Accions del document

34220 - COMPORTAMENT DELS SÒLS I MODELACIÓ AVANÇADA

Comparteix Share
Responsable acadèmic: Jean VAUNAT
Tipus Optativa d'especialitat d'Enginyeria Geotècnica
Quadrimestre 1
ECTS 5
Periodicitat de l’oferta Anual
Idioma Castellà/Anglès
(el material es donarà en anglès)

Requeriments

Es requereixen coneixements bàsics en mecànica de sòls i mecànica de medis continus.

Objectius

L’objectiu del curs consisteix a proporcionar les bases per analitzar i modelar la resposta dels sòls. El curs tractarà de la descripció de la resposta fenomenològica dels sòls i del desenvolupament dels models per representar aquesta resposta. Es centrarà en els models desenvolupats en el marc de la teoria de l’elastoplasticitat, des de models històrics basats en la teoria de la plasticitat amb una sola superfície de fluència fins als models més recents basats en la plasticitat amb múltiples superfícies, superfícies imbricades, “bounding plasticity” i plasticitat generalitzada. Es proporcionarà en la mesura que sigui possible la base termodinàmica dels models presentats. S’emfatitzarà particularment la representació dels efectes de fàbrica i estructura del sòl, així com la representació de la resposta post-pic del material i del procés de localització de la deformació. No es tractarà l’efecte del temps (fluència viscosa). El curs està orientat a estudiants que realitzin la seva recerca en temes de Mecànica de Sòls.

Continguts

El curs es compon de 4 parts:

  • Nocions bàsiques per analitzar i representar la resposta dels sòls
  • Fenomenologia del comportament dels sòls: descripció dels aspectes principals de la resposta dels sòls tal i com s’observa als assaigs de laboratori i/o de camp
  • Modelació constitutiva del comportament dels sòls: descripció dels models principals usats a la Mecànica de Sòls per reproduir les característiques fenomenològiques presentades anteriorment
  • Anàlisi d’un cas real: descripció dels avantatges proporcionats pels models avançats per comprendre els mecanismes rellevants en un problema real (per a determinar)

En cadascuna de les parts, la informació es distribuirà al llarg de 3 eixos:

  • Coneixement científic
  • Marc metodològic (ubicació del coneixement dins de marcs generals útils pel seu desenvolupament posterior
  • Perspectiva històrica (treballs importants, autors, articles, polèmiques significatives)

El curso es dividirà en 10 classes d’aproximadament 3 hores, repartides de la següent manera:

  • Part I : nocions bàsiques
    • Introducció. Presentació del curso, de la metodologia docent, del tipus d’avaluació, presentació per part dels estudiants. Introducció sobre el contingut: descripció dels tipus de sòl considerats – argiles i llims reconstituïts al laboratori, argila i llim naturals, roca argilosa, sorres, sorres cementades, gresos, sòls intermitjos –, algunes dades històriques sobre modelació constitutiva dels sòls, presentació de la bibliografia.
    • Variables de control de la resposta dels sòls. Recordatori sobre noció de tensió i deformació, noció de tensió efectiva (perspectiva històrica), noció de fàbrica i estructura.
    • Assajos de laboratori en sòls. Assajos disponibles per analitzar la resposta dels sòls (descripció breu de l’assaig, camins de tensions que es poden aplicar, paràmetres del material que es pot obtenir). S’emfatitzarà l’anàlisi d’assajos avançats com són la cèl•lula triaxial tridimensional, el cilindre buit, etc.
  • Part II : fenomenologia
    • Comportament d’argiles i llims en estat remodelat. Noció de superfície límit, estat crític, comportament dins de la superfície límit (mòduls a molt petites deformacions, canvis de mòduls a deformació major i aparició de deformacions irreversibles dins de la superfície de fluència). Efecte de l’anisotropia. Efecte de la rotació dels eixos principals de tensió i efecte de la història de càrrega i deformació. Estat residual a argiles plàstiques.
    • Comportament d’argiles i llims naturals i de roques argiloses. Efecte de la micro-estructura a argiles tovas. Efecte de la porositat i de l’envelliment de les argiles dures. Efecte de la meso-estructura (fissuració i fracturació) a argiles dures i roques argiloses.
    • Comportament de sorres. Criteri de trencament per cisalla, deformacions irreversibles per compressió, fenomen de ruptura de grans. Efecte de la densitat, fenomen de dilatància i resposta post-pic. Resistència a grans deformacions. Mòduls a molt petites deformacions i deformacions irreversibles a baix nivell desviador. Efecte de deposició i anisotropia. Efecte de la història de càrrega i deformació.
    • Comportament de sorres cementades, gresos i sòls intermitjos. Efecte de la cimentació i imbricació de grans. Resposta post-pic. Algunes nocions sobre resposta de sòls intermitjos.
  • Part III : modelació
    • Plasticitat amb superfície única per sòls. Nocions bàsiques de plasticitat amb superfície de fluència única i enduriment. Aplicació al cas d’argiles i llims en estat remodelat: models de Cam clay original i modificat. Avantatges i inconvenients del model de Cam clay i millores recents (família de superfícies de Lagioia & Puzrin, 1996; elasticitat conservativa, forma de la superfície de fluència en el pla desviador). Generalització: models d’estat crític.
    • Plasticitat amb superfícies múltiples per sòls. Nocions bàsiques de plasticitat amb múltiples superfícies de fluència i enduriment. Aplicació al cas de sorres: model de Lade, avantatges i inconvenients. Altres models basats en multi-mecanismes.
    • Plasticitat avançada per sòls. Introducció de l’efecte de l’estructura mitjançant la dependència del mòdul d’enduriment en funció de paràmetres que es degraden. Plasticitat amb superfícies imbricades. “Bounding plasticity” i plasticitat generalitzada. Il•lustració de l’extensió mitjançant models avançats del model Cam clay i de Lade. Exemples d’aplicacions a diversos tipus de sòl. Avantatge i inconvenient de cadascuna de les famílies de model.
    • Resposta post-pic dels sòls. Condicions d’estabilitat en sòls: nocions bàsiques d’estabilitat, estabilitat sota control de deformacions i tensions, estabilitat sota control mixta. Aplicació a l’anàlisi de la resposta de pic a camins típics dels diversos assaigs de laboratori.
    • Localització a sòls. Nocions bàsiques sobre localització de la deformació a sòls. Interpretació en termes d’estabilitat. Localització en sorres denses, argiles i gresos.
    • Aspectes termomecànics. Nocions breus de potencials termodinàmics. Discussió sobre la seva extensió al cas de materials porosos. Problemes associats a l’aplicació de la termomecànica als sòls. Teoria de la hiperplasticitat. Avantatges obtingudes.
  • Part IV : exemple
    • Anàlisi d’un cas real

