Distribución de presión hidrostática (r= radio del menisco)

Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental 90

r =0.1 cmhc= 1.5 cm

r =0.002 cmhc= 74 cm

r =0.02 cmhc= 7.4 cm

(r= radio del menisco)Distribución depresión hidrostática

hc 2r

α

α=ángulo de contacto

-

+

- hc γwua

uw1

ua>uw1uw1

uw2

uw2

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.hSat

hCapilar

Suelo seco

1 e

Sólid

o

Agu

aA

ire

Sr=1

Sr<1

Figura 2.2-Diagrama de fases del suelo para una arena en la zona de ascensión capilar.

91 Capitulo 2:Técnicas de control y medida de la succión y equipo experimental -

a)

b)

c)

uv < uv0

uv < uv0

Sitema de referencia

uv

uv0

Agua pura

uv0

Agua del suelo


uv

Agua del suelo


Agua pura

uv0

uv < uv0

Agua del suelo

uv

Agua del suelo

Succión matricial(ua-uw)

Succión osmótica(π)

Succión Total(ψ) = (ua-uw) + (π)

Presión parcial de vapor de agua

uauw

HR = uv/uv0

Figura 2.3- Succión total y sus componentes. a)-Componente matricial. b)-Componente osmótica. c)- Succión total.


Presión de aireua

Presión de aguauw

ua

uwφcaract

Elemento separador

ua > uw

* DISCO CERÁMICO

* MEMBRANA DE ACETATO

Sr=1

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.


Piedra cerámicaAVEA: 1.0 MPa

1.5 MPa

3.0 MPaCirculación de agua bajo la piedrapara

evacuar burbujas de aire

Figura 2.6- Piedras porosas utilizadas para la técnica de traslación de ejes y base metálica para su “instalación”.

Aplicamos ∆(ua-uw)

Presión de agua: uw

Presión de aire: ua

Secado Mojado

Suelo

Medido de volumen de agua

Sr=1

uw

Atrapador de

burbujas Figura 2.7- Esquema del funcionamiento de la técnica de traslación de ejes para el control de la succión aplicada sobre la muestra.


1 10 100 1000

Tiempo, [min]

0

2

4

6

8

Vol

umen

[ml]



Volumen de agua= 7 ml







(1) (2) (3)

(3)

(2)

(1)

1 10 100 1000

Tiempo, [min]

0

2

4

6

8

Vol

umen

[ml]










(1) (2) (3)

(3)

(2)

(1)

7 ml

Figura 2.8- Verificación del funcionamiento de la técnica de traslación de ejes.


Solución acuosa(salina/ácida)

Higrómetro

HR(%)Vcte

VlibreCélu la de Vcte

Células de Vcte Vlibre

Figura 2.9- Aplicación de la técnica de transferencia de vapor por difusión.


A B

Bomba de aire

Piedra porosa

Suelo

Higrómetro

HR(%)

Solución acuosa(salina/ácida)

A y B: Abiertas = Circulación por los contronos

A y B: Cerradas = Circulación atravesando la muestra

Figura 2.10- Aplicación de la técnica de transferencia de vapor por convección forzada.


15

16

17

18

19

20

21

22

23

18 19 20 21 22 23 24Temperatura (ºC)

Pre

sión

de

vapo

r (m

m H

g)

hr = 94%(Ts=22.5ºC)

Presión de vapor

de control (Tc=22ºC)

hr = 100%(Ts=19.5ºC)

hr = 97%(Ts=22ºC)

Agua pura Solución saturada de CuSO4

Figura 2.11- Variación de la presión de vapor con la temperatura para el caso de una solución saturada de sulfato de cobre CuSO4.

Figura 2.12- Densímetros de flotación utilizados para el control de la concentración de las soluciones de ácido sulfúrico.


Succión controlada por H2SO4

100

105

110

115

120

125

130

135

140

145

150

1.350 1.355 1.360 1.365 1.370 1.375 1.380 1.385 1.390 1.395 1.400 1.405

Densidad del H2SO4 (Mg/m3)

Suc

ción (

MP

a)

21ºC22ºC23ºC

Figura 2.13- Succión aplicada utilizando la técnica de transferencia de vapor, para el caso de soluciones acuosas de ácido sulfúrico (H2SO4) en función de la densidad de la solución.

Th Ts

SueloAGUA PURA

Figura 2.14- Esquema y vista de uno de los sensores de un psicrómetro de transistores. Woodburn, J.A. 1995.


a) b)

c) d)

Figura 2.15- Equipo utilizado para medir la succión, psicrómetro de transistores tipo SMI. a)- Equipo. b)- Sensor. c)- Portamuestras. d)- Muestra analizada.


