determinaciÓn de longitud de grietas producidas por …

DETERMINACIÓN DE LONGITUD DE GRIETAS PRODUCIDAS POR EL FENÓMENO DE FRAGMENTACIÓN

EN ARCILLAS

Fharo Alberto Zabaraín Nigrinis

200813709

Asesor de Proyecto de Grado:

Ing. Nicolás Estrada Mejía

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

PROGRAMA DE PREGRADO EN INGENIERÍA CIVIL Bogotá D. C.

Junio de 2013

2

TABLA DE CONTENIDO

LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................................... 3

LISTA DE TABLAS............................................................................................................................ 3

RESUMEN ........................................................................................................................................... 4

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 5

OBJETIVOS......................................................................................................................................... 6 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................................... 6 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................................................... 6

ALCANCE ............................................................................................................................................ 7

MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................. 8

ANTECEDENTES DEL PROYECTO ............................................................................................ 10

MONTAJE DEL MODELO ............................................................................................................. 11

REALIZACIÓN DE ENSAYOS ...................................................................................................... 13

RESULTADOS ................................................................................................................................. 16 ENSAYO 1 ................................................................................................................................................ 16 ENSAYO 2 ................................................................................................................................................ 19 ENSAYO 3 ................................................................................................................................................ 21 ENSAYO 4 ................................................................................................................................................ 23 ENSAYO 5 ................................................................................................................................................ 24 ENSAYO 6 ................................................................................................................................................ 26

ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS RESULTADOS ............................................................... 29 LONGITUD DE GRIETAS ..................................................................................................................... 29 HUMEDAD DEL SUELO ........................................................................................................................ 30

CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 31

RECOMENDACIONES ................................................................................................................... 32

3

LISTA DE FIGURAS Figura 1. Límites de Atterberg. Tomado de Fundamentos de Geotecnia. Nicolás Estrada (2012). ___________ 8 Figura 2. Recipientes ___________________________________________________________________________________________ 11 Figura 3. Balanza _______________________________________________________________________________________________ 11 Figura 4. Ventiladores __________________________________________________________________________________________ 12 Figura 5. Montaje completo del experimento. _________________________________________________________________ 12 Figura 6. Mezcla Recién Vertida en el Recipiente. _____________________________________________________________ 14 Figura 7. Método de Medición de las Longitudes de las Grietas. ______________________________________________ 14 Figura 8. Toma de Datos de la Muestra Seca. _________________________________________________________________ 15 Figura 9. Longitud Grietas vs Tiempo. Ensayo #1.____________________________________________________________ 18 Figura 10. Humedad vs Tiempo. Ensayo #1.___________________________________________________________________ 18 Figura 11. Longitud Grietas vs Tiempo. Ensayo #2. ___________________________________________________________ 20 Figura 12. Humedad vs Tiempo. Ensayo #2.___________________________________________________________________ 20 Figura 13. Longitud Grietas vs Tiempo. Ensayo #3. ___________________________________________________________ 22 Figura 14. Humedad vs Tiempo. Ensayo #3.___________________________________________________________________ 22 Figura 15. Longitud Grietas vs Tiempo. Ensayo #4. ___________________________________________________________ 24 Figura 16. Humedad vs Tiempo. Ensayo #4.___________________________________________________________________ 24 Figura 17. Longitud Grietas vs Tiempo. Ensayo #5. ___________________________________________________________ 25 Figura 18. Humedad vs Tiempo. Ensayo #5.___________________________________________________________________ 26 Figura 19. Longitud Grietas vs Tiempo. Ensayo #6. ___________________________________________________________ 27 Figura 20. Humedad vs Tiempo. Ensayo #6.___________________________________________________________________ 28 Figura 21. Comparación Primeras Grietas en Todos los Ensayos. ____________________________________________ 29

LISTA DE TABLAS Tabla 1. Pre-dimensionamiento de la Mezcla. ....................................................................................................................... 13 Tabla 2. Resultados Ensayo #1. ................................................................................................................................................... 17 Tabla 3. Resultados Ensayo #2. ................................................................................................................................................... 19 Tabla 4. Resultados Ensayo #3. ................................................................................................................................................... 21 Tabla 5. Resultados Ensayo #4. ................................................................................................................................................... 23 Tabla 6. Resultados Ensayo #5. ................................................................................................................................................... 25 Tabla 7. Resultados Ensayo #6. ................................................................................................................................................... 27

