Modelos de comportamiento para el control de pantallas ancladas en terrenos con fluencia

Montero Cubillo, Natalia Sali (2020). Modelos de comportamiento para el control de pantallas ancladas en terrenos con fluencia. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.65640.

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Title: Modelos de comportamiento para el control de pantallas ancladas en terrenos con fluencia
Author/s:
  • Montero Cubillo, Natalia Sali
Contributor/s:
  • Olalla Marañón, Claudio
  • Galindo Aires, Rubén
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2020
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM)
Department: Ingeniería y Morfología del Terreno
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

En algunas de las normativas y guías existentes sobre anclajes al terreno se indican una serie de recomendaciones para el control a largo plazo de éstos, estableciendo un mínimo de células de carga a instalar y controlar periódicamente, según las dimensiones de la obra. Sin embargo, no existe un conocimiento real ni una solución teórica analítica sobre el problema de fluencia en estas condiciones de contorno y, por tanto, sobre la evolución de la carga del anclaje con el tiempo, en las condiciones de trabajo. Por esta razón, se suele introducir un coeficiente de seguridad respecto a la fluencia del terreno. Además, se impide la construcción de anclajes en ciertos terrenos por restricciones mediante límites del índice de plasticidad o del contenido en materia orgánica del suelo o del coeficiente de fluencia obtenido en ensayos de investigación in situ. Por ello, se propone un nuevo modelo analítico de interacción suelo-estructura para terrenos con fluencia que permite obtener la evolución de la carga en el anclaje con el tiempo, así como las deformaciones por fluencia asociadas. La solución completa del problema de contorno utiliza el modelo de Burgers, o cualquier modelo mecánico o empírico, la hipótesis de asiento de Borowicka y el movimiento producido por una fuerza en el interior de un semiespacio elástico. La singularidad que aparece cuando se aplica una fuerza puntual al comienzo de la longitud del bulbo se resuelve mediante integración de la ecuación de Mindlin para una carga constante repartida a una profundidad determinada actuando en una superficie anular. En primer lugar, el problema teórico se ha resuelto para una losa anclada verticalmente al terreno y, a continuación, para una pantalla anclada, incorporando al conjunto la rigidez de este nuevo elemento, factor clave en la pérdida de carga en el anclaje. Asímismo, el modelo analítico queda implementado en una hoja de cálculo. Con la finalidad de mostrar su utilidad práctica, la solución desarrollada se aplica a un caso real de estructura flexible anclada, situada en Escocia. También, se ha llevado a cabo la simulación numérica de ambos modelos analíticos en el programa de análisis geotécnico en diferencias finitas FLAC 3D. De tal manera que se dispone de un modelo general parametrizado para el cálculo de pantallas ancladas en terrenos con fluencia. La validación de los modelos análiticos de pantalla anclada y losa anclada se realiza comparando estos con modelos representativos en diferencias finitas. Esto es, incorporando las mismas leyes constitutivas de fluencia y condiciones de contorno. Las predicciones realizadas a partir de los respectivos modelos numéricos y analíticos muestran un buen ajuste. Los resultados obtenidos revelan la importancia de la necesidad de disponer de ensayos de fluencia específicos, de un mínimo de duración (superior a los 60 o 120 minutos, de los ensayos de investigación en obra) y al nivel de carga de trabajo, para realizar una estimación adecuada de los parámetros y obtener con ellos una predicción lo más ajustada posible. En esta línea y con un conocimiento previo de los factores que afectan al fenómeno, se presenta un nuevo ensayo de fluencia en laboratorio que permite medir los desplazamientos bajo carga constante durante largos periodos de tiempo, en un anclaje embebido en una roca blanda de grandes dimensiones. Se detallan los fundamentos teóricos que han servido para el diseño del equipo, así como sus características mecánicas y geométricas, definiendo el procedimiento de ensayo. En particular, se ha ensayado un geomaterial, compuesto por bentonita, cemento y agua, que ha sido caracterizado geotécnicamente mediante ensayos de identificación, resistencia y deformabilidad. Se define el proceso específico de fabricación de los bloques sobre los que se efectúan ensayos de fluencia con duraciones de hasta dos meses. Los resultados obtenidos revelan la necesidad de tener en cuenta dos factores para la adecuada interpretación de los desplazamientos instantáneos que se obtienen con el ensayo: la mayor rigidez en pequeñas deformaciones y el efecto escala. ----------ABSTRACT---------- Some of the current standards and guides about ground anchors indicate recommendations for long-term control of these, establishing a minimum of load cells to install and control periodically depending on the size of the work. However, there is no real knowledge or an analytical theoretical solution to the creep problem in these boundary conditions. The anchor load evolution over time in working conditions is therefore unknown. A safety coefficient considering the soil creep is introduced for this reason. Anchors are not installed in certain soils due to restrictions employing in situ investigation tests, limits of the plasticity index or the content of organic matter. Thus, a new analytical model of soil-structure interaction for creep grounds is proposed, which can be used to calculate the load evolution on an anchored structure over time and the associated creep strains. This complete boundary problem solution employs the Burgers model or any mechanical or empirical model, the Borowicka hypothesis of settlement and movement produced by a force into an elastic semi space. The singularity that appears when a point load is applied at the beginning of the anchor depth was solved with the integration of the Mindlin equation for a distributed constant load at particular depth acting on an annular surface. Firstly, the theoretical problem has been solved for a slab anchored vertically to the ground, and then for an anchored wall, incorporating the stiffness of this new element, a key factor in the anchor load loss. Likewise, the analytical model is implemented in a spreadsheet. To show its practical utility, the developed solution is applied to an actual case of an instrumented anchored wall, located in Scotland. The analytical models previously presented are also simulated through finite-difference models fitted with the geotechnical software FLAC 3D. In such a way that a general parameterized model is available for the calculation of anchored walls in creep soils. The validation of the analytical models of the anchored wall and the anchored slab was performed by comparing it with representative finite-differences models. That is, by incorporating the same constitutive creep law and the same boundary conditions. The numerical and analytical prediction models show good agreement. The results demonstrate the relevance of having specific creep tests, for at least a minimum duration (greater than 60 or 120 minutes, of the on-site investigation tests) and at the workload level, to make an adequate estimation of the parameters and to obtain an accurate prediction. In this way and with previous knowledge of the factors that affect the phenomenon, this thesis introduces a laboratory creep test for measuring displacements under constant load for long periods in anchors embedded in large-scale soft rocks. The preliminary theoretical fundamentals that have served for the design of the equipment are detailed, as well as its mechanical and geometrical characteristics, defining the test procedure. A rock-like material composed of bentonite, cement and water has been tested, which has been geotechnically characterized by identification, strength and deformability tests. The specific manufacturing process of the test samples is also defined. Three creep tests are carried out with durations between 46 and 75 days each. Two effects that must be considered to make an adequate interpretation of the instantaneous deformations achieved in the test have been shown with the obtained results: the greater stiffness in small deformations and the scale effect.

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Item ID: 65640
DC Identifier: http://oa.upm.es/65640/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:65640
DOI: 10.20868/UPM.thesis.65640
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 09 Dec 2020 07:55
Last Modified: 04 Jun 2021 22:30
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