El comportamiento de escolleras y gravas ha sido ampliamente estudiado debido al
gran número de aplicaciones de estos materiales en ingeniería civil. Las escolleras
experimentan una deformación de colapso bajo carga constante cuando son
inundadas. Esta deformación es el resultado de la rotura de partículas. La aceleración
de la rotura de partículas y la propagación de fracturas en el interior de las partículas
son los principales fenómenos relacionados con la influencia de la succión en
escolleras. Oldecop y Alonso (2001) propusieron un modelo constitutivo elastoplástico
para describir el comportamiento de las escolleras en el cual se incluye el efecto de la
humedad relativa. Los parámetros que describen el modelo tienen sentido físico y se
pueden calcular a partir de ensayos edométricos básicos. Desde entonces, se han
desarrollado numerosas investigaciones sobre la compresibilidad de escolleras en el
Departamento de Ingeniería del Terreno de la UPC.
El objetivo principal de la presente tesina es estudiar experimentalmente el efecto de
recubrimientos hidrófobos en gravas en la rotura de partículas y, como consecuencia,
su contribución en la compresibilidad y en el colapso bajo carga y saturación de la
escollera. Con este fin se ha estudiado la teoría básica y los mecanismos que
aparecen en materiales hidrófobos. El estado del arte recopila los tratamientos ya
existentes disponibles en la literatura.
En el trabajo experimental se ha propuesto un tratamiento hidrófobo a base de
Dimethyldiclorosilano (DMDCS) para recubrir las gravas de pizarras del río Pancrudo.
La hidrofobicidad de las partículas finales recubiertas ha sido verificada obteniendo
ángulos de contacto de ≈100º.
La campaña de ensayos está constituida principalmente por dos tipos de ensayo con
el objetivo de evaluar la eficacia de las gravas hidrófobas. En primer lugar, se han
realizado diversos ensayos de compresión uniaxial de una partícula irregular de roca
entre dos placas de acero para reproducir las fuerzas que aparecen en los contactos
de una partícula individual. A continuación, el comportamiento global de la estructura
se ha estudiado mediante ensayos edométricos usando células Rowe de 150 mm de
diámetro. El conjunto de ensayos se llevó a cabo en pizarras cuarcíticas obtenidas por
machaqueo manual con diámetros comprendidos entre 20 mm y 30 mm. La mitad de
las muestras fueron tratadas con el tratamiento a base de DMDCS para poder
comparar resultados. Las condiciones de carga y succión, así como el proceso
seguido fueron exactamente idénticos durante toda la campaña de ensayos.
Los resultados de los ensayos edométricos han sido modelizados numéricamente con
el modelo constitutivo elastoplástico propuesto por Oldecop y Alonso (2001). Los
valores de los parámetros obtenidos experimentalmente, para las gravas hidrofóbicas
y para el material natural, permiten cuantificar la contribución del recubrimiento
hidrófobo en escolleras.
A nivel individual de las partículas, el tratamiento es eficaz. Con el recubrimiento a
base de DMDCS, se consigue que las partículas en condiciones mojadas alcancen la
misma resistencia a compresión uniaxial que en condiciones secas. En el estudio de
las estructuras de escollera, una observación favorable fue la reducción de la deformación de colapso en un 50%. Sin embargo, las deformaciones finales fueron del
mismo orden de magnitud tanto en el material tratado como en el material natural. Este
hecho se debe al carácter superficial del tratamiento. Una vez se rompe por primera
vez la partícula, el recubrimiento hidrófobo deja de ser continuo y la estructura vuelve
a ser vulnerable frente al agua. Además, también se observó un aumento de la
compresibilidad en condiciones secas. Teóricamente, si no se introduce la humedad
relativa en la ecuación, el comportamiento del material tratado y natural debería
coincidir. Se piensa que este fenómeno podría ser consecuencia de los
procedimientos seguidos en el tratamiento. Para obtener el recubrimiento hidrófobo es
necesario sumergir la muestra en una mezcla de DMDCS y agua. Se sospecha que el
recubrimiento se adhiere en las partículas dejando atrapada cierta cantidad de agua
en sus fisuras.
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