Comportamiento geotécnico de presas de residuos bajo acciones estáticas y dinámicas

478 Pages·2008·6.59 MB·Spanish

TESIS DOCTORAL
COMPORTAMIENTO GEOTECNICO DE PRESAS DE
RESIDUOS BAJO ACCIONES ESTÁTICAS Y DINÁMICAS
AUTOR: MARÍA DOLORES CANCELA REY
DIRECTOR: CARLOS OTEO MAZO
PRESENTADA EN LA
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR
DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
PARA LA OBTENCIÓN DEL
GRADO DE DOCTOR INGENIERO DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
MADRID, JUNIO DE 1987
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS
DE
CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
AUTORIZO a que la presente tesis doctoral sea
expuesta en la Biblioteca de esta Escuela Técnica
Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puer_
tos, donde podrá ser examinada y consultada de -
acuerdo con las normas generales de dicho Centro.
id, 4/ d e / ^ & í A- de 1.98 72-
Madrid
EL AUTOR,
Firmad o: M- Po'hm) G^c-d*. F-ey
B I B L I O T E CA G E N E R AL
O C
a. z
Q <
< m
x
tfí
W o
Q >
< D
O TJ
z r0
u
UJ -i
H m
O
_1 z
O
o
d >
ü
< EX-LIBRIS o
O ,mi& m
</)
a 2
w . Míe ftl >
> SIONATUR D
z
O 5
4vz
c
TESIS DOCTORAL
COMPORTAMIENTO GEOTECNICO DE PRESAS DE
RESIDUOS BAJO ACCIONES ESTÁTICAS Y DINÁMICAS
AUTOR: MARÍA DOLORES CANCELA REY
DIRECTOR: CARLOS OTEO MAZO
PRESENTADA EN LA
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR
DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
PARA LA OBTENCIÓN DEL
GRADO DE DOCTOR INGENIERO DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
r , , ; . ■ : U';\ \) ': !■■■ .■"• ' : '..N
V..' -: *" • ,. ' ■ ■ -'
MADRID, JUNIO DE 1987 . ,
TESIS DOCTORAL
COMPORTAMIENTO GEOTECNICO DE PRESAS DE RESIDUOS BAJO
ACCIONES ESTÁTICAS Y DINÁMICAS
por: MARÍA DOLORES CANCELA REY
DIRECTOR DE TESIS: CARLOS OTEO MAZO
Tribunal Calificador
TAo
Pres
i d e n t e : ^ x 4 ^ F^
$}\,~VAC^ v/a^i- Ajuera
les : \J / //¿tLY
Vocal
.X MJÍ,
( S« :
/' S"
\ .{.. //■ J/IK'<*J
Acuerda otorgárÍLe la calificación de, (XMBL
Madrid, de Wfr<r€ o)í>^de 1987
A mis padres, José y Ramona
I.
RESUMEN
El aumento de los volúmenes de residuos obtenidos por vía hú­
meda a almacenar exige la construcción de presas de residuos cada vez
más altas, capaces de garantizar la disposición final de estos produc­
tos de forma segura y económica. Para el diseño y construcción de es­
tas obras, es necesario aumentar el conocimiento sobre las propiedades
de los materiales y el comportamiento de los diques.
En esta Tesis Doctoral se ha realizado un análisis inicial del
cual se desprende que el comportamiento de los lodos no es bien cono­
cido. Por lo tanto, se ha planteado una metodología de estudio de dos
residuos de lavadero, representativos de la amplia gama de los estéri­
les españoles. Se pretende así hacer una aportación original sobre las
variaciones de los parámetros geotécnicos que gobiernan el comporta­
miento de los diques autorrecrecibles.
Dicha metodología incluye: a) El desarrollo de técnicas espe­
ciales para la preparación de probetas mediante vertido de suspensio­
nes de lodos, b) El ajuste de los equipos convencionales de laborato­
rio para la realización de los diferentes ensayos destinados a la eva­
luación de las propiedades geotécnicas de los residuos, c) Puesta a
punto de un equipo de Corte Simple NGI para su empleo en la medida de
la resistencia al corte de los estériles, con modificaciones y adicio­
nes originales adecuadas para ensayos estáticos y dinámicos.
Se ha estudiado con especial interés el fenómeno de la conso­
lidación sobre los residuos, mediante el empleo de células edométri-
cas convencionales y de presión hidráulica. Las determinaciones de la
permeabilidad por diferentes métodos han demostrado la validez de la
fórmula de Hazen para los residuos areno-limosos de baja plasticidad.