4

RESUMEN En el presente trabajo se encuentran los resultados obtenidos de un estudio de

laboratorio realizado en la Universidad de Los Andes. El propósito del mismo fue el de

observar y analizar el fenómeno de fragmentación de un suelo (material) arcilloso

conocido como caolinita (caolín), para lo cual fue necesario la utilización del montaje

de una tesis realizada anteriormente, en la cual se estudiaban nuevos métodos para

calcular el límite plástico en suelos arcillosos. El montaje utilizado para la realización

de los experimentos consistió en tomar una muestra de mezcla de material

homogénea previamente pre-dimensionada, acto seguido se vertió la mezcla en un

recipiente colocado sobre una balanza, con la cual se registra el peso de la misma a lo

largo de todo el experimento. Una vez hecho esto, se empieza a tomar el registro del

peso de la mezcla a lo largo del tiempo y se espera hasta que aparezca la primera

grieta en la mezcla, lo cual sucede debido a que ésta va perdiendo humedad. Cuando la

primera grieta se evidencia se empieza a registrar su longitud a medida que esta va

creciendo con el transcurso del tiempo. De igual manera se toman como referencia

más grietas para tener una mayor cantidad de datos para analizar.

5

INTRODUCCIÓN

La caolinita es una arcilla y por lo tanto hace parte del extenso grupo de suelos finos

que se pueden encontrar. Muchas de las propiedades tanto físicas como mecánicas

que presentan los mismos, están sujetas al contenido de agua que dichos suelos

presentan. El contenido de agua es el encargado de determinar el estado en el cual se

encuentran los suelos, los cuales se pueden clasificar en sólido, líquido o intermedios.

Para realizar la clasificación de los diferentes estados que pueden presentar los

suelos, se utilizan los Límites de Atterberg, los cuales determinan el estado físico del

suelo dependiendo del porcentaje o cantidad de humedad que éstos presentan. Los

ensayos establecidos para el cálculo de los Límites de Atterberg, corresponden a los

encontrados en las normas ASTM-D4318 y AASHTO-T90.

Aún se desconoce de manera profunda cómo es la propagación de las fisuras, una vez

se empieza a agrietar la mezcla, es por eso que el propósito de este proyecto de grado

se centra en diseñar una metodología con la cual sea posible la medición de las grietas

que se generan debido al fenómeno de fragmentación en los suelos finos.

6

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL Se tiene como objetivo principal de este trabajo de grado, poder medir la longitud de

las grietas que se presentan en una mezcla de arcilla, debido a la pérdida de humedad

de la misma en el transcurso del tiempo.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Describir el fenómeno de fragmentación que sufre la mezcla al secarse.

Describir el montaje del modelo

Describir el procedimiento del ensayo realizado

Presentar los cálculos realizados para el pre-dimensionamiento de la mezcla.

Presentar los datos recolectados del peso de la mezcla hasta alcanzar el estado

sólido.

Presentar los datos de las medidas de las grietas obtenidas en los ensayos.

Realizar un análisis comparativo de los resultados obtenidos en los ensayos

Establecer las conclusiones pertinentes al proyecto de grado.

Definir las recomendaciones para futuros ensayos con el mismo propósito.

7

ALCANCE

El presente proyecto de grado contempla el estudio de la longitud de las grietas o

fisuras generadas por la pérdida de humedad en una mezcla de arcilla. Los ensayos se

realizaron a partir del pre-dimensionamiento de la mezcla, con el fin de estudiar y

determinar si la cantidad de material es un factor importante que afecte la velocidad

de propagación de las grietas.

8

MARCO TEÓRICO

El estado físico de los suelos finos depende básica y fundamentalmente de la cantidad

de agua que éstos posean. De igual manera, el comportamiento mecánico de los

mismos estará dado también por la cantidad de humedad que contengan. Esto refleja

una conclusión instantánea; el agua es el agente que determina qué tan frágil,

resistente, y moldeable puede comportarse un suelo fino como las arcillas.

El fenómeno de fragmentación o desecación en los suelos finos, se genera gracias a la

pérdida de humedad en el material, como consecuencia de la exposición de dicho

material a la intemperie o a otro tipo de ambiente, donde la temperatura varía y por

consiguiente la cantidad de agua del material va disminuyendo, conforme va

transitando el tiempo. Sin embargo para estudiar el fenómeno de fragmentación, es

necesario retomar el concepto de los límites de Atterberg.

