Análisis experimental de la erosión interna de suelos

Seepage flow through the ground can cause the movement of soil particles, creating an erosive process of detachment and transport of material that can lead to failure. There are three different processes of internal erosion: Suffusion, piping and liquefaction. The focus of this research is suffusion...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Vargas Estrella, Rubi Andrea
Tipo de recurso: tesis de maestría
Fecha de publicación:2020
País:España
Institución:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
Repositorio:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
Idioma:español
OAI Identifier:oai:upcommons.upc.edu:2117/341769
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/2117/341769
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Soil erosion
Soils--Testing
Sòls -- Erosió
Sòls -- Assaigs
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria civil::Geotècnia::Mecànica de sòls
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description Seepage flow through the ground can cause the movement of soil particles, creating an erosive process of detachment and transport of material that can lead to failure. There are three different processes of internal erosion: Suffusion, piping and liquefaction. The focus of this research is suffusion, a non-localised phenomenon where the finest particles are transported through the voids of the solid skeleton. The research also focusses on“piping”, a phenomenon where due to flow the hydraulic conductivity locally increases and facilitates the transport of the finest particles, which in turn speeds up the process of erosion, leading to the development of an erosion channel in the flow direction (Beber et al., 2019). The susceptibility of materials to internal erosion in presence of water flow is a topic of great geotechnical interest because large civil constructions can be damaged by erosion with potentially large economic and social consequences due to the failure of dikes and dams. Nowadays, laws of the start, transport and evolution of erosion are not well described. Similarly, suffusion, a phenomenon in which the failure mechanism is not well understood, can be difficult to detect and therefore prevent the collapse of structures. These difficulties make it necessary to define geotechnical parameters that guarantee the internal stability of these structures, as a way to control stability of dams and embankments. In this study, experimental “pinhole” erosion tests will be performed in bimodal clay soils, where the erosion in presence of horizontal flow will be analyzed. The soils will then be characterized based on their density and porosity and the applied hydraulic gradient will be controlled. This research studies the following results: the concentration of eroded mass in the flow, erosion rate and flow rate. Emphasis is placed on the difference between the possible erosion mechanisms, as well as on how the process of each one occurs. The possibilities of modelling in each case will be mentioned. Finally, the influence of the internal structure of the voids on the measured results is discussed.
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The susceptibility of materials to internal erosion in presence of water flow is a topic of great geotechnical interest because large civil constructions can be damaged by erosion with potentially large economic and social consequences due to the failure of dikes and dams. Nowadays, laws of the start, transport and evolution of erosion are not well described. Similarly, suffusion, a phenomenon in which the failure mechanism is not well understood, can be difficult to detect and therefore prevent the collapse of structures. These difficulties make it necessary to define geotechnical parameters that guarantee the internal stability of these structures, as a way to control stability of dams and embankments. In this study, experimental “pinhole” erosion tests will be performed in bimodal clay soils, where the erosion in presence of horizontal flow will be analyzed. The soils will then be characterized based on their density and porosity and the applied hydraulic gradient will be controlled. This research studies the following results: the concentration of eroded mass in the flow, erosion rate and flow rate. Emphasis is placed on the difference between the possible erosion mechanisms, as well as on how the process of each one occurs. The possibilities of modelling in each case will be mentioned. Finally, the influence of the internal structure of the voids on the measured results is discussed.El flujo en el interior del terreno puede provocar el movimiento de las partículas del suelo generando un proceso erosivo de arranque y transporte que puede llevar a la rotura. Existen tres procesos diferentes de erosión interna: sufusión, “piping” y licuefacción. Esta investigación se enfocará en la sufusión, un fenómeno no localizado donde al presentarse gradientes hidráulicos en el interior del terreno las partículas más pequeñas se transportan a través de los poros del esqueleto sólido y en el fenómeno conocido como “piping” donde debido a la presencia de flujo se incrementa la conductividad hidráulica localmente, y se facilita que las partículas finas se transporten acelerando la erosión y generando la progresión de un canal de erosión en dirección al flujo. (Beber et al., 2019). “Piping” es un mecanismo de erosión que se refiere al desprendimiento de partículas en el final del canal de erosión y a lo largo de las paredes del mismo. (Van Beek et al., 2019) La susceptibilidad de los materiales a la erosión interna en presencia de flujo de agua, es un tema de gran interés geotécnico debido a la magnitud de las obras que pueden ser afectadas por este fenómeno y las consecuencias económicas y sociales que la rotura de una presa o de un dique representa. En la actualidad no existen leyes generales de inicio, transporte y evolución del fenómeno de erosión. En el caso de la sufusión al ser un fenómeno en el cual no se entiende bien cómo es el mecanismo de falla, es difícil detectarlo antes de la rotura. Por esto es necesario definir parámetros geotécnicos que garanticen la estabilidad interna de estas estructuras, como control de seguridad en presas y terraplenes. En el presente trabajo se realizarán ensayos de erosión tipo “pinhole” en suelos arcillosos con granulometría bimodal donde se estudiará la erosión en presencia de flujo horizontal. Los suelos serán caracterizados en base a su densidad y su porosimetría y se controlará la condición del gradiente hidráulico que se aplica. Se presentan los resultados obtenidos de los ensayos como: concentración de material, velocidad de erosión y caudal. Se hace énfasis en la diferencia de los mecanismos de erosión, en cómo es el proceso de cada uno y en las posibilidades de modelación para cada caso. Finalmente, se discute la influencia de la estructura interna de los poros en los resultados obtenidosUniversitat Politècnica de CatalunyaPinyol Puigmartí, Núria MercèLloret Morancho, Antonio20202020-09-2920212021-03-16master thesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdccNAhttp://purl.org/coar/version/c_be7fb7dd8ff6fe43info:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/2117/341769reponame:UPCommons. 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