Experimental investigation of collapse in eolian soil: a case study in Mayapo, Colombia
Tipo de contenido
Trabajo de grado - Maestría
Idioma del documento
InglésFecha de publicación
2021-05-17Abstract
The principal target of this research is to focus on the study of the volumetric behavior of the eolian soil and the influence of the geology, the soil structure, and suction on possible collapse behaviour of the eolian soils. An experimental program of laboratory tests was designed including geotechnical classification tests, Micro-structure tests, suction measurement, and oedometer tests included classical and unsaturated in order to know the characteristics and properties of the eolian soils. There are large and continuous macropores between grains and a low amount of micropores. The macropores could control the volumetric behaviour of the eolian soils. The salt concentration influences the osmotic suction and the total suction of the eolian soil, affecting its hydraulic condition. It can govern the water flow and attract more water to the soil, increasing the saturation degree, causing a decrease in total suction in the soil. The collapse potential of the eolian soils was classified as a moderated problem. The collapse potential increase with the increment of the initial void ratio. As suction decreases and soil wets, water menisci between liquid and vapour phase disappears, and the empty pores are flooded, and it causes a loss in the soil stiffness. The unsaturated oedometer tests allowed to understand the influence of suction on the volumetric behaviour of the eolian soils. A constitutive model was proposed to describe the volumetric behaviour of the eolian soil. The model is represented by a Loading Collapse (LC) curve, and to allow knowing the reversible compressive volumetric strains for any stress path of loading (L), collapse (C), or both in the elastic domain and to predict irreversible compressive volumetric strain for any stress loading or collapse paths. There is an important dependence of collapse and loading paths in the volumetric behaviour of the eolian soils. The deformations are very small at suction changes. The soils will suffer higher deformations in loading paths at low suction levels due to the soil stiffness is less.Resumen
El objetivo principal de esta investigación es centrarse en el estudio del comportamiento volumétrico del suelo eólico y la influencia de la geología, la estructura del suelo y la succión en el posible colapso de los suelos eólicos. Se diseñó un programa experimental de ensayos de laboratorio que incluye ensayos de clasificación geotécnica, ensayos de visualización de la microestructura, medición de succión y ensayos edométricos convencionales realizados con el procedimiento clásico de la norma y ensayos edométricos no saturados, para conocer las características y propiedades de los suelos eólicos. La investigación experimental se realizó sobre muestras inalteradas del suelo eólico de Mayapo, Colombia. La geología se estudió mediante secciones delgadas y DRX, y la estructura del suelo de los suelos eólicos se caracterizó mediante un microscopio electrónico de barrido. La distribución de los elementos se analiza mediante EDS por difracción de energía dispersiva. La succión y succión total se mide por el método de filtro de papel y la succión osmótica por la conductividad eléctrica del agua de los poros del suelo. El comportamiento volumétrico se estudia mediante edómetro doble y edómetro a diferentes esfuerzos verticales efectivos para conocer el potencial de colapso y la carga donde el suelo sufre más colapso. Se desarrollaron pruebas de edómetro controladas por succión. Las pruebas experimentales incluyeron un aumento en la tensión neta vertical a niveles de succión constantes y variaciones en las trayectorias de tensión y succión. El principal aspecto analizado fue el comportamiento volumétrico a los niveles de succión, el límite elástico generado por el aumento de la tensión neta vertical o el aumento de los niveles de succión. El suelo eólico fue clasificado como arena limosa (SM) pobremente graduada, con muy bajo porcentaje de finos. Los principales minerales del suelo eólico de Mayapo son el cuarzo, las plagioclasas y los feldespatos. Además, hay partículas de sal en el suelo y materiales de unión de óxido de hierro y aluminio que bordean los granos. El suelo presenta gran cantidad de macroporos entre los granos y una pequeña cantidad de microporos. Los macroporos podrían controlar el comportamiento volumétrico de los suelos XXI eólicos. la presencia de estos se demuestra en la doble curva de retención de agua (WRC), donde se demuestra que el suelo presenta bajos niveles de succión y su comportamiento está controlado por macroporos del suelo. La concentración de sal influye en la succión osmótica y la succión total del suelo eólico, afectando su condición hidráulica. Puede gobernar el flujo de agua y atraer más agua al suelo, aumentando el grado de saturación, provocando una disminución de la succión total en el suelo. Este cambio en el componente de succión influye en el comportamiento de colapso de los suelos eólicos estudiados, aumentando la deformación al disminuir la succión. El potencial de colapso de los suelos eólicos se clasificó como un problema moderado. El potencial de colapso aumenta con el incremento de la proporción de vacíos inicial. La succión también juega un papel importante en el potencial de colapso. A medida que la succión disminuye y el suelo se humedece, los meniscos de agua desaparecen y los poros vacíos se inundan, lo que provoca una pérdida de rigidez del suelo. Las pruebas en el edómetro no saturado permitieron comprender la influencia de la succión en el comportamiento volumétrico de los suelos eólicos. El componente de succión en el suelo hace que este soporte una mayor tensión aplicada: cuanto mayor es la succión, mayor es la tensión que se puede sostener antes del rendimiento. La succión aumenta la rigidez de los suelos eólicos. Se utilizó el Modelo Básico de Barcelona, propuesto por Alonso et al, 1999, para describir el comportamiento volumétrico de los suelos eólicos de Mayapo, Colombia. El modelo está representado por una curva de colapso de carga (LC) y permite conocer las deformaciones volumétricas compresivas reversibles para cualquier trayectoria de carga (L), colapso (C) o ambos en el dominio elástico y para predecir deformaciones volumétricas compresivas irreversibles. para cualquier carga de tensión o rutas de colapso. Existe una dependencia importante de las rutas de colapso y carga en el comportamiento volumétrico de los suelos eólicos. Las deformaciones son muy pequeñas en los cambios de succión. Los suelos sufrirán mayores deformaciones en los caminos de carga a bajos niveles de succión debido a que la rigidez del suelo es menor. Finalmente, se propuso un procedimiento experimental para el muestreo y caracterización del comportamiento volumétrico de suelos eólicos no perturbados.Palabras clave
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