Los límites de Atterberg, son aquellas fronteras delimitadas por distintos valores de

cantidad de agua, en las cuales el estado físico de los suelos es claramente

diferenciable uno del otro.

Figura 1. Límites de Atterberg. Tomado de Fundamentos de Geotecnia. Nicolás Estrada (2012).

9

De acuerdo al contenido de agua, los suelos finos se pueden clasificar según su estado

en:

Líquido: cuando el contenido de agua es altísimo. En este estado es fácil observar

que la cantidad de agua es notablemente mayor a la de suelo. Su límite se conoce

límite líquido (LL).

Plástico: un suelo fino se encuentra en estado plástico, cuando es posible

moldearlo a placer, gracias a un contenido de agua intermedio. Es fácil de

deformar y tiende a conservar el molde que se desee. Su límite se llama límite

plástico (LP).

Semisólido y Sólido: a medida que va disminuyendo la cantidad de agua, el

material pasa de ser plástico a semisólido, con lo cual se vuelve un poco más

rígido y pierde esa capacidad moldeable que tenía al estar en estado plástico.

Luego cuando la humedad es casi nula, se pasa al estado sólido o seco, en donde el

material adquiere su dureza máxima y en distintos casos puede ser moldeable de

acuerdo con el recipiente en donde se coloque. El límite entre estado sólido y

semi-sólido se conoce como límite sólido (LS).

10

ANTECEDENTES DEL PROYECTO

Para la realización del presente proyecto de grado se tomó como base una tesis de

pregrado realizada anteriormente (Guarín, 2012) en donde se estableció una

metodología para estimar el límite plástico de la caolinita, de una manera rápida y

confiable. Es por eso que es de suma importancia recordar las conclusiones más

relevantes a las que llegaron en el trabajo anterior.

Como primera medida, en (Guarín, 2012) se utilizó un modelo experimental

para poder encontrar el límite plástico de la arcilla en estudio, el cual tomaba

como referencia la aparición de la primera grieta visible en la muestra.

Se llegó a la conclusión que el tiempo en el cual aparece la primera grieta está

directamente relacionado con la cantidad de mezcla que se utiliza, es decir, a

mayor cantidad de mezcla, mayor será el tiempo que se requerirá para que se

seque la misma.

En (Guarín, 2012) se determinó que la humedad media a la cual se percibía la

primera grieta era aproximadamente del 53.17%.

El límite plástico medio encontrado en el trabajo de grado anterior (Guarín,

2012) estuvo entre el 27% y el 28%.

11

MONTAJE DEL MODELO

Como se mencionó anteriormente el modelo que se manejó en la realización del

presente trabajo, corresponde al utilizado en (Guarín, 2012). A continuación se

muestran los materiales y equipos con los cuales se trabajó en el presente proyecto de

grado.

Materiales

Caolinita

Equipos

Recipiente

Figura 2. Recipientes

Balanza

Figura 3. Balanza

12

Ventiladores

Figura 4. Ventiladores

La figura 5 muestran el montaje armado y completo del modelo. Cabe resaltar que los

ventiladores están ubicados a 25 cm medidos desde el eje del recipiente colocado

sobre la balanza. De igual forma, cada ventilador está colocado sobre unos cubos de

madera, esto con el fin de ubicarlos al nivel del recipiente donde estará vertida la

mezcla, con el fin de contribuir con el proceso de secado de la misma.

Figura 5. Montaje completo del experimento.

13

REALIZACIÓN DE ENSAYOS

Para la realización de los distintos experimentos, se calculó como primera medida la

cantidad de material necesaria según la cantidad de mezcla que se quería obtener.

Teniendo en cuenta que se utilizará una mezcla inicial que contenga 96% de agua, es

decir, 1.2 veces el límite líquido supuesto (Guarín, 2012).

Siguiendo la ecuación anterior, donde X corresponde a la cantidad de caolinita que se

debe tener para poder obtener una cantidad de mezcla deseada. De igual forma, la

cantidad de agua se calcula una vez determinado cuánto material se necesita.

Para el presente proyecto de grado, se trabajó con 1 cantidad de mezcla, 230gr. Las

cantidades de suelo y agua para cada mezcla se observan en la siguiente tabla:

Mezcla (gr)

Arcilla (gr) Agua (gr)

230 118 112

Tabla 1. Pre-dimensionamiento de la Mezcla.

