Análisis Experimental
3.2. Bandejas Rectangulares
3.2.3. Influencia de la Relación de Lados de las Bandejas
En las campañas anteriores realizadas en el laboratorio de Geotecnia de la UPC (Lakshmikantha, et al., 2009), se han utilizado bandejas de igual relación de lados (serie DIN A) para poder estudiar ciertos efectos sobre la forma de las bandejas pudiendo así comprobar la existencia del efecto tamaño.
En este apartado se presentan resultados de agrietamiento en bandejas subdividas para obtener de manera sistemática relaciones de lados decrecientes. Para ello, se utilizan bandejas de tamaño normalizado DIN A2 a las cuales se les ha agregado un marco de madera en un caso y varillas de PVC en otro. Se utiliza el análisis de imágenes para realizar las comparaciones con bandejas de igual tamaño pero sin subdivisiones, además de realizar el análisis de resultados de las ban- dejas subdivididas.
3.2.3.1. Ensayo en Bandeja Subdividida con Marco de Madera
La bandeja utilizada de tamaño normalizado DIN A2 tiene la dimensión estándar de una hoja de papel de este formato de 0.25 m2 de superficie y cuyas dimensiones son 42.0 cm × 59.4 cm. Se
ha utilizado una bandeja de este tipo sin ninguna modificación y otra idéntica sobre la cual se ha construido un marco de madera para subdividir la superficie tal y como se muestra en la Figura 3.27. El marco de madera está hecho con listones de aproximadamente 1 cm de grosor. Con el marco se han conseguido cuatro paneles de suelo de 2 cm, 10.6 cm, 13.6 cm y 28.2 cm de altura y todos ellos de 40 cm de ancho. El espesor de suelo en ambos casos es de 1 cm.
La Figura 3.27 muestra el patrón de grietas obtenido al cabo de 8 días de secado en el laborato- rio (temperatura de 22°C y humedad relativa del 56.5%). Para hacer una comparación y buscar algún patrón se cuentan el número de celdas en cada panel y se comparan ambas bandejas.
Tabla 3.1 - Celdas en bandeja con subdivisiones
Panel Nº de celdas de suelo por panel Altura de la celda [mm] Relación de lados de la subdivisión Numero de franjas horizon- tales en la sub- división Numero de franjas verti- cales en la subdivisión 1 8 20 0.05 1 8 2 16 106 0.265 2 8 3 19 136 0.34 3 6-7 4 45 282 0.705 4-5 6-8
Capítulo 3
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Figura 3.28 - Comparación de bandejas con y sin subdivisiones.
Los números indican el número de celdas en la bandeja.
Los marcos de madera han favorecido el desprendimiento del suelo de la primera bandeja. Aun- que no era el objetivo de este ensayo analizar el efecto de las condiciones de contorno queda evidenciado que diferentes materiales (madera y PVC) presentan diferentes adherencias con el suelo en el proceso de desecación y esto influye ciertamente en el proceso de agrietamiento entre el borde de la bandeja en contacto con el suelo en desecación.
Como puede verse en la Figura 3.28 en la primera franja o panel, de menor altura, aparece sólo una fila de celdas. En la segunda dos, en la tercera 3, en la cuarta ya es difícil distinguir, pero podríamos decir entre 4 y 5.
En la bandeja con subdivisiones tenemos un total de 88 celdas, en la que no tiene subdivisión 87. Aunque se puede considerar que la numeración es un tanto arbitraria sobre todo en la bande- ja sin subdivisión, es notable que el número de celdas sea tan parecido.
La Tabla 3.1 presenta un resumen de la morfología de agrietamiento dado en la bandeja con subdivisiones.
Análisis Experimental
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a) En primer lugar la adherencia entre suelo y bandeja determina la configuración de las grie- tas de contacto entre estos dos materiales. La madera presenta una adherencia notoriamente menor que los bordes de la bandeja de PVC. Cuando existe gran adherencia como en el ca- so del PVC, los bordes presentan al final del ensayo celdas de pequeño tamaño que han quedado adheridas al borde de la bandeja.
b) En segundo lugar, la relación de lados determina la configuración de las grietas en el senti- do de que se dispondrán en números diferentes de franjas más o menos perpendiculares a los bordes. Las celdas finales tienen un tamaño bastante regular.
3.2.3.2. Ensayo en Bandeja Subdividida con Marco de PVC
Esta bandeja es idéntica a la del ensayo anterior pero las subdivisiones se han hecho con varillas de PVC autoadhesivas. En este caso la idea es investigar con mayor precisión el efecto de la relación de lados de la bandeja viendo las diferencias entre anchos de suelo en desecación que varían desde 1 cm a 11.5 cm con una altura constante de 42 cm.
Así se han obtenido anchos de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 11.5 cm tal y como puede verse en la Figura 3.29.
Aquí nuevamente, a pesar de que no era el objeto del ensayo, se ve que al utilizar PVC la adhe- rencia con el suelo es muy similar a la de la bandeja original por el hecho de que ésta es también de PVC. Queda en evidencia una vez más la importancia de las condiciones de contorno entre suelo y bandeja.
Como hay un predominio claro de una dimensión sobre la otra en todos los casos, existen unas grietas primarias que definen franjas de suelo horizontales como se puede ver en la Figura 3.30. Estas se pueden contar a simple vista para intentar encontrar algún patrón. Una observación detallada de la Figura 3.31, permite realizar los siguientes comentarios. En primer lugar, se ob- serva que el número de celdas primero disminuye con el ancho de la porción de suelo hasta la porción 4 pero luego aumenta hasta la 9 (Tabla 3.2). Esto se debe a que las velocidades de seca- do son distintas precisamente por la diferencias de tamaño. Sin embargo la longitud total de grietas aumenta en cada porción lo cual es lógico teniendo en cuenta que a mayor superficie mayor energía disponible para agrietar el suelo.
Capítulo 3
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Figura 3.29 - Bandeja subdividida en 9 paños de altura constante. De arriba hacia
abajo: ancho entre varilla, relación de lados de la porción y número de celdas.
Figura 3.30 - Bandeja tamaño A2, 1 cm de espesor, 6 días de secado. De arriba ha-
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Figura 3.31 – Relación de lados de las 9 porciones y número de celdas de cada por- ción. 7.81% de la superficie son grietas, dimensiones en milímetros. Tabla 3.2 – Morfología de las grietas en bandeja rectangular con subdivisiones
Porción celdas Nº de grietas [cm] Longitud ción [cmÁrea por-2]
Relación de longitud con la primera porción Relación de área con la primera porción Relación longi- tud de grieta y área de la por- ción [cm-1] 1 25 146 59.5 1 1 2.45 2 17 155 119 1.06 2 1.3 3 15 167 178.5 1.14 3 0.94 4 14 179 238 1.23 4 0.75 5 15 213 297.5 1.46 5 0.72 6 22 280 357 1.92 6 0.78 7 28 358 416.5 2.45 7 0.86 8 28 404 476 2.77 8 0.85 9 52 457 684.25 3.13 11.5 0.67
Del estudio de las bandejas rectangulares, se observa que la predicción de los patrones de grietas tiene una gran dificultad, dado que el proceso de desecación es un fenómeno físico que involu- cra una gran cantidad de factores que se interrelacionan haciendo difícil su análisis.
Se ha visto que existe un efecto del tamaño (Lakshmikantha, et al., 2009), y queda claro que la relación de lados también influye en el patrón final de agrietamiento. Se ha evidenciado la in- fluencia del tamaño de partículas inicial. También se ha demostrado en la literatura la influencia