1 1 ELASTIC STIFFNESS MODULI OF HOSTUN SAND UNIVERSITY OF BRISTOL 2007 UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA 2008 ENGINYERIA GEOLÒGICA Albert Sunyer Amat

2 2 Abstracte: Interpretació de l’anisotropia natural d’un sòl testat mitjançant una tècnica relativament novedosa dita Bender/Extender elements. Tècnica duta a terme amb l’aparell triaxial amb diferents nivells de carga. Mètode Pluviation (assoliment d’una Dr). Comparació dels resultats amb els del d’un doctorat.

3 3 Introducció 1: GEOFÍSICA E, M, G, υ, etc. Coneixement del comportament del sòl Resposta del sòl front a: càrregues, explosions, sequera, inundacions, terratrèmols.etc.

4 4 Introducció 2: Rigides del sòl; G: G G 0 ln Є very small small large G o útil per: Estimar la deformació de càrgues estàtiques. Canvis de profunditat del nivell freàtic com a resposta de l’infiltració. La forma de la cuveta d’assentaments provocats per excavacions subterrànies.

5 5 Antecedents 1: Una de les expressions més recents utilitzades per el càlcul de G: F(e)= ((0.3+0.7)*e 2. K=Constant que depen de la constant elàstica. Pa=Pressió atmosfèrica. S=Coeficient adimensional que depèn del pla ij. n=constant empírica determinada Hardin and Blandford (1989) Assumint comportament elàstic en el camp de les petites deformacions ens permet calcular d’una manera més simple G: G = ρ * Vs 2 ρ=densitat Vs=shear velocity (M = ρ * Vp 2 ) ρ=densitat Vs=compression velocity

6 6 Antecedents 2: Fa més de 25 anys que s’estudia la rigidés del sòl. Recercadors: Belloti R., JamiolKowski M., Lo Presti D.C.F. i O’neill. Jovicic i Coop. Conclusió: la història geològica de la sedimentació del sòl i la seva conseqüent història de cargues tenen una influència en la rigides de qualsevol sòl. Previs treballs desenvolupats a la University of Bristol: PhD called Pulse Test on Soil Samples by Dr. Marcos Arroyo. PhD called The Multiaxial Behaviour and Elastic Stiffness of Hostun Sand by Dr. Sadek. (doctorat realitzat en el Cubical Cell Apparatus) Thesis called The Use of Piezoelectric Transducers in the Measurement of Elastic Moduli of Soils by Anna Viñas.

7 7 Sòl testat 1: Sorra de Hostun (àrea del Drôme al SE de França). Color gris-beige-blanc. Bàsicament SiO 2 (>98%). Mida de grà d’angular a sub-angular. Propietats Físiques: ResearcherD 50 mm Ue mine maxρ s g/cm 3 ρ dmin g/cm 3 ρ dmax g/cm 3 Alvarado (2000) 0.351.570.6561.002.651.3251.600 Fargeix (1986)--- 0.6481.0412.651.2981.608 Colliat (1986)--- 0.6240.9612.651.3511.632

8 8 Sòl testat 2: Corba granulomètrica de la Hostun Sand:

9 9 Muntatge experimental 1: Pluviation (Llatí pluvia): 1.“Fer ploure” la sorra a través de l’aire dins d’un recipient. 2.Punt claus són: 2.1 Aconsegueix mostres uniformes i homogènies. 2.2 No crea disturbis entre els grans. 2.3 Menys efecte de segregació. 2.4 Millor repetibilitat de resultats(independentment del testador). 3.Recomenat per Lo Presti at al. (1992) com millor tècnica que ASTM o British Standard vibratory methods. Cilindre de dimensions 70x70mm

10 10 Muntatge experimental 2: Parts de l’aparell: Embut. (Boquilla d’apertura 2.5cm). Tamissos 6 de 3.35mm d’apertura i orientats 45º un respecte l’altre. Cilindre vuit. (Alçada de caiguda 17cm). Cilindre col.locat a la base del Triaxial