Una vez obtenida una mezcla de suelo lo más homogénea posible con ayuda de los

instrumentos del laboratorio, se procedió a verterla en los recipientes colocados

encima de la balanza, tal y como se mostró en la sección anterior. Seguidamente se

procede a registrar el peso de la mezcla que se encuentra dentro del recipiente y

empieza el correr del tiempo (a este punto le llamaremos Tiempo 0 o inicial).

14

Figura 6. Mezcla Recién Vertida en el Recipiente.

Las lecturas de tiempo y peso de la mezcla se realizan cada 15 minutos, hasta el

instante donde se hace visible la primera grieta. Una vez identificada la primera grieta

y con la ayuda de un metro, se mide la longitud de la misma conforme pasa el tiempo y

se continúa tomando el registro tanto del peso de la mezcla, como el del tiempo

transcurrido.

Figura 7. Método de Medición de las Longitudes de las Grietas.

15

Se hicieron un total de 6 ensayos con las cantidades mostradas en la tabla anterior, de

los cuales en los 3 primeros se tomaron registros de los datos cada 15 minutos

después de que la primera grieta fue observada y en los 3 restantes cada 5 minutos.

Esto con el fin de monitorear con más frecuencia la longitud y la trayectoria de las

mismas.

Cabe resaltar que después de la aparición de la primera grieta, sólo era cuestión de

tiempo para que se formaran múltiples grietas a lo largo y ancho de la mezcla, es por

eso que aparte de la primera, se tomaron datos de 3 grietas más para un total de 4

fisuras estudiadas (las 4 primeras) por cada ensayo realizado.

Por último se registró el peso final de la mezcla (peso seco), esto con el final de poder

calcular el porcentaje de humedad de la muestra a lo largo del transcurso del tiempo,

mediante la siguiente fórmula:

Donde W corresponde al peso de la muestra y Ws es el peso seco de la muestra.

Figura 8. Toma de Datos de la Muestra Seca.

16

RESULTADOS

Las tablas y gráficas mostradas a continuación, corresponden a los resultados que

arrojaron los 6 experimentos realizados en el laboratorio de la Universidad de los

Andes. Estos ensayos están discriminados de acuerdo a la cantidad de material vertido

en el recipiente colocado sobre la balanza (ver montaje del experimento, Pág. 12).

La cantidad de mezcla que se utilizó para la realización de los ensayos fue entre 25 y

35 gr de mezcla, ya que de acuerdo y siguiendo los lineamientos del trabajo de grado

anterior (Guarín, 2012) se llegó a la conclusión que una forma de acortar el tiempo del

secado de la mezcla, así como el de reducir el tiempo de aparición de la primera grieta,

es usar la menor cantidad de mezcla posible, ya que dichos tiempos van de la mano

con el total de material y mezcla que se tengan.

Tal y como se explicó en el montaje del experimento, se siguió la trayectoria de 4

grietas en cada uno de los ensayos conforme iban apareciendo. Sin embargo para un

mayor análisis, se realizaron 3 ensayos en los cuales se le hacía un seguimiento a las

mismas cada 15 minutos después que la primera grieta fuera identificada. De igual

forma, para aumentar la precisión en la medición de los datos, se ejecutaron otros 3

ensayos en donde el monitoreo de la longitud de las grietas y el peso de las muestras

se realizaba cada 5 minutos, luego que la primera grieta apareciese.

De esta forma se muestran a continuación, cada uno de los ensayos donde el

monitoreo se realizó cada 15 minutos luego de observar la primera grieta:

ENSAYO 1

Tiempo (min)

Peso (gr) Humedad (%)

Longitud (cm)

GRIETA 1 GRIETA 2 GRIETA 3 GRIETA 4

0 35.12 105.98 - - - -

15 33.43 96.07 - - - -

17

30 32.5 90.62 - - - -

45 31.61 85.40 - - - -

60 30.59 79.41 - - - -

75 29.54 73.26 0.1 - - -

90 28.73 68.50 0.2 - - -

105 27.81 63.11 0.25 0.2 - -

120 26.94 58.01 0.3 0.5 0.1 0.2

135 26.66 56.36 0.5 1.5 0.3 0.7

150 25.67 50.56 1 1.8 0.8 1.1

165 24.65 44.57 3.4 2 1.2 1.4

180 24.22 42.05 3.7 2.2 1.9 2

195 23.42 37.36 4.3 2.4 2.3

210 22.57 32.38 3.1 2.7

CANTIDAD FINAL - 17.05 gr

Tabla 2. Resultados Ensayo #1.

