Análisis del comportamiento tenso-deformacional de arcillas terciarias sobreconsolidadas en el entorno del Campo de Gibraltar

Resumen

Bajo el término Flysch, se engloban un conjunto de depósitos sedimentarios compuestos por alternancias más o menos rítmicas de materiales rocosos (areniscas, margas margocalizas, etc.) con materiales arcillosos menos competentes. Estos materiales están presentes en numerosos puntos del planeta, siempre asociados a procesos orogénicos. Desde el punto de vista geotécnico, los materiales de tipo Flysch presenta una elevada dificultad a la hora de ser muestreados. Por lo general, incluso los materiales arcillosos del Flysch suelen presentar comportamientos intermedios entre rocas blandas y suelos muy firmes, lo que les confiere suficiente resistencia como para complicar su muestreo mediante los toma-muestras convencionales. Por ello, es necesario recurrir a técnicas más complejas para conseguir muestreos sobre este tipo de terrenos y este es uno de los motivos por lo que son materiales que, por lo general, están poco estudiados. Este tipo de materiales están presentes en un buen número de infraestructuras terrestres y marítimas, las cuales frecuentemente quedan condicionadas por la especial naturaleza de estos materiales (Manzano et al. 2020). Deslizamientos de ladera, problemas asociados a estabilidad de las cimentaciones o problemas de estabilidad en la excavación de túneles son algunos de los problemas geotécnicos que con frecuencia se detectan en este tipo de materiales. En la presente tesis, se ha realizado una detallada caracterización física, química y mineralógica de los materiales arcillosos del Complejo del Campo de Gibraltar (Sur de España). Desde el punto de vista granulométrico, esto materiales han demostrado poseer un elevado porcentaje de finos (69,92 % de media), aunque en su mayoría presentan un cierto contenido en gruesos debido en realidad a la dificultad para dispersar los agregados arcillosos. Respecto a la plasticidad, las muestras analizadas muestran un valor medio del límite líquido de 38.2 con un índice de plasticidad medio de 17.5. En cuanto al contenido de humedad natural, las muestras analizadas presentan valores medios por debajo del límite plástico (humedad media = 15.7%). Todo esto hace que los suelos analizados se clasifiquen en su mayoría como arcillas inorgánicas de baja plasticidad (Manzano et al. 2022). Además, se han realizado ensayos de difracción de rayos X para establecer la mineralogía presente en las muestras. En estos ensayos, el principal mineral presente en todos los casos es el cuarzo, seguido de un porcentaje importante de illita. El clinocloro también aparece de manera generalizada como un mineral principal, mientras que tanto calcita como dolomita aparecen en menor medida. Como mineralogía accesoria de este tipo de arcillas aparecen minerales como la Beidelita, paligorskita, fluorapatito, chamosita y nontronita. Desde un punto de vista estrictamente químico, las muestras analizadas presentaron contenidos en sulfatos y sales solubles bajos, mientras que apenas presentaban materia orgánica. Por último, el contenido medio en carbonatos es del 5 % aunque con diferencias significativas entre diferentes muestras. Además de identificar y estudiar la composición del suelo, se han realizado ensayos conducentes a conocer sus propiedades resistentes. Para ello, se han realizado ensayos triaxiales (de tipo CU y CD), además de ensayos edométricos. A partir de estos ensayos se han extraído los valores característicos para cada una de las muestras de manera que éstas pudiesen representarse según tres modelos constitutivos diferentes, a saber: Modelo Mohr Coulomb, Modelo Cam Clay Modificado y modelo Hardening Soil. A partir de los ensayos realizados se ha comprobado que las muestras muestran un comportamiento hiperbólico bajo condiciones triaxiales con un cierto endurecimiento progresivo conforme aumenta la deformación. Por otro lado, se han realizado modelos mediante elementos finitos de los propios ensayos triaxiales de manera que se comprobase la bondad del ajuste para cada uno de los modelos establecidos. En todas las modelizaciones realizadas, se comprueba que el modelo Hardening Soil es el que se ajusta con más precisión a los datos reales de ensayo, siendo este ajuste sensiblemente mejor para deformaciones unitarias bajas. Los modelos Cam Clay y Mohr Coulomb no mostraron ajustes razonables más que en la primera parte del comportamiento elástico. En la parte final de la tesis, se ha realizado un análisis mediante elementos finitos de un ensayo real de carga estática axial sobre un micropilote. Los resultados obtenidos en este ensayo se han comparado con los resultados arrojados para este modelo, observándose cómo el mejor ajuste se obtiene cuando se modeliza el terreno con un modelo constitutivo de tipo Hardening soil, siendo las diferencias entre el modelo y los datos reales del ensayo (del orden del 3 %).