MECANICA DEL SUELO EN LA CONSTRUCCION

Autor: DELAHAYE MIRACHI CARLOS HECTOR.
Año: 2004.
Universidad: POLITÉCNICA DE CATALUÑA.
Centro de lectura: AULA SEMINARIO-EDIFICIO D2- 2ÂMa. PLANTA.
Centro de realización: EDIFICI D2 Campus NORD.

Resumen: La tesis titulada "modelación de la migración de gas a través de un medio poroso de baja permeabilidad", está estrechamente relacionada con el estudio del comportamiento de suelos compactados a altas densidades, los cuales se emplean en la construcción de las barreras de ingeniería en repositorios de residuos radioactivos ubicados en formaciones geológicas profundas. Estos suelos compactados están constituidos por arcillas (generalmente bentonita), mezclas de arcillas y arenas, materiales cementados basados en el cemento Pórtland, y roca salina triturada. El estudio de los efectos de la generación y migración de gas en el repositorio, sobre las barreras de ingeniería y la interacción con el macizo rocoso que las rodea, ha constituido el marco general del trabajo de la Tesis. Este marco de trabajo abarca dos grandes temas altamente relacionados: a) generación de gas y b) transporte de gas. La Tesis se ha enfocado al estudio del segundo gran tema, pero tomando en cuenta el primero en el desarrollo de los trabajos. La migración de gas a través del material de relleno de la barrera es un problema muy complejo, ya que fenómenos térmicos, hidráulicos y mecánicos están fuertemente acoplados. Esto ha exigido que la elaboración de la tesis se lleve a cabo dentro de un marco de investigación adecuado. El trabajo ha involucrado los siguientes estudios: A) Revisión de la información existente sobre generación y transporte de gas en repositorios. Este estudio (capítulo 2) ha permitido fundamentalmente comprender e identificar los mecanismos de transporte de gas y evaluar los modelos existentes en la literatura. B) Adopción un marco teórico-experimental adecuado. En esta etapa (capítulo 3) se adopta como marco de trabajo los sistemas de flujo multifase-multiespecie, aplicados a la mecánica de los suelos no saturados. También se definen las características generales que debería cumplir un código numérico para reproducir de una forma natural, la mayoría de los fenómenos THM asociados el transporte de gas en un almacenamiento geológico profundo de residuos nucleares. C) Modelación THM del transporte de gas en el diseño conceptual español de un AGP en granito. En este estudio (capítulo 4) se realiza una primera estimación del comportamiento de los gases generados en el repositorio, utilizando la información más actualizada de la geometría del diseño, materiales considerados y condiciones de contorno. El principal beneficio de este trabajo ha sido evaluar la capacidad predictiva de un modelo numérico THM acoplado y proveer una base para futuras modelizaciones. D) Estudio de la migración de gas en arcillas. Modelación hidromecánica de experimentos de migración de gas en laboratorio, efecto de la heterogeneidad y flujo de gas a través de caminos preferenciales (capítulos 5, 6 y 7). En esta etapa se aborda el estudio de la migración de gas a través de arcillas, las cuales se consideran como un material posible tanto para la construcción de la barrera de ingeniería como para el alojamiento del repositorio. Se han logrado importantes avances en la comprensión del complejo fenómeno de la migración de gas a través de formaciones arcillosas, en particular, el problema del flujo de gas a través de caminos preferenciales. E) Modelación hidromecánica de la migración de gas en el ensayo en maqueta (Mock-up) y en el ensayo âin situ❠del Proyecto GMT (capítulos 8 y 9). En este trabajo se han logrado avances concretos en el estudio de la migración de gas a través de la barrera de ingeniería y en la evaluación de modelos conceptuales y numéricos. Esto ha permitido proveer datos para mejorar el diseño de la 8 barrera 351 de ingeniería y probar su procedimiento de construcción y emplazamiento en el ensayo en maqueta, y en el silo para el almacenamiento de residuos de actividad intermedia bajo condiciones reales in situ.

Autor: HOFFMANN JAUGE CHRISTIAN.
Año: 2004.
Universidad: POLITÉCNICA DE CATALUÑA.
Centro de lectura: Aula 212 - Edificio D2.
Centro de realización: EDIFICI D2 Campus NORD.