Para el primer ensayo, se vertió una cantidad de mezcla inicial igual a 35.12 gr con

una humedad inicial de 105.98%. Los valores de las longitudes de las grietas que se

encuentran en color rojo, corresponden a los valores últimos de dichas longitudes.

Para determinar estos valores finales de longitudes se siguieron dos criterios. El

primero fue definir que el final de una grieta era aquel donde ésta no pudiera seguir

creciendo, como por ejemplo cualquier borde o límite de la mezcla. El segundo criterio

que se tomó fue el de establecer que una grieta finalizaría cuando ésta se encontrara o

chocara con otra grieta.

Esta última parte tiene como explicación, que no se puede controlar el hecho que se

forme más de una grieta al momento de hacerle seguimiento a otras diferentes, por

eso mismo se escogió realizarle seguimiento a sólo 4 de las múltiples grietas que se

forman, a medida que la mezcla va perdiendo humedad.

Para comprender mejor la tabla anterior, se muestra a continuación una gráfica

correspondiente a la longitud de las mismas con respecto al tiempo a manera de

resumen.

18

Figura 9. Longitud Grietas vs Tiempo. Ensayo #1.

En la figura 9 se puede observar que la primera grieta (color azul) fue aquella que

presentó mayor longitud de las 4 grietas estudiadas (4.3 cm). Así mismo la segunda

grieta en aparecer (color rojo) fue la que menor distancia recorrió (2.2 cm).

Adicionalmente se muestra una gráfica, en donde se observa el porcentaje o cantidad

de humedad de la mezcla con respecto al tiempo.

Figura 10. Humedad vs Tiempo. Ensayo #1.

0 0.5

1 1.5

2 2.5

3 3.5

4 4.5

5

0 50 100 150 200 250

Lo

ng

itu

d (

cm)

Tiempo (min)

Ensayo 1

Grieta 1

Grieta 2

Grieta 3

Grieta 4

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 50 100 150 200 250

Hu

me

da

d (

%)

Tiempo (min)

Humedad vs Tiempo

19

ENSAYO 2

Tiempo (min) Peso (gr) Humedad (%) Longitud (cm)


0 32.88 102.84 - - - -

15 32.17 98.46 - - - -

30 31.46 94.08 - - - -

45 30.62 88.90 - - - -

60 29.27 80.57 - - - -

75 28.61 76.50 0.1 - - -

90 27.91 72.18 0.4 0.1 0.2 -

105 27.42 69.15 0.9 0.2 0.5 0.1

120 26.82 65.45 1.6 0.8 0.8 0.4

135 26.12 61.14 2.7 1.3 1.1 0.6

150 25.4 56.69 3.4 1.8 1.6 1.3

165 24.58 51.63 4.2 2.2 1.9

180 24.02 48.18 2.8

195 23.31 43.80 3.3



La tabla 3 muestra los resultados del segundo ensayo realizado en el laboratorio, el

cual contó con una mezcla inicial cuyo peso fue de 32.88 gr y una humedad

correspondiente al 102.84%. De igual forma se pueden observar los valores máximos

de las grietas estudiadas en la muestra.

Para comprender mejor la tabla, se muestra una gráfica a continuación con la

información más relevante de la tabla 3.

20


Los resultados resumidos en la figura 11, reflejan una vez más que la grieta 1 (color

azul) fue la que mayor longitud logró (4.2cm). Sin embargo en esta ocasión la grieta 3

(color verde) fue la menor de todas (1.6 cm).


Como era de esperarse, en la figura 12 se observa la relación inversamente

proporcional que existe entre la humedad de la mezcla y el tiempo que va

transcurrido, ya que es sabido que a medida que el tiempo corre, la balanza que se

encuentra pesando la mezcla registra cada vez más, valores menores al inicial.

