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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
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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.
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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)
GRIETA 1 GRIETA 2 GRIETA 3 GRIETA 4
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
CANTIDAD FINAL - 16.21 gr
Tabla 3. Resultados Ensayo #2.
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
Figura 11. Longitud Grietas vs Tiempo. Ensayo #2.
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).
Figura 12. Humedad vs Tiempo. Ensayo #2.
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)
GRIETA 1 GRIETA 2 GRIETA 3 GRIETA 4
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
CANTIDAD FINAL - 10.67 gr
Tabla 4. Resultados Ensayo #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
Figura 13. Longitud Grietas vs Tiempo. Ensayo #3.
Figura 14. Humedad vs Tiempo. Ensayo #3.
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)
GRIETA 1 GRIETA 2 GRIETA 3 GRIETA 4
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
CANTIDAD FINAL - 16.78 gr
Tabla 5. Resultados Ensayo #4.
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
Figura 15. Longitud Grietas vs Tiempo. Ensayo #4.
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.
Figura 16. Humedad vs Tiempo. Ensayo #4.
ENSAYO 5
Tiempo
(min) Peso (gr) Humedad
(%) Longitud (cm)
GRIETA 1 GRIETA 2 GRIETA 3 GRIETA 4
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
CANTIDAD FINAL - 16.57 gr
Tabla 6. Resultados Ensayo #5.
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 %.
Figura 17. Longitud Grietas vs Tiempo. Ensayo #5.
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.
Figura 18. Humedad vs Tiempo. Ensayo #5.
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
(min) Peso (gr) Humedad
(%) Longitud (cm)
GRIETA 1 GRIETA 2 GRIETA 3 GRIETA 4
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
Tabla 7. Resultados Ensayo #6.
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).
Figura 19. Longitud Grietas vs Tiempo. Ensayo #6.
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
Figura 20. Humedad vs Tiempo. Ensayo #6.
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.