Un modelo de deformabilidad para suelos no saturados

Abstract

En este trabajo se presenta un modelo constitutivo elastoplástico que describe el comportamiento deformacional y los estados de rotura de los suelos no saturados, para cualquier trayectoria tensional. El modelo está formulado como un modelo de estado crítico, en el marco de la teoría de plasticidad rigidizable; utilizando tres variables de estado: tensión neta (p), succión (s) y tensión desviadora (q). Dicho modelo, dependiendo de si el estado tensional considerado es isótropo o triaxial, está formado por los dos modelos que se describen a continuación.

Modelo para estados tensionales isótropos (e.e. q=0). Describe el comportamiento deformacional de los suelos no saturados, para cualquier trayectoria tensional. Mide el cambio del volumen específico (v) producido por recorridos tensionales donde la tensión neta o la succión son constantes.

La principal característica de su formulación reside en su construcción, y puede establecerse de la siguiente forma:

Consideramos el problema global del comportamiento deformacional de los suelos no saturados subdividido en tres modelos: modelo de rigidez, modelo de preconsolidación estático y modelo de preconsolidación dinámico.

• El modelo de rigidez es una extensión de los correspondientes casos de los ejes axiales: línea de consolidación normal y líneas de descarga-carga. Dicha extensión utiliza un principio de tensiones ( ), clave en el desarrollo de este trabajo. Este principio permite establecer una relación entre la variable (tensión efectiva de Terzaghi) que determina el comportamiento deformacional de los suelos para el caso saturado, y la correspondiente para el caso no saturado. Dicho modelo queda determinado por cinco ecuaciones en derivadas parciales de primer orden.

• El modelo de preconsolidación estático o superficie de fluencia inicial, determina la posición y forma del nivel de preconsolidación del suelo, justo antes de iniciar el recorrido tensional. La superficie de fluencia inicial se obtiene a partir de tests experimentales realizados en laboratorio.

• El modelo de preconsolidación dinámico determina la forma, pendiente y movimiento de las superficies de fluencia, o lugar tensional donde el comportamiento deformacional del suelo pasa de ser elástico (recuperable) a elastoplástico (irrecuperable en su mayor parte). Viene determinado por una ''medida'' de deformación plástica. Además, con dicha ''medida'' obtenemos, por un lado, los lugares tensionales del plano (p,s) donde las deformaciones plásticas son idénticas, o líneas de isoplasticidad, y por otro, completamos el modelo de rigidez para un nuevo tipo de descarga plástica.

Modelo para estados tensionales triaxiales (e.e. ). Estudia los estados tensionales de rotura del suelo, para cualquier trayectoria en el espacio (p:q:s). Este modelo constitutivo se construye a partir de los siguientes criterios:

• Utiliza como ley constitutiva de referencia para el caso saturado, una versión del modelo de Cam-clay modificado (e.e. s=0) (Roscoe & Burland (68)).
• Utiliza como superficies de fluencia para el estado tensional isótropo, el modelo de deformabilidad (e.e. q=0).
• Realiza una extensión del caso saturado al no saturado, basada en el principio de tensiones anterior.

Del modelo constitutivo presentamos los siguientes elementos:

1. La superficie de estado frontera en el espacio (v:p:q:s) .
2. La línea de estado crítico en los espacios (p:q:s) y (v:p:s).
3. Un parámetro alfa ( ) que ''mide'' la evolución de los fenómenos dinámicos de las distintas componentes del comportamiento del suelo no saturado -rigidez, preconsolidación y estado de rotura-, estableciendo una relación entre ellos.

Por último, se comparan las predicciones del modelo costitutivo presentado con:

• Datos experimentales obtenidos en laboratorio: Josa (88), Josa et al. (92) y Hoyos (98).
• Las predicciones de los modelos constitutivos más ampliamente extendidos y validados: Alonso et al. (90) y Wheeler et al. (95).