CARGAVERTICAL

Piedra porosa

Base

Anillo portamuestras

Suelo

Cabezal de carga

Agua de inundación

Figura 2.16- Célula edométrica convencional.

Figura 2.17- Célula edométrica convencional.


Bureta graduara(+/- 20 mm3)

CELULA EDOMÉTRICA CONVENCIONAL

Control del def. vert. 0.02 mm

10:1

11:19:1

Soporte para colocar pesas

10 x F1

F1

Figura 2.18- Edómetro de palanca utilizado en la aplicación de carga en ensayos realizados con las células edométricas convencionales.

Figura 2.19- Célula edométrica con control de succión (UPC, 2002).


Carga vertical

2pa = σVert

HR (%)Controlada

A

B

HR (%)Controlada

Presión de aireua

Presión de aguauw

ua

C

uw

BASE III

Disco cerámicoAVEA: 1.5 MPa

Disco porosometálico

ua

Deformación vertical

+/- 5 µm

BASE IIBASE IDisco cerámicoAVEA: 1.5 MPa

Disco porosometálico

Disco Mixto

Área 2:1

Transferencia de vapor

Traslación de ejes

Figura 2.20- Esquema de célula edométrica con control de succión (UPC, 2002).


Base

Anillo portamuestras

Cuerpo central

Parte superior

Marco rígido

Figura 2.21- Partes de la célula edométrica con control de succión (UPC, 2002).


Flujo con HR controlada

Base I

Base II Base III

DISCO A.V.E.A DISCO MIXTO

aire

agua

aire

Marco rígido

Micrómetro

Plato de base

Figura 2.22- 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


Anillo portamuestra

20 mm

50 mm

Figura 2.23- Anillo porta muestras con muestra compactada.

Cuerpo central

Circulacion con aire(Entrada)

(trasnferencia de vapor)

Presión de aire

(Traslación de ejes)

(Salida)

Figura 2.24- Cuerpo central del equipo. Conexiones para realizar diferentes tipos de ensayos.


Piston de carga

Tapa edómetro

Tapa edómetro

Medida de presión de aire

Presión de aire

Membrana

Figura 2.25- Parte superior. Tapa y pistón de carga.


LVDT

Figura 2.26- Marco rígido para fijar el sistema de medida de deformación vertical (Micrómetro o LVDT).

Figura 2.27- Edómetro con control de la succión y dispositivos auxiliares para aplicar la traslación de ejes.


A B

C D

A B

C D

Celula de carga

Base con piedraporosa intercambiable( metálica/cerámica AVEA)

Cabezal

Anillo portamuestraΦ= 50 mm, H=20 mm

Cuerpo superior

Figura 2.28- Célula edométrica de volumen constante con control de la tensión vertical.

Célula de carga

Cabezal

Cabezal

Anillo porta muestraΦ= 50 mm, H=20 mm

Base con piedra porosa intercambiable( metálica/cerámica AVEA)

Cuerpo superior

Cuerpo superior Célula de carga

Pieza de ajuste

Figura 2.29- Célula edométrica de volumen constante. Detalle de las piezas.


Célula de carga

Instrument Division

STRAIN INDICATOR BOXP-3500

2 V

R=120 Ω

Vout

2 V

R=120 Ω

Vout

Figura 2.30- 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 2.31- Esquema de funcionamiento de la célula de carga.


Piedra porosa metálica

BASE

TAPA

Pistón de carga

Patm

Patm

PVERTICAL

PVERTICAL

Cámara de presión

Alimentación y lectura delanillo de tensión lateral

Medida de la presión de cámara

SUELO

Tóricas

Anillo instrumentadoVer det. Figura 3.9

BLOQUEO DEL PISTON DE CARGA

Circulación con aire de HR controlada

Inyección de agua/vapor

Sellado con silicona

Galgas

Figura 2.32- Edómetro con anillo semirígido instrumentado para el control de la tensión lateral.

BASE

TAPA YPISTON DE CARGA CUERPO

CENTRAL

ANILLO

BASE

TAPA YPISTON DE CARGA CUERPO

CENTRAL

ANILLO

Figura 2.33- Edómetro con control de tensión lateral.


