Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 90. γ w. - h c. Distribución de presión hidrostática

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1 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 90 u a >u w1 α r =0.002 cm h c = 74 cm h c u a u w1 2r u w1 - - h c γ w r =0.1 cm h c = 1.5 cm r =0.02 cm h c = 7.4 cm u w2 α=ángulo de contacto u w2 + Distribución de presión hidrostática (r= radio del menisco) Figura 2.1-a) Ascensión de agua por capilaridad dentro de un tubo de pequeño radio. b)- Ascensión capilar en función del radio del menisco de la interfase agua-aire. N.F. Suelo seco h Sat h Capilar Sólido Agua Aire Sr<1 Sr=1 1 e Figura 2.2-Diagrama de fases del suelo para una arena en la zona de ascensión capilar.

2 91 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - uv HR = u v /u v0 ua uw a) Sitema de referencia uv0 Succión matricial (ua-uw) Agua del suelo Agua del suelo b) Sitema de referencia uv0 uv < uv0 Presión parcial de vapor de agua uv Succión osmótica (π) Agua pura Agua del suelo uv < uv0 uv Sitema de referencia c) uv0 Succión Total (ψ) = (ua-uw) + (π) Agua pura Agua del suelo uv < uv0 Figura 2.3- Succión total y sus componentes. a)-componente matricial. b)-componente osmótica. c)- Succión total.

3 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 92 Presión de aire ua ua Sr=1 Elemento separador uw φcaract ua > uw Presión de agua uw * DISCO CERÁMICO * MEMBRANA DE ACETATO Figura 2.4- Esquema del funcionamiento de un elemento separador utilizado en la técnica de control de succión por traslación de ejes. Figura 2.5- Membranas de acetato utilizadas como elemento separador en la técnica de traslación de ejes.

4 93 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - Piedra cerámica AVEA: 1.0 MPa 1.5 MPa Circulación de agua bajo la piedrapara evacuar burbujas de aire 3.0 MPa Figura 2.6- Piedras porosas utilizadas para la técnica de traslación de ejes y base metálica para su instalación. Aplicamos (ua-uw) Presión de aire: ua Suelo Sr=1 Secado u w Mojado Presión de agua: uw Atrapador de burbujas Medido de volumen de agua Figura 2.7- Esquema del funcionamiento de la técnica de traslación de ejes para el control de la succión aplicada sobre la muestra.

5 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 94 (1) (2) (3) Presión de aire: ua Presión de aire: ua Presión de aire: ua Volumen de agua= 7 ml Volumen de agua= 3 ml Volumen de agua= 1 ml Presión de agua: uw Presión de agua: uw Presión de agua: uw 8 7 ml Volumen [ml] (2) (3) 0 (1) Tiempo, [min] Figura 2.8- Verificación del funcionamiento de la técnica de traslación de ejes.

6 95 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - Higrómetro V cte HR(%) Célula de V cte V libre Solución acuosa (salina/ácida) Células de V cte Vlibre Figura 2.9- Aplicación de la técnica de transferencia de vapor por difusión.

7 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 96 Bomba de aire HR(%) Higrómetro A Suelo B Solución acuosa (salina/ácida) Piedra porosa A y B: Abiertas = Circulación por los contronos A y B: Cerradas = Circulación atravesando la muestra Figura Aplicación de la técnica de transferencia de vapor por convección forzada.

8 97 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - 23 Presión de vapor (mm Hg) Presión de vapor de control (Tc=22ºC) Agua pura Solución saturada de CuSO 4 hr = 100% (Ts=19.5ºC) hr = 97% (Ts=22ºC) hr = 94% (Ts=22.5ºC) Temperatura (ºC) Figura Variación de la presión de vapor con la temperatura para el caso de una solución saturada de sulfato de cobre CuSO 4. Figura Densímetros de flotación utilizados para el control de la concentración de las soluciones de ácido sulfúrico.

