Acumulación de deformaciones en interfaces suelo estructura inducidas térmicamente

Abstract

Numerosas aplicaciones geotécnicas involucran la interacción del suelo con estructuras a través de intefaces. Este trabajo estudia el efecto de la variación de temperatura en la acumulación deformaciones en estas interfaces cuando están sometidas a una carga estática menor a la crítica, pero que pueden causar deslizamientos a lo largo de la interfaz. Esta tesis tiene como principal objetivo desarrollar una metodología experimental, numérica y analítica que permita evidenciar este fenómeno, y finalmente estudiar su desarrollo en un ejemplo práctico, como lo son los pilotes termo-activos. Este fenómeno, conocido como ratcheting (Alonso-Marroquín y Herrmann, 2004), se estudia en este trabajo mediante el desarrollo de un montaje experimental, donde un bloque de acrílico se ubica horizontalmente sobre suelo arenoso seco, y que, mientras es cargado estáticamente en dirección paralela a la interfaz, es sometido a ciclos de temperatura. Esta configuración permite confirmar que bajo ciertos estados de carga (cercanos a la condición crítica al deslizamiento en la interfaz), la amplitud, periodo y número de ciclos de temperatura desencadenan el fenómeno de acumulación de deformaciones. De manera adicional, y a modo de verificar los resultados experimentales, se elabora un modelo termo-mecánico de elementos finitos y un modelo analítico basado en el principio de transferencia de carga en pilotes y que incorpora deformaciones termo-elásticas. Los resultados de estas tres metodologías son consistentes, permitiendo evidenciar el fenómeno en estudio, además de la identificación de aquellos parámetros más relevantes en su desarrollo, como por ejemplo el coeficiente de expansión térmica, el Factor de Seguridad al deslizamiento y la amplitud y periodo de los ciclos de temperatura. Se muestra, además, la proporcionalidad que existe entre la tasa de acumulación de desplazamientos y estos parámetros. Por otro lado, los resultados de la aplicación a pilotes termo-activos en elementos finitos, muestran consistentemente que para estos sistemas, la temperatura efectivamente incide en su desempeño al largo plazo, principalmente en términos de su serviciabilidad. Efecto que se explica por la sucesión de contracciones y expansiones del material del que ha sido construido el pilote.