Estudio del comportamiento triaxial de materiales granulares de tamaño medio con énfasis en la influencia de la succión

Abstract

El objetivo de la tesis fue estudiar el comportamiento de una grava gruesa, de tamaño máximo de 40 mm, en condiciones triaxiales y de succión controlada. En base al análisis los resultados obtenidos y conceptos tomados, de ensayos triaxiales en arenas a altas presiones, se planteó un modelo constitutivo que reproduce los ensayos realizados. <br/><br/>El estudio experimental se realizó con una nueva célula triaxial, diseñada y construida para alojar una probeta de 250 mm de diámetro y 500 mm de altura; en el equipo es posible controlar la succión, mediante la humedad relativa. La célula triaxial está instrumentada totalmente en el interior. Se diseñaron y construyeron además nuevos transductores como la célula de medición diametral y transductores de desplazamiento loca para grandes deformaciones. La prensa de carga permite realizar ensayos con tensión controlada y deformación controlada. <br/><br/>Se realizaron ensayos con deformación controlada con distintas humedades relativas en los que se observó, que la resistencia al corte está controlada por la humedad relativa; se presenta mayor resistencia cuanto menor la humedad relativa. En las deformaciones volumétricas obtenidas se observó, que la dilatancia disminuye apreciablemente cuando el material tiene mayor contenido de humedad. Se dedujo de los resultados también, que existe una dependencia directa del incremento de rotura de partículas con el aumento del contenido de humedad. Por otro lado, se verificó la posibilidad de que el material alcanzase el estado crítico; se observó que en la mayoría de los ensayos se alcanzó esta condición y en los otros existe la tendencia. Se encontró además, que la posición de la línea de estados críticos esta controlada por la succión que posee el material.<br/><br/>Para obtener la forma de la superficie de fluencia fueron diseñadas otras trayectorias, el material se ensayó en condiciones saturadas y no saturadas. Los resultados muestran que la forma de la superficie de fluencia, en compresión triaxial, es elíptica girada hacia la zona de tensiones desviadoras. En trayectorias adicionales se fijó la superficie de fluencia en la zona no saturada, para después interceptarla en la zona saturada. Se obtuvo una superficie de fluencia en a zona saturada contraída respecto a la fijada en la zona no saturada. <br/><br/>Apoyándose del análisis de los resultados de los ensayos triaxiales, y de algunos conceptos derivados del comportamiento de arenas sometidas a altas presiones, se plantea un modelo elásto-plástico. El modelo tiene dos superficies de fluencia; una superficie describe el mecanismo se produce entre las partículas cuando se someten a una tensión de corte y la otra mecanismo de reacomodo por compresión volumétrica. El potencial plástico de la parte desviadora está definido por la teoría de Rowe (1962), que fue modificada por Wan y Guo (1998) con un parámetro de estado. El potencial plástico de la parte volumétrica el modelo se considera asociado. El modelo reproduce el comportamiento del suelo bajo trayectorias triaxiales e isótropas sometidos a cambios de succión, además, tiene en cuenta la rotura de partículas que se presenta en el material.<br/><br/>Por último se implementó el modelo y con él se reprodujeron los ensayos con deformación controlada. El modelo en general reproduce adecuadamente las características más importantes del comportamiento del material.

The aim of the thesis was to study the behaviour of gravel, with a maximum size of 40 mm, under triaxial conditions and suction control. With the analysis of the obtained results and some ideas, taken from high stress triaxial test performed in sand, a constitutive elasto-plastic model was proposed. <br/><br/>The experimental study was carried out with a new triaxial cell designed and built to test a specimen of 250 mm in diameter and 500 mm in height. With the equipment, it is possible to control the suction by means of relative humidity. All instruments were placed inside the cell. New transducers were designed and built additionally (i.e. the diametral cell transducer and LDT for large strains). The load frame used is capable of functioning with stress and strain control. <br/><br/>Strain control triaxial tests were made with different relative humidity and the results showed that the shear strength is a function of the relative humidity; it was obtained higher strength and dilatancy with low relative humidity. The tests also showed direct dependency of particle breakage on relative humidity. It was analyzed if the granular material reached the critical state, most tests showed that the material reached the condition but in the cases that it did not reach it, the tendency existed. It was found that the critical state line position is a function of suction.<br/><br/>Another triaxial test campaign was made in order to obtain the yield surface form; consisting of unsaturated and saturated tests. The results showed that the yield surface has an ellipse form turned towards the deviatory part. In other tests the yield surface was fixed in the unsaturated zone and intercepted in the saturated; the results showed that the saturated yield surface contracts with saturation.<br/><br/>With the analysis of the triaxial test and some ideas taken from the triaxial test on sand under high stresses an elasto-plastic model was proposed. The model has two yield surfaces; the first one describes the shear mechanism and the other one, the volumetric one. The flow rule of the deviatory part is defined by the dilatancy Rowe theory (1962), which was modified by Wan and Guo (1998) with a state parameter. The plastic potential of the volumetric part is considered associated. The model reproduces the soils behaviour under triaxial and isotropic paths subjected to suction changes. More over, it takes into account the particle breakage present in the material. <br/><br/>Finally the model was implemented and the tests made with strain control were reproduced. The model matches, in general, all the characteristic behaviour of the material.