swcc vettorelo bogado 2015
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SWCCTRANSCRIPT
RELACIONES SUCCIÓN –HUMEDAD
CURVA CARACTERÍSTICA SUELO-AGUA (SWCC)
Mecánica de Suelos No Saturados
Año 2015
SUCCIÓN ψT = ψ + ψo
Succión Matricial Succión Osmótica
ψ = Ua - Uw
Adsorción
(w% bajas)
Capilaridad
(w% altas)
Solutos
(independiente
de w%)(w% bajas) (w% altas)
de w%)
Humedad
Volumétrica
Humedad
Gravimétrica
HUMEDAD
CURVA CARACTERÍSTICA (SWCC)
• Humedad de saturación (θs)
• Succión de entrada de aire o Presión de entrada de aire (Sa)
ELEMENTOS
• Succión de entrada de aire o Presión de entrada de aire (Sa)
• Pendiente del tramo central = - (índice de distribución de
tamaños de poros λ)
• Humedad residual (θr)
VARIABLES QUE AFECTAN LA SWCC
TIPO DE SUELO �
• COMPOSICIÓN MINERALÓGICA
• CARACTERÍSTICAS SUPERFICIALES DE
LOS GRANOS
• TAMAÑO DE LOS GRANOS
• ÍNDICE DE PLASTICIDAD0,1
1
10
100
1000
Suelo natural
Pre
sió
n de
ent
rad
a de
aire
(kP
a) Resultados experimentales de Sillers y Fredlund (2001); Yang et al. (2004)
0,1
1
10
100
1000
Suelo natural
Pre
sió
n de
ent
rad
a de
aire
(kP
a) Resultados experimentales de Sillers y Fredlund (2001); Yang et al. (2004)
• ÍNDICE DE PLASTICIDAD
RELACIÓN DE VACÍOS �
0,1Grava
arenosaArenamedia
Arenafina
Arena Arenalimosa
Limoarenoso
Limo Arcilla
Tipo de suelo
0,1Grava
arenosaArenamedia
Arenafina
Arena Arenalimosa
Limoarenoso
Limo Arcilla
Tipo de suelo
VARIABLES QUE AFECTAN LA SWCC
CONTENIDO INICIAL DE HUMEDAD �ENSAYO POR DESECADO O POR
HUMEDECIMIENTO
Aiassa (2008)
VARIABLES QUE AFECTAN LA SWCC
CONDICIONES DE COMPACTACIÓN � HUMEDAD DE COMPACTACIÓN
100
1000Rama seca
Humedad óptima
Rama húmeda
Pre
sión
de
entr
ada
de a
ire (
kPa)
Tinjum et al. (1997)
Miller et al. (2002)
Vanapalliet al.
(1999a)
Thakuret al.
(2005)
Energía Proctor Estándar
100
1000Rama seca
Humedad óptima
Rama húmeda
Pre
sión
de
entr
ada
de a
ire (
kPa)
Tinjum et al. (1997)
Miller et al. (2002)
Vanapalliet al.
(1999a)
Thakuret al.
(2005)
Energía Proctor Estándar
Aiassa (2008)
0,1
1
10
CL CL CH CL SM CL CH CL ML
Tipo de suelo (ASTM)
Pre
sión
de
entr
ada
de a
ire (
0,1
1
10
CL CL CH CL SM CL CH CL ML
Tipo de suelo (ASTM)
Pre
sión
de
entr
ada
de a
ire (
VARIABLES QUE AFECTAN LA SWCC
CONDICIONES DE COMPACTACIÓN � HUMEDAD DE COMPACTACIÓN
0,200
0,250
0,300
Rama seca
Humedad óptima
Rama húmeda
Tinjum et al. (1997)
Miller et al. (2002)
Energía Proctor Modificado
0,200
0,250
0,300
Rama seca
Humedad óptima
Rama húmeda
Tinjum et al. (1997)
Miller et al. (2002)
Energía Proctor Modificado
Aiassa (2008)
0,000
0,050
0,100
0,150
CL CL CH CL SM CL CH
Tipo de suelo (ASTM)
λ
0,000
0,050
0,100
0,150
CL CL CH CL SM CL CH
Tipo de suelo (ASTM)
λ
VARIABLES QUE AFECTAN LA SWCC
CONDICIONES DE COMPACTACIÓN � ENERGÍA DE COMPACTACIÓN
10
100
1000Rama seca
Humedad óptima
Rama húmeda
Pre
sión
de
entr
ada
de a
ire (
kPa)
Tinjum et al. (1997)
Miller et al. (2002)
Vanapalliet al.
