Tesis doctoral de Anna Ramon Tarragona
Las formaciones geológicas que contienen sulfatos están asociadas tradicionalmente al desarrollo de expansiones severas cuando son atravesadas por túneles. La intensidad del comportamiento expansivo observado en estos materiales es mayor que en otras rocas y suelos expansivos libres de sulfatos. El hinchamiento asociado a formaciones sulfatadas también puede ocurrir en el macizo rocoso aunque no se excave un túnel, y también en rellenos construidos con material compactado procedente de excavaciones en rocas sulfatadas. En la mayoría de casos la funcionalidad y estabilidad de las obras de ingeniería se ven afectadas. La predicción de deformaciones y presiones de hinchamiento en formaciones sulfatadas es una tarea difícil. En este sentido, la tesis analiza y describe los mecanismos y las condiciones que conducen a expansiones en rocas sulfatadas, a través de la investigación detallada de tres casos excepcionales de daño debido a expansiones que involucran formaciones sulfatadas en españa. el túnel de lilla, el primer caso analizado, se excavó en arcillita anhidrítica. El desarrollo de expansiones condujo a un levantamiento severo de la solera y a presiones contra el revestimiento muy altas. El segundo caso, un puente cimentado en pilotes en una arcillita anhidrítica, el viaducto de pont de candí, experimentó un levantamiento inesperado de los pilares centrales debido al desarrollo de hinchamientos por debajo de las cimentaciones profundas. En el tercer caso, los terraplenes de acceso a otro puente, los terraplenes de pallaressos, experimentaron una expansión volumétrica muy significativa y el puente resultó comprimido axialmente y dañado. los mecanismos que conducen al hinchamiento en túneles en rocas sulfatadas se han descrito en la literatura; sin embargo, se propone una interpretación alternativa. La precipitación de cristales de yeso en discontinuidades de la roca explica el desarrollo de fenómenos de expansión en los dos primeros casos. La presencia de anhidrita juega un papel central en el fenómeno expansivo porque su disolución conduce a condiciones de sobresaturación del agua del macizo en sulfato cálcico respecto el yeso, que resulta en la precipitación de yeso. Se cree que el proceso de precipitación de yeso en discontinuidades actúa como gatos locales generando deformaciones. La presión máxima ejercida por crecimiento de cristales se ha estimado desde un punto de vista termodinámico. las expansiones en el tercer caso son el resultado del crecimiento masivo de los minerales de etringita y thaumasita en terraplenes estabilizados con cemento portland debido al ataque sulfático a los materiales cementantes. Ensayos mineralógicos y la simulación de las reacciones químicas involucradas en el ataque sulfático han mostrado que las expansiones en este tipo de terraplenes continuarían durante un periodo de tiempo largo, debido a la disponibilidad de los componentes necesarios para la formación de etringita y thaumasita. Un modelo de elementos finitos del hinchamiento del terraplén ha mostrado que estas expansiones pueden generar presiones muy altas contra estructuras rígidas. se ha desarrollado un modelo acoplado hidro-mecánico y químico formulado en medio poroso para simular expansiones volumétricas explicadas por la precipitación de yeso. El modelo es consistente con observaciones de campo y laboratorio y describe la cinética de la precipitación y disolución, el transporte de soluto y el desarrollo de deformaciones inducidas por cristalización. El modelo se ha aplicado para interpretar y simular el levantamiento experimentado por el viaducto. La capacidad de modelación se ha verificado frente a las medidas de levantamiento del viaducto en el tiempo y también, frente a la respuesta de las cimentaciones a la construcción de un terraplén en superficie para contrarrestar el hinchamiento
Datos académicos de la tesis doctoral «Expansion mechanisms in sulphated rocks and soils«
- Título de la tesis: Expansion mechanisms in sulphated rocks and soils
- Autor: Anna Ramon Tarragona
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 27/10/2014
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Eduardo Alonso Pérez De ágreda
- Tribunal
- Presidente del tribunal: sebastií Olivella pastallé
- giovanni Barla (vocal)
- (vocal)
- (vocal)