Congelación artificial de dos suelos naturales. Un enfoque experimental con desarrollo de equipo

Abstract

[ANGLÈS] The artificial freezing of natural soils is an established practice to perform geotechnical works under the increased stiffness and the minor permeability of the frozen ground. This technique involves a low environmental impact, because emulates natural processes, but has a high implementation cost. Recently it has been used in the construction of the subway in Naples, where the application of the technique has incurred the occurrence of higher settlements during the freezing process. Given this practical evidence, it is essential to know from a more fundamental point of view and with laboratory tests, coupled phenomena and multiscale that could be affecting the response of certain soils susceptible to be affected by freezing. Within this experimental framework is developed this master thesis, for which purpose have been designed and developed two oedometer cells to subdue a ground to a freezing and thawing cycle with loading control. We used two natural soils (undisturbed samples) involved in the construction of the subway in Naples (pyroclastic soil/shallower pozzolana and tuff below 20 m) which have been extracted by Tecno-in SpA (Naples) in the Piazza Municipio of Naples. The study performed in the thesis also covers the following aspects: a) characterization (macro and microstructure) of the two natural soils; b) calibration of the experimental mounting with correction for expansion/contraction of the equipment; c) realization of testing (for the two materials) at two different vertical tensions; and d) presentation of the results and preliminary interpretation thereof. The experimental results have evidenced the development of a contraction of the material during the thawing process, consonant with the practical evidence, that it is more important in the shallower material of the two natural soils involved in the construction of the subway in Naples (pozzolana and tuff).

[CASTELLÀ] La congelación artificial de suelos naturales es una práctica establecida para realizar obras geotécnicas al amparo de la mayor rigidez y menor permeabilidad del suelo congelado. Es una técnica que implica un bajo impacto ambiental, pues emula procesos naturales, pero tiene un coste de ejecución elevado. Recientemente se ha utilizado en la construcción del metro de Nápoles, donde la aplicación de la técnica ha incurrido en la ocurrencia de asientos elevados durante el proceso de congelación. Ante esta evidencia práctica, se hace imprescindible conocer desde un punto de vista más fundamental y con ensayos de laboratorio los fenómenos acoplados y de multi-escala que pudieran estar afectando a la respuesta de ciertos suelos susceptibles de ser afectados por la congelación. Dentro de este marco experimental se desarrolla la presente tesina de máster, para lo cual se han diseñado y puesto a punto dos células edométricas para someter un suelo a un ciclo de congelación y descongelación ante carga controlada. Se han utilizado dos suelos naturales (muestras inalteradas) implicados en la construcción del metro de Nápoles (suelo piroclástico/puzolana más superficial y toba por debajo de los 20 m), que han sido extraídas por Tecno-in SpA (Nápoles) en la plaza Municipio de Nápoles. El estudio realizado en la tesina además abarca los siguientes aspectos: a) caracterización (macro y microestructural) de los dos suelos naturales; b) calibración del montaje experimental con corrección por dilatación/contracción del equipo; c) realización de ensayos (sobre los dos materiales) a dos tensiones verticales diferentes; y d) presentación de los resultados e interpretación preliminar de los mismos. Los resultados experimentales han evidenciado el desarrollo de una contracción del material durante el proceso de descongelación, cónsono con la evidencia práctica, que es más importante en el material más superficial de los dos suelos naturales implicados en la construcción del metro de Nápoles (puzolana y toba).