Enfocament de la metodologia docent

Els desenvolupaments més teòrics s’impartiran a la pissarra. S’acompanyaran de transparències i vídeos en el cas de la descripció de la resposta fenomenològica dels sòls. Es realitzarà una visita al laboratori de Mecànica de Sòls a la fi de la classe sobre assaigs de laboratori. Per a les classes sobre modelació, es proporcionarà un “driver” d’integració de models constitutius que podrà utilitzar-se per fer córrer models implementats, o per implementar un nou model dins del marc d’un treball d’avaluació.

Mètode d’avaluació

El mètode d’avaluació es realitzarà mitjançant un examen de coneixement general i un treball que es durà a terme durant tot el curs.

Recursos per a l’aprenentatge

Fenomenologia dels sòls

  • Alonso, E., A. Gens i D.W. Hight (1987) Special Soil problems. General report. Proc. 9th European Conf. Soil Mech. Fdn Engng, Dublin, vol. 3, pp. 1087-1146.
  • Burland, J. (1990) On the compressibility and strength of natural clays. Géotechnique, vol. 40, no. 3, pp. 329-378.
  • Jardine, R.J. (1992) Some observations on the kinematic nature of soil stiffness, Soils and Foundations, 32(2):111-124.
  • Jardine, R.J., A. Gens, D.W. Hight i M.R. Coop (2004) Developments in understanding soil behaviour, In R.J. Jardine et al. (eds.): “Advances in geotechnical engineering: the Skempton Memorial”, Institution of Civil Engineers, London, Regne Unit, pp. 103-206.
  • Lade, P.V. i R. De Boer (1997) The concept of effective stress for soil, concrete and rock. Géotechnique, vol. 47, no. 1, pp. 61-78.
  • Leroueil, S. i P.R. Vaughan (1990) The general and congruent effects of structure in natural soils and weak rocks. Géotechnique, vol. 40, no 3, pp. 467-488.
  • Leroueil, S. i D.W. Hight (2002) Behaviour and properties of natural soils and soft rocks. In Tan et al. (eds), Characterisation and Engineering Properties of Natural soils: 29-254. Lisse : Swets & Zeitlinger, Lisse, Paisos Baixos.
  • Mc Dowell, G.R., Y. Nakata i M. Hyodo (2002) On the plastic hardening of sand. Géotechnique, vol. 52, no. 5, pp. 349-358.
  • Mitchell, J.K. i K. Soga (2005) Fundamentals of Soil Behavior. 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York, EUA, 542 p.
  • Santamarina, J.C. (2001) Soils and waves. John Wiley & Sons, New York, EUA.

Modelació

  • Alonso, E.E., Gens A. i Josa A. (1990) A constitutive model for partially saturated soils. Géotechnique 40(3): 405-430.
  • Chen, W.F. i E. Mizuno (1990) Non linear analysis in Soil Mechanics. Theory and implementation. Elsevier, New York, EUA.
  • Davis, R.O i A.P.S. Selvadurai (1996) Elasticity and Geomechanics. Cambridge University Press, Cambridge, EUA.
  • Davis, R.O i A.P.S. Selvadurai (2002) Plasticity and Geomechanics. Cambridge University Press, Cambridge, EUA.
  • De Boer, R. (2000) Theory of Porous Media. Highlights in the Historical Development and Current State. Springer Verlag, Berlin, Alemania.
  • Gens, A. i R. Nova (1993) Conceptual bases for a constitutive model for bonded soils and weak rocks. In A. Agagnostopoulos et al. (eds): “Proc. Symp. on Geotechnical Engineering of Hard Soils – Soft Rocks”, Balkema, Rotterdam, Paisos Baixos, pp. 485-494.
  • Collins, I.F. i G. Houlsby (1997) Application of thermomechanical principles to the modelling of geotechnical principles. Proc. Roy. Soc. London A, vol. 453, pp. 1975-2001.
  • Houlsby, G.T. I Puzrin, A.M. 2006. Principles of hyperplasticity. An approach to plasticity theory based on thermodynamic principles. Springer Verlag, London, Regne Unit, 351 p.
darrera modificació: Juliol 2012
Aquest web utilitza cookies pròpies per oferir una millor experiència i servei. En continuar amb la navegació entenem que acceptes la nostra política de cookies.
RSS RSS  Accessibilitat  Avís legal   Departament d'Enginyeria del Terreny, Cartogràfica i Geofísica.
© UPC (obriu en una finestra nova) . Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech