Estudio de la reología y la microestructura de suelos arcillosos mediante simulaciones con elementos discretos

Abstract

En esta tesis se usan simulaciones con métodos de elementos discretos para estudiar el comportamiento mecánico de los suelos arcillosos. Específicamente, se usa el método de la dinámica molecular de partículas blandas simuladas mediante esferopoliedros. En las fases iniciales del trabajo, se estudia el efecto de la forma aplanada de las partículas en la reología y la microestructura del material. Para hacerlo, se investigan sistemas compuestos por varios miles de partículas que interactúan mediante fuerzas de contacto. Estos sistemas se someten a una de las solicitaciones mecánicas más importantes en geotecnia: el corte. En la fase final del trabajo, se estudian nuevamente la reología y la microestructura del material, pero esta vez las partículas interactúan mediante fuerzas de contacto y fuerzas de interacción de distancia (i.e., fuerzas de repulsión electrostáticas y fuerzas de atracción de Van der Waals). Consolidando los resultados de las dos fases del trabajo, pueden identificarse dos conclusiones principales. La primera es de carácter técnico: en esta tesis se muestra que es posible simular suelos arcillosos usando métodos de elementos discretos. La segunda es de carácter científico: en esta tesis se identifican y estudian dos de los mecanismos locales al origen del comportamiento mecánico de las arcillas. El primero el alineamiento de las partículas, y es importante aún en materiales granulares convencionales (i.e., que interactúan mediante fuerzas de contacto), por ser una consecuencia de la forma aplanada de las partículas. El segundo es la quasi-eliminación de los efectos de la fricción en las interacciones entre las partículas, que se debe, en buena medida, a la posibilidad de transmitir fuerzas de interacción a distancia