Classes de mecànica de sòls a la UB (assignatura geotècnia) principis bàsics

1. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap. 1
treballs confluents en l'estudi geotècnic
Est. Geot.
prospeccions
coneixement
geològic local
assaigs "in situ" assaigs de laboratori
model geològic / geotècnic
model d'interacció terreny / estructura
estructura: sol·licitacions / requeriments

2. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap. 2
disciplines confluents en l'estudi geotècnic
GEOLOGÍA
Conocimiento reconocimientos
geológico local
ensayos "in situ" ensayos de laboratorio
MECÁNICA DE SUELOS
modelo geológico / geotécnico
INGENIERÍA DE
ESTRUCTURAS modelo de interacción estructura / terreno
estructura: solicitaciones / requerimientos GEOTECNIA

3. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap. 3
peculiaritat de la mecànica de sòls
- l'objecte d'estudi: anisòtrop, heterogeni i no lineal

4. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap. 4
llavors... com enfocar-ho?
-100 % empíric:
-projecte segons l'experiència acumulada, aplicació de regles que
relacionen paràmetres observables amb comportaments diferits (normes
NTE; procediment simplificat de disseny de fonamentacions en sòls
granulars o en roques del CTE)
-100 % teòric - conceptual:
- coneixement profund dels fonaments teòrics "de primer ordre" per la
seva aplicació universal als casos pràctics
- 50 % teòric (no coceptual) + 50 % empíric:
- coneixement de les relacions teòriques "de segon ordre" per la seva
aplicació pràctica on el coneixement empíric demostra la validesa

5. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap. 5
anàlisi geotècnica global: pasos a realitzar
1. descriure el terreny
2. valorar la magnitud de sol·licitacions o reaccions de l'obra (estructures,
desmunts, terraplens, modificacions dels gradients hídrics)
3. establir un model de comportament de l'obra i del terreny en relació
recíproca
4. verificar la validesa del model de comportament emprant un procediment
acceptat
5. contrastar el resultat obtingut amb els requeriments de l'obra (SE-1/SE-2)

6. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap. 6
la "descripció quantificada" del subsòl
-descripció "geomètrica" del subsòl: pas 1: geologia
- visió tridimensional de l'estructura del terreny en relació a les seves
propietats geotècniques
- definició de l'abast dels litotipus / nivells / unitats geotècniques
-identificació geotècnica de cada unitat:
- assignació dels paràmetres geotècnics descriptius bàsics
- delimitació del rang de variació dels paràmetres geotècnics "d'estat"
- caracterització geomecànica de cada unitat:
- valoració dels paràmetres resistents i deformacionals (en alguns casos
també els referents a la permeabilitat o el quimisme)

7. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap. 7
la "descripció quantificada" del subsòl
-descripció "geomètrica" del subsòl: pas 1: geologia
- visió tridimensional de l'estructura del terreny en relació a les seves
propietats geotècniques

8. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap. 8
la "descripció quantificada" del subsòl
-descripció "geomètrica" del subsòl: pas 1: geologia
- visió tridimensional de l'estructura del terreny en relació a les seves
propietats geotècniques
- definició de l'abast dels litotipus / nivells / unitats geotècniques
Qüestió...
Què és una unitat geològica?
Què és una unitat geotècnica?

9. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap. 9
la "descripció quantificada" del subsòl
-identificació geotècnica de cada unitat: pas 2: geotecnia
- assignació dels paràmetres geotècnics descriptius bàsics
- delimitació del rang de variació dels paràmetres geotècnics "d'estat"

10. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
10
definició quantificada, pas 2: la identificació
-què és un sòl? què és una roca? .... el concepte

11. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
11
identificació: les fases del sòl
-A- -B-
Vg
Wg
=0
Gaseosa
Vv
Ww
Vw
Líquida
W
V
Ww
Vs Solida
Volúmenes Pesos

12. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
12
la fase sòlida: mida fina i grollera
mida grollera:
- agregat d'elements amb mida tal que les forces de cohesió que poden
desenvolupar-se entre partícules són pràcticament nul·les
- la humitat no representa un factor decisiu vers el seu comportament
- les seves propietats mecàniques venen determinades per la mida, la
forma de gra i el seu grau "d'empaquetament"
mida fina:
- agregat d'elements amb mida tal que les forces de cohesió que poden
desenvolupar-se entre partícules són significatives
- la humitat incideix decisivament en el seu comportament mecànic

13. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
13
identificació de la fase sòlida: granulometria / textura
Argila: < 2 µm
Llim: De 2 µm a 60 µm
fi: 2 µm – 6 µm
mitjà: 6 µm – 20 µm
groller: 20 µm – 60 µm
Sorra: De 60 µm a 2 mm
fina: 0,06 mm – 0,2 mm
mitjana: 0,2 mm – 0,6 mm
grollera: 0,6 mm – 2 mm
Grava: De 2 mm a 60 mm
fina: 2 mm – 6 mm
mitjana: 6 mm – 20 mm
grollera: 20 mm – 60 mm
Còdols i blocs: > 6 cm

14. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
14
identificació de la fase sòlida grollera:
granulometria x garbellat

15. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
15
identificació de la fase sòlida grollera: la forma

16. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
16
identificació de la fase sòlida grollera: la gradació

17. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
17
identificació de la fase sòlida grollera: la gradació

18. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
18
identificació de la fase sòlida fina:
granulometria x sedimentació
v = velocidad de caída de una esfera en el
seno de un fluido (cm/s).
γs = peso específico de las partículas sólidas
γ s −γ w
(g/cm3).
γw = peso específico del agua (g/cm 3). D =
ν= D
2
diámetro de la esfera (cm).
18η η = coeficiente de viscosidad dinámico del
agua

19. CURS D’ESTUDIS GEOTÈCNICS – SESSIÓ 2
CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap. 19
identificació de la fase sòlida fina: plasticitat
resistència nul·la Estado líquido
Mezcla fluida Límite líquido
Humedad creciente
de agua y suelo (WL)
plasticitat Estado plástico sobresaturat
Límite plástico
(WP)
elasticitat Estado semisólido
Límite de retracción
(WP)
fragilitat Estado sólido subsaturat
Suelo seco

20. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
20
identificació de la fase sòlida fina: límits d'Atterberg
límit líquid

21. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
21
identificació de la fase sòlida fina: límits d'Atterberg
límit líquid

22. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
22
identificació de la fase sòlida fina: límits d'Atterberg
límit líquid

23. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
23
identificació de la fase sòlida fina: límits d'Atterberg
límit plàstic

24. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
24
identificáció / plasticitat:
la classificació de Casagrande
70 A
a
ne
60 CH Lí
50
CL
IP 40
30
20 MH-OH
10
ML-OL
0 ML
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
WL

25. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
25
identificació / plasticitat + granulometria
la classificació unificada de sòls (USCS) sòls grollers

26. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
26
identificació / plasticitat + granulometria
la classificació unificada de sòls (USCS) sòls fins

27. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
27
identificació (2): estat
la fase líquida: humitat / saturació
humitat:
w=
Ww
Ws
w
grau de saturació:
S = x100
wr
sat

28. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
28
identificació (2): estat
la relació sòlids / buits: porositat i índex de buits
porositat: n=
Vv
Vt
e=
Vv
índex de buits:
Vs

29. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
29
identificació (2): estat
el pes específic
p.e. natural (aparent): γa = (Wsòlids + Waigua) / V
p.e. sec: γd = Wsòlids / V
p.e. saturat: γsat = (Wsòlids+ Waigua H saturació) / V
emax − e
I D = Dr =
densitat relativa o índex de densitat: emax − emin

30. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
30
proposta de practica: ús de la classificació USCS
descripció del sòl d'acord a la testificació granulometria plasticitat
argiles llimoses de tonalitat vermella amb <0.080 mm: 45 % wl = 38
nòduls de carbonat abundants <5 mm: 70 % wp = 15
còdols i graves amb argila molt abundant, de <0.080 mm: 53 % wl = 49
tonalitat ocre <5 mm wp = 28
sorres i graves lleugerament argiloses de <0.080 mm: 15 % wl = 30
tonalitat vermella amb algunes graves <5 mm: 45 % wp = 15
disperses
sorres fines, llimoses, de tonalitat ocre <0.080 mm: 60 % no plàstic
<5 mm: 100 %

31. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
31
recapitulació: la "descripció quantificada" del subsòl
-descripció "geomètrica" del subsòl:
- visió tridimensional de l'estructura del terreny en relació a les seves
propietats geotècniques
- definició de l'abast dels litotipus / nivells / unitats geotècniques
-identificació geotècnica de cada unitat:
- assignació dels paràmetres geotècnics descriptius bàsics
- delimitació del rang de variació dels paràmetres geotècnics "d'estat"
- caracterització geomecànica de cada unitat:
- valoració dels paràmetres resistents i deformacionals (en alguns casos
també els referents a la permeabilitat o el quimisme)

32. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
32
la "descripció quantificada" del subsòl: pas 3
els paràmetres geomecànics
-descripció "geomètrica" del subsòl:
- visió tridimensional de l'estructura del terreny en relació a les seves
propietats geotècniques
- definició de l'abast dels litotipus / nivells / unitats geotècniques
-identificació geotècnica de cada unitat:
- assignació dels paràmetres geotècnics descriptius bàsics
- delimitació del rang de variació dels paràmetres geotècnics "d'estat"
- caracterització geomecànica de cada unitat: pas 3: mec. sòls
- valoració dels paràmetres resistents i deformacionals (en alguns casos
també els referents a la permeabilitat o el quimisme)

33. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
33
els criteris fonamentals del càlcul geotècnic:
l'estat límit últim

34. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
34
paràmetres resistents: significat de l'angle de
fregament intern i de la cohesió
La condició per a l'inici
dels lliscament
s'estableix segons les
següents expressions:
T ≥ ( N tgφ ) + (c A)
T N
≥ tgφ + c
A A
τ ≥ (σ tgφ ) + c

35. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
35
paràmetres resistents: el criteri de Coulomb
estudi sobre els
murs de conenció
1776:
τf =
c + σ n * tg Φ

36. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
36
paràmetres resistents: les tensions efectives
llei de Terzaghi
forces considerades per
Coulomb, Mohr...
s
N i = N − u (1 − )
S
Tots els processos de tipus mecànic dels sòls (resistència i deformació entre
ells) estan governats per les tensions efectives
σ’ = σ - u τ = C’ + σ’ tg ϕ’

37. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
37
¿un exemple de N = u?

38. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
38
la deformació del sòl
Assentaments: evolució amb el temps i deformació del sòl
Si: assentament
immediat
Sc: assentament per
consolidació
Ss: assentament per
consolidació
secundària o fluència

39. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
39
models simplificats d'estudi de la deformació del sòl
Paràmetres “deformacionals” del
terreny Coeficient de Balast
Mòdul de deformació elàstica (E)
Paràmetres de consolidació (Cc’...)
Model de Winkler: ks = q / s
“Llei” elàstica ajustada: dH = (H·Dp) / Es
(dH = assentament; H: gruix del nivell en qüestió; Es = mòdul elàstic equivalent del terreny; Dp
= sobrepressió induïda per la fonamentació)
“Llei” de la consolidació: dh=H×Cr'×log((po'+Dp1)/po')+H×Cc'×log((pc'+Dp2)/pc'))
(dh: assentament de la capa de sòl de gruix H; Cr’: coeficient de recompressió; Cc’: coeficient de
compressió; Dp1: valor mínim entre Dp i pc’)

40. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
40
model de Winkler
Model de Winkler: ks = p / s (ks = coeficient de balast del fonament)
-assumeix una relació lineal entre la tensió i la deformació
-no permet estudiar models "multicapa"
-permet establir models d'interacció estructura / terreny senzills
-és possible traduir els resultats d'un càlcul multicapa (elàstic o edomètric)
amb una valoració retrospectiva

41. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
41
model elàstic
“Llei” elàstica ajustada: s = [ σ B (1-v2) I ] / E
s: assentament, σ: sobrecàrrega, B: ample de la fonamentació, v: coeficient de Poisson, I: factor
d'influència per geometria de la fonamentació, E: mòdul elàstic represntatiu del subsòl
-assumeix una relació lineal entre
tensió i deformació
-permet un càlcul "multicapa"
-requereix una simplificació "raonable"
del comportament real del sòl
(elastoplàstic)
-generalment es dona poca
importància a la deformació en el pla
horitzontal (coef. de Poïsson)

42. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
42
la deformació del sòl: model elastoplàstic
símil mecànic: "model de molla i
patí"
-s'adapta bé al comportament
real del sòl
-és difícil d'implementar en un
procediment de càlcul poc
complex, doncs cal combinar una
relació linial tensió deformació
(molla) amb una relació no linial
(patí)

43. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
43
teoria de la consolidació / model edomètric
analogia mecànica del procés de consolidació
pregunta: què passarà si desapareix la càrrega?

44. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
44
teoria de la consolidació / model edomètric

45. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
45
teoria de la consolidació / model edomètric

46. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
46
teoria de la consolidació / model edomètric

47. CONCEPTES FONAMENTALS DE MECÀNICA DE SÒLS diap.
47
MOLTES GRÀCIES PER LA VOSTRA PARTICIPACIÓ