Análisis, modelización e implementación Numérica del comportamiento de suelos Blandos ante la

492 Pages·2010·16.35 MB·English

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS
DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS

ANÁLISIS, MODELIZACIÓN E IMPLEMENTACIÓN
NUMÉRICA DEL COMPORTAMIENTO DE SUELOS
BLANDOS ANTE LA COMBINACIÓN DE TENSIONES
TANGENCIALES ESTÁTICAS Y CÍCLICAS

TESIS DOCTORAL

RUBÉN ÁNGEL GALINDO AIRES
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

MADRID, 2010
TESIS DOCTORAL

ANÁLISIS, MODELIZACIÓN E IMPLEMENTACIÓN NUMÉRICA DEL
COMPORTAMIENTO DE SUELOS BLANDOS ANTE LA
COMBINACIÓN DE TENSIONES TANGENCIALES ESTÁTICAS Y
CÍCLICAS

Por

Rubén Ángel Galindo Aires
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

Presentada en el

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA Y MORFOLOGÍA DEL
TERRENO

Director de la Tesis Doctoral

D. Antonio Soriano Peña
Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

Madrid, 2010
TESIS DOCTORAL

ANÁLISIS, MODELIZACIÓN E IMPLEMENTACIÓN NUMÉRICA DEL
COMPORTAMIENTO DE SUELOS BLANDOS ANTE LA
COMBINACIÓN DE TENSIONES TANGENCIALES ESTÁTICAS Y
CÍCLICAS

Por

Rubén Ángel Galindo Aires
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

Presentada en el

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA Y MORFOLOGÍA DEL
TERRENO

Director de la Tesis Doctoral

D. Antonio Soriano Peña
Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

TRIBUNAL CALIFICADOR
Presidente: Dr. D.
Vocales: Dr. D.
Dr. D.
Dr. D.
Secretario: Dr. D.
Acuerda otorgarle la calificación de:

Madrid, de de 2010
“Prefiero el campo en el que no se sabe muy
bien lo que se hace, en el que las fronteras
son móviles y abiertas, y en el que hay una
zona del conocimiento en el que aún se
puede experimentar maravillas”

