En esta investigación se profundiza en el conocimiento de los mecanismos y variables más relevantes que intervienen en agrietamiento de suelos arcillosos por fenómenos de retracción.Se analizan varios modelos de predicción de agrietamientos y se formula un programa experimental que se adelanta sobre una arcilla blanda de plasticidad media, obtenida en la ciudad de Bogotá, donde ocurre este tipo de problemas, asociado a la desecación del terreno.Inicialmente se hace la caracterización básica de la arcilla, mediante ensayos de clasificación, evaluación de propiedades mineralógicas y microestructurales, determinación de la curva de retención por diferentes métodos, ensayos edométricos convencionales y de succión controlada y ensayos de resistencia al corte.Luego se evalúa la resistencia a la tracción de la arcilla mediante ensayos de tracción directa con medición de tensión, deformación y succión. La principal innovación de estas pruebas fue la medición de la succión durante el ensayo mediante un pequeño tensiómetro de respuesta rápida que se ubicó cerca de la superficie de agrietamiento esperada, de esta manera, si el suelo está saturado se puede saber el estado de tensiones efectivas actuante. Los resultados obtenidos permitieron plantear un modelo de resistencia a la tracción en tensiones efectivas, que brinda mayor claridad conceptual al criterio de inicio de grietas por desecación, empleado en algunos modelos de agrietamiento.La estabilidad o extensión de grietas previamente formadas, es un aspecto que se puede abordar desde la mecánica de fractura lineal elástica (LEFM). Aquí se revisan los principios básicos de la LEFM y del efecto de tamaño de mecánica de fractura, adicionalmente se ejecutan ensayos de para determinar sus parámetros principales, que son la tasa crítica de liberación de energía y la tenacidad a la fractura. Los resultados muestran que la LEFM brinda un marco conceptual muy promisorio pero que debido al comportamiento elastoplástico de la arcilla, los parámetros de fractura que se determinaron son un indicativo de cierto intervalo razonable de variabilidad y no propiamente una constante del material.El análisis morfológico de la formación y avance de grietas se hizo a escala microscópica y macroscópica en muestras de arcilla sometidas a desecación. En el primer caso se observó que las grietas ocurren desde etapas muy tempranas pero no necesariamente corresponden con el agrietamiento final, pues éste depende principalmente de las condiciones de contorno impuestas por el molde en el que está la muestra. Adicionalmente el avance de las grietas no es continuo sino por tramos cortos, interconectados por grumos o partículas mayores. El agrietamiento inicial ocurre lentamente pero después de un cierto momento se presenta agrietamiento súbito y total de la muestra. A escala macroscópica el procesos es similar y los ensayos de desecación realizados con moldes de diferentes formas y tamaños confirma que la ubicación de las grietas y la humedad a la cual se inician, dependen de manera especial de las restricciones a la contracción impuestas por los moldes aunque también influyen la humedad inicial y la tasa de desecación. A partir de las mediciones de las áreas de grietas se evaluaron aspectos cuantitativos del agrietamiento tanto en procesos de secado como de rehidratación. / In this research a careful study of the most relevant mechanisms and variables involved in shrinkage cracking of clayey soils has been performed. Some prediction models are reviewed and an experimental program has been conducted on a soft to moderate plasticity clay from Bogotá city, where this kind of cracking is present due to soil desiccation.Initially, a basic clay characterization was carried out by means of classification tests and evaluating mineralogical and microstructural properties. In addition to that, the soil water retention curve using different methods, and conventional and suction controlled oedometer tests and shear strength tests were performed.Tension strength was obtained in direct tension tests. The main innovation of these experiments was that aside from stress and deformation, suction was also measured in the sample by means of a small tensiometer of fast response, placed near the assumed cracking surface. In this way it was possible to know the effective stress state. From these results, a tension strength analysis in effective stresses is proposed which may clarify the criterion of shrinkage crack initiation, used in some of the models.Stability or propagation of existing cracks may be evaluated using a linear elastic fracture mechanics (LEFM) approach. In this research, the basic principles of LEFM, including the fracture mechanics size effect are reviewed and the main fracture mechanics parameters, namely critical energy release rate and crack intensity factor have been obtained from fracture tests. These results show that LEFM gives a convenient conceptual framework but due to elastoplastic behavior of the clay, fracture mechanics parameters should be seen as indicative values of a certain interval of variation rather than a material property.Morphological analysis of crack formation and propagation was made in microscopic and macroscopic scales from clay samples undergoing desiccation. In the first case it was observed that cracking occurred from very early stages but they did not necessarily correspond to final cracking, which mainly depends on boundary conditions imposed by the mould where sample is placed. Additionally, crack growth is not continuous but it advances in short intervals interconnected by clusters or larger size particles. Initial cracks grow slowly but after some time a sudden and total cracking of the sample occurs. In the macroscopic scale the process is similar and desiccation tests on samples placed in moulds with different shapes and sizes, confirm that crack position and moisture content at crack initiation depend mainly on the contraction restrictions imposed by the moulds and to a lower extent on the initial moisture and desiccation rate. From the measurement of crack surfaces, some quantitative cracking aspects were evaluated during drying and hydration processes.

