Estudio de la retracción y el agrietamiento de arcillas. Aplicación a la arcilla de Bogotá

En esta investigacion se profundiza en el conocimiento de los mecanismos y variables mas relevantes que intervienen en agrietamiento de suelos arcillosos por fenomenos de retraccion. Se analizan varios modelos de prediccion de agrietamientos y se formula un programa experimental que se adelanta sobre una arcilla blanda de plasticidad media, obtenida en la ciudad de Bogota, donde ocurre este tipo de problemas, asociado a la desecacion del terreno. Inicialmente se hace la caracterizacion basica de la arcilla, mediante ensayos de clasificacion, evaluacion de propiedades mineralogicas y microestructurales, determinacion de la curva de retencion por diferentes metodos, ensayos edometricos convencionales y de succion controlada y ensayos de resistencia al corte. Luego se evalua la resistencia a la traccion de la arcilla mediante ensayos de traccion directa con medicion de tension, deformacion y succion. La principal innovacion de estas pruebas fue la medicion de la succion durante el ensayo mediante un pequeno tensiometro de respuesta rapida que se ubico cerca de la superficie de agrietamiento esperada, de esta manera, si el suelo esta saturado se puede saber el estado de tensiones efectivas actuante. Los resultados obtenidos permitieron plantear un modelo de resistencia a la traccion en tensiones efectivas, que brinda mayor claridad conceptual al criterio de inicio de grietas por desecacion, empleado en algunos modelos de agrietamiento. La estabilidad o extension de grietas previamente formadas, es un aspecto que se puede abordar desde la mecanica de fractura lineal elastica (LEFM). Aqui se revisan los principios basicos de la LEFM y del efecto de tamano de mecanica de fractura, adicionalmente se ejecutan ensayos de para determinar sus parametros principales, que son la tasa critica de liberacion de energia y la tenacidad a la fractura. Los resultados muestran que la LEFM brinda un marco conceptual muy promisorio pero que debido al comportamiento elastoplastico de la arcilla, los parametros de fractura que se determinaron son un indicativo de cierto intervalo razonable de variabilidad y no propiamente una constante del material. El analisis morfologico de la formacion y avance de grietas se hizo a escala microscopica y macroscopica en muestras de arcilla sometidas a desecacion. En el primer caso se observo que las grietas ocurren desde etapas muy tempranas pero no necesariamente corresponden con el agrietamiento final, pues este depende principalmente de las condiciones de contorno impuestas por el molde en el que esta la muestra. Adicionalmente el avance de las grietas no es continuo sino por tramos cortos, interconectados por grumos o particulas mayores. El agrietamiento inicial ocurre lentamente pero despues de un cierto momento se presenta agrietamiento subito y total de la muestra. A escala macroscopica el procesos es similar y los ensayos de desecacion realizados con moldes de diferentes formas y tamanos confirma que la ubicacion de las grietas y la humedad a la cual se inician, dependen de manera especial de las restricciones a la contraccion impuestas por los moldes aunque tambien influyen la humedad inicial y la tasa de desecacion. A partir de las mediciones de las areas de grietas se evaluaron aspectos cuantitativos del agrietamiento tanto en procesos de secado como de rehidratacion.