RESUMEN
Esta tesis se centra en las estructuras de suelo reforzado con elementos de refuerzo poliméricos (o geosintéticos). Estos materiales se caracterizan por un comportamiento dependiente de la velocidad de carga, es decir, el tiempo, la carga, la temperatura y, en cierta medida, la humedad influyen en su respuesta mecánica. Según la ubicación geográfica de la estructura, las condiciones tanto en el aire como en el suelo pueden variar considerablemente en cuanto a temperatura y contenido de humedad. Además, el actual contexto de cambio climático —que previsiblemente se agravará con el tiempo— ha evidenciado alteraciones drásticas en los patrones climáticos locales y globales, lo que subraya la necesidad de comprender mejor cómo responden las estructuras de suelo reforzado ante estas condiciones cambiantes. Se realizaron simulaciones numéricas acopladas (termo-hidráulicas) para analizar cómo el clima atmosférico influye en las condiciones internas del suelo reforzado, concretamente en la temperatura, el contenido de humedad y el grado de saturación. Los resultados permiten entender mejor la respuesta del suelo ante variaciones atmosféricas, y constituyen una base valiosa para futuros modelos acoplados.
Se llevaron a cabo ensayos de arranque utilizando refuerzos de poliéster en forma de correas, con el objetivo de estudiar el efecto de la temperatura del suelo en la interacción suelo-refuerzo (es decir, la resistencia al arranque y los factores de fricción). Asimismo, se evaluaron distintas geometrías, presiones verticales y técnicas de instalación para analizar la respuesta global al arranque de las correas, los posibles daños derivados de los desplazamientos y sus consecuencias a largo plazo, así como la rigidez y extensibilidad del refuerzo. Los resultados son útiles tanto en aplicaciones prácticas como en investigación, ya que permiten determinar el factor de interacción suelo-refuerzo en una amplia variedad de condiciones y comprender mejor cómo influye la temperatura en el comportamiento mecánico del poliéster.
Los materiales poliméricos sufren deformaciones a largo plazo cuando se someten a cargas constantes. Este fenómeno, conocido como fluencia, depende del nivel de carga y de las condiciones térmicas. Los modelos analíticos y numéricos suelen basarse en la elección de un único valor de rigidez para determinar la respuesta del material polimérico. Esta elección no es trivial, ya que depende del tiempo, la carga y la temperatura. Con el objetivo de ofrecer una herramienta numérica que permita simular la respuesta a largo plazo de estructuras de suelo reforzado, se desarrolló un modelo constitutivo viscoplástico acoplado, con dependencias de temperatura, carga y humedad relativa. Los parámetros del modelo se calibraron a partir de un amplio conjunto de curvas maestras de fluencia obtenidas en laboratorio, y posteriormente se implementaron en un software de elementos finitos.
Los materiales poliméricos ofrecen soluciones versátiles en los ámbitos de la ingeniería civil, minera y geotécnica. Una de sus principales ventajas es su menor impacto ambiental, derivado de la reducción en el uso de materiales granulares y en los esfuerzos de transporte asociados. Esta tesis va más allá del análisis del impacto ambiental y aborda la evaluación de la sostenibilidad de muros de suelo reforzado. Para ello, se analizaron distintos elementos de revestimiento y alternativas de relleno. Las evaluaciones contemplan requisitos ambientales, sociales/funcionales y económicos. Para los aspectos ambientales y económicos se aplicó un enfoque probabilístico. Los resultados, basados en escenarios idealizados, permiten evidenciar las ventajas y/o desventajas de las distintas alternativas para muros de suelo reforzado con revestimientos rígidos. Finalmente, el procedimiento y los resultados sirven como ejemplo y punto de partida para futuras evaluaciones de sostenibilidad, que se prevé serán determinantes en los proyectos de infraestructuras venideros.
Directores de tesis
- Prof. Ivan Puig Damians
- Prof. Sebastià Olivella Pastalle
DOCTORANDO
El Sr. Aníbal Andrés Moncada Ramírez es investigador en el grupo de Geomecánica e Hidrogeología del CIMNE.