Simulación y Análisis numérico de suelos colapsables

Los suelos colapsables son medios porosos problemáticos que sobre humedecimiento sufren deformaciones volumétricas de contracción que pueden llevar a la inestabilidad de taludes, al colapso de cimentaciones y consecuentemente, a la falla de estructuras. Una forma de analizar estos suelos es a través de ensayos de laboratorio, utilizando edómetros o equipos triaxiales especiales para medición de esfuerzos, humedad y succión. En la literatura, existen varios trabajos publicados considerando el potencial de colapso de un suelo colapsable en laboratorio y campo. Sin embargo, los equipos necesarios son difíciles de ser montados y los ensayos en general son bastante complicados de ser realizados. Además, los resultados también pueden ser difíciles de ser interpretados llevando con consideración un enfoque basado en los esfuerzos totales, diferentemente de la mecánica de suelos convencional basada en los esfuerzos efectivos. Una alternativa es el uso de análisis numéricos para modelar o comportamiento de solos no saturados. En este proyecto se propone la implementación de un código de una rutina programable y de un modelo constitutivo computacional numérico para suelos colapsable, que es enfocado en esfuerzos efectivos para suelos no saturados para el análisis del potencial de colapso.

El colapso de suelos y cimentaciones es un fenómeno bien conocido en la geotecnia, presentándose en algunos suelos no saturados cuya estructura metaestable admite una deformación abrupta del suelo cuando este es humedecido, mismo sin que haya un aumento significativo de los esfuerzos actuantes. Estos suelos son abundantes en muchas partes del mundo, particularmente en regiones localizadas en zonas áridas con periodos prolongados de sequias con alternancia de lluvias. Se han detectado suelos colapsables en Europa, Sudáfrica, Asia, Norteamérica y Sudamérica. En el Perú, algunos estudios también han sido realizados en los suelos de Pisco, La Joya, Lambayeque y recientemente en Ventanilla, entre otros numerosos lugares de la costa árida y también de la selva. En la mayoría de los casos, los problemas de colapso ocurrieron en suelos que presentaban características en común, como por ejemplo una relación de vacíos relativamente alta (o densidad baja) y un grado de saturación reducido. Algunos estudios realizados en laboratorio y campo señalan que la compactación del suelo puede disminuir la susceptibilidad al colapso de un suelo. Por otro lado, esa susceptibilidad puede ser incrementada cuando el grado de saturación del suelo antes del humedecimiento es muy bajo. De cualquier forma, los resultados obtenidos siempre son analizados por medio de dos variables de esfuerzo tradicionalmente utilizadas en suelos no saturados: el esfuerzo neto y la succión. El problema es que el uso de estas variables no permite una apropiada interpretación de resultados, particularmente en la transición entre las condiciones no saturada y saturada. Esta dificultad ha llevado a diferentes interpretaciones sin algún consenso para el análisis del potencial de colapso de suelos.