Application of Constitutive Models in the Volcanic Tephra “Tierra Blanca Joven”

Abstract

The volcanic tephra Tierra Blanca Joven (TBJ) covers most of the Metropolitan Area of San Salvador where problems of mass wasting problems occur. To understand its behavior the Mohr-Coulomb, Modified Cam Clay and Hypoplasticity constitutive models were used to simulate consolidation and triaxial tests; looking for the one closer to real laboratory results. The constitutive models are used into finite element software to simulate the behavior of a soil mass (slope stability, bearing capacity etc.). Shear box, drained triaxial and consolidation tests were made in order to obtain the parameters for the models. The soil must be either saturated or dry, otherwise unsaturated properties are needed. After comparing the results of the constitutive model it was observed that none of them display exactly the real behavior observed in the laboratory. Mohr-Coulomb is the model that is used in all the geotechnical studies in El Salvador and it was the model that showed more deficiencies. Hypoplasticity showed good results in the triaxial tests but deviated from reality in the consolidation results. The results indicate that a different constitutive model and lab equipment are necessary (as TBJ is an unsaturated soil) to characterize the behavior of the soils in El Salvador. Keywords:Constitutive model, hypoplasticity, Tierra Blanca Joven, Mohr-Coulomb, Modified Cam Clay. ResumenLa tefra volcánica Tierra Blanca Joven (TBJ) cubre la mayoría del Área Metropolitana de San Salvador, donde ocurren problemas de denudación. Para entender su comportamiento los modelos constitutivos Mohr-Coulomb, Cam Clay Modificado e Hipoplasticidad fueron usados para simular pruebas de consolidación y triaxiales; comparándolos con resultados de laboratorio reales. Los modelos constitutivos son usados en programas de elementos finitos para simular el comportamiento del suelo (estabilidad de taludes, capacidad de carga etc.). Pruebas de caja de corte, triaxial drenada y consolidación se realizaron para obtener los parámetros de los modelos. El suelo tiene que estar saturado o seco, sino propiedades de suelo parcialmente saturado son necesarias. Después de comparar los resultados de los modelos constitutivos se observo que ninguno mostro exactamente el comportamiento real observado en laboratorio. Mohr-Coulomb es el modelo que se usa en todos los estudios geotécnicos en El Salvador y fue el que mostro mas deficiencias. Hipoplasticidad mostro buenos resultados en la prueba triaxial pero se desvió de la realidad al compararlo con la consolidación. Estos resultados indican que un modelo constitutivo diferente y equipo de laboratorio es necesario (ya que TBJ es un suelo parcialmente saturado) para caracterizar el comportamiento de los suelos en El Salvador.