SWCC Vettorelo Bogado 2015

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)

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)

CURVA CARACTERÍSTICA (SWCC)

Algunos resultados experimentales…

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

(

VARIABLES QUE AFECTAN LA SWCC

HISTORIA DE TENSIONES � máxima tensión histórica

Aiassa (2008)

RELACIONES SUCCIÓN –HUMEDAD

MODELOS MATEMÁTICOS

Mecánica de Suelos No Saturados

Año 2015

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

RELACIONES SUCCIÓN –HUMEDAD

MEDICIONES

Mecánica de Suelos No Saturados

Año 2015

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

Aiassa (2008)

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

Celda de Presión de TempeCelda de Presión de Tempe

S<100kPa

Celda de Presión de Tempe

Celda de Presión de Celda de Presión de TempeTempe

Método mediante centrífuga

VanapalliVanapalli, 2002, 2002

Comparación Celda Tempe vs Centrífuga

Vanapalli, 2002

Tensiómetro

S<100 kPa(cavitación)

Mini-Tensiómetro

UMS T5 Tensiometer

Papel Filtro

Bund (2013)

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)

Curva de calibración

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

Reflectometría en el Dominio de la frecuencia