Análisis teórico, numérico y experimental del comportamiento de suelos en el rango de las pequeñas deformaciones

Abstract

A consecuencia de los actuales estándares en la práctica de la ingenieríá geotécnica, el rango de las pequeñas deformaciones ha pasado a ser un rango de deformaciones habitual en gran cantidad de problemas, especialmente en aquellos que se desarrollan en ámbitos urbanos. En el presente trabajo se estudia el comportamiento del suelo en este rango de deformaciones. Ello se hace a través del análisis de los desplazamientos del terreno generados en una gran excavación urbana en La Sagrera (Barcelona), que se monitorizan mediante extensómetros instalados en el vaso de la excavación. Los mecanismos que se proponen para explicar los desplazamientos registrados son la no linealidad constitutiva y el comportamiento histerético del terreno en el rango de las pequeñas deformaciones, la existencia de estratos de terreno de baja permeabilidad y el efecto de la retracción por desecación en el suelo. Se revisa el marco de las principales teorías elásticas no lineales y de las principales teorías que permiten reproducir el comportamiento histerético del terreno. Asimismo, se revisa el marco teórico del comportamiento hidromecánico en suelos parcialmente saturados. Se analizan, desde un punto de vista teórico, los modelos “Small Strain Overlay Model” de Benz (2007) y “Hardening Soil-Small” de Benz (2007). Por otro lado, se analiza, desde un punto de vista numérico, el modelo “Hardening Soil with Small Strain Stiffness”, basado en los dos anteriores e implementado en el programa comercial de elementos finitos Plaxis. Durante el estudio de estos modelos, se ha detectado un conjunto de inconsistencias teóricas, algorítmicas y numéricas en los mismos, que se exponen extensamente. Para simular numéricamente la gran excavación urbana de La Sagrera, se utiliza por un lado el modelo “Hardening Soil with Small Strain Stiffness” de Plaxis, y por otro lado el modelo “Barcelona Basic Model”,implementado en Code Bright. Para validar los parámetros de especial relevancia que se utilizan en las simulaciones numéricas, como son los que controlan la degradación elástica y el comportamiento volumétrico del suelo con la desecación, se ha propuesto realizar diversos ensayos. Durante la elaboración del presente documento, se han finalizado los ensayos de columna resonante sobre probetas talladas a partir de muestras bloque, extraídas del vaso de la excavación. Los resultados obtenidos en las simulaciones numéricas realizadas indican que los mecanismos propuestos son capaces de explicar, de forma satisfactoria, el comportamiento observado en el terreno durante la excavación.