Caracterización experimental de la degradación de la arcilla garumniense bajo ciclos de hielo-deshielo en laboratorio

Abstract

Resum L'erosió de sòls és un dels problemes ambientals rellevants a escala global. En zones de gran pendent i amb sòl argilenc es generen formes del terreny singulars, els xaragalls, on la degradació d'argiles per la meteorització i la seva erosió posterior es produeix a un ritme molt ràpid, superant localment els 5 cm a l'any. En zones de muntanya de clima prou humit, a la degradació de l'argila pels cicles d'humidificació i dessecació cal sumar-li la deguda als cicles de gel i desglaç, que té una major influència en la taxa de meteorització. El material objecte d'aquesta recerca són les argiles garumnianes d'un lloc experimental localitzat en la conca Vallcebre (Prepirineu). En aquesta conca, l'argila està sotmesa a canvis d'humitat que abasten tot el rang i es congela regularment a l'hivern. La densitat seca del material varia també molt amb la profunditat. L'objectiu del present treball és caracteritzar les propietats de l'argila garumniana del lloc experimental. Més concretament, analitzar la resposta enfront dels canvis d'humitat i enfront de la congelació de l'argila i que és mesura en el camp amb sensors de contingut volumètric d'aigua (CVA) i de calor específica, variables que teòricament depenen de la porositat del sòl. El sensor de CVA mesura indirectament aquesta variable a partir de la permitivitat dielèctrica del sòl. S'han realitzats cinc sèries d'assajos de congelació - descongelació de l'argila, imposant quatre nivells de densitat seca inicial (d'1.3, 1.4, 1.5 i 1.6 g/cm³) i, per a una mateixa densitat, s'ha variat el grau de saturació inicial en graons de10, 30, 60 i 90%. En cada assaig, la permitivitat dielèctrica i la calor específica de la mostra s'ha mesurat de manera contínua utilitzant el mateix tipus de sensors que els instal·lats en el lloc experimental de camp. Amb les dades obtingudes dels assajos previs a la congelació de les mostres, s'ha calibrat el sensor de CVA, amb el propòsit d'obtenir un calibratge adaptat específicament a les p

Resumen La erosión de suelos es uno de los problemas ambientales relevantes a escala global. En zonas de gran pendiente y con suelo arcilloso se generan formas del terreno singulares, las cárcavas, donde la degradación de arcillas por la meteorización y su erosión posterior se produce a un ritmo muy rápido, superando localmente los 5 cm al año. En zonas de montaña de clima suficientemente húmedo, a la degradación de la arcilla por los ciclos de humidificación y desecación hay que sumarle la debida a los ciclos de hielo y deshielo, que tiene una mayor influencia en la tasa de meteorización. El material objeto de esta investigación son las arcillas garumnienses de un sitio experimental localizado en la cuenca Vallcebre (Prepirineo). En dicha cuenca, la arcilla está sometida cambios de humedad que abarcan todo el rango y se congela regularmente en invierno. La densidad seca del material varía también mucho con la profundidad. El objetivo del presente trabajo es caracterizar las propiedades de la arcilla garumniense del sitio experimental. Más concretamente, analizar la respuesta frente a los cambios de humedad y frente a la congelación de la arcilla y que es medida en el campo con sensores de contenido volumétrico de agua (CVA) y de calor específico, variables que teóricamente dependen de la porosidad del suelo. El sensor de CVA mide indirectamente esta variable a partir de la permitividad dieléctrica del suelo. Se han realizados cinco series de ensayos de congelación - descongelación de la arcilla, imponiendo cuatro niveles de densidad seca inicial (de 1.3, 1.4, 1.5 y 1.6 g/cm3) y, para una misma densidad, se ha variado el grado de saturación inicial en escalones de10, 30, 60 y 90%. En cada ensayo, la permitividad dieléctrica y el calor específico de la muestra se ha medido de forma continua utilizando el mismo tipo de sensores que los instalados en el sitio experimental de campo. Con los datos obtenidos de los ensayos previos a la congelación de las muestras, se ha

Soil erosion is one of the most important environmental problems on a global scale. In areas with steep slopes and clayey soils, unique landforms are generated, namely gullies, where clay degradation due to weathering and subsequent erosion occurs at a very fast rate, locally exceeding 5 cm per year. In mountain areas with a sufficiently humid climate, clay degradation due to wetting and drying cycles and, in to a major extent, due to freezing and thawing cycles. The material subject of this research is the garumnian clays from an experimental site located in the Vallcebre basin (Pre-Pyrenees). In the basin, the clay is subject to humidity changes throughout the whole range and freezes regularly in winter. The dry density of the material also varies greatly with depth. The aim of the present work is to characterise the properties of the garumnian clay of the experimental site. More specifically, to analyse the response to moisture changes and to freezing of the clay, which is measured in the field with volumetric water content (VWC) and specific heat sensors. Both variables theoretically depend on the porosity of the soil. The VWC sensor indirectly measures this variable from the dielectric permittivity of the soil. Five series of freeze-thaw tests were carried out on the clay, imposing four levels of initial dry density (1.3, 1.4, 1.5 and 1.6 g/cm3) and, for the same density, the degree of initial saturation was varied in steps of 10, 30, 60 and 90%. In each test, the dielectric permittivity and specific heat of the sample were measured continuously using the same type of sensors as those installed in the experimental field site. With the data obtained from the pre-freezing tests of the samples, the CVA sensor has been calibrated in order to obtain a calibration specifically adapted to the properties of the garumnian clay. The calibration was carried out using a mixing model, which takes into account the relative proportion of the different soil components (miner