11 11 Paràmetres que condicionen els resultats obtinguts amb el mètode Pluviation: Muntatge experimental 3: Alçada de llançament (H) Mida de l’apertura de la boquilla (N) Quantitat i mida dels tamisos (S)

12 12 Muntatge experimental 4:

13 13 Muntatge experimental 5: Càlcul de la Dr, (per aquest estudi Dr=65%) Limitació bàsica del mètode Pluviation: Si la sorra no és uniforme, tant la segregació horitzontal com vertical esdevé aparent. Aparell Triaxial:

14 14 Muntatge experimental 6: Bender/Extender elements: Piezoelecticitat. Vertical B/E. Horitzontal B/E. -+ Signal field Direction of polarization -+ strain Signal field Direction of polarization Parallel connected and same direction of polarization for bender transmitters. Series connected and opposite direction of polarization for bender receivers

15 15 Muntatge experimental 7: Line diagram showing the instrumentation connections to the B/E transducers, the oscilloscope, the charge amplifier and the sample. Elecció de la freqüència. Elecció de la forma de la ona. Near field effects.

16 16 Elecció de la freqüència: La freqüència òptima d’exitació depèn de 2 factors: 1.La rigides del sòl. 2.La pressió aplicada a la cél.lula de Triaxial. Muntatge experimental 8: Elecció de la forma de l’ona:

17 17 Near Field Effects: Muntatge experimental 9: Near field effects Relacionat amb: Rd = d/λ = (d*f)/Vs

18 18 Tests desenvolupats i resultats 1: Shv Phv Sv Pv 61mm 60mm Shh Phh

19 19 Tests desenvolupats i resultats 2: Main pressures (KPa) 306090120150 Sv velocity (m/s)156186213225242 Shh velocity (m/s) 177218252267272 Shv velocity (m/s) 172206238254267 Main pressures (KPa) 306090120150 Mv velocity (m/s) 235272317335354 Mhh velocity (m/s) 291322422434476 Mhv velocity (m/s) 303322422434476

20 20 Tests desenvolupats i resultats 3: Main pressures (KPa) 306090120150 Sv velocity (m/s)179193224234253 Shh velocity (m/s) 181201230254288 Shv velocity (m/s) 176208234252279 Main pressures (KPa) 306090120150 Mv velocity (m/s) 277296315329355 Mhh velocity (m/s) 272301338397444 Mhv velocity (m/s) 277304340401440

21 21 Tests desenvolupats i resultats 4: Main pressures (KPa) 306090120150 Sv velocity (m/s)174190229241262 Shh velocity (m/s) 181214236257279 Shv velocity (m/s) 177211229255271 Main pressures (KPa) 306090120150 Mv velocity (m/s) 244266311349401 Mhh velocity (m/s) 277298337389421 Mhv velocity (m/s) 291299339391425

22 22 Tests desenvolupats i resultats 5: Main pressures (KPa) 306090120150 Sv velocity (m/s)156177190219239 Shh velocity (m/s) 179209223244268 Shv velocity (m/s) 172208221251270 Main pressures (KPa) 306090120150 Mv velocity (m/s) 239259289332398 Mhh velocity (m/s) 300336367390413 Mhv velocity (m/s) 300330364386410

23 23 Tests desenvolupats i resultats 6: Pressures vs Modulus 30 KPa60 KPa90 KPa120 KPa150 KPa Gv (MPa)3650677687 Ghh (MPa)467194106110 Ghv (MPa)44638496106 Mv (MPa)82110150167187 Mhh (MPa)126155266281337 Mhv (MPa)136155266281337 RelationshipGhh/GhvMh/Mv Value:1.081.65 Sadek’s (2006):1.191.37

24 24 Tests desenvolupats i resultats 7:

25 25 Tests desenvolupats i resultats 8:

26 26 Tests desenvolupats i resultats 9:

27 27 Discusions i conclusions: La subjectivitat a l’hora de determinar la primera inflexió en l’output degut a (near field effects). La forma del recipient que alberga la sorra. El tipus d’aparell usat (CCA, TT..etc.) Suggeriments pel futur: Usar altres formes i dimesions del container. Posar fibres de diferents materials dins la sorra. Cambiar la humitat del sòl.