0 0.5

1 1.5

2 2.5

3 3.5

4 4.5

0 100 200 300

Lo

ng

itu

d (

cm)

Tiempo (min)

Ensayo 2

Grieta 1

Grieta 2

Grieta 3

Grieta 4

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 50 100 150 200 250

Hu

me

da

d (

%)

Tiempo (min)

Humedad vs Tiempo

21

ENSAYO 3

Tiempo

(min) Peso (gr) Humedad

(%) Longitud (cm)


0 23.03 115.84 - - - -

15 22.14 107.50 - - - -

30 21.43 100.84 - - - -

45 20.77 94.66 - - - -

60 20 87.44 - - - -

75 19.34 81.26 - - - -

90 18.9 77.13 - - - -

105 18.6 74.32 0.1 - - -

120 17.4 63.07 0.1 - - -

135 16.87 58.11 0.1 0.2 - -

150 16.49 54.55 0.2 0.3 - -

165 15.96 49.58 1.3 0.5 - -

180 15.37 44.05 2.7 0.7 0.2 -

195 15.24 42.83 4.5 1.2 1.2 0.3

210 14.55 36.36 4.7 1.8 2.3 1.5

225 14 31.21 2.5 3.7 2.3

240 13.42 25.77 5 3



La tabla 4 corresponde al tercer ensayo realizado, el cual contó con una mezcla de

peso igual a 230.3 gr y una humedad del 115.84 %.

La figura 13 mostrada a continuación, refleja un pequeño incremento en cuanto al

tamaño máximo alcanzado por alguna de las grietas a las cuales se les hizo

seguimiento cuidadosamente. En este caso la grieta 3 (color verde) alcanzo en 5 cm su

máxima elongación. Por otro lado, fue la grieta número 2 (color rojo) la que con 3 cm

fue la más corta.

22



La figura 14 deja entrever la tendencia que tiene la humedad de la mezcla a decrecer

conforme pasa el tiempo y la mezcla se va secando poco a poco.

0

1

2

3

4

5

6

0 100 200 300

Lo

ng

itu

d (

cm)

Tiempo (min)

Ensayo3

Grieta 1

Grieta 2

Grieta 3

Grieta 4

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

0 50 100 150 200 250 300

Hu

me

da

d (

%)

Tiempo (min)

Humedad vs Tiempo

23

A continuación se presentan los 3 ensayos realizados, en los cuales se monitoreó el

agrietamiento en un intervalo de 5 min luego que la primera grieta se pronunciara.

ENSAYO 4

Tiempo (min)

Peso (gr) Humedad (%)

Longitud (cm)


0 33.64 100.48 - - - -

15 32.71 94.93 - - - -

30 31.82 89.63 - - - -

45 30.8 83.55 - - - -

60 29.75 77.29 - - - -

75 28.94 72.47 - - - -

90 28.02 66.98 - - - -

105 27.15 61.80 0.1 - - -

110 26.87 60.13 0.2 - - -

115 26.57 58.34 0.5 0.2 0.2 0.1

120 26.29 56.67 1.1 0.4 0.3 0.3

125 25.94 54.59 1.4 0.9 0.6 0.7

130 25.72 53.28 1.7 1.3 1.1 1.4

135 25.45 51.67 2.1 1.8 1.5 1.7

140 25.05 49.28 2.5 2.3 1.8 2.2

145 24.69 47.14 2.8 2.8 2.3

150 24.44 45.65 3.3 2.5

155 24.18 44.10 3.2

160 23.87 42.25 3.8

165 23.64 40.88 4

170 23.31 38.92 4.3



El ensayo #4 tuvo como parámetros un peso de 33.64 gr y una humedad con un valor

del 100.48 %.

En la figura 15 se resumió a manera de gráfica los resultados de la tabla anterior, en

las que se muestran las longitudes de todas las grietas estudiadas.

24


Las grietas 3 y 1 son aquellas con mayor longitud para este ensayo, por valor de 4.3

cm (color verde) y 3.3 cm (color azul) respectivamente.

Por otro lado la gráfica 16 mostrada a continuación, contiene los porcentajes de

humedad en función del tiempo.


ENSAYO 5

Tiempo


(%) Longitud (cm)


0 34.27 106.82 - - - -

0

1

2

3

4

5

0 50 100 150 200

lon

git

ud

(cm

)

Tiempo (min)

Ensayo 4

Grieta 1

Grieta 2

Grieta 3

Grieta 4

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 50 100 150 200

Hu

me

da

d (

%)

Tiempo (min)

Humedad vs Tiempo

25

15 33.54 102.41 - - - -

30 32.86 98.31 - - - -

45 32.07 93.54 - - - -

60 31.22 88.41 - - - -

75 30.45 83.77 - - - -

90 29.59 78.58 0.1 - - -

95 29.17 76.04 0.1 0.1 - -

100 28.72 73.33 0.3 0.4 0.2 0.2

105 28.17 70.01 0.5 0.6 0.5 0.3

110 27.57 66.39 1 0.9 1.2 0.7

115 27.16 63.91 1.3 1.4 1.8 1.3

120 26.68 61.01 1.7 1.8 2.2 1.6

125 26.16 57.88 2.3 2.7 2.1

130 25.57 54.32 3.4 2.6

135 25.14 51.72 3.1



La tabla 6 muestra el espécimen de la quinta serie de ensayos realizados, donde la

cantidad de mezcla presente es de 34.27 gr, con una humedad cercana al 106.82 %.


