Una nueva clasificación de suelos, y herramientas para implementarlo, ayuda a comprender las propiedades del suelo que sustentan los proyectos de geoingeniería.

Si bien la mayoría de nosotros damos por sentado los suelos, Los investigadores del Laboratorio de Geoingeniería Energética de KAUST conocen literalmente los suelos de adentro hacia afuera. Su investigación tiene importantes implicaciones para diversos proyectos geotécnicos, incluida la minería, extracción de petróleo, cimientos de puentes y torres, estructuras costeras y mar adentro, analizar túneles y sumideros, y diseño de infraestructura resistente a terremotos.

Profesor J. Carlos Santamarina, El postdoctorado Junbong Jang (ahora en el Servicio Geológico de los Estados Unidos) y el estudiante de doctorado Junghee Park han diseñado un nuevo sistema de clasificación para los suelos del mundo que permitirá a los ingenieros predecir con mayor precisión sus propiedades y comportamiento basándose en métricas simples.

En el presente, la mayoría de los estudios geotécnicos del mundo utilizan el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (USCS), que tiene sus raíces en la construcción de aeródromos de la Segunda Guerra Mundial. Desde entonces, ha sido refinado, pero no completamente actualizado. Mientras tanto, Los datos del suelo se han acumulado extensamente y, Santamarina explica, "condujo a una comprensión más profunda de las propiedades y el comportamiento de los sedimentos, "sugiriendo la necesidad de una reevaluación completa del sistema.

Un nuevo estado de la materia

Tendemos a considerar la materia sólida, líquido o gas. Sin embargo, materiales particulados, como los suelos, puede actuar de manera diferente a cualquiera de estos estados. Santamarina describe suelos, enigmáticamente, como "inherentemente no lineal, no elástico poroso, permeable y efectivamente dependiente del estrés ".

El USCS define los tipos de suelo por tamaño de partícula y plasticidad, o cómo se deforman cuando se mezclan con agua. Sin embargo, Los suelos pueden comprender mezclas complejas de partículas de diferentes tamaños, y además los espacios entre partículas no están vacíos sino llenos de líquido, gas o ambos. Santamarina se entusiasma, "La coexistencia de estos materiales da lugar a fascinantes fenómenos emergentes y respuestas desconcertantes, como la licuefacción ".

El nuevo sistema revisado de clasificación de suelos1, 2 tiene en cuenta no solo el tamaño del grano, sino también la forma y proporciona una representación más precisa de las zonas de transición entre los tipos de suelo. Da más importancia al papel de las partículas más pequeñas del suelo, conocido como multas, y la química del fluido circundante, que influye en muchos fenómenos geotécnicos. Crucialmente, el nuevo sistema de clasificación permite a los ingenieros distinguir la fracción de suelo que es principalmente responsable de llevar cualquier peso que se les coloque y la fracción de suelo que controla el flujo de fluido.

La clasificación del suelo es un proceso relativamente simple de determinar un conjunto de parámetros utilizando dispositivos de sobremesa fácilmente disponibles en los laboratorios de suelos de todo el mundo. Luego, estos se pueden ingresar en las ecuaciones detalladas en las publicaciones del equipo KAUST, o analizados usando una hoja de cálculo o una aplicación de teléfono celular, ambos disponibles en su sitio web. El resultado, para cualquier suelo dado, es una descripción en dos partes que incorpora propiedades mecánicas y de flujo de fluido; por ejemplo, 'S (F)' significa un suelo con propiedades mecánicas controladas por arena, pero con permeabilidad determinada por su componente de finos.

Un esfuerzo continuo

La respuesta a la publicación de la clasificación revisada ha sido alentadora y colaborativa. Cuando el equipo publicó la primera parte, cubriendo multas, "investigadores de todo el mundo reaccionaron y aportaron datos excepcionales para fortalecer la clasificación, ", dice Santamarina." Esperamos una respuesta similar a la segunda parte ".

Él continúa, "La realidad de los suelos es más compleja que los sistemas idealizados creados en el laboratorio o en una computadora". Una base de datos de suelos complementaria construida en KAUST permite a los usuarios realizar estimaciones sólidas de las propiedades hidromecánicas de los suelos naturales. De hecho, el investigador del laboratorio de Santamarina está orientado hacia un conjunto de herramientas de diseño y análisis de ingeniería en continua evolución. La clasificación, dice Santamarina, es sólo "un primer paso hacia un sistema integrado de laboratorio-base de datos-TI que se está desarrollando con colaboradores en todo el mundo".

Ninguna clasificación puede ser exhaustiva:suelos hechos de granos poco comunes, como diatomeas o cenizas volantes, siempre presentará desafíos especiales que los ingenieros deben tener en cuenta. Sin embargo, la clasificación tiene como objetivo ser lo suficientemente robusta como para ser utilizada con éxito incluso por quienes no tienen experiencia en el campo.

El equipo está trabajando actualmente en una publicación que ampliará la aplicación e interpretación de la clasificación en la práctica.

Este trabajo multidisciplinario, basado en conceptos de geología, física y química y orientado a disciplinas que van desde la geoingeniería civil hasta la ambiental y la energía:se beneficia de lo que Santamarina llama el entorno de investigación excepcional y la experiencia disponible en KAUST para generar herramientas con aplicaciones mucho más lejanas.