9 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental Succión controlada por H 2 SO 4 Succión (MPa) ºC 22ºC 23ºC Densidad del H 2 SO 4 (Mg/m 3 ) Figura Succión aplicada utilizando la técnica de transferencia de vapor, para el caso de soluciones acuosas de ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) en función de la densidad de la solución. T h T s AGUA PURA Suelo Figura Esquema y vista de uno de los sensores de un psicrómetro de transistores. Woodburn, J.A

10 99 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - a) b) c) d) Figura Equipo utilizado para medir la succión, psicrómetro de transistores tipo SMI. a)- Equipo. b)- Sensor. c)- Portamuestras. d)- Muestra analizada.

11 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 100 Anillo portamuestras CARGA VERTICAL Cabezal de carga Agua de inundación Suelo Base Figura Célula edométrica convencional. Piedra porosa Figura Célula edométrica convencional.

12 101 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - Bureta graduara (+/- 20 mm 3 ) 10 x F 1 Control del def. vert mm 10:1 9:1 11:1 CELULA EDOMÉTRICA CONVENCIONAL Soporte para colocar pesas F 1 Figura Edómetro de palanca utilizado en la aplicación de carga en ensayos realizados con las células edométricas convencionales. Figura Célula edométrica con control de succión (UPC, 2002).

13 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 102 Presión de agua u w Deformación vertical +/- 5 µm Carga vertical 2p a = σ Vert ua uw Área 2:1 Presión de aire u a ua HR (%) Controlada A C B HR (%) Controlada Transferencia de vapor Traslación de ejes Disco cerámico AVEA: 1.5 MPa BASE I Disco poroso metálico BASE II Disco cerámico AVEA: 1.5 MPa BASE III Disco Mixto Disco poroso metálico Figura Esquema de célula edométrica con control de succión (UPC, 2002).

14 103 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - Cuerpo central Parte superior Anillo porta muestras Base Marco rígido Figura Partes de la célula edométrica con control de succión (UPC, 2002).

15 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 104 Micrómetro Marco rígido agua Base I aire aire Plato de base Flujo con HR controlada Base II Base III DISCO A.V.E.A DISCO MIXTO Figura Célula edométrica con control de succión. Base apoya muestra, marco rígido y diferentes bases para la aplicación de las distintas técnicas de control de succión

16 105 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - 50 mm 20 mm Anillo porta muestra Figura Anillo porta muestras con muestra compactada. (Salida) Cuerpo central Circulacion con aire (Entrada) (trasnferencia de vapor) Presión de aire (Traslación de ejes) Figura Cuerpo central del equipo. Conexiones para realizar diferentes tipos de ensayos.

17 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 106 Presión de aire Medida de presión de aire Tapa edómetro Tapa edómetro Membrana Piston de carga Figura Parte superior. Tapa y pistón de carga.

18 107 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - LVDT Figura Marco rígido para fijar el sistema de medida de deformación vertical (Micrómetro o LVDT). Figura Edómetro con control de la succión y dispositivos auxiliares para aplicar la traslación de ejes.

19 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 108 Cuerpo superior Celula de carga Cabezal C D Anillo portamuestra Φ= 50 mm, H=20 mm Base con piedra porosa intercambiable ( metálica/cerámica AVEA) A B Figura Célula edométrica de volumen constante con control de la tensión vertical. Pieza de ajuste Célula de carga Base con piedra porosa intercambiable ( metálica/cerámica AVEA) Cuerpo superior Cabezal Cabezal Cuerpo superior Célula de carga Anillo porta muestra Φ= 50 mm, H=20 mm Figura Célula edométrica de volumen constante. Detalle de las piezas.

20 109 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - Célula de carga R=120 Ω V out 2 V Instrument Division STRAIN INDICATOR BOX P-3500 Figura Esquema de la célula de carga utilizada para la medida de la presión de hinchamiento vertical. Medida de la presión de hinchamiento vertical FLEXIÓN Figura Esquema de funcionamiento de la célula de carga.

