Evaluación de las propiedades físicas, morfológicas, mineralógicas y mecánicas de tres arenas costeras peruanas: Paracas, Canchamaná y Tambo de Mora

Abstract

Perú cuenta con 3080 km de costa con importante infraestructura y ciudades costeras. La geología de dichas regiones incluye depósitos de arenas con importantes diferencias en sus propiedades. El objetivo de esta investigación experimental es evaluar la influencia de las propiedades físicas, morfológicas y mineralógicas en el comportamiento mecánico de tres arenas costeras peruanas de las zonas de Paracas, Canchamaná y Tambo de Mora. Las propiedades físicas se evaluaron siguiendo procedimientos y ensayos estándares. La caracterización morfológica de los granos de las tres arenas estudiadas se cuantificó mediante procesamiento de imágenes evaluando el grado de redondez y esfericidad. El análisis mineralógico se realizó mediante la metodología semicuantitativa de difracción de rayos X (DRX). El estudio de las características de esfuerzo-deformación, y de resistencia al corte, se basó en una campaña de 32 ensayos triaxiales estáticos consolidados no drenados (CU) realizados a confinamientos de 50, 100 y 200 kPa, mayormente en muestras de arena preparadas a estados de densidades relativas sueltas y medianamente densas. La evaluación integral de las propiedades de los suelos estudiados mostró que la mineralogía y la génesis geológica son determinantes en la morfología de los granos. Las arenas con mayor proporción de cuarzo tienden a desarrollar partículas más redondeadas debido a su alta dureza y resistencia a la fractura, lo que permite que soporten largos periodos de transporte y desgaste sin fragmentarse, suavizando gradualmente sus bordes. Los ensayos triaxiales CU evidenciaron que, a pequeñas deformaciones, la arena más redondeada (Paracas) presenta mayor rigidez inicial (E0.1%). A resistencia máxima ( 1/ 3), las arenas redondeadas muestran menor resistencia que las angulosas, respuesta influenciada por la densidad relativa, el confinamiento y la dilatancia. La trabazón de partículas surge por la fricción mecánica entre granos y aumenta con la angularidad; se vuelve dominante a grandes deformaciones cuando las partículas deben reorganizarse para continuar deformándose. A deformaciones elevadas ( axial = 25%), las arenas más angulosas (Tambo de Mora y Canchamaná), debido a la trabazón de partículas, presentaron mayor resistencia, independientemente de la densidad relativa y del confinamiento. En conclusión, los resultados muestran que la rigidez inicial depende de la geometría del contacto, mientras que la resistencia a grandes deformaciones está gobernada por la trabazón, la cual predomina en partículas de mayor angularidad. Un hallazgo importante es que el material más resistente no es necesariamente el más rígido, lo cual evidencia que rigidez y resistencia obedecen a mecanismos distintos. Esto cuestiona el uso de correlaciones basadas en Vs o parámetros elásticos para estimar resistencia, ya que representan estados de deformación diferentes.