Medición de la infiltración y la succión en una arena no saturada usando un lisímetro de campo y su aplicación a la estabilidad de taludes

Abstract

Esta investigación involucró el diseño y construcción de un lisímetro de campo para monitorear el proceso de infiltración en una arena. El lisímetro, con un diámetro de 1.25 m y una altura de 1.75m, fue instalado en las instalaciones de UPRM e instrumentado con sensores de presión y de temperatura. El lisímetro se lleno con una arena de Isabela pobremente gradada (SP) y fue compactada a una densidad seca de 1.59 g/cm3. Las propiedades de la arena fueron evaluadas en el laboratorio y mediante pruebas de campo en el lisímetro. Se llevaron a cabo ensayos de saturación, infiltración controlada, e infiltración bajo eventos de lluvia naturales. En cada experimento se midieron los valores de matriz de succión en la arena en función del tiempo y posición dentro del lisímetro. Las mediciones de campo se compararon con simulaciones numéricas usando el programa Hydrus. Las predicciones compararon razonablemente bien con los valores medidos, aunque con diferencias, ocasionadas por factores como variabilidad espacial de las propiedades de la arena. Los resultados se extrapolaron a un problema de estabilidad de un talud ficticio compuesto por una arena similar a la de Isabela. Se encontró una reducción en el factor de seguridad del talud de 30 % luego de un evento de lluvia crítico.

This research involved the design and construction of a field lysimeter to monitor temporal infiltration in sand. The lysimeter, with a 1.25 m diameter and 1.75 m height, was installed at UPRM and was instrumented with soil temperature and pressure sensors. The lysimeter was filled with poorly graded sand from Isabela, PR, which was compacted to an average dry density of 1.59 g/cm3. The sand properties were evaluated in the laboratory and by means of field tests in the lysimeter. The test program included saturation, controlled infiltrations, and natural rainfall infiltration experiments. During each of the experiments the sand matrix suction was measured as a function of time and position within the lysimeter. The field measurements were compared with numerical simulations using the software Hydrus. The predictions showed reasonable agreement with the measured values, but differences observed were believed to be related to factors such as spatial variability of the sand properties. The lysimeter results were extrapolated to a study a fictitious slope stability problem involving a slope composed of the same Isabela sand used in the lysimeter. A reduction of the factor of safety of 30% was observed after the slope was subjected to a rainfall event more extreme to ones observed in the lysimeter experiments.