Comportamiento geotecnico de suelos arcillosos compactados; respuesta a cargas estáticas y dinámicas

Resumen

La presente tesis está basada en el estudio experimental de las propiedades ingenieriles de suelos arcillosos expansivos compactados; respuesta a cargas estáticas y dinámicas; y la viabilidad del uso de materiales granulares (arenas) como aditivo para la mejora de estas propiedades. El suelo investigado procede de depósitos marinos del Mioceno denominados Arcillas Azules del Guadalquivir (AAG), caracterizados por su elevada cohesión, plasticidad y expansividad. Las AAG son suelos de grano fino con un porcentaje de fracción arcillosa entre 50 y 60% y están clasificadas como arcilla de alta plasticidad. Poseen una composición mineralógica homogénea representada principalmente por minerales de la arcilla tipo esmectita e illita, además de calcita y cuarzo, y en menor proporción por yeso. Estos suelos serían clasificados como marginales-inadecuados (según el PG-3) para su puesta en obra por su elevada plasticidad y expansividad. En la mayoría de los trabajos ingenieriles, para la mejora de las propiedades geotécnicas problemáticas, es recomendable el uso de cal o aditivos químicos basados en las reacciones rápidas de intercambios iónicos y en las reacciones lentas puzolánicas cal-suelo. No obstante, su efectividad para algunos tipos de arcillas está limitada a la reducción del límite líquido y con ello del límite plástico, siendo insignificante para suelos arcillosos ricos en calcio debido a la baja interacción de la arcilla con estos aditivos. Se ha descrito que el uso de material granular mejora las propiedades geotécnicas de las AAG siendo una alternativa válida para su uso en obra civil para la construcción de presas de materiales sueltos y terraplenes, entre otros. Este material inerte proporciona una opción medioambiental excelente frente al uso de aditivos químicos como método de estabilización, además de minimizar su coste económico. Por este motivo, el principal objetivo de la investigación fue compactar las AAG sin mezcla de material granular, y en segundo lugar compactar y estabilizar las AAG con diferentes proporciones de una arena silícea bien graduada (entre 10% y 20% de arena en la mezcla arcilla-arena). . Se llevó a cabo un estudio en profundidad de las curvas de compactación características, deformabilidad, compresibilidad y resistencia frente a cargas estáticas y dinámicas compactadas con la densidad máxima seca y humedad óptima con la energía de Proctor normal. Adicionalmente algunos ensayos se han realizado sobre las muestras compactadas del lado seco y del lado húmedo de la curva de compactación. Las propiedades dinámicas de las AAG han sido estudiadas en términos de la variación de la variación del módulo de corte y del coeficiente de amortiguamiento para un determinado ciclo y frecuencia del desviador. El estudio de los parámetros dinámicos se complementó con el estudio mediante las correlaciones empíricas existentes basadas en las propiedades índice. Los resultados del estudio muestran que con la introducción de material granular no existe un cambio en las propiedades índice de los materiales, pero se halló un aumento significativo de la resistencia a la compresibilidad, rigidez y coeficiente de amortiguamiento mientras que la deformabilidad disminuye según se aumenta el contenido en material granular. Las muestras con sólo el 10% de arena muestran una reducción importante de la deformabilidad en comparación con las arcillas sin mezcla compactadas. La parte final de la investigación está orientada hacia la definición del modelo constitutivo avanzado de comportamiento de las AAG compactadas y estabilizadas mediante el programa numérico de elementos finitos Plaxis. Este modelo es capaz de reproducir con fidelidad los resultados procedentes de los ensayos de laboratorio para su posible aplicación en la modelización de terraplenes, presas de materiales sueltos y cimentaciones.