Resumen de Swelling and degradation of argillaceous rocks induced by relative humidity effects: An experimental study
La tesis se enfoca en uno de los problemas más comunes en la geotecnia práctica que relacionado con rocas arcillosas: la degradación progresiva de las propiedades mecánicas de la roca debido a efectos hidráulicos (ciclos de humedad relativa). A pesar de su relevancia práctica, el fenómeno de degradación de rocas arcillosas sigue tratándose con bastante empirismo y por tanto la investigación experimental realizada en esta tesis estudia los factores más relevantes que conducen a la degradación de la argilita de Lilla, una roca arcillosa de baja porosidad encontrada al Noreste de España.
Se evaluaron cuatro aspectos principales dentro de la tesis: (i) la influencia del número de ciclos de humedad relativa, (ii) la amplitud del ciclo, (iii) la influencia del estado tensional, y (iv) la influencia del fluido empleado durante las trayectorias de humedecimiento (agua líquida o vapor). La degradación de la roca se estudió no solo a escala macroscópica, sino también a nivel microestructural.
Se realizaron ensayos de hidráulicos de larga duración bajo condiciones confinadas y no confinadas. Para tal fin, se diseñaron, construyeron y calibraron tres aparatos triaxiales de alta presión (30MPa) los cuales incluyen instrumentación interna, bender elements para la determinación de la rigidez a pequeñas deformaciones así como un sistema externo para determinar la permeabilidad al aire de la roca. Estos equipos fueron usados para inducir y monitorear la degradación de la roca debido a procesos hidromecánicos.
Se realizaron ensayos triaxiales de alta presión para evaluar la influencia de los ciclos hidráulicos previos sobre el comportamiento mecánico de la roca. Los ciclos hidráulicos fueron aplicados mediante la técnica de transferencia de vapor usando dos metodologías: difusión pura y convección forzada. Se realizaron ensayos cualitativos (microscopía, SEM-EDS) y cuantitativos (porosimetría de intrusión de mercurio) para evaluar los cambios en la microestructura. Se propuso una metodología simple y versátil basada en el análisis SEM-EDS para evaluar la influencia de los procesos hidráulicos sobre la degradación de la roca.
El comportamiento observado durante los ensayos triaxiales de alta presión mostró una alta dependencia de la historia hidráulica previa. La compresibilidad de la roca se incrementó con el incremento del número de ciclos aplicado. Sin embargo, el incremento del nivel de confinamiento de nuevo redujo este efecto. Por otra parte, la compresibilidad fue también altamente dependiente del fluido usado durante las trayectorias de humedecimiento. Respecto a la permeabilidad de la roca, se observó un incremento de cinco órdenes de magnitud en la permeabilidad al gas de la roca respecto al valor obtenido para el estado inalterado. Además, la rigidez mostró importantes diferencias debido a la historia hidráulica previa, a pesar de que se observó una recuperación importante durante la fase de compresión isótropa. Sin embargo, en ningún caso se recuperaron los valores inalterados. Finalmente, la resistencia pico así como la Resistencia a la tracción mostraron una reducción progresiva e irreversible con la aplicación de ciclos de humedad relativa. Las envolventes de resistencia pico mostraron una contracción sistemática del dominio elástico con el incremento de la degradación de la roca.
