Mecanismos de colapso en cavidades subterráneas

摘要

Esta investigación analiza el mecanismo de colapso de una caverna formada por disolución en un suelo dispersivo. Esta investigación se centró en el estudio del potencial de dispersión de los suelos arcillosos encontrados al sur de la Ciudad de Bogotá. Para tal efecto, se realizaron varios ensayos para definir las propiedades físicas, químicas y mineralógicas de esos materiales. Se pudo establecer que estos suelos tienen un potencial de dispersión que varía entre medio y alto. En cuanto a la resistencia, se encontró una fuerte dependencia de la humedad. En condiciones naturales, la humedad es del orden del 4%, y el suelo tiene una alta resistencia y un comportamiento frágil; no obstante, la resistencia decrece dramáticamente con la humedad y se incrementa la ductilidad del suelo. La resistencia disminuyó hasta en un 80% al incrementarse la humedad de un 4 a 6%. Esta es la razón por la cual solo se evaluaron los parámetros de resistencia no drenados. En segunda medida, se predijo la velocidad de avance del frente húmedo utilizando los resultados de los ensayos de cabeza variable y la variabilidad con el tiempo de la humedad en muestras de suelo expuestas a un ambiente controlado con una humedad relativa del 75%. Con base en la hipótesis de que el techo de la cavidad falla debido al humedecimiento progresivo del suelo, y a la consecuente reducción de la resistencia, se propone un modelo aproximado para estimar el tiempo requerido para el colapso del techo. En el modelo, se supone que el techo de la cavidad se comporta como una viga empotrada en sus extremos y cargada con su propio peso. Como consecuencia del proceso de humedecimiento, la base de la viga empieza a ablandarse y a fallar dependiendo de la relación resistencia -humedad y de la velocidad de avance del frente húmedo. De esta manera, en algún momento, la altura de la viga ha disminuido tanto que el momento flector causado por su propio peso igual el momento de fluencia y el techo falla.