21 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 110 BLOQUEO DEL PISTON DE CARGA Medida de la presión de cámara Circulación con aire de HR controlada P VERTICAL Cámara de presión P VERTICAL Pistón de carga TAPA Patm Tóricas Sellado con silicona Alimentación y lectura del anillo de tensión lateral Inyección de agua/vapor P atm SUELO Galgas BASE Piedra porosa metálica Anillo instrumentado Ver det. Figura 3.9 Figura Edómetro con anillo semirígido instrumentado para el control de la tensión lateral. TAPA Y PISTON DE CARGA CUERPO CENTRAL ANILLO BASE Figura Edómetro con control de tensión lateral.

22 111 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - φ ext = 110 mm RB R A φ int = 70 mm 75º 75º Galga activa Alimentación y lectura del puente de Wheaston R D Galga de compensación R C 110 mm 70 mm Alimentación y lectura del puente de Wheaston 10 mm Tóricas 14 mm 6 mm Galga activa Galga de compensación Pared e=1.0 mm Galgas extensométricas Figura Anillo del edómetro de tensión lateral. Distribución de las galgas extensométrivas.

23 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 112 Bureta graduara (+/- 20 mm 3 ) Control del Vcte. Célula de carga FS = 1.5 kn deformación FS: < 0.06 mm no-lin.+hyst.: 0.07% FS Célula edómetrica. Ensayo de volumen constante Ajuste de tornillo para mantener Vcte lever mechanism: 13.43x Bloqueo del desplazamiento vertical m EDÓMETRO DE PALANCA ACONDICIONADO EN ENSAYO DE VOLUMEN CONSTANTE Figura Edómetro con control de la tensión lateral acondicionado para realizar ensayos de hinchamiento a volumen constante con control de la tensión vertical. Conección de aire con HR controlada Tórica de goma Piedra porosa metálica Camisa Bloqueo del desplazamiento vertical Muestra Diámetro= 50 mm Altura= 50 mm Inyección de agua Pistón de carga Apoyo micrometro Conexión Con HR controlada Inyección de agua Base Figura Célula de infiltración con control de la tensión vertical.

24 113 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - Pistón de compactación Camisa Piedra porosa Base Tapa Figura Célula de infiltración de volumen constante. Conexión Con HR controlada Tapa Camisa Inyección de agua Base Figura Célula de infiltración de volumen constante.

25 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 114 Presión de aire HR controlada Inyección de agua Balanza electrónica +/-0.01g Almacenamiento de datos en PC Figura Dispositivos auxiliares utilizados en los ensayos de infiltración realizados en las células de volumen constante.

26 115 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - Plato superior Sensores de presión Camisa Vástagos de ajuste Plato base Inyección de agua Figura Vista general de la columna de infiltración.

27 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 116 Plato de base Tapón Tornillo de ajuste Anillo de cierre Tornillo de ajuste Tapón con agujeros pasantes para conexiones Anillo de cierre Vástagos de apoyo Plato de base Figura Distintas partes de la base de la columna de infiltración.

28 117 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - Pistón de compactación Detalle de sensores de presión total Camisa Inyección de agua Sensores Célula de carga Cabezal superior Piezas para el ajuste de sensores Cabezal inferior Figura Distintas partes del cuerpo central de la columna de infiltración.

29 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental cm 14 cm 3.2 cm 3.2 cm 20 cm 6 cm Cabezal de inyección Sensores de presion total Célula de carga Anillo de goma Inyección de agua Figura Vista en corte del cuerpo central de la columna de infiltración.

30 119 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - Plato superior Vástagos de ajuste Figura Parte superior de la columna de infiltración.

31 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 120 Tornillos de ajuste Figura Sensores y sistema de fijación.

32 121 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - Figura Célula de carga para la presión vertical de hinchamiento (Sensotec LFH71, 10 klbs).

33 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 122 a) Sensor sin adaptar b) Anillos de goma para estanqueidad c) Piezas de ajuste Figura Sensores de presión total para la medida de la presión total horizontal. a)- Sensor sin adaptar. b)- Vista del sensor adaptado y nicho de la camisa. c)- Vista del sensor instalado.

34 123 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental - Trasductor Motor de paso a paso Tornillo de compresión Pistón Salida de presión Circuito de control digital +/- paso Aire Cilindro de presión Agua desaireada Feedback Figura Sistema de control de la inyección de agua (GDS).