Análisis de la anisotropía, de las propiedades expansivas, deformabilidad, permeabilidad y microestructura de las arcillas azules del Guadalquivir

Abstract

Los materiales que trata este trabajo son las Arcillas Azules del Guadalquivir, son arcillas sobreconsolidadas y plásticas, que entran en el grupo de suelos cohesivos de alta plasticidad y expansividad, y son conocidas por su problemática en obra civil, provocando riesgos de deslizamiento y rotura de taludes, así como problemas de hundimiento, colapso y deslizamientos profundos. En ella, se han hecho numerosos estudios y en todos ellos se pone de manifiesto su comportamiento geotécnico variable y anisótropo a pesar de ser consideradas, a priori, como un material litológicamente homogéneo en cuanto a su litología, composición mineralógica y su estructura en general. No obstante, estudios más detallados de estas arcillas han demostrado que presentan una fuerte heterogeneidad estructural en su matriz con frecuente presencia de discontinuidades y de elementos microestructurales que hace que estos materiales tengan comportamientos muy diversos en la naturaleza y en ocasiones son complicados para asociarlos con determinadas características comunes de la formación. Estos problemas geotécnicos, especialmente el carácter expansivo y la alta alterabilidad, son latentes también, cuando estos materiales se emplean como materiales de construcción en distintas obras de tierra. En este último los elementos que controlan la heterogeneidad de los parámetros puede estar relacionado con las pequeñas discontinuidades, las orientaciones locales y los paquetes o agregados de las arcillas que se desarrollan durante la compactación. La investigación realizada para este trabajo de máster de ingeniería geológica de la UCM está fundamentalmente enfocada a obtener datos que nos permitan hacer un estudio comparativo de la variación de determinados parámetros geotécnicos (deformabilidad, permeabilidad, compresibilidad), en función de la orientación (vertical y horizontal), tanto en muestras en estado natural como en muestras compactadas con distintas humedades iniciales. Con ello, se espera obtener unos resultados que permitan encontrar las posibles anisotropías de los parámetros que se deben de tener en cuenta en la realización de cualquier tipo de obra. La primera fase del trabajo ha sido recopilar y estudiar las numerosas publicaciones existentes sobre estos materiales y su comportamiento general. Posteriormente se ha obtenido material de un sondeo realizado en la provincia de Jaén para la realización de los ensayos de laboratorio, escogiéndose el material entre 1-3 metros de profundidad que se corresponde con la zona donde dichas arcillas presentan un mayor grado de alteración con el fin de estudiar el caso más desfavorable y en muestras compactadas con distintas humedades tanto del lado seco como del lado húmedo de la humedad óptima para así establecer la influencia de la humedad (microestructura desarrollada) en el grado de anisotropía de los parámetros estudiados.

The materials dealt with in this work are the Guadalquivir Blue Clays, which are overconsolidated and plastic clays that belong to the group of cohesive soils of high plasticity and expansivity, and are known for their problems in civil works, causing risks of landslides and slope failure, as well as problems of subsidence, collapse and deep landslides. Numerous studies have been carried out on them, all of which reveal their variable and anisotropic geotechnical behaviour, despite their being considered, a priori, as a lithologically homogeneous material in terms of their lithology, mineralogical composition and general structure. However, more detailed studies of these clays have shown that they present a strong structural heterogeneity in their matrix with frequent presence of discontinuities and microstructural elements that make these materials behave very differently in nature and are sometimes difficult to associate with certain common characteristics of the formation. These geotechnical problems, especially the expansive character and the high alterability, are also latent when these materials are used as construction materials in different earthworks. In the latter, the elements that control the heterogeneity of the parameters may be related to the small discontinuities, local orientations and the packets or aggregates of clays that develop during compaction. The research carried out for this master's degree in geological engineering at the UCM is fundamentally focused on obtaining data that will allow us to make a comparative study of the variation of certain geotechnical parameters (deformability, permeability, compressibility), depending on the orientation (vertical and horizontal), both in samples in their natural state and in compacted samples with different initial moisture content. With this, we hope to obtain results that will allow us to find the possible anisotropies of the parameters that must be taken into account in the execution of any type of work. The first phase of the work has been to compile and study the numerous existing publications on these materials and their general behaviour. Subsequently, material was obtained from a borehole in the province of Jaen to carry out laboratory tests. Material was chosen from a depth of 1-3 meters, which corresponds to the area where these clays present a greater degree of alteration, in order to study the most unfavorable case and in compacted samples with different humidities on both the dry and wet sides of the optimum humidity in order to establish the influence of humidity (developed microstructure) on the degree of anisotropy of the parameters studied.