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http://cimav.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1004/772| Comportamiento y simulación de terraplén carretero construido con arcillas expansivas | |
| RENE ALVAREZ LIMA | |
| RENE ALVAREZ LIMA | |
| Acceso Abierto | |
| Sin Derechos Reservados | |
| Terraplén carretero | |
| Esta investigación nace de la observación física de tramos carreteros con asentamientos y deformaciones donde se intuyó una relación entre el agua o humedad prevaleciente en el sitio y las deformaciones de los terraplenes, lo cual motivó a su investigación y análisis. En las regiones del país en donde existen depósitos de arcillas expansivas del tipo vertisol con alto contenido de montmorillonita se presentan deformaciones, agrietamientos y fracturas en las estructuras de terraplenes carreteros construidos con este material cuando interactúan con el agua, a pesar de estar correctamente compactados. Estos fenómenos ocasionan costos importantes en reparaciones y mantenimiento implicando peligro e incomodidad a los usuarios. El objetivo principal de este documento radica en entender y analizar cual es el comportamiento de esos terraplenes potencialmente expansivos cuando son sometidos a condiciones de campo estableciendo una solución a la problemática que se presenta de manera que sea factible y de bajo costo.
Metodología: Se seleccionó un tramo carretero representativo, haciendo una extensa revisión bibliográfica de las últimas teorías de análisis para este tipo de materiales, adoptándose el modelo SFG como el indicado para los análisis, en este modelo se transita de un material insaturado a uno saturado. Se programaron 4 campañas de exploración geotécnica en distintos años y épocas recuperándose muestras para pruebas de laboratorio. Con todos los elementos básicos para alimentar el modelo se analizó el problema mediante simulación computacional considerando elasticidad pura y elasto-plasticidad, acoplando para cualquiera de los casos un modelo hidráulico y uno mecánico, así como su variación en el tiempo cuando transita del estado insaturado al saturado. Resultados obtenidos: Mediante simulación, se constató que el agua impacta fuertemente en el comportamiento mecánico del terraplén de arcilla expansiva al ingresar al material del terraplén que está en condición insaturada. Se determinó que los valores de succión del terraplén son mayores que los del terreno natural, por lo que el terraplén se encuentra ávido de absorber agua. Mediante simulación se observa que el agua asciende y reduce el valor de succion del cuerpo del terraplen violandose rapidamente el criterio de resistencia antes de llegar a valores de saturacion de 1, el criterio de rotura se rebasa cuando la succión es la de saturación (Ssa). Simultáneamente, la arcilla se expande desplazando material hacia el talud ya que ahí no se encuentra confinado. En la simulación transiente, el suelo presenta un “frente de rotura” del material y conforme avanza la saturación, queda atrás el material que ha violado el criterio de resistencia, esta región que presenta succión de saturación (Ssa) cuenta todavia con un porcentaje de aire en sus vacios y esta presentando cortantes que rebasan el criterio de falla, de manera simultanea se presenta un esfuerzo normal ocasionado por el peso del terraplen que reduce todavia mas el aire en los vacios hasta que no queda aire en ellos e inicia un proceso de consolidacion, en ese momento la arcilla esta 100% saturada (S=1). Se determina que los planos de falla de cortante con la sobrecarga producen una compactacion y no un deslizamiento de una masa de suelo rígido. Aunque un terraplén de arcilla expansiva este bien compacto, es suficiente el ingreso del agua hacia al terraplén para modificar los valores de succión a valores que rompen el material internamente. Una vez que el agua ingresa al terraplén “no la suelta” fácilmente y con ingresos regulares de humedad el terraplén se satura paulatinamente de manera irreversible. La simulación de la arcilla expansiva de estado saturado a insaturado es un problema complejo y el modelado de la interface terreno natural-terraplén requiere especial cuidado. La solución a la problemática es el aislamiento de la arcilla y en este documento se propone un encapsulado de terraplén y una pantalla interceptora del flujo de agua. | |
| 2012-02 | |
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| Aparece en las colecciones: | Doctorado en Ciencia de Materiales |
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