Comportamiento de un suelo compactado bajo un estado generalizado de tensiones
Authors:   , Weber Rodrigo Carreira 
Published: July 2023

This thesis analyzes the hydro-mechanical behavior under a generalized stress state of a compacted mixture of sand (30%) and clayey (70%) at a low density. The experimental study focuses on the analysis of shear strength at different stress paths and at different initial suction values (as-compacted), and the response to collapse due to saturation. For the investigation a conventional triaxial equipment and a hollow cylinder apparatus with automatic control of internal and external chamber pressures, back pressure and axial stress and torque were used. The equipment was not adapted for the measurement of deformations of unsaturated soils, being necessary a calibration of the volumes of the chambers and the relation with the change of volume of the sample. Preliminary tests were performed to better understand the studied of the mixture, like compaction tests, retention curve, oedometer compressibility tests and direct shear and obtain strength, suction and permeability parameters. The shear strength was analyzed through tests carried out in conventional triaxial equipment and in hollow cylinder apparatus, with different stress paths, changing the stress state, valued by parameter b (or Lode angle) and different compaction water content. Low deformation cyclic tests were performed to obtain the shear module in hollow cylinder, using two types of soil, the sand / clayey mixture and a MX-80 bentonite, seeking to analyze the possibilities of testing with the equipment and compare it to the results obtained in other. The results showed that the module obtained in other equipment is greater than those found in hollow cylinder, approaching with increasing deformations, behavior observed for both materials. The collapse tests were performed with constant mean stress (p= 200kPa), different values of deviator stress (q= 10, 75, 185kPa) and different intermediate stress values (b= 0, 0,5, 0,8). The results of the shear strength allowed to define the variation of the critical state line with the Lode angle and the matric suction. Different yield surface models were used for isotropic and anisotropic surface, to verify the rotation of the surface and observe the presence of anisotropic behavior. In all models the change in the critical state line due to the Lode angle was considered. The yield surfaces adjusted well to the experimental results, considering the inclination of the surface and the dependence of the Lode angle. It was observed that the size of the yield surface depends on the suction and the state of tension applied and, a relationship of the parameters was proposed, in order to normalize the yield surface. It was noted that the surface has an inclination due to static compaction, which can be obtained by compaction stresses. It was also observed that this inclination may change depending on the value of b applied to the stress path. Saturation tests under generalized load were analyzed using the BBM model (Barcelona Basic Model) and showed a greater dependence on the magnitude of the deviator stress applied than on the variation of parameter b, and presented a good relationship with the total deformation values. An empirical equation was proposed to estimate the potential for collapse for the different values of b in hollow cylinder, triaxial and oedometer tests.
Esta tesis analiza el comportamiento hidro-mecánico bajo un estado generalizado de tensiones de una mezcla de arena (30%) y arcilla (70%) compactada a una baja densidad. El estudio experimental se centra en el análisis de la resistencia al corte a diferentes trayectorias tensionales a diferentes valores de succión inicial (post compactación) y, a la respuesta al colapso debido la saturación. Para la investigación, se utilizó un equipo triaxial convencional y un equipo de cilindro hueco con control automático de las presiones de cámara interna y externa, de cola y de tensión axial y torque. El equipo no estaba adaptado para la medición de deformaciones de suelos no saturados, siendo necesario una calibración de los volúmenes de las cámaras y la relación con el cambio de volumen de la muestra. Se realizaron ensayos preliminares de compactación, curva de retención, ensayos de compresibilidad edométrica y corte directo, para conocer mejor la mezcla estudiada y obtener parámetros de resistencia, succión y permeabilidad. La resistencia al corte fue analizada a través de ensayos ejecutados en equipo triaxial convencional y en un equipo de cilindro hueco, con diferentes trayectorias tensionales y variando el estado de tensiones, valorado por el parámetro b (o ángulo de Lode) y a diferentes humedades de compactación. Se realizaron ensayos de deformación cíclica a baja deformación para la obtención del módulo de corte en cilindro hueco, utilizando dos tipos de suelo, la mezcla arena/arcilla y una bentonita MX-80, buscando analizar las diferentes posibilidades de ensayos con el equipo y compararlo a los resultados obtenidos en otros equipos. Los resultados mostraron que el módulo obtenido en otros equipos es mayor inicialmente que los encontrados en cilindro hueco, acercándose con el aumento de las deformaciones, comportamiento observado para ambos materiales. Los ensayos de saturación fueron realizados con tensión media constante (p=200kPa), diferentes valores de tensión desviadora (10, 75, 185kPa) y diferentes valores de b (0, 0.5, 0.8). Los resultados de los ensayos de resistencia al corte permitieron definir la variación de la línea de estado crítico con el ángulo de Lode y la succión matricial. Se utilizaron diferentes modelos para la superficie de fluencia, isótropa y anisótropa, para analizar el comportamiento del material y observar la presencia de un comportamiento anisótropo. En todos los modelos se consideró el cambio en la línea de estado crítico debido al ángulo de Lode. Las superficies de fluencia se ajustaron bien a los resultados experimentales, considerando la inclinación de la superficie y la dependencia del ángulo de Lode. Se observó que el tamaño de la superficie de fluencia depende de la succión y del estado de tensión aplicado y, se propuso una relación de los parámetros, a fin de normalizar las superficies de fluencia. Se notó que la superficie presenta una inclinación debido la compactación estática, la cual puede ser obtenida por las tensiones de compactación. También se observó que esta inclinación puede sufrir cambios dependiendo del valor de b aplicado a la trayectoria de tensión. Los ensayos de saturación bajo carga generalizada fueron analizados utilizando el modelo BBM (Barcelona Basic Model) y mostraron una dependencia mayor de la magnitud de la tensión desviadora aplicada que de la variación del parámetro b, y presentó buena relación con los valores totales de deformación. Se propuso una ecuación empírica para estimar el potencial de colapso para los diferentes valores de b en ensayos en cilindro hueco, triaxial y edómetro.