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En esta tesis se aborda primeramente el estudio de las grietas tridimensionales partiendo de las premisas de la MFEL y considerando la importancia de los términos de segundo orden del desarrollo de Williams para la correcta descripción del campo de tensiones en problemas tridimensionales. El estudio de las grietas tridimensionales se realiza mediante una extensión de los resultados bidimensionales en los que se suponen conceptos que en un estado tridimensional no pueden ser admitidos directamente. En la tesis se hace un análisis del efecto de la triaxialidad sobre estos resultados, poniéndose de manifiesto que no basta con aceptar los términos singulares, sino que al menos se deben incluir los términos constantes del desarrollo de Williams. El segundo punto lo constituye una introducción al XFEM para grietas tridimensionales, incluyendo algunos de los avances desarrollados en los últimos años. A continuación se aborda el cálculo de los FIT en grietas genéricas tridimensionales con curvatura. Para ello se proponen mejoras en la formulación de las integrales de dominio y se realizan verificaciones numéricas y estudios de convergencia. El cálculo de los FIT en grietas que presentan curvatura es el objetivo principal de la tesis. La formulación de la integral de interacción ha sido modificada para mejorar su eficacia. Además se ha introducido el efecto de la curvatura en los gradientes, para lo cual se han usado conceptos de geometría diferencial aprovechando la formulación mediante la LS. Esta propuesta mejora apreciablemente los resultados obtenidos mediante las integrales de dominio. El último punto es el estudio y propuesta de un enriquecimiento para mejorar la descripción del estado existente en las cercanías de la singularidad de esquina ---o de borde libre---. Además de una revisión bibliográfica del problema de esta singularidad, se ha introducido parte del efecto local de esta singularidad en la formulación de XFEM mediante una propuesta de enriq / González Albuixech, VF. (2012). Estudio de las singularidades de frente de grieta y de esquina en grietas tridimensionales mediante el método de los elementos finitos extendido [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/19116 / Palancia

El presente estudio trata sobre el análisis del agrietamiento en vigas de concreto sujetas a cargas monotónicas a través de un cálculo pseudo-estático. El fundamento teórico se basa en el Método de Grietas Dispersas (Smeared Crack Approach) de la Mecánica de Fractura, el cual será evaluado dentro de un algoritmo de análisis considerando el Método de Elementos Finitos. El objetivo principal es proponer un modelo computacional para el cálculo de deflexiones instantaneas y la modelación del agrietamiento en vigas de concreto armado sometidas a cargas de servicio. Con este propósito, se evaluaron las vigas analizadas por diversos autores. Los resultados del estudio se presentan mediante curvas fuerza-desplazaminto, la secuencia de propagación del agrietamiento y la evaluación de la resistencia última. Se consideró un modelo frágil de esfuerzo y deformación en la grieta. De esta manera, para los elementos analizados, se demostró que el modelo utilizado es capaz de predecir adecuadamente el proceso de agrietamiento y de calcular las deflexiones instantáneas en vigas de concreto, teniendo en cuenta resultados experimentales existentes. / The present study deals with cracking analysis of concrete beams under monotonic loadings by means of a quasi-static evaluation. The theoretical basis herein used is lies on the Fixed Smeared Crack Approach taking into account Fracture Mechanics within a Finite Element algorithm for the numerical solution of the problem. The main objective is to propose a computational model for the calculus of instantaneous deflection and the simulation of cracking in concrete beams under service loadings. On this purpose, diverse beams evaluated by may authors where analyzed. The results of this study cases are presented through and force-displacement curves, cracking propagation and the evaluation of the ultimate resistance of the beam. Within the computational algorithm, a fragile crack stress-strain relation was implemented. On this way, for the analyzed elements it was demonstrated that the model herein used can predict adequately cracking processes and instantaneous deflections of concrete beams considering existing experimental results. / Tesis

La reflexión de grietas en las capas de recubrimiento de Asfalto de Mezcla Caliente (HMA) representa un serio desafío asociado a la rehabilitación de pavimentos, siendo un problema importante e incidente en el desarrollo de la vida útil de los pavimentos; por lo tanto en la tesis se propone el uso del sistema Bitufor (Mesh Track +Slurry Seal) como una alternativa de solución para retardar la aparición de grietas, además de otros beneficios que prolongan la vida útil del pavimento. Se plantea el uso de este sistema basándose en la ejecución del proyecto “REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA DE ACCESO A LA SOCIEDAD MINERA CERRO VERDE (S.M.C.V) DESDE LA PROG. KM 0+000 (CRUCE DE LA VÍA FÉRREA) HASTA EL KM 1+900, EN EL DISTRITO DE UCHUMAYO, AREQUIPA, AREQUIPA”. También se han desarrollado un material bibliográfico sobre las características y beneficios de la malla que conforma este sistema denominada “Mesh Track”, además de recomendaciones sobre su proceso constructivo. Se ha empleado el método PCI para su evaluación visual del estado inicial del pavimento, asimismo el ensayo de la viga de Benkelman para su evolución estructural, de la cual se analizaron los cálculos y gráficos de deflexión, obteniendo resultados favorables.