Influencia de las Condiciones de Contorno de las Bandejas

En su tesis doctoral, Ávila (2004), estudia entre otras cuestiones la influencia de las condiciones de contorno que imponen las bandejas que contienen al suelo durante el proceso de desecación. Las pruebas que aquí se describen se consideran dentro de una escala intermedia de observación. En particular se analizan las características del inicio y la evolución de las grietas producidas por desecación en relación con las condiciones iniciales del ensayo (humedad, succión y grado de saturación), con la geometría de los moldes empleados y con la tasa de desecación. Se hace énfasis especial en el análisis de las restricciones a la retracción impuestas por los distintos moldes de ensayo y se discute cómo tales condiciones de restricción influyen de manera muy importante en las características del agrietamiento.

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(a) (b)

Figura 2.7 – Ensayo de desecación sin restricción: a) Retracción inicial; b) Arqueo final a las 65.5

horas de la arcilla de Werribee (Nahlawi & Kodikara, 2002).

(a) Ensayo 1

(b) Ensayo 3

Figura 2.8 - Curvas de secado de ensayos 1a y 3b. 𝑤𝑡 es la humedad en la superficie superior de la muestra, 𝑤𝑙 es la humedad en la superficie inferior de la muestra. Nahlawi & Kodikara (2002)

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Los ensayos consistieron en someter a desecación muestras reconstituidas de arcilla colocadas en tres tipos de moldes diferentes. Por las características de los moldes se generan agrietamientos en la muestra cuando se alcanzan determinados valores de humedad o de succión, estos agrietamientos van incrementándose a medida que avanza la desecación, hasta que finalmente llegan a una condición estable.

Se realizaron varias series de ensayos, con diferentes valores de humedad inicial.

La forma de los moldes, la interpretación de las tensiones que producen las grietas y las grietas primarias, secundarias y terciarias que se producen se presentan en la Figura 2.9.

La retracción inicial favorece la concentración de tensiones de tracción entre las zonas 1-2 y 2-3 Figura 2.9a, formando grieta primarias (primarias por ser las primeras en producirse). Una vez el suelo queda separado en tres porciones rectangulares, se puede dividir en dos partes generando grietas secundarias. Luego cada porción puede subdividirse nuevamente mediante la aparición de grietas terciarias. Las grietas secundarias y terciarias no siempre se producen debido a que hay otros factores que condicionan el agrietamiento además de las restricciones.

Figura 2.9 – Ensayos de desecación en muestras con forma de doble T. Izquierda: Forma de los moldes

para ensayos de desecación en Moldes Pequeño y Micro. Derecha: a) Fuerzas que provocan el agrietamiento por desecación; b) Grietas primarias, secundarias y terciarias. (Ávila, 2004).

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2.3.5.4. Estudio de Muestras Delgadas

La idea de los ensayos realizados por Nahlawi & Kodikara (2006) fue obtener grietas perpendiculares a la longitud mayor de las muestras, lo cual se consiguió fabricando muestras con longitudes considerablemente mayores que el ancho y el alto, además de lubricar los contornos de los moldes para obtener solo restricciones en la base del molde. Se intentó categorizar a las grietas según el tiempo en que se producen pero con un criterio que a veces complica distinguir grietas secundarias de terciarias. El criterio consiste en considerar grietas primarias a aquellas que se producen en primer lugar, excluyendo a cualquier grieta entre dos primarias. Secundarias son aquellas que se producen en segunda instancia entre dos primarias. Grietas terciarias son las que se producen en tercera instancia entre dos secundarias o entre una primaria y una secundaria.

En la Figura 2.10 se observa el patrón final de agrietamiento para la muestra del test 3 de Nahlawi & Kodikara (2006). En la Figura 2.11 se presenta un esquema de todo el proceso de agrietamiento para la muestra del test 4. Se presentan distintas etapas con la aparición de grietas primarias, secundarias y terciarias.

Se hizo un recuento del número de grietas y celdas, así como también del espaciado medio y el espesor final de las muestras.

Se presentaron curvas de desecación que relacionan el contenido de agua con el tiempo de ensayo. De los resultados presentados se desprende que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio (de lodos fluidos) varía entre 29 y 272 horas, dependiendo del espesor de la muestra y de las condiciones climáticas locales de desecación. Lo mismo ocurre para la arcilla compacta, cuyo equilibrio se alcanzó entre 49 y 182.5 horas de desecación. En estos ensayos se vio que la humedad en la superficie de arriba 𝑤𝑡 fue menor que la medida en la base de la muestra 𝑤𝑙

durante la mayor parte del ensayo. Sin embargo, luego de transcurrido un tiempo las diferencia disminuyen y el perfil de humedad se vuelve uniforme. También se notó un efecto ligero de curling en las celdas de suelo que se curvaron en su zona media hacia arriba.