(1999a)
Thakuret al.
(2005)
Energía Proctor Estándar
10
100
1000Rama seca
Humedad óptima
Rama húmeda
Pre
sión
de
entr
ada
de a
ire (
kPa)
Tinjum et al. (1997)
Miller et al. (2002)
Vanapalliet al.
(1999a)
Thakuret al.
(2005)
Energía Proctor Estándar
10
100
1000
Rama seca
Humedad óptima
Rama húmeda
Pre
sión
de
entr
ada
de a
ire (
kPa)
Tinjum et al. (1997)
Miller et al. (2002)Energía Proctor Modificado
10
100
1000
Rama seca
Humedad óptima
Rama húmeda
Pre
sión
de
entr
ada
de a
ire (
kPa)
Tinjum et al. (1997)
Miller et al. (2002)Energía Proctor Modificado
Aiassa (2008)
0,1
1
10
CL CL CH CL SM CL CH CL ML
Tipo de suelo (ASTM)
Pre
sión
de
entr
ada
de a
ire (
0,1
1
10
CL CL CH CL SM CL CH CL ML
Tipo de suelo (ASTM)
Pre
sión
de
entr
ada
de a
ire (
0,1
1
CL CL CH CL SM CL CH
Tipo de suelo (ASTM)P
resi
ón d
e en
trad
a de
aire
(
0,1
1
CL CL CH CL SM CL CH
Tipo de suelo (ASTM)P
resi
ón d
e en
trad
a de
aire
(
MODELOS MATEMÁTICOS DE SWCC
rs
r
θθθθ
−−
=ΘHumedad Volumétrica Normalizada
Θ = f(ψ)Θ = f(ψ)
Modelos matemáticos � de dos variables� de tres variables
MODELO DE GARDNER (1958)
• Función continua• 2 parámetros: a , n
Influencia de n
Relacionado con la
distribución de
tamaños de poros
MODELO DE GARDNER (1958)
• Función continua• 2 parámetros: a , n
Influencia de a
Relacionada con la
inversa de Sa
MODELO DE BROOKS Y COREY (1964)
• Función NO continua• 2 parámetros: ψb , λ
Influencia de ψb
Presión de entrada
de aire (Sa)
MODELO DE BROOKS Y COREY (1964)
• Función NO continua• 2 parámetros: ψb , λ
Influencia de λ
Distribución de
tamaños de poros
MODELO DE BRUTSAERT (1966)
• Función continua• 2 parámetros: q , n
Influencia de q
Valor de succión
para el cual la
humedad es el 50%
de la humedad de
saturación
MODELO DE BRUTSAERT (1966)
• Función continua• 2 parámetros: q , n
Influencia de n
Igual que en el
modelo de Gardner
(1958)
Modelo de van Genuchten (1980)
• Función continua• 3 parámetros: a,n , m
a =inversa presión de aire n= distribución de n= distribución de tamaño de porosm= simetría del modelo
a no afecta la forma
Si la posición.
Modelo de van Genuchten (1980)
• Función continua• 3 parámetros: a,n , m
a =inversa presión de aire n= distribución de n= distribución de tamaño de porosm= simetría del modelo
Mayores valores de n
determinan una curva con
pendiente más pronunciada
referida al punto de inflexión
de la misma.
Modelo de van Genuchten (1980)
• Función continua• 3 parámetros: a,n , m
a =inversa presión de aire n= distribución de n= distribución de tamaño de porosm= simetría del modelo
Mayores valores de n
determinan una curva con
pendiente más pronunciada
referida al punto de inflexión
de la misma.
