Efecto de gas en muestras de arcilla marina en pruebas de consolidación unidimensional



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Zepeda D




  1. Efecto de gas en muestras de arcilla marina en pruebas de consolidación unidimensional. Etapa 1: Automatización del consolidómetro neumático.

    Effect of gas in marine clay samples in testing dimensional Consolidation. Step 1: Automation of a pneumatic consolidometer.
    Diana Fiorella Zepeda Fernández., Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, IPN

    RESUMEN: La automatización del consolidómetro neumático permite realizar las pruebas de consolidación de forma sencilla a velocidad de deformación controlada, en un tiempo menor comparado con la prueba convencional de carga incremental. El método de ejecución de la prueba bajo esta condición consiste básicamente en cargar una probeta de suelo a velocidad de desplazamiento controlado, registrando continuamente valores del desplazamiento axial de la muestra, al igual que el valor del esfuerzo efectivo aplicado y midiendo de forma constante la presión de poro generada en la base del anillo de consolidación. Este artículo sólo describe la parte de automatización del consolidómetro en el laboratorio de Mecánica de Suelos.

    ABSTRACT: Automation of a pneumatic consolidation apparatus allows the test of consolidation of constant deformation velocity easily, may take place in less time compared to conventional incremental load testing. The method of execution of the test under this condition is basically load a soil probe controlled movement velocity, as the effective value of applied strain and measuring constantly pore pressure generated in the base ring consolidation. This article describes only part consolidometer automation in the Laboratory of Soil Mechanics.



    INTRodUCCIóN

    1. Antecedentes


El ensayo de consolidación unidimensional, basado en la teoría de la consolidación de Terzaghi (Terzaghi, 1943), ha sido llevado a la práctica por los laboratorios durante más de 60 años sin mayores modificaciones y, sin duda, es uno de los ensayos de laboratorio más utilizado.

Con los procedimientos de laboratorio existentes hasta el momento, es posible evaluar las propiedades de compresibilidad de los suelos arcillosos y la deformación que van a presentar estos suelos en un tiempo determinado, debido a las sobrecargas a las que se someten.

El ensaye consiste en aplicar incrementos de carga a un espécimen de suelo con dimensiones normalizadas hasta llegar a un máximo, a partir del cual se descarga de nuevo también escalonada. Para cada escalón de carga, al final de la consolidación, se obtiene la curva asiento-tiempo a partir de la cual se pueden obtener los parámetros del modelo teórico de consolidación unidimensional av (coeficiente de compresibilidad) cv (coeficiente de consolidación), mv (módulo de compresibilidad volumétrica) y k (permeabilidad).

Durante los años 1960 y 1970, numerosos investigadores proporcionaron varios métodos alternativos, con el objetivo de reducir el tiempo de ensayo, entre un día o dos, incluso en varias horas. Estos procedimientos se basan en aplicar al espécimen un constante de incremento en la tensión efectiva, a partir de unos procedimientos, que, en ciertos casos, son distintos a los de incrementar la tensión total.

Todos ellos dependen de la presión de agua en la base de la muestra. A la vez que se desarrollaron estos métodos, se vio la necesidad de contemplar estos casos con una extensión de la teoría de Terzaghi.


  • Prueba de consolidación de gradiente controlado (CG por sus siglas en inglés) desarrollado por Lowe et al., 1969. Ensayo de consolidación de gradiente de presión de agua controlado durante todo el ensayo.

  • Prueba de consolidación de carga incremental constante (CRL por sus siglas en inglés) propuesto por Aboshi et al., en 1971. Ensayo de consolidación con velocidad de carga constante durante todo el ensayo.

  • Prueba de consolidación de deformación constante (CRS por sus siglas en ingles) propuesto por Smith et al., 1971. Ensayo de consolidación con velocidad de deformación constante durante todo el ensayo.