Resumen: Actualmente, la utilización de energía atómica representa un 16 % del total de la energía que se produce a nivel mundial. Uno de los mayores problemas que afronta su utilización,ves encontrar una solución segura para almacenar los residuos resultantes del proceso de producción de energía. Una de las propuestas más estudiada y aceptada como solución a este problema, es la construcción de depósitos subterráneos donde mantener el residuo aislado durante el restode su vida activa, ENRESA (2000), Reseal (2000). PRACLAY (1998). Estos depósitos se han diseñado siguiendo el criterio de multibarreras: conjunto de barreras independientes y redundantes que mantienen el residuo aislado. Los residuos se disponen, dentro de contenedores metálicos, en nichos horizontales o verticales, excavados en la roca. Para rellenar el espacio entre la roca y el contenedor metálico se busca un material que representa una verdadera barrera aislante, denominada, barrera de ingeniería. Estos materiales están constituidos mayormente por bentonita. El Proyecto EB, propone el estudio de un nuevo concepto de almacenamiento subterráneo para residuos radioactivos de larga actividad. El residuo se dispone dentro de contenedores metálicos alojados en nichos horizontales excavados en una roca arcillosa (Opalinus clay), y como material aislante, se utiliza una combinación de bloques y pellets de bentonita compactada. Ambos materiales se fabrican a partir de una misma bentonita, la bentonita Febex, ENRESA (2000). La presente tesis doctoral, está asociada a los trabajos experimentales de caracterización del comportamiento hidromecánico de la muestras de pellets, realizados en el marco del proyecto EB. Para poder estudiar los aspectos más relevantes de la respuesta del material es necesario combinar distintas técnicas experimentales para el control de la succión (Romero, 2001) y adecuar las distintas metodologías de ensayo. Los trabajos de tesis se realizaron en tres etapas fundamentales: Una primera etapa en la que se estudiaron las características estructurales de las mezclas de pellets de bentonita. Se prepararon muestras con distintas densidades secas y se realizaron ensayos de porosimetrías de mercurio (MIP) y ensayos de infiltración. Una vez finalizada esta primera etapa, se definió una metodología de trabajo y se llevaron adelante los distintos ensayos del programa experimental. En esta etapa se describen las distintas técnicas y equipos experimentales y se presentan los resultados obtenidos en los distintos ensayos divididos en tres grupos; ensayos de caracterización del comportamiento hidráulico, en segundo lugar ensayos de expansión, hinchamiento y compresibilidad con control de la succión y finalmente los ensayos realizados para estudiar la influencia del tipo de transferencia de agua y ritmo de mojado en el comportamiento del material. En la última etapa, se plantearon las bases conceptuales y leyes constitutivas de un modelo adecuado para materiales expansivos (Modelo BExM, Gens & Alonso (1992) y Alonso et al. (1999)). El modelo se implementó en un código numérico utilizando la técnica de diferencias finitas y aplicado al caso de las mezclas de pellets de Bentonita. Se detalla la implementación de las distintas ecuaciones y se describe el planteo iterativo utilizado para su resolución. Adicionalmente, se sugiere una metodología para la deducción de los distintos parámetros del modelo, se indican las capacidades del modelo en distintos ejemplos y se comparan las predicciones del modelo con el comportamiento real observado. Al final de la tesis, se presentan los resultados experimentales obtenidos en un ensayo a mediana escala, llamados ensayos de Columna de Infiltración. El objetivo de estos ensayos es estudiar la respuesta del material en u 8 na escal 300 a media, en condiciones muy controladas y similares a las de su utilización como material, en una barrera de ingeniería.

Autor: LÓPEZ QUEROL SUSANA.
Año: 2005.
Universidad: CASTILLA-LA MANCHA.
Centro de lectura: ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS DE CIUDAD REAL.
Centro de realización: ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE CAMINOS CANALES Y PUERTOS.