Modelo de van Genuchten (1980)
• Función continua• 3 parámetros: a,n , m
a =inversa presión de aire n= distribución de n= distribución de tamaño de porosm= simetría del modelo
Los valores de m pequeños están
relacionados con pendientes
moderadas en el rango succiones
bajas, y pendientes pronunciadas
dentro del
rango de succiones elevadas
Modelo de Fredlund y Xing (1994)
• Función continua• 3 parámetros: a ,n , m
a =presión de aire n= distribución de tamaño de porostamaño de porosm= simetría del modelo
Modifica presión de entrada de aire
Modelo de Fredlund y Xing (1994)
• Función continua• 3 parámetros: a ,n , m
a =presión de aire n= distribución de tamaño de porostamaño de porosm= simetría del modelo
Cuanto más uniformes sean los poros
del suelo, mayor es el valor de n.
Modelo de Fredlund y Xing (1994)
• Función continua• 3 parámetros: a ,n , m
a =presión de aire n= distribución de tamaño de porostamaño de porosm= simetría del modelo
valores de m pequeños se
corresponden con pendientes
moderadas en el rango de
succiones bajas y pendientes más
pronunciadas en
el rango de succiones altas
Medición SWCCMedición de Succión en laboratorio
DIRECTA• Celda de Presión• Tensiómetro
INDIRECTAINDIRECTA• Sensores de conductividad térmica•Resistividad eléctrica• Técnica de papel de filtro• Centrífuga•Succión osmótica•Vapor equilibrio•Granulometría
Control de entrada de aire
Interface actúa como una membrana
Separa la fase aire-agua
Lu y Lu y likoslikos (2004)(2004)Al máximo valor de sobre presión de aire (Ua-Uw) que
el elemento puede soportar sin desaturarce se le
denomina valor de entrada de aire
Celda de Presión
Pressure plate 15 Bar
Muestras saturadas
Elevar Ua, mientras cte Uw,
Control (Ua-Uw)
Incrementos para generar puntos SWCC
Succiones 1500kPa
Control gravimétrico o volumetrico
VET( técnica de equilibrio de vapor)
Tiempo estabilización 30 a 60 días
Gran dependencia con la temperatura
Técnica Osmótica
Ventajas• presion de aire en la muestra• Se producen cambios uniformes
en la humedad• Alto valores de succion• Alto valores de succion
PEG : POLYETHYLENE GLYCOL
Cui y Delage (1996)
Sensores de conductividad térmicaSensores de conductividad térmica
Variables que afectan
Mineralogía, densidad, humedad,
Resistividadresistencia
resistividad
Conductividad eléctrica
Rangos Frecuencias
Problemática en suelos finos
Depende eo, fluido en los poros, %S
Rinaldi y Cuestas 2002
Rangos Frecuencias
Relaciones SucciónRelaciones Succión --HumedadHumedad••Métodos de Medición de la SucciónMétodos de Medición de la Succión
•• En campoEn campo
Medición de Humedad
• Métodos Destructivos
• Método Gravimétrico
• Métodos No Destructivos• Métodos No Destructivos
• Métodos Nucleares
• Reflectometría en el Dominio del Tiempo
•Reflectometria en el Dominio de la frecuencia
• Radar
• Capacitancia
• Resonancia Magnética Nuclear
Relaciones SucciónRelaciones Succión --HumedadHumedad••Métodos de Medición de la SucciónMétodos de Medición de la Succión
•• En campoEn campoMedición de HumedadMedición de HumedadMétodos No DestructivosMétodos No Destructivos
•• Métodos NuclearesMétodos Nucleares
Relaciones SucciónRelaciones Succión --HumedadHumedad••Métodos de Medición de la SucciónMétodos de Medición de la Succión
•• En campoEn campo
Medición de HumedadMedición de HumedadTDRTDR
•• Medición de la constante dieléctrica Medición de la constante dieléctrica del materialdel materialdel materialdel material•• Se emite un pulso electromagnético Se emite un pulso electromagnético con frecuencia superior a 1 con frecuencia superior a 1 GhzGhz•• El tiempo de respuesta (10 El tiempo de respuesta (10 psps a 2 a 2 nsns) ) es relacionado con la constante es relacionado con la constante dieléctrica del material y con la dieléctrica del material y con la humedadhumedad
Relaciones SucciónRelaciones Succión --HumedadHumedad•Métodos de Medición de la Succión
• En campoMedición de HumedadMedición de HumedadTDR TDR –– Resultados TípicosResultados Típicos
Relaciones SucciónRelaciones Succión --HumedadHumedad
Medición de HumedadMedición de HumedadRadar Radar -- Emisión de onda electromagnéticaEmisión de onda electromagnética