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Suelos contaminados con químicos o combustibles colapsan más fácilmente

 
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tierrasquimicasMedellín, may. 05 de 2014 – Agencia de Noticias UN- La interacción del suelo con sustancias ajenas a su naturaleza es desfavorable para la estabilidad de una obra. Así lo determinó un estudio de la U.N. sobre dos propiedades del suelo, presentes en la mayoría del territorio nacional.

Se trata de la investigación de Andrés Berrío Alzate, egresado del programa de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional de Colombia en Medellín, cuyo fundamento teórico fue la mecánica de suelos, es decir, el estudio del comportamiento del suelo ante alteraciones que se hagan con obras, edificios o una carretera. También se tuvieron en cuenta las pruebas de resistencia mecánica, a través de las cuales se estiman ciertos parámetros con los que se puede modelar el suelo.

Colapso y erodabilidad

Dos parámetros importantes a la hora de analizar la estabilidad de las obras son el colapso (pérdida súbita de volumen del suelo, que es lo que ocasiona problemas de las vías con los deslizamientos) y la erodabilidad (fenómenos superficiales de las laderas por flujo de agua o fenómenos hidromecánicos, de transporte de materiales o deterioro). Aun más en estos suelos de latitud tropical (conocidos como suelos residuales tropicales), donde hay cierta tendencia a que estos fenómenos se presenten muy fácilmente. Con base en esto, lo que el ingeniero hizo fue buscar un suelo con características representativas de la región antioqueña. Para facilitar la evaluación de los fenómenos, eligió uno que años atrás era usado como cantera en el municipio de Guarne, en el oriente antioqueño y que por la explotación y el movimiento de tierra, dejó las laderas expuestas a factores como la lluvia o el Sol que hacen que el suelo esté más alterado de lo normal.

Muestreo

Se tomaron tres muestras de suelo en la Autopista Medellín-Bogotá, las cuales fueron puestas en canecas grandes de pintura. De las tres muestras, una se dejó en estado natural, otra se contaminó con agua jabonosa y la tercera con gasolina. De este modo, se pudieron simular filtraciones de pozos sépticos o alcantarillados inadecuados y derrames de hidrocarburos, así como determinar tras un análisis qué tanto inciden estos factores en la inestabilidad del suelo y, por ende, en las obras construidas encima de él.

Lo vertido en esas muestras se dejó actuar durante cierto tiempo en un laboratorio bajo diversas condiciones de secado, haciendo énfasis en las propiedades índice del suelo y una vez se terminó ese periodo de actuación se llevaron a cabo algunas pruebas.

Entre ellas, las pruebas de clasificación (basadas en la teoría clásica), y otras sustentadas en teorías más específicas de los suelos tropicales, provenientes de Brasil, teniendo en cuenta que este país ha estudiado más su suelo y que este tiene características similares a las de Colombia, explicó el profesional. Berrío también expresó que Colombia se encuentra en una región conocida como la zona tropical, que por las diferencias meteorológicas y de agentes de alteración del suelo, entre otros aspectos, tiene suelos muy distintos a los que están en las zonas templadas. “A pesar de esas diferencias, hemos trabajado con teorías clásicas de la geotecnia y muy pocas veces nos hemos tomado el trabajo de hacer nuestras propias investigaciones acordes con los suelos que tenemos”, resaltó.

Resultados

Entre las conclusiones de esta investigación, dirigida por el profesor Óscar Echeverri Ramírez, del Departamento de Ingeniería Civil de la Facultad de Minas, se encontró que en la muestra natural se presentaron problemas de orden leve ante el colapso y la erodibilidad. Entre tanto, en la muestra contaminada con agua jabonosa se aumentó la gravedad de los efectos de estos fenómenos.

No obstante, la muestra contaminada con gasolina fue la que tuvo los peores resultados y la situación más desfavorable, pues con esta el suelo pierde sus propiedades e incluso su naturaleza misma de cohesión.

El ingeniero civil aseguró que esos dos fenómenos son muy poco estudiados a nivel mundial y, por lo tanto, local. “Los estudios que se realizan en el país en materia de mecánica de suelos están basados en teorías y análisis provenientes de países como Canadá, Noruega y Suecia”.