Galgas extensométricas

Galga activa

Galga de compensación

10 mm

14 mm

6 mm

75º

Tóricas

70 mm

110 mm

Pared e=1.0 mm

75º

Galga activa

Galga de compensación

Alimentación y lectura del puente de Wheaston

Alimentación y lectura del puente de Wheaston

φint= 70 mm

φext= 110 mm

RARB

RCRD

Figura 2.34- Anillo del edómetro de tensión lateral. Distribución de las galgas extensométrivas.


0.07 0.87 m

lever mechanism: 13.43x

FS = 1.5 kN

no-lin.+hyst.: 0.07% FS

0.07 0.87 m

lever mechanism: 13.43x

Célula de carga

deformación FS: < 0.06 mm

Bloqueo del desplazamiento vertical

Bureta graduara(+/- 20 mm3)

Célula edómetrica.Ensayo de volumen constante

Control del Vcte.

Ajuste de tornillo para mantener Vcte

EDÓMETRO DE PALANCA ACONDICIONADO EN ENSAYO DE VOLUMEN CONSTANTE

Figura 2.35- Edómetro con control de la tensión lateral acondicionado para realizar ensayos de hinchamiento a volumen constante con control de la tensión vertical.

Pistón de carga

Base

Camisa

Inyecciónde agua

Apoyo micrometro


Tórica degoma

Conección de airecon HR controlada

MuestraDiámetro= 50 mmAltura= 50 mm

Inyección de aguaPiedra porosametálica


Tórica degoma

Conección de airecon HR controlada

MuestraDiámetro= 50 mmAltura= 50 mm

Inyección de aguaPiedra porosametálica

ConexiónCon HR controlada

Figura 2.36- Célula de infiltración con control de la tensión vertical.


Pistón de compactación

Tapa

Piedra porosa

Base

Camisa


Tapa

Piedra porosa

Base

Camisa

Figura 2.37- Célula de infiltración de volumen constante.

Tapa

Base

Camisa

Inyecciónde agua


Tapa

Base

Camisa

Inyecciónde agua


Figura 2.38- Célula de infiltración de volumen constante.


Presión de aire

Inyecciónde agua

Balanza electrónica +/-0.01g

Almacenamiento de datos en PC

HR controlada

Presión de aire

Inyecciónde agua



Presión de aire

Inyecciónde agua



HR controlada

Figura 2.39- Dispositivos auxiliares utilizados en los ensayos de infiltración realizados en las células de volumen constante.


Plato base

Camisa

Vást

agos

de

ajus

te

Plato superior

Inyección de agua

Sens

ores

de p

resi

ón

Figura 2.40- Vista general de la columna de infiltración.


Plato de base

Plato de base

Tapón con agujeros pasantespara conexiones

Anillo de cierre

Vástagos de apoyo

Anillo de cierre

Tapón

Tornillode ajuste

Tornillode ajuste

Plato de base

Plato de base

Tapón con agujeros pasantespara conexiones

Anillo de cierre

Vástagos de apoyo

Anillo de cierre

Tapón

Tornillode ajuste

Tornillode ajuste

Figura 2.41- Distintas partes de la base de la columna de infiltración.


Camisa


Sensores

Cabezal superior

Cabezal inferior

Piezas para el ajuste de sensores

Detalle de sensoresde presión total

Inyección de agua

Célula de carga

Figura 2.42- Distintas partes del cuerpo central de la columna de infiltración.


Célula de carga

Inyección deagua

Sensores depresion total

Cabezal deinyección

20 cm

6 cm

6 cm14 cm

3.2 cm

Célula de carga

Inyección deagua

Sensores depresion total

Cabezal deinyección

20 cm

6 cm

6 cm14 cm

3.2 cm 3.2

cm

Anillo de goma

Figura 2.43- Vista en corte del cuerpo central de la columna de infiltración.


Plato superior

Vástagos de ajuste

Figura 2.44- Parte superior de la columna de infiltración.


Tornillos de ajuste

Figura 2.45- Sensores y sistema de fijación.


Figura 2.46- Célula de carga para la presión vertical de hinchamiento (Sensotec LFH71, 10 klbs).


Anillos de goma para estanqueidad

a)

b)

c)

Sensor sin adaptar

Piezas de ajuste

Figura 2.47-. 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.


Circuitode control

digital

Trasductor

Feedback

Motor de paso a paso

+/- paso

Agua desaireada

Aire

Pistón Salida de presión

Tornillo de compresión

Cilindro de presión

Figura 2.48- Sistema de control de la inyección de agua (GDS).

Distribución de presión hidrostática (r= radio del menisco)

Documents

Transcript of Distribución de presión hidrostática (r= radio del menisco)