Resumen: Las propiedades de los suelos sufren modificaciones de consideración cuando éstos se ven sometidos a solicitaciones de tipo dinámico. Los modelos constitutivos que reproducen correctamente el comportamiento de los suelos en situaciones estáticas se tornan incapaces de predecir cómo evolucionan las tensiones y las deformaciones cuando las cargas aplicadas son variables en el tiempo. Sin embargo, las solicitaciones dinámicas con mucho más frecuentes que las estáticas en la naturaleza. Las situaciones más dramáticas se experimentan en los terremotos, donde los suelos sufren grandes deformaciones que alteran enormemente sus características, y donde el agotamiento estructural sufrido por las geoestructuras, la disminución de la capacidad portante en las cimentaciones, y las avalanchas producidas en laderas montañosas producen en cada uno de estos desgraciados episodios la pérdida de multitud de vidas humanas y de bienes materiales. Los modelos constitutivos cuya finalidad es analizar este tipo de problemas no son sencillos en absoluto. Su complejidad se incrementa además con la presencia de agua en contacto con las partículas sólidas. En ese caso, los modelos deben representar al comportamiento de cada una de las fases coexistentes en el suelo, así como la interacción entre ellas. En eta tesis doctoral se ha realizado un modelo numérico para representar el comportamiento dinámico de los suelos granulares no cohesivos. Las interacciones de tipo químico y termodinámico no son consideradas en esta nueva herramienta, que únicamente tiene encuentra relaciones de tipo mecánico entre los diferentes componentes del suelo. Este nuevo modelo es capaz de reproducir condiciones extremas de saturación el suelo; totalmente seco o totalmente saturado. Existen multitud de modelos con la misma finalidad que el aquí desarrollado. La mayor parte de ellos, sin embargo, se basan en teorías plásticas, y requieren la calibración de un gran número de parámetros, y la mayor parte delos cuales carecen de significado físico. En esta tesis se ha buscado un modelo que representa el proceso físico de la licuefacción y/o movilidad cíclica. Estos fenómenos ocurren en los suelos granulares saturados como consecuencia de la recolocación del esqueleto sólido sometido a vibraciones, y tiene como consecuencia la disminución drástica de la presión efectiva del suelo. Para abordar esta modernización se parte del análisis de la densificación de arenas secas, y posteriormente se plantean las interacciones entre fases cuando el suelo está saturado, y se correlacionan las modificaciones de presión intersticial de los huecos con la disminución de volumen ocasionada por la reordenación de los granos sólidos. Este planteamiento de modelo, basado en la densificación, tampoco es nuevo. Sin embargo, en esta tesis se ha perseguido una mayor racionalización en el cálculo, con la correlación de los parámetros de la ley de densificación (basada en el conocido modelo endocrónico) con algunas propiedades mecánicas de la arena. Se plantea de esta forma una generalización de la ley de densificación, según la cual únicamente es necesaria la calibración de un único parámetro para cada tipo de arena Se ha desarrollado también un nuevo método para determinar la solicitación armónica equivalente en deformaciones. Este nuevo método es consistente con el modelo endocrónico, y tiene la ventaja de no necesitar la estimación de la amplitud de la solicitación equivalente, que se obtiene como resultado del cálculo. Por otro lado, ningún modelo de estas características es correcto si las trayectorias de tensiones no quedan correctamente modelizadas. Para ello se han considerado separadamente los comportamientos contractivo y dilatativo del suelo, en función de la situación de la línea de tr 8 ansforma d03 ción de fase en el plano de tensiones, que se correlaciona a su vez con el estado de compacidad inicial. Se ha desarrollado una nueva regla de flujo no asociada, con un valor de la dilatancia que depende de un nuevo parámetro de estado que cuantifica el estado de degradación del suelo desde el inicio de las solicitaciones. Por otro lado, las situaciones del colapso del suelo son también consideradas por el mismo modelo constitutivo. La ley constitutiva aquí desarrollada representa de forma integrada todos estos comportamientos tenso-deformacionales. El resultado final es una ley constitutiva que requiere la calibración de un total de siete parámetros. Se ha abordado dicha calibración para diferentes tipos de suelo en base a resultados de corte cíclico con tensión controlada y volumen constante. Una vez determinadas las deformaciones volumétricas plásticas que experimentan el suelo al ser sometido a vibraciones, se incorpora el acomplamiento de tipo viscoso entre fases sólida y fluida, y se aplican las leyes de evolución de módulo de elasticidad y módulo de deformación volumétrica, tratando de reproducir el comportamiento mecánico del suelo. A continuación se ha procedido a implementar la ley desarrollada un modelo numérico bidimensional en elementos finitos. Antes de proceder a realizar comparaciones entre resultados reales y modelo, se ha asegurado el correcto funcionamiento numérico mediante su comparación con problemas sencillos con solución analítica, y con el programa GeHoMadrid, que ha sido ampliamente contrastado por sus autores. Posteriormente, se han modelizado algunos ensayos de centrífuga de la Universtity of British Columbia y del proyecto VELACS, y se han comparado los resultados numéricos de presiones, aceleraciones y desplazamientos con las medidas experimentales. De esta manera se ha cuantificado el grado de confianza que ofrece el nuevo modelo para obtener conclusiones acerca del comportamiento de los suelos granulares. Después se ha realizado un modelo simplificado de la rotura de la Presa Baja de San Fernando, como resultado del que se obtiene con mucha precisión el lugar donde se inició la rotura y el instante en que ésta se produjo. Para finalizar la tesis, se aplica el modelo numérico desarrollado a algunos problemas prácticos para obtener conclusiones de comportamiento. Estos problemas son de diversa índole, y representan tanto situaciones en campo libre como en laboratorio. De la aplicación al comportamiento de geoestructuras se identifican algunas tipologías de fallo por licuefacción, así como algunas soluciones paliativas óptimas que se presentan como recomendaciones de diseño en zona sísmica.