En su trabajo, Peron, et al. (2009), obtiene luego de 17 horas de desecación, grietas transversales a la longitud mayor de las muestras. El número de grietas varió entre 6 y 8 con predominio de 7 grietas por muestra. Algunas veces las grietas comenzaron desde arriba y a veces desde abajo. Ejemplos de patrones finales de agrietamiento se pueden ver en la Figura 2.12. Estos ensayos presentan resultados similares a los de Nahlawi & Kodikara (2006).

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Figura 2.10 - Patrón de agrietamiento final de la arcilla de Werribee del test 3 (tiempo de desecación

147.75 horas). (Nahlawi & Kodikara, 2006).

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2.3.5.5. Ensayos sin Restricción

Lubricando las bandejas, Peron, et al. (2009), presenta ensayos de muestras alargadas como en la de la Figura 2.12. En la Figura 2.13a se observa la evolución del contenido de humedad con el tiempo, la cual es lineal hasta el minuto 2000. En la Figura 2.13b se muestra el perfil de humedad con el tiempo para el ensayo sobre la muestra F5. Dicha Figura evidencia que la desecación es más pronunciada en los extremos de la muestra hasta que al final del proceso se estabiliza.

Ninguna de las muestras para ensayos sin restricción experimentó agrietamiento. La parte central de las muestras mostraron menos deformación axial que en los extremos. En la Figura 2.14a se observa la evolución de la deformación axial en el centro y total respecto del contenido de agua del ensayo FC. También se observa en la Figura 2.14b la evolución de la relación de vacíos y de la deformación promedio (vertical, transversal y axial) de los ensayos de retracción sin restricción F5, F6, F7 y F9. Se ha visto mucha variabilidad en las deformaciones debido a que la muestra pierde su forma de paralelepípedo durante el ensayo por efecto de arqueo. En la misma figura se observa que la deformación vertical es mayor que la horizontal, tanto axial como longitudinal, y que la relación de vacíos varia linealmente respecto del contenido gravimétrico de agua hasta un valor de 20%. La misma tendencia que presentó Lau (1987) en su trabajo.

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(a) (b)

Figura 2.13 – Resultados de experimentos en laboratorio de la desecación en muestras sin restricción. a)

Evolución del contenido gravimétrico de agua con el tiempo; b) Distribución del contenido de agua durante ensayo de desecación. (Peron, et al., 2009).

(a) (b)

Figura 2.14 - Resultados de experimentos en laboratorio de la desecación en muestras sin restricción. a)

Evolución de la deformación con el contenido gravimétrico de agua, ensayo FC; b) Evolución de la relación de vacíos y la deformación con el contenido de agua (valores medios de los ensayos F5,

F6, F7 y F9). (Peron, et al., 2009).

En la Figura 2.15, se presentan las curvas de retención de los tres suelos utilizados en los ensayos. Los ensayos de desecación sin restricción para estos materiales permiten establecer dos etapas diferenciadas. La mayor parte de la deformación se produce, en la primera etapa, antes de

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alcanzar el valor de entrada de aire y con un grado de saturación cercano al 100% (en línea con lo propuesto por Terzaghi en 1927 y Casagrande en 1938) y dicha deformación es permanente (Fleureau, et al., 1993) y (Peron, et al., 2007). La segunda etapa se produce con disminución del grado de saturación y con una tasa de deformación mucho menor. Conceptualmente la desecación sin restricción seria: (i) la presión de vapor alrededor de la muestra decrece y produce evaporación del líquido en el suelo que escapa por los contornos, (ii) el gradiente negativo de presión de poros entre la superficie y el interior de la muestra induce el flujo de agua. Debido a que la presión de agua decrece, aumenta la tensión efectiva y la matriz experimenta compresión con la consiguiente retracción. La primera etapa mencionada más arriba, puede considerarse como una consolidación elasto-plástica vía un incremento de la tensión efectiva.

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2.3.5.6. Influencia del Espesor de las Muestras

Desde el inicio de la investigación en desecación y agrietamiento (Corte & Higashi, 1960), se ha detectado la influencia que tiene el espesor de la muestra en el patrón de agrietamiento. Repetidamente se ha comprobado este hecho. En la Figura 2.16 se presenta el resultado obtenido por (Lakshmikantha, 2009) en algunos de sus ensayos. Para cada una de las 5 bandejas presentadas se observa la influencia en el agrietamiento cuando es espesor de la muestra varía de 10 a 20 mm. Queda claro que a menor espesor la distancia entre grietas disminuye.