PROYECTO DE TESIS: RIGIDEZ A BAJA DEFORMACIÓN DE MEZCLAS DE SUELO DE LA FORMACIÓN PAMPEANO Y CEMENTO PORTLAND INFORME DE AVANCE I

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1 PROYECTO DE TESIS: RIGIDEZ A BAJA DEFORMACIÓN DE MEZCLAS DE SUELO DE LA FORMACIÓN PAMPEANO Y CEMENTO PORTLAND INFORME DE AVANCE I Pedro A. Serigós INTRODUCCIÓN Este primer informe de avance de tesis refleja el trabajo realizado durante el 3 de Marzo y el 30 de Julio del El mismo se encuadra en un programa de investigación del comportamiento de suelos de la formación Pampeano dirigido por el Ing. Alejo Sfriso que reúne distintas tesis de grado realizadas en el Laboratorio de Mecánica de Suelos, del LaME de la FIUBA. OBJETIVOS El objetivo de la tesis es estudiar experimentalmente el efecto estabilizante del cemento Pórtland en las mezclas de suelo-cemento para un suelo del Pampeano mediante la medición de la rigidez, resistencia a compresión simple y ensayos de durabilidad variando la dosificación de agente estabilizante. MÉTODO Y ALCANCE Se realizarán ensayos de caracterización del suelo y del cemento a utilizar con el objetivo de definir el campo de aplicación de los resultados. Se medirá la rigidez a bajas deformaciones mediante ensayos triaxiales drenados y no drenados de probetas de suelo-cemento para distintos porcentajes de cemento Pórtland cada uno con su humedad óptima determinada según AASHTO T-180. Por último se ejecutarán ensayos de resistencia a compresión simple y de durabilidad a congelamiento y deshielo y mojado y secado. 30/07/08 página 1

2 ACONDICIONAMIENTO DE LA CAMARA TRIAXIAL El laboratorio posee una cámara triaxial Wykeham Farrance antigua la cual fue acondicionada por tesistas anteriores para la ejecución de ensayos triaxiales. Estas modificaciones y reparaciones de la cámara sumado al diseño de un sistema de medición de cargas, presiones y desplazamientos y la fabricación del sistema de adquisición de datos sirvieron para la correcta ejecución de ensayos anterores. Como primer objetivo se planteo la modernización del sistema de medición de desplazamientos y el diagnóstico de la cámara para detectar y reparar errores del ensayo. Se realizó un ensayo de una muestra no saturada y no drenada con el fin de conocer el accionar de la máquina y detectar fallas. Los problemas principales detectados son: 1. No funcionamiento de los LDT 2. Perdidas de presión de cámara En relación al primer problema se modificará el sistema de medición de desplazamientos diseñando uno con LVDTs. Respecto a las pérdidas de presión de cámara se está actualmente trabajando para eliminarlas. Las posibles causas son: 1 Pérdida de presión de cámara a través de las válvulas 2 Filtración de la presión de cámara a través de la membrana de la probeta 3 Perdida debido a la porosidad del plato inferior de la cámara Para evaluar las válvulas se utilizó una tapa acrílica superior ciega y se presurizó la cámara midiendo grandes pérdidas, por lo que modificando la válvula no sería suficiente para solucionar las pérdidas. Analizando la influencia de las membranas se utilizaron 2 o 3 capas de la misma membrana y se utilizaron 2 o 3 O-rings, no dando resultados positivos. Por último se removió la pintura e-poxi que recubría el plato inferior de la cámara dándole una nueva mano de pintura e-poxi para impermeabilizarlo. Ningún intento fue efectivo, y como siguientes medidas se está investigando sobre el uso de una membrana impermeable a efecto de las presiones a utilizar en los ensayos. Por otro lado se está diseñando un nuevo plato inferior de la cámara para su posterior fabricación. SISTEMA DE MEDICIÓN DE DESPLAZAMIENTOS Se utilizaron LDTs como sistema de medición de desplazamientos en las tesis anteriores basándose esta en la medición de la deformación de un fleje elástico adherido a la probeta mediante Strain-Gages dispuestos en puentes de Wheatstone. Los Strain-Gages que se utilizaron eran los diponibles en el laboratorio al momento de la fabricación de los LDT, los cuales tienen una antigüedad de más de 40 años superando ampliamente el plazo estimado por el fabricante en el cual la relaciones entre carga-deformación es predecible dentro de un rango determinado. Esto genera que al momento de realizar cada medición haya que calibrarlos generando un gran trabajo adicional y sumando incertidumbres a los resultados. Por este motivo es que se diseñó un nuevo sistema de medición de deformaciones utilizando tecnología LVDT. 30/07/08 página 2