Con base en los resultados de este estudio, que se podría extrapolar a otras zonas del país, el investigador pudo estimar lo desfavorable que puede llegar a ser, para propósitos ingenieriles, la interacción del suelo con sustancias ajenas a su naturaleza. El caso más crítico que se presentó fue el de las muestras contaminadas con gasolina, en las que el índice de colapso se duplicó y el suelo se clasificó como altamente dispersivo y erodable.

Créditos: UNAL-723-2014

MIDEN EL COMPORTAMIENTO DE FLUJOS EN SUELOS MEDIANTE ALGORITMOS

 
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comportamientodesuelosUn grupo de investigadores del Laboratorio de Análisis de Imágenes y Visualización del Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico (CCADET) de la UNAM, coordinado por Jorge Alberto Márquez, estudia mediante algoritmos complejos las propiedades y forma de los suelos a fin de hacer simulaciones y obtener su flujo numérico, es decir, cómo se comportarían diversos líquidos y variaría su circulación en suelos.

El proyecto multidisciplinario Desarrollo de un sistema de visión para el estudio de flujos en estructuras de manufactura aditiva es realizado en colaboración con Blanca Lucía Prado Pano, del Instituto de Geología (IGL) de esta casa de estudios; Patrice Delmas, de la Universidad de Auckland, Nueva Zelanda, y Celine Duwig, del Instituto de Investigación para el Desarrollo, Francia.

Al presentar sus conclusiones en el seminario Señales, Imágenes y Ambientes Virtuales (SIAV) —organizado por el Departamento de Ciencias de la Computación del Instituto de Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y en Sistemas (IIMAS) de la UNAM—, Alfonso Gastelum Strozzi señaló que los algoritmos están listos y ahora él, con un grupo de académicos, se encuentra preparado para experimentar en diferentes muestras de suelos en condiciones de laboratorio.

Desde que se estudian los poros en superficies mediante el procesamiento de imágenes obtenidas con microtomografía computarizada (micro-CT) ha aumentado el interés por definir la relación entre su forma y flujo. Hoy, la mayoría de los modelos clásicos utilizan recursos analíticos para definir la red referida a través de figuras tubulares, pero con los estudios de morfología de imágenes de micro-CT se observa que los poros adquieren apariencias diversas.

“Es un problema porque si buscamos soluciones computacionales que recreen de manera ideal el fenómeno, la representación analítica de objetos con formas complejas puede no ser adecuada, por lo que indagamos una mejor forma de definir el modelo”, indicó Gastelum Strozzi.

Con nuestro método, a partir de imágenes de micro-CT de muestras de suelo podemos definir propiedades morfológicas y la topología y obtener cómo se relacionan con el flujo numérico simulado en modelos 3D.

“Una vez definido el objeto de estudio —en el que se eliminó lo que no son intersticios en el suelo (porque también se encuentran residuos de plantas o rocas)— se obtienen las llamadas estructuras porosas. Inicialmente, los geólogos creían que la superficie estaba interconectada, pero tras el procesamiento de segmentación se concluyó que hay muchos componentes y no todos están interconectados a la resolución que permite trabajar el micro-CT”.

Una de las razones del estudio es obtener modelos que ayuden a conocer de mejor forma la capacidad de transmitir el flujo de los suelos para evitar sobre o subestimar su conducción de partículas, dijo.

Un problema que acarrea la supravaloración radica en que al planificar la aplicación de fertilizantes en los suelos los cálculos no funcionan, el abono permanece en el suelo y los frutos de los cultivos lo absorben. Éste es uno de los problemas que desean resolver los agricultores.

También se refirió a diferentes tipos de poros, entre ellos “uno que es como una papa y otro tubular. Cada uno conduce de manera diferente, lo que hace importante el estudio de la relación de la forma y su flujo”.

El universitario confió en que con sus métodos podrán analizar cómo impactan estos factores en los objetos de indagación.

La búsqueda de las relaciones entre la forma y el flujo permitió producir réplicas a escala de los poros en PLA (Poly-Lactic Acid) mediante construcción aditiva para experimentar en condiciones de laboratorio el flujo en los modelos tridimensionales impresos.

“Estamos en la etapa de seleccionar qué poros son más representativos en las diferentes muestras. Queremos ver cuáles se alejan más del promedio y los que se comportan mejor respecto de un número significativo de propiedades morfológicas. El proyecto busca ir más allá de los suelos, por ello empezamos a probar en vasos sanguíneos y hay interés de analizar otras estructuras”, concluyó.

Créditos: UNAM-DGCS-258-2014