Efectos de los ciclos de carga – descarga y humedecimiento – secado en el comportamiento geomecánico de rocas lodosas de los Andes Colombianos

Abstract

Las rocas lodosas de los Andes Colombianos, en particular aquellas con bajo grado de cementación, son excepcionalmente susceptibles a degradarse, cuando se someten a cambios en condiciones medioambientales y en consecuencia son muy problemáticas en trabajos de ingeniería. La investigación desarrolla técnicas de laboratorio novedosas para simular acciones medio ambientales y monitorear cambios en propiedades físicas y geomecánicas, de manera que se conozcan los efectos reales que dichas acciones pueden tener en la competencia del material, desde un punto de vista ingenieril. Para ello se adelantó un trabajo intenso de caracterización físico – químico – mecánica y composicional del material, se elaboraron y ejecutaron diseños y montajes experimentales, en los que se implementaron las técnicas del Equilibrio de Vapor (VET), para imponer ciclos de humedecimiento – secado, mediante cambios controlados en humedad relativa (ciclos de succión), y ciclos de carga – descarga, mediante ensayos triaxiales, a través de los cuales se registraron cambios en propiedades esfuerzo – deformación, utilizando transductores de velocidades de ondas acústicas, técnica ultrasónica, acoplados a la máquina de compresión. Dentro de los resultados más relevantes, se determinaron los principales mecanismos de falla de rocas lodosas, que se desarrollan inicialmente en la escala microscópica, exhibiendo tanto degradación física como química; también se determinó la reducción progresiva en resistencia y rigidez, la primera hasta el 100% y 60%, y la segunda hasta el 70% y 30%, con 3 ciclos h – s y c – d – r, respectivamente. El comportamiento mecánico del material transitó básicamente desde uno como roca dúctil hacia otro como suelo frágil. / Abstract. The Colombian Andes mudrocks, particularly those that exhibit low grade of cementation (bonding), are very much susceptible to degrade when the environmental conditions change, representing a lot of problems for the engineering works. This research develops environmental conditions simulated by lab techniques in order to monitoring physics and mechanical properties changes, whit these actions and to establish some real effects on the material mechanical competence. For the research aim, were developed activities as geotechnical characterization, from physics � chemical � mechanical and compositional points of view, and their respective experimental design and lab sets, implementing recent techniques as Vapor Equilibrium (VET) in order to apply wetting � drying cycles, controlling relative humidity (controlled suction), and loading � unloading cycles during the triaxial tests, trough ultrasonic wave velocities technique; this was possible due to coupled transducers to the compression machine (Hoek cell), determining also the stress � strain behavior front these actions. The most relevant results are, between others: the principal failure mechanisms for the laminated mudrocks starts on the microscopic scale by fissures coalescence, exhibiting as well as physics and chemical degradation phenomenon; the strength is reduced up 100% and 60% and rigidity is reduced up 70% and 30%, for three wetting � drying and loading � unloading cycles, respectively; the global geomechanical behavior to get across between a ductile like rock to a fragile like soil, but obtaining engineering values according the monitoring lab set, compared with the in-situ conditions.