3 Las principales ventajas del uso de sensores LVDT son la operación libre de fricción, su resolución infinita (limitada por el acondicionador y la placa de adquisición de datos) y su vida útil ilimitada (lo que lo hace muy amortizable). Sensores LVDT El LVDT (Transformador Diferencial Variable Lineal) es un sensor de posición que provee un voltaje de salida de CA proporcional al desplazamiento de su núcleo que pasa a través de sus arrollamientos. De este modo, vinculando el núcleo y el cuerpo del sensor a dos puntos distintos de la probeta, la deformación de la misma generará una señal proporcional al desplazamiento relativo de los puntos sobre la recta que los une. Cables secundaria #1 primaria secundaria #2 Desplazamiento Núcleo Movil Fig.1 Esquema básico de LVDT Su funcionamiento es similar al de un transformador, se compone básicamente de un bobinado primario, un secundario y un núcleo ferromagnético movil. Mediante una corriente alterna, conocida como señal portadora, se exita el bobinado primario lo cual produce un campo magnético alrededor del núcleo. Este campo magnético induce un voltaje alterno proporcional al número de espiras, por lo que el desplazamiento del núcleo hará que el número de espiras expuestas del bobinado secundario crezca linealmente. Esta relación lineal entre voltaje de salida y desplazamiento del núcleo se garantiza siempre y cuando el núcleo permanezca totalmente dentro del bobinado primario. Donde: Vout: tensión de salida. Vin: tensión de entrada. Nin: número de espiras del bobinado primario. Nout: número de espiras del bobinado secundario. 30/07/08 página 3

4 La disposición de los bobinados secundarios genera una CA de salida suma de ambos, estos se equilibran en la posición centrada, donde el núcleo se ubica sobre la misma cantidad de espiras por cada lado. La CA de salida luego se demodula produciendo una CC sensible a la amplitud y fase de de la señal CA producida por el sensor. Luego de una investigación acerca del funcionamiento de los LVDT y de los sensores ofrecidos en el mercado se adquirió un LVDT marca Solartron Metrology modelo OP6 importado por la firma AROLINE. Fig.2 Gráfico de LVDT OP6 adquirido Este LVDT tiene un recorrido de ±6mm, por lo que se utilizará un recorrido máximo de 12mm (posicionando inicialmente el núcleo cercano al fondo de recorrido) para medir la deformación del tercio de la probeta. El montaje del sensor se realizará mediante dos soportes (unos superior y el otro inferior) vinculados a la probeta mediante agujas metálicas colocadas en la probeta luego de su moldeo y compactación y previo al fraguado inicial del cemento. Fig.3 Esquema de LVDT OP6 adquirido Acondicionador de Señal La placa acondicionadora de señal tiene como función alimentar la bobina primaria con una frecuencia y amplitud determinada para luego demodular la señal resultante de las bobinas secundarias. El diseño de la placa se realizó con la colaboración del Ing David Kadener del Laboratorio de Instrumental y Mediciones de la FIUBA seleccionándose un integrado AD598 fabricado por Analog Devices con salida analógica. La fabricación de la placa se realizará en el taller de electrónica de la FIUBA logrando disminuir costos y asesoramiento técnico ágil y cercano. 30/07/08 página 4

5 Placa Digitalizadora Esta es necesaria para volcar los datos medidos por el sensor LVDT en tiempo real a la PC. La salida analógica del acondicionador de señal, en función del integrado seleccionado, requiere de una placa de entrada analógica y salida digital con rangos de entrada de -10V a +10 V ó 0 a +10 V ó 0 a 5 V. Es preferible que sea -10V a +10 V para minimizar la influencia del ruido. Se consiguió fabricantes de placas digitalizadoras obteniendo presupuesto para distintas alternativas posibles. Etapa Siguiente Ya diseñado el sistema de medición de desplazamiento con LVDTs actualmente se está esperando la llegada al pais del sensor para ensamblarlo con la placa acondicionadora de señal y la placa digitalizadora y realizar ensayo de prueba calibrando el sistema. ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN DE SUELOS Simultáneamente al acondicionamiento de la cámara triaxial y diseño del sistema de medición de deformaciones se realizaron ensayos varios del suelo a utilizar. Este es un limo extraído de una tosquera a una profundidad de 5 a 9m en la localidad de Ranelagh. El Límite Líquido adoptado luego de algunos ensayos es de 37.5% y el Límite Plástico es de 30.5% dando un Indice de plasticidad igual a 7. REFERENCIAS Terzaghi, K., y Peck, R Mecánica de suelos en la ingeniería práctica. 2da Ed. El Ateneo, Buenos Aires, 722 p. 3ra Ed., Wiley. Alfonso Rico y Hermilo del Castillo, M. Bolton and C. Ng (1995). La Ingeniería de Suelos en las vias terrestres, volumen Ed. Limusa, Méjico. Sagües, P. (2008). Rigidez a Baja Deformación en El Pampeano compactado, Laboratorio de Mecánica de Suelos LAME-FIUBA. 30/07/08 página 5

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