El estudio de la resistencia al esfuerzo cortante se ha reali­
zado empleando equipos de corte directo y de corte simple. Se ha ana­
lizado con detalle la variación de los parámetros de resistencia al
II.
corte con el. grado de consolidación, mostrando por primera vez el au­
mento de la resistencia al corte que el drenaje parcial introduce en
estos materiales y la forma de evaluar dicha evolución.
Finalmente, se han aplicado los resultados obtenidos en un ca­
so real. En él se ha estudiado el efecto estabilizador del aumento de
la resistencia al corte con el grado de consolidación de los lodos,
mostrando las ventajas indudables de la aplicación de la metodología
aquí desarrollada. Se concluye que el considerar este efecto lleva a
un diseño más económico de las presas de residuos, siempre y cuando
se controle de forma adecuada la velocidad de recrecimiento.
III.
AGRADECIMIENTOS
En estas líneas quiero agradecer su colaboración a todos los
que han hecho posible la realización de esta Tesis.
Quiero dar las gracias, en primer lugar, a la Cátedra de Geo-
tecnia y Cimientos de esta Escuela, y de manera especial a los Cate­
dráticos D. José Antonio Jiménez Salas y D. Santiago Uriel Romero,
quienes generosamente me aceptaron para realizar esta investigación
en las instalaciones del Laboratorio y pusieron a mi alcance los me­
dios necesarios para lograrla.
También quiero agradecer al Laboratorio de Geotecnia del CEDEX,
en la persona de D. Alcibiades Serrano, el haberme cedido todo aque­
llo que me fue preciso durante mi estancia en el último año.
De manera especial quiero mencionar la ayuda recibida de
D. José Ma Rodríguez Ortiz, D. Antonio Soriano Peña y D. José Luis
Berzal Fernández, quienes han contribuido con su participación activa
a hacer realidad esta investigación.
No podían faltar en este agradecimiento mis amigos Sybille
Geraud, Juan Manuel Rogel Quesada y María Eugena Pons Salvador, por
el apoyo que me han prestado en los momentos difíciles, Valentín Be­
lla, Mateo Arroyo y Alejandro Cubero por su ayuda en el Laboratorio.
No puedo olvidar a Benigno Delgado por toda la ayuda que me
prestó para la realización de los ensayos de Laboratorio, ni a Merce­
des Montero y Carmen Villalobos, por la paciente tarea de la mecanogra
fía ni a Antonio Cobaleda, por la delincación de las figuras.
Quiero también expresar mi reconocimiento a mis padres, quie­
nes me han dado su apoyo en todo momento y a Miguel Ángel por haber­
me animado a seguir siempre adelante.
IV.
Es f^ra mí motivo de gran satisfacción y orgullo el haber te­
nido la oportunidad de ser dirigida por D. Carlos Oteo Mazo, a quien
quiero agradecer de manera especial por su dedicación a esta investi­
gación, por el apoyo que siempre me ha dado, por sus orientaciones
y consejos, por la ilusión y el empeño que ha puesto en esta Tesis.
Pero, sobre todo, quiero expresarle mi más profundo agradecimiento
por ser mi maestro, de quien he aprendido lo poco que puedo saber.
[Muchas gracias, Carlos!
V.
Í N D I CE
Págs.
MEMORIA
CAPITULO 1 - INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2
2. ESTADO ACTUAL DEL PROBLEMA 4
3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 6
4. ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN 8
5. METODOLOGÍA EMPLEADA 9
CAPITULO 2 - ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO
1. INTRODUCCIÓN 11
2. GENERALIDADES SOBRE PRESAS DE RESIDUOS 13
3. PROBLEMAS DE ESTABILIDAD EN LAS PRESAS DE RESIDUOS 21
3.1. Tipos de problemas 21
3.2. Estabilidad estática 21
3.3. Estabilidad interna 33
3.4. Estabilidad dinámica 34
4. PROPIEDADES GEOTECNICAS DE LOS LODOS 41
4.1. Introducción 41
4.2. Toma de muestass 43
4.3. Ensayos in situ '. 44
4.4. Sedimentación de lodos 45
4.5. Granulometría y plasticidad 49
4.6. Densidad seca inicial y peso específico 51
4.7. Permeabilidad 53
4.8. Compresibilidad 62
4.9. Consolidación .' 66
4.10. Resistencia al corte 69
5. RECAPITULACIÓN 79