  • Prueba de consolidación de carga continua (CL por sus siglas en inglés) propuesto por Janbu et al., en 1979. Ensayo de consolidación en el cual la relación velocidad de carga/presión de poros se mantiene constante durante todo el ensayo.
    1. Objetivo


Determinar el comportamiento del suelo marino con presencia de gas a partir de ensayes de consolidación y evaluar sus parámetros en función del tiempo.
    1. Alcances


Como primera etapa se realizará la automatización del consolidómetro neumático; el cual fue puesto en funcionamiento en el laboratorio de mecánica de suelos del II-UNAM.

La etapa dos consistirá en la realización de ensayes de consolidación unidimensional con velocidad de deformación controlada en muestras extraídas en aguas del Golfo de México con presencia de gas, usando como herramienta el equipo denominado consolidómetro neumático.

Determinar los parámetros de compresibilidad para las muestras estudiadas según la teoría de Terzaghi, con el fin de evaluar el comportamiento del suelo marino con presencia de gas en función del tiempo.

La etapa tres marcará la variación de los parámetros de compresibilidad de diferentes ensayes en muestras de suelo marino con presencia de gas.


    1. Justificación


Debido a que las pruebas de consolidación unidimensional en el laboratorio se efectúan tradicionalmente por medio de incrementos de carga secuenciales; este método conocido como Esfuerzo Controlado Incremental, requiere una cantidad de tiempo considerable que puede variar de entre 1 ½ a 2 semanas por ensaye.

Considerando esta desventaja se ha optado por un método alternativo que permite realizar los ensayes en un periodo de tiempo más corto. Este tipo de ensaye sujetaa condicion de velocidad de deformación controlada permite realizar las pruebas de consolidación en periodos de tiempo de 2 a 3 días.

Es por ello que a través de este estudio se pretende la automatización del equipo denominado consolidométro neumático, para la realización de ensayes en condiciones de velocidad de deformación, además tendrá el fin de poder evaluar el comportamiento en muestras de suelo con presencia de gas además mediante sus parámetros obtenidos en función del tiempo para posteriormente compararlos con pruebas realizadas anteriormente.

  1. Automatización DEL CONSOLIDOMÉTRO NEUMÁTICO

    1. Descripción del equipo


En el laboratorio de Mecánica de Suelos del Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autonoma de México (II-UNAM) se cuenta con un consolidómetro neumático (Figura 1 y Figura 2), compuesto por una cámara, donde se aloja la probeta de suelo con un diámetro de 6.35 cm y una altura de 2.54 cm; al ser montada queda en contacto en la base con una piedra porosa por la cual se aplica la contrapresión mediante agua presurizada proveniente de la interfaz agua-aire; simultáneamente durante todo el ensaye se mide la presión de poro en la base.

En la parte superior de la probeta se coloca una segunda piedra porosa, la cual está en contacto con una placa metálica con un compartimiento que posee una membrana de hule que se encuentra llena de aceite la cual aplica de manera uniforme el esfuerzo axial a la muestra mediante aceite presurizado, éste llega a la probeta a través de una interfaz aceite–aire②, medido por el transductor de presión axial.

Cuenta con dos válvulas solenoides controladas desde el programa de operación para la apertura o cierre de ésta, cuya finalidad es aislar la probeta (cierre de válvula) de las nuevas condiciones a las que se someterá sin alterar las ya existentes; para posteriormente permitir la aplicación de las nuevas condiciones de esfuerzo (apertura de válvula).

La primer válvula corresponde a la contrapresión⑭, controla el flujo de aire registrado en el sensor correspondiente, para la aplicación del esfuerzo de contrapresión, posteriormente la presión llega a un acumulador agua-aire, para la presurización del agua que se mandó a la muestra por los drenes superior e inferior.



La segunda válvula corresponde a la aplicación del esfuerzo axial⑬, es la encargada del flujo que proviene del acumulador de aceite llegando a una válvula de aguja que regula el caudal de aceite, pasando posteriormente a la válvula solenoide.

El sensor de desplazamiento tipo LVDT se ubica en la parte superior del domo del consolidómetro⑫, registrando la deformación axial de la probeta durante el ensaye.




Figura 1
. Esquema general de válvulas y reguladores



Figura 2 .Consolidómetro neumático

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