0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 50 100 150

Lo

ng

itu

d (

cm)

Tiempo (min)

Ensayo 5

Grieta 1

Grieta 2

Grieta 3

Grieta 4

26

De la figura 17 se puede rescatar que las grietas 3 y 4 (colores verde y púrpura

respectivamente) sobrepasan los 3 cm de longitud. Adicionalmente, las grietas 1 y 2

en promedio alcanzan a medir 2 cm.


Se observa a través de la figura 18 que la tendencia de la humedad con respecto al

tiempo sigue conservando su forma.

ENSAYO 6

Tiempo


(%) Longitud (cm)


0 25.58 112.46 - - - -

15 24.61 104.40 - - - -

30 23.71 96.93 - - - -

45 22.75 88.95 - - - -

60 21.93 82.14 - - - -

75 20.99 74.34 - - - -

90 20.05 66.53 - - - -

105 19.03 58.06 - - - -

120 18.14 50.66 0.1 - - -

125 17.9 48.67 0.7 - - -

130 17.59 46.10 2.2 0.4 1.3 -

135 17.18 42.69 2.6 1.2 1.7 0.8

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Hu

me

da

d (

%)

Tiempo (min)

Humedad vs Tiempo

27

140 16.96 40.86 3.2 1.8 2.3 2.1

145 16.75 39.12 2.8 2.8

150 16.46 36.71 4.2

155 16.13 33.97 5.3

CANTIDAD FINAL 12.04 gr


El último ensayo realizado consta de una mezcla de 25.58 gr de peso, al igual que una

humedad inicial de 112.46 % y un peso seco de 12.04 gr (Tabla 7).


Por último en la figura 19, se puede apreciar las longitudes que las grietas alcanzaron

en este ensayo, siendo la grieta número 4 (color púrpura) la de mayor extensión

alcanzando los 5.3 cm de longitud.

0

1

2

3

4

5

6

0 50 100 150 200

Lo

ng

itu

d (

cm)

Tiempo (min)

Ensayo 6

Grieta 1

Grieta 2

Grieta 3

Grieta 4

28


Finalmente se obtuvo la gráfica de humedad contra tiempo, en donde claramente se

observa una vez más que la humedad decrece con el transcurrir del mismo. Esto va

generando a su vez, que el suelo se vaya secando y a la postre genere se fenómeno de

fragmentación.

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

0 50 100 150 200

Hu

me

da

d (

%)

Tiempo (min)

Humedad vs Tiempo

29

ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS RESULTADOS

LONGITUD DE GRIETAS

Acerca de las longitudes de grietas, se puede decir en general que todos los ensayos

realizados arrojaron muchas similitudes entre las longitudes de grietas, sobre todo si

se analiza con detenimiento la primera grieta que se origina en todas las mezclas.

Figura 21. Comparación Primeras Grietas en Todos los Ensayos.

Como se puede ver en la figura 21, la mayoría de las primeras grietas de las distintas

mezclas que se obtuvieron en los diferentes ensayos, surgen entre el minuto 70 y el

minuto 105, luego de haber vertido la mezcla en el recipiente.

Otro aspecto importante que cabe resaltar es el hecho que en los ensayos donde el

monitoreo de las grietas se hizo cada 15 minutos después de la aparición de la

primera, es decir ensayos 1, 2 y 3, fueron donde las grietas que se formaron primero

alcanzaron la longitud más alta entre las de su misma clase. Por otro lado las grietas

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 50 100 150 200 250

Lo

ng

itu

d (

cm)

Tiempo (min)

Primeras Grietas Formadas

Ensayo 1

Ensayo 2

Ensayo 3

Ensayo 4

Ensayo 5

Ensayo 6

30

de los ensayos 4,5 y 6 cuyo monitoreo se realizó cada 5 minutos, alcanzaron

(paradójicamente) las menores longitudes del grupo.

Hay que tener en claro un aspecto más que relevante en la realización de los ensayos.