René Thom
A mi madre, por su amor infinito;
A mi padre, me enseño a pensar;
A mi hermano, me abrió el camino.
AGRADECIMIENTOS
Me gustaría dar las gracias a las personas que durante la realización de esta tesis
doctoral me han dado su ayuda y apoyo. De esta manera y con el único objetivo de
mostrar mi más sincero agradecimiento escribo este apartado.
Quiero dar las gracias a mi Director, Antonio Soriano, Catedrático de Geotecnia y
Cimientos de la ETSICCP de Madrid, que me abrió el camino de la geotecnia cuando me
encontraba perdido y me dio la oportunidad de acercarme a un mundo que me resulta
fascinante y al que me gustaría dedicarme toda mi vida profesional. Siento una profunda
satisfacción por haber realizado la Tesis Doctoral bajo tu tutela y quiero expresarte mi
profunda admiración y respeto, así como darte las gracias por tu paciencia, orientación y
apoyo.
Estoy agradecido a Claudio Olalla por su incondicional apoyo, su cercanía y por su
permanente estímulo. Claudio me animó a colaborar con él, iniciándome en el campo de
la investigación.
Igualmente, doy las gracias a Alcibiades Serrano, de su claridad de ideas y extensos
conocimientos he podido disfrutar en las veces que he tenido la suerte de hablar con él.
Para mi primera colaboración en un trabajo de investigación me facilitó un cuaderno
manuscrito por él, donde pude apreciar el rigor, la brillantez y la extraordinaria originalidad
de una de sus numerosas aportaciones.
Siento la necesidad también de nombrar a Jesús González por su ayuda incondicional,
cercanía y apoyo en los últimos dos años; en especial por la comprensión y las palabras
de ánimo en los momentos más difíciles de la investigación, también por los consejos y la
revisión minuciosa del texto.
Quiero agradecer a Rafael Jiménez, cuya dedicación y constancia en el trabajo supone
para mí un ejemplo a seguir, la posibilidad que me dio de participar en mi primer
congreso.
También deseo mencionar a Valentín Bella por facilitarme los medios del laboratorio y por
su continuo ánimo; así como a mis compañeros de doctorado en el laboratorio de
geotecnia de la ETSICCP de Madrid: Hernán, Daniel e Ignacio con los que he compartido
ilusiones, ideas y reflexiones. Quiero expresar mi gratitud a Carlos Sanchez por la ayuda
prestada en la programación; durante el transcurso de la tesis he tenido la suerte de
conocerte y el privilegio de recibir tu amistad.
En la elaboración de esta tesis he recibido las ayudas de la fundación Jose Entrecanales
Ibarra que también ha colaborado con la donación del equipo de corte simple y del Ente
Puertos del Estado que además ha suministrado todas las muestras utilizadas para la
realización de los ensayos de laboratorio.
Finalmente, quiero dar las gracias a mis padres y a mi hermano. Mis padres han guiado
mis pasos y me han enseñado el valor del esfuerzo, del estudio y del trabajo; el tiempo
que durante mi infancia han empleado en mi formación ayudándome a estudiar y a
razonar no puedo compensároslo de ninguna forma pero si soy capaz de valorarlo; por
todo ello os doy las gracias. Por último me es inevitable mencionar a mi hermano, al que
siempre he estado muy unido, y que ha sido el ejemplo de constancia y rectitud que me
ha servido de referente en todos los aspectos de mi vida.
RESUMEN
La mayoría de las investigaciones relacionadas con el comportamiento dinámico del
terreno para el estudio de la distribución de tensiones bajo las estructuras diseñadas,
parten de ensayos en los que la representación del estado tensional del suelo no
considera la tension tangencial estática previa a la solicitaciion dinamica.
Se dispone de una completa campaña experimental sobre muestras provenientes del
Puerto de Barcelona (España) que fueron extraídas de un depósito sedimentario,
caracterizado por la presencia de intercalaciones de limos arcillosos, y arcillas limosas.
Los resultados experimentales 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 condición de rotura desarrollando
preferentemente deformaciones cíclicas y otros elementos, tienden a llegar a la rotura
desarrollando preferentemente deformaciones permanentes.
Muchos son los esfuerzos que se han realizado en el estudio del conocimiento del
comportamiento dinámico de los suelos granulares, sobre todo en estado suelto, al ser
ésta una situación crítica; sin embargo, menos atención han recibido los suelos cohesivos
blandos. Un suelo cohesivo puede llegar a la condición de rotura con niveles de tensiones
axiales efectivas que no llegan a anularse como ocurre en los medios granulares flojos
donde resulten afectados por el fenómeno de licuefacción ante solicitaciones dinámicas.
Por ello, el objetivo fundamental de este trabajo de investigación ha consistido en el
estudio del comportamiento dinámico de los suelos blandos, particularmente cohesivos,
que permita desarrollar su modelización constitutiva. Se pretende integrar dentro de un
mismo modelo marco las diferentes tendencias de comportamiento tensión-deformación
observadas según los diferentes estados de combinación de tensión estática y cíclica; y
que permita reproducir adecuadamente la generación de presión intersticial en exceso y el
fenómeno de degradación para los suelos blandos cohesivos.
Además, se pretende que la formulación constitutiva planteada sirva para problemas más
generales y pueda ser utilizada para aplicaciones prácticas. Ello obliga a dotar de sentido
físico claro a los parámetros utilizados que deben poder deducirse de ensayos bien
conocidos. Para alcanzar dicho objetivo se ha implementado numéricamente el modelo,
integrándolo en el programa de análisis geotécnico FLAC.
ABSTRACT
The tests of most experimental investigations related to the dynamic behavior of soils, for
the study of the distribution of stress beneath the designed structures, have been
performed without applying different configurations of monotonic shear stress previously to
the dynamic solicitation.
A complete experimental information is available on samples come from the Port of
Barcelona (Spain). The samples were extracted from a sedimentary deposit, characterized
by the presence of interlayered clayey silt and silty clay.
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 and in other cases, other elements tend to fail preferably
developing so mainly permanent shear strains.
Many are the efforts that have been realized in the study of the knowledge of the dynamic
behavior of the granular soils, especially if they are loose soils, so it is a critical situation;
nevertheless, the cohesive soft soils have received less attention.
Cohesive soils can experience the failure condition with levels of effective axial stress not
equal to zero. This last condition is necessary for the loose granular soils to be affected by
the phenomenon of liquefaction when they are dynamically requested.
Therefore the main objective of this research was to carry out the study of the dynamic
behavior of the soft cohesive soils, which allows to develop the constitutive modeling. It is
tried to integrate inside the same theory the different trends of behavior tension -
deformation observed according to the different conditions of combination of static and
cyclic shear stresses; and that allows to reproduce adequately the Excess Pore Pressure
Generation and the phenomenon of degradation the soft cohesive soils.
In addition, there is claimed that the constitutive raised formulation serves for more general
problems and could be used for practical applications. The constitutive model should be
such that the required soil parameters can be obtained from well-known tests and can be
immediately recognizable or do have immediate physical meaning To reach the above
mentioned aim the model has been implemented numerically, integrating it in the program
of geotechnical analysis FLAC.