On the influence of the spatial distribution of fine content in the hydraulic conductivity of sand-clay mixtures

Sobre la influencia de la distribución espacial del contenido de finos en la conductividad hidráulica de mezclas areno-arcillosas

Las mezclas areno-arcillosas son uno de los suelos mas típicos en la ingeniería geotécnica. Estos suelos presentan una conductividad hidráulica que dependen fuertemente de su contenido de finos. En este trabajo, se demostrará que la conductividad hidráulica no solo depende del contenido promedio de finos sino también de su distribución espacial. Para tal fin, se ejecutó un set experimental de mezclas areno-arcillosas para medir su conductividad hidráulica y correlacionarla con el contenido de finos. Luego, se construyó un modelo numérico de un ensayo de permeabilidad a grande escala. En este modelo se consideró una muestra con variaciones internas del contenido de finos siguiendo una distribución Gaussiana. Se calculó la conductividad hidráulica equivalente de todo el modelo y se analizaron sus resultados. Los resultados indican que la conductividad hidráulica no solo dependen del contenido promedio de finos, sino también de su heterogeneidad.

INTRODUCCIÓN

El diseño de algunas estructuras geotécnicas requiere la estimación de la conductividad hidráulica en los suelos. Las mezclas areno-arcillosas son uno de los suelos más comunes que intervienen en estas estructuras, bien como suelo natural circundante, bien como material de relleno. Para ambos casos, la estimación de la conductividad hidráulica permite cuantificar caudales de infiltración, fuerzas de infiltración, duración de la consolidación, entre otros. La literatura muestra que para mezclas saturadas de arena y arcilla, la conductividad hidráulica depende de las proporciones relativas entre ambos materiales (Yang & Aplin, 1998; Schneider, Flemings, Day-Stirrat, & Germaine, 2011; Indrawan, Rahardjo, & Leong, 2006; Shafiee, 2008; Shakoor & Cook, 1990; Shelley & Daniel, 1993), la densidad global o porosidad (Alyamani & Şen, 1993; Chapius, 1990; Hazen, 1911; Kenney, Lau, & Ofoegbu, 1984; Loudon, 1952; Odong, 2007), la mineralogía o el tipo de material (Deng, Wu, Cui, Liu, & Wang, 2017) y la interconexión entre los poros (Belkhatir, Schanz, Arab, & Della, 2014).

Se ha propuesto un gran número de correlaciones para estimar la conductividad hidráulica en función de las propiedades mencionadas. Los autores informan de correlaciones para estimar la conductividad hidráulica de arenas limpias (Amer, Asce, Amin, & Awad, 1974; Biernatowski, E. Dembicki, Dzierżawski, & Wolski, 1987; Kollis, 1966; Pazdro, 1983), arcillas limpias (Mesri & Olson, 1971; Al-Tabbaa & Wood, 1987; Nagaraj, Pandian, & Raju, 1994; Samarasinghe, Huang, & Drnevich, 1982; Tavenas, Leblond, Jean y Leroueil, 1983), arcillas de caolín (Mesri y Olson, 1971; Hamidon, 1994) y mezclas de arena y arcilla (Chapius, 1990; Kenney, Van Veen, Swallow y Sungaila, 1992; Kumar, 1996; Shafiee, 2008; Luijendijk y Gleeson, 2015).

Las correlaciones para la estimación de la conductividad hidráulica se calibran, en su mayoría, a partir de resultados experimentales utilizando muestras de suelo homogéneas (Al-Tabbaa & Wood, 1987; Amer, Asce, Amin, & Awad, 1974; Biernatowski, E. Dembicki, Dzierżawski, & Wolski, 1987; Chapius, 1990; Kollis, 1966; Kumar, 1996; Mesri & Olson, 1971; Nagaraj, Pandian, & Raju, 1994; Pazdro, 1983; Samarasinghe, Huang, & Drnevich, 1982).