Modelación física del efecto de la succión en la estabilidad de taludes en suelo fino

Abstract

En los últimos años se han estudiado diversas formas de cuantificar la resistencia al corte de los suelos parcialmente saturados, sin embargo, debido a los altos costos de la instrumentación y a su gran variabilidad en campo no ha sido posible aplicarla en los diseños geotécnicos. En consecuencia, los diseños actuales se han basado en la mecánica de suelos saturados, no obstante, en los últimos 30 años se han desarrollado ecuaciones teóricas en la cual se incorpora el aporte de la succión a la resistencia al corte del suelo. Durante la última década, se han realizado investigaciones del efecto de la succión en diferentes aspectos geotécnicos, específicamente en la estabilidad de taludes de suelos arenosos, las más recientes han sido desarrolladas por Higo et al. (2015), Chen et al (2018), Matziaris et al. (2017) y Anbese & Juneja (2018). Sin embargo, se han realizado pocas investigaciones para suelos finos, por lo tanto, en el presente trabajo se investigará el efecto de la succión en la estabilidad de taludes los suelos finos usando la centrifuga geotécnica de la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito. En el presente trabajo de grado se realizó inicialmente una revisión teórica de las formulaciones existentes para evaluar la resistencia a corte para suelos parcialmente saturados, así mismo se investigaron las diferentes metodologías que existen para evaluar la succión y los parámetros de resistencia. Posteriormente, se elaboró una caracterización del material de estudio, la cual se realizó con las especificaciones del INVIAS 2013. Una vez caracterizado el material, se efectuaron las modelaciones físicas en la centrifuga geotécnica en la cual se incorpora una nueva metodología de modelación de taludes de suelo fino para diferentes contenidos de humedad. Inicialmente se realizaron tres modelos saturados a los cuales se les evalúo los desplazamientos en la falla, posteriormente se elaboró siete modelos físicos en los cuales los contenidos de humedad utilizados en los modelos rondan valores entre 58 y 80%, donde también se evaluaron los desplazamientos que ocurrieron después del ensayo en la centrifuga geotécnica y se compararon con los modelos saturados. Finalmente, se realizó una modelación numérica utilizando los softwares de Slide y Phase2 con el fin de relacionar los resultados obtenidos físicamente con las modelaciones numéricas. Se comprobó que el cambio de humedad en los taludes de suelo disminuye drásticamente los desplazamientos en la falla, y se evidencio que la modelación numérica en términos de esfuerzos totales es la más aproximada a lo observado en la modelación física en centrifuga geotécnica

In recent years, various ways of quantifying the shear strength of partially saturated soils have been studied; however, due to the high costs of instrumentation and its significant variability in the field, it has not been possible to apply it in geotechnical designs. Consequently, current designs have been grounded on the mechanics of saturated soils; however, in the last 30 years, theoretical equations have been developed in which the contribution of suction to the shear strength of the ground is incorporated. During the last decade, investigations of the effect of suction on different geotechnical aspects, specifically on slope stability of sandy soils, have been carried out, most recently by Higo et al. (2015), Chen et al. (2018), Matziaris et al. (2017) and Anbese & Juneja (2018). However, little research has been conducted for fine soils; therefore, in the present work the effect of suction on slope stability of fine soils will be investigated using the geotechnical centrifuge of the Colombian School of Engineering Julio Garavito. In the present work, a theoretical review of the existing formulations to evaluate the shear strength of partially saturated soils was carried out, as well as an investigation of the different methodologies that exist to assess the suction and strength parameters. Subsequently, a characterization of the study material was carried out, which was performed according to the INVIAS 2013 specifications. Once the material has been characterized, physical modeling is carried out in the geotechnical centrifuge, which incorporates a new methodology for modeling fine soil slopes for different moisture contents. Initially, three saturated models were made to which the displacements in the failure were evaluated. Subsequently, seven physical models were elaborated in which the moisture contents used in the models ranged between 58 and 80%, where the displacements that occurred after the test in the geotechnical centrifuge were evaluated and compared with the saturated models. Finally, numerical modeling was carried out using Slide and Phase2 software to relate the physically obtained results to the numerical modeling. It was found that the change of moisture in the soil slopes drastically decreases the displacements in the failure, and it was evidenced that the numerical modeling in terms of total stresses is the closest to that observed in the physical modeling in a geotechnical centrifuge.