Contribución al modelado hidromecánico/matemático en la fase inicial de la erosión interna en los suelos

Resumen

La erosión interna es un fenómeno que se produce bajo el efecto de un gradiente hidráulico suficientemente elevado en algunos suelos de granulometría irregular que están formados por una fase de grandes granos separados por huecos y de una fase de granos finos susceptibles de migrar al espacio intergranular de la primera fase. La erosión interna se traduce en la extracción de los finos y su transporte a través de los poros del esqueleto. Al adoptar un enfoque de tipo filtración donde se considera el suelo como un medio continuo formado por tres fases: esqueleto sólido, fluido y sólido fluidificado que es provocado por la erosión, desarrollándose la expresión de la ecuación del problema. Ésta se basa en las leyes clásicas de la mecánica y la hidráulica en los medios porosos. Las ecuaciones se completan con la formulación de una nueva ley de erosión. A continuación se demuestra que el problema es un acoplamiento consolidación-erosión que degenera en un problema de consolidación clásico en ausencia de erosión o en un problema de erosión pura cuando la consolidación es desdeñable. La integración de las ecuaciones plantea enormes dificultades debido a la naturaleza mal condicionada del problema. En el marco de esta tesis, se esclarecen las ecuaciones del problema de erosión interna en su fase de iniciación. Se establecen las aproximaciones en los casos monodimensionales y bidimensionales. Posteriormente, se considera el método de desarrollo asintótico conjuntamente con un esquema a las diferencias finitas para realizar la integración numérica del problema monodimensional. Por otra parte, al añadir una hipótesis suplementaria que implica el desacoplamiento entre la consolidación y la erosión cuando la erosión es suficientemente escasa, se utiliza un programa informático comercial en el entorno del método de los elementos finitos (FEM) para resolver el problema bidimensional asociado al fundamento de una presa. El método de análisis asintótico en el caso monodimensional y el desacoplamiento en el caso bidimensional permitieron calcular una solución estable. Se determinó un estudio paramétrico en cada caso para analizar la influencia de algunos parámetros claves sobre el fenómeno de erosión interna.