Comportamiento hidráulico y mecánica de materiales compuestos con suelos de Córdoba

Abstract

Las mezclas de suelo limoso local con adición de bentonita han sido propuestas por numerosos autores como un material adecuado desde un punto de vista hidráulico para la construcción del sistema de barreras en rellenos sanitarios. Sin embargo, como cualquier material ingenieril dichas mezclas se encuentran sometidas a elevadas presiones verticales como resultado de la disposición diaria de residuos en un vertedero y por lo tanto los crecientes esfuerzos de corte deben ser evaluados para garantizar la estabilidad y seguridad del sistema. Este trabajo de investigación propone el estudio hidráulico y mecánico de suelo limoso local mejorado mediante densificación y agregado de bentonita con énfasis en investigar el rendimiento hidráulico de mezclas sometidas a carga incremental para hallar una función matemática simple que estime la tendencia de comportamiento. Para lograr el propósito, se diseñó y desarrolló un programa experimental incluyendo la ejecución de ensayos de caracterización de las mezclas, ensayos de permeabilidad a pared rígida y a pared flexible mediante el empleo de un permeámetro, ensayos de capilaridad, infiltración sobre terraplenes de prueba construidos en campo mediante el empleo de anillos concéntricos, ensayos de compresión simple y ensayos de compresión confinada e infiltración en edómetros convencionales. Las curvas de infiltración fueron identificadas y simuladas mediante ecuaciones simples. La conductividad hidráulica saturada fue modelada considerando diferentes propuestas entre ellas la reconocida ecuación de Kozeny-Carman. En general, los resultados mostraron cambios en las propiedades y parámetros del suelo limoso local debido a la densificación y adición de bentonita, tales como una mayor plasticidad, menor conductividad hidráulica; mayor resistencia mecánica y mayor cohesión. Las imágenes de alta definición mostraron mayor densificación de la matriz de suelo lo que sugiere que la bentonita provoca un aumentó en el número de contacto entre partículas lo que genera una mejora desde el punto de vista mecánico. El rango óptimo de bentonita (COB) para ser incorporado al suelo limoso local, con el fin de mejorar no solo sus propiedades hidráulicas y mecánicas sino también garantizar la estabilidad del sistema; se encuentra entre 3-6%. Finalmente, la conclusión de esta tesis es que es factible utilizar suelos limosos con adición de bentonita para fines de sellado, siempre que se tengan en cuenta criterios geotécnicos como la resistencia, permeabilidad y un método de compactación adecuado.

Silt- bentonite mixtures have been proposed as a suitable material from a hydraulic point of view for the construction of the barrier system in sanitary landfills. However, such as any other engineering material these mixtures are subjected to high vertical pressures as a result of daily disposal municipal solid waste in a landfill and therefore increasing shear stresses must be evaluated to ensure stability and safety of the system. This research proposes the hydraulic and mechanical study of local silt improved by densification and aggregate of bentonite, with emphasis on investigating the hydraulic performance of mixtures subjected to incremental load in order to find a simple mathematical function that estimates the behavior trend. So that the purpose be achieved, an experimental program was designed and developed including mixtures characterization tests, rigid wall and flexible wall permeability tests, capillary tests, infiltration tests on embankments using concentric rings and unconfined compression tests. The couple hydraulic and mechanical behavior was studied considering the results of oedometric and infiltration tests carried out on saturated silt –bentonite mixtures throughout under different vertical pressure. Infiltration curves were identified and simulated through simple equations. Saturated hydraulic conductivity was simulated considering different models including the recognized Kozeny-Carman equation. In general, results have showed some properties and parameters changes in local silty soils because of the densification and bentonite addition such as increased plasticity, lower hydraulic conductivity; higher mechanical resistance and higher cohesion. High-definition images showed greater densification of the soil matrix which suggests that bentonite causes an increase in the number of contact between particles which generates a mechanical improvement. The optimal range of bentonite (COB) to be incorporated into the local silty soil, in order to improve not only its hydraulic and mechanical properties but also guarantee the stability of the system; it is between 3-6%. Finally, the conclusion of this thesis is that it is feasible to use silty soils with the addition of bentonite for sealing purposes, provided that geotechnical criteria such as resistance, permeability and a suitable compaction method are taken into account.