Uno de los criterios que se tuvo en cuenta al momento de determinar el fin de

cualquier grieta monitoreada, era que se uniera o chocara con otra grieta mientras

ésta crecía. Es lógico pensar que vigilar y tener en cuenta cada grieta que se genera en

una mezcla de suelo arcilloso cuando empieza a perder humedad, no es tarea sencilla

y más si se emplea un método totalmente empírico como el utilizado en el presente

trabajo.

Las longitudes de las grietas calculadas en este proyecto, son de bajo orden de

magnitud, lo anterior sucede a razón que pudo haberse utilizado una cantidad de

mezcla pequeña, esto con el fin de facilitar y agilizar los tiempos de secado de la

mezcla con ayuda de los ventiladores presentes en el montaje del modelo, siguiendo

claramente los lineamientos y criterios contenidos en Guarín, 2012.

Sin embargo, otra de las razones por las cuales los cálculos arrojaron longitudes de

fisuras pequeñas, son las frecuentes colisiones entre grietas, ya que es normal y se

observó claramente durante la realización de todos los ensayos, en donde las grietas

monitoreadas, se chocaban repetidamente con otras que se formaban a causa de la

pérdida de humedad constante.

HUMEDAD DEL SUELO

Con respecto a la humedad del suelo, se puede concluir que en todos los ensayos y de

acuerdo a las gráficas mostradas en la sección de resultados, todas éstas siguen una

tendencia inversamente proporcional al tiempo transcurrido. Lo anterior se debe a

que gracias al montaje que se utilizó, se garantiza que el modelo ayude a un secado de

la mezcla mucho más rápido (con ayuda de los ventiladores) de lo que duraría en

secarse naturalmente.

31

CONCLUSIONES

Se calcularon 4 longitudes de grietas por cada ensayo que se realizó. Estas

longitudes oscilan entre valores que van desde los 2 hasta los 5 cm de

extensión.

Se llegó a la conclusión que las primeras grietas en aparecer mantienen una

tendencia en cuanto al tiempo que tardan en formarse y la longitud que logran

alcanzar, ya que todas se formaron (entre otras razones gracias a la cantidad

pequeña de mezcla que se utilizó) entre los minutos 70 y 105, lo cual está

dentro del rango admisible encontrado en Guarín, 2012.

En cuanto a las primeras grietas, se encontró que aquellas que fueron

monitoreadas en intervalos de 15 minutos, a partir de la aparición de ellas

mismas, lograron una longitud mayor que aquellas que fueron monitoreadas

cada 5 minutos luego de que apareciera la primera de ellas. Lo anterior podría

deberse a que el lapso de 15 minutos da mucho más tiempo a las grietas de

expandirse a lo largo y ancho de la mezcla, teniendo precaución de colisionar

con alguna otra durante ese tiempo.

Se calcularon las humedades de cada ensayo realizado, las cuales arrojaron

datos certeros y confiables, debido a la tendencia lógica que tiene como

principio el hecho que a mayor tiempo transcurrido, menor es el porcentaje o

la cantidad de humedad restante en la mezcla preparada.

32

RECOMENDACIONES

Como se trata de una metodología netamente empírica, se recomendaría para

futuros estudios que se intensase con más cantidad de material en pro de

preparar una mezcla mas grande, con el fin de tener una base de datos mucho

mayor y poder realizar un análisis genera.

Utilizar otro método para la medición de las longitudes, ya que en el presente

trabajo, se utilizó un metro y mano de obra para lograr tratar de estimar las

longitudes de las grietas. Sin embargo lo anterior pudo generar con total

seguridad, errores en las estimaciones de las distancias, ya sea al momento de

tomar la lectura o bien en la manipulación del instrumento de medición

utilizado. Se podría probar, con algún sistema de medición digital, que utilizara

una cámara de una resolución mucho mayor y un programa de computación

capaz de medir a escala distancias en fotografías.

33

BIBLIOGRAFÍA

Vallejo, J, (2008). Fractal Analysis of Temperature – Induced Cracking in Clays and

Rocks. University of Pittsburg, EEUU.

Guarín, D, (2012). Realización y Validación de Nuevos Métodos Para Determinar el

Límite Plástico en Suelos. Universidad de Los Andes, Colombia.

Luna, R, (2012). Límites de Atterberg. Universidad de Los Andes, Colombia.

determinaciÓn de longitud de grietas producidas por …

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