RESUM

Aquesta tesi se centra en les estructures de sòl reforçat amb elements de reforç polimèrics (o geosintètics). Aquests materials es caracteritzen per un comportament dependent de la velocitat de càrrega, és a dir, el temps, la càrrega, la temperatura i, en certa mesura, la humitat, influeixen en la seva resposta mecànica. Segons la ubicació geogràfica de l’estructura, les condicions ambientals i subterrànies poden variar considerablement pel que fa a la temperatura i al contingut d’humitat. A més, el context actual de canvi climàtic —que previsiblement s’agreujarà amb el temps— ha evidenciat canvis dràstics en els patrons climàtics locals i globals, fet que posa de manifest la necessitat de comprendre millor com responen les estructures de sòl reforçat davant aquestes condicions canviants. S’han dut a terme simulacions numèriques acoblades (termo-hidràuliques) per analitzar com el clima atmosfèric influeix en les condicions internes del sòl reforçat, concretament en la temperatura, el contingut d’humitat i el grau de saturació. Els resultats permeten entendre millor la resposta del sòl davant variacions atmosfèriques i constitueixen una base valuosa per a futurs models acoblats.

S’han realitzat assaigs d’extracció amb reforços de polièster en forma de corretges per estudiar l’efecte de la temperatura del sòl en la interacció sòl-reforç (és a dir, la resistència a l’extracció i els factors d’interacció per fricció). Igualment, s’han analitzat diferents geometries, pressions verticals i tècniques d’instal·lació per avaluar la resposta global a l’extracció de les corretges, els possibles danys derivats dels desplaçaments i les seves conseqüències a llarg termini, així com la rigidesa i extensibilitat del reforç. Els resultats són útils tant en l’àmbit pràctic com en el de la recerca, ja que permeten determinar el factor d’interacció sòl-reforç en una gran varietat de condicions i comprendre millor com influeix la temperatura en el comportament mecànic del polièster.

Els materials polimèrics pateixen deformacions a llarg termini quan se sotmeten a càrregues constants. Aquest fenomen, conegut com a fluència, depèn del nivell de càrrega i de les condicions tèrmiques. Els models analítics i numèrics solen basar-se en la selecció d’un únic valor de rigidesa per determinar la resposta del material polimèric. Aquesta elecció no és trivial, ja que depèn del temps, la càrrega i la temperatura. Amb l’objectiu d’oferir una eina numèrica per simular la resposta a llarg termini de les estructures de sòl reforçat, s’ha desenvolupat un model constitutiu viscoplàstic acoblat, amb dependències de temperatura, càrrega i humitat relativa. Els paràmetres del model s’han calibrat a partir d’un ampli conjunt de corbes mestres de fluència obtingudes en laboratori, i posteriorment s’han implementat en un programari d’elements finits.

Els materials polimèrics ofereixen solucions versàtils en els àmbits de l’enginyeria civil, minera i geotècnica. Un dels seus principals avantatges és el menor impacte ambiental, derivat de la reducció en l’ús de materials granulars i en els esforços de transport associats. Aquesta tesi va més enllà de l’anàlisi de l’impacte ambiental i aborda l’avaluació de la sostenibilitat de murs de sòl reforçat. Per a això, s’han analitzat diferents elements de revestiment i alternatives de farciment. Les avaluacions contemplen requisits ambientals, socials/funcionals i econòmics. Per als aspectes ambientals i econòmics s’ha aplicat un enfocament probabilístic. Els resultats, basats en escenaris idealitzats, permeten evidenciar els avantatges i/o inconvenients de les diferents alternatives per a murs de sòl reforçat amb revestiments rígids. Finalment, el procediment i els resultats serveixen com a exemple i punt de partida per a futures avaluacions de sostenibilitat, que es preveu que seran determinants en els projectes d’infraestructures dels propers anys.

Directors de tesi

• Prof. Ivan Puig Damians
• Prof. Sebastià Olivella Pastalle

DOCTORAND

El Sr. Aníbal Andrés Moncada Ramírez és investigador al grup de recerca en Geomecànica i Hidrogeologia del CIMNE.