, la densidad y los cambios de succión. La tensión desviadora disminuye con el incremento del tamaño de las partículas y aumenta con la disminución del tamaño de las partículas para las condiciones no saturadas y saturadas. La dilatancia se ve fuertemente reducida por la uniformidad en las partículas y la succión. Analizando los vectores de los incrementos de deformación plástica el material muestra un comportamiento de flujo plástico no asociado. La rotura de partículas está fuertemente afectado por el nivel de tensiones aplicado, la densidad de las probetas, la uniformidad de las partículas y los cambios de succión.<br/>El módulo de resiliencia se incrementa con la tensión de confinamiento, las tensiones desviadoras y la succión aplicada. Al saturar las muestras existe una disminución del módulo de resiliencia debido a la reducción de la succión.<br/>Los resultados triaxiales desarrollados para granulometrías uniformes y no uniformes se simularon con el modelo constitutivo de escolleras, el cual tiene en cuenta el análisis acoplado de flujo y deformación. La succión es una variable fundamental que explica el comportamiento tensión-deformación de los materiales granulares.<br/>La dilatancia desarrollada en el material estuvo activa hasta el final de los ensayos. Las condiciones del estado crítico no pudieron ser encontradas. El análisis de la dilatancia como una función de las relaciones de tensiones actuales y las relaciones de tensiones límite no es apropiada para describir el comportamiento de los agregados ensayados.<br/>El trabajo plástico de entrada describe las medidas de dilatancia para el rango de la relación de tensiones y las presiones de confinamiento aplicadas. El trabajo plástico explica la cantidad de rotura de los contactos y partículas. La dilatancia es descrita mediante una variable que combina la relación de tensiones, el trabajo plástico y las tensiones medias.

The long collapse strains and time-dependent strains caused by the partial or total wetting of rocks are in front relationship with the particles breakage phenomenon. The initial humidity of material is the main factor on the collapse strain by flooding.<br/>This thesis study and characterizes the behaviour of limestone gravel with high resistance, low porosity under triaxial and oedometer conditions. The main topics of analysis are the determination of the influence of different factors which affect the compressibility and the shear strength of the granular material like: grain size distribution, density, rate of shear strain velocity, stress path and stress deviatory cycles.<br/>The oedometer experimental results show the suction influence in the compressibility of the material at different values of relative humidity (RH 100%, RH50%, RH40% and RH10%); as well as the influence on the collapse deformations obtained by water vapour wetting or by flooding of the sample. The triaxial experimental results show the suction influence on the strength shear in the stress paths developed to RH100%, RH50% and RH10%. The material internal friction angle depends on the confining stress and the suction applied to the samples. The dilation is affected in a sensible manner by the suction applied. Due to the high rates of dilation measured at the end of the tests, the critical steady state was not reached. The increment plastic vectors show no associate plastic flow on the material. The rate of shear strain velocity has particular influence on the compressibility and strength of the granular materials under low and high confining stress.<br/>It was found that the yielding surface on unsaturated conditions (RH50%) have a homothetic smaller yielding surface at RH100%. Its form is similar to a rotated ellipse with respect to the loading paths. Also its form depends of the proportionality of the loading history paths. The compaction process induces anisotropy in the vertical direction.<br/>The compressibility and shear strength of the limestone material depends of the particle uniformity, density, stress level and mainly of the suction changes in the voids of the particles. The compressibility of the material increase when the size of the particles increases for the whole range of grading curves. The virgin compression lines for the grading curves tested depend of the sizes of the particles and the total suction applied.<br/>The shear strength is affected by the uniformity of the particles and suction changes.<br/>The deviatoric stress reduces with the increment of the size particles and increase with the reduction of particle size on unsaturated and saturated conditions. The dilation is strongly affected (reduction) by the uniformity of the particles and suction. From the increment of plastic deformation vectors analysis, it was observed that the material shows a no associated flow. The particle breakage is strongly affected by the stress level, sample density, particle uniformity and suction changes. <br/>The resilient modulus increase with the confining stress, deviatoric stress and the applied suction. When the material is wetted there is a reduction of the resilient modulus due to the suction reduction.<br/>Triaxial results tests for uniform and no uniform grading curves were simulated by Rockfill model implemented in Code_Bright. This model has into account the coupled analysis of flow and strains. The suction is a fundamental variable which explains the - stress-strain behaviour of the granular materials. The dilation experienced by the materials was active until the end of the tests. The critical state conditions were not reached. The dilation analysis as a function of the current stress level and the limit stress is not correct for describing the behaviour of the tested materials. The introduced plastic work describes the dilation measurements for the range between the stress ratio and the confining stress applied. The plastic work explains the quantity of contacts and particles breakage. The dilation is described through a variable which combines the stress ratio, the plastic work and the intermediate stress.