Una prueba de edómetros es un tipo de investigación geotécnica realizada en la ingeniería geotécnica que mide un suelo 's de consolidación de propiedades. Las pruebas del edómetro se realizan aplicando diferentes cargas a una muestra de suelo y midiendo la respuesta a la deformación . Los resultados de estas pruebas se utilizan para predecir cómo se deformará un suelo en el campo en respuesta a un cambio en la tensión efectiva .
Las pruebas edométricas están diseñadas para simular la deformación unidimensional y las condiciones de drenaje que experimentan los suelos en el campo. La muestra de suelo en una prueba de edómetro es típicamente un disco circular con una relación diámetro / altura de aproximadamente 3: 1. La muestra se mantiene en un anillo de confinamiento rígido, que evita el desplazamiento lateral de la muestra de suelo, pero permite que la muestra se hinche o se comprima verticalmente en respuesta a cambios en la carga aplicada. Se aplican tensiones verticales conocidas a las caras superior e inferior de la muestra, normalmente utilizando pesos libres y un brazo de palanca . Se varía la tensión vertical aplicada y se mide el cambio de espesor de la muestra.
Para las muestras que están saturadas de agua, se colocan piedras porosas en la parte superior e inferior de la muestra para permitir el drenaje en la dirección vertical, y toda la muestra se sumerge en agua para evitar que se seque. Las muestras de suelo saturado exhiben el fenómeno de consolidación, por el cual el volumen del suelo cambia gradualmente para dar una respuesta retardada al cambio en las tensiones de confinamiento aplicadas. Esto suele tardar minutos u horas en completarse en un edómetro y se registra el cambio del espesor de la muestra con el tiempo, proporcionando mediciones del coeficiente de consolidación y la permeabilidad del suelo.
Etimología
La palabra "edómetros" ( / i d ɒ m ɪ t ər / ee- DO -mi-tər , a veces / oʊ d ɒ m ɪ t ər / OH- DO -mi-tər ) se deriva del griego antiguo οἰδέω ( oidéō , "hincharse"), que también dio lugar a la palabra inglesa edema . [1]
Esto no debe confundirse con la palabra " odómetro ", de apariencia similar pero no relacionada , derivada del griego antiguo ὁδός ( hodos , "camino") que se refiere a un dispositivo para medir la distancia recorrida por un vehículo. [2]
Historia
Los experimentos de consolidación se llevaron a cabo por primera vez en 1910 por Frontard. Se cortó una muestra delgada (2 pulgadas de espesor por 14 pulgadas de diámetro) y se colocó en un recipiente de metal con una base perforada. Luego, esta muestra se cargó a través de un pistón de forma incremental, lo que permitió alcanzar el equilibrio después de cada incremento. Para evitar el secado de la arcilla, la prueba se realizó en una habitación con mucha humedad. [3]
Karl von Terzaghi inició su investigación de consolidación en 1919 en el Robert College de Estambul. [3] A través de estos experimentos, Terzaghi comenzó a desarrollar su teoría de la consolidación que finalmente se publicó en 1923.
El Instituto de Tecnología de Massachusetts jugó un papel clave en la investigación de consolidación temprana. Tanto Terzaghi como Arthur Casagrande pasaron un tiempo en MIT - Terzaghi de 1925 a 1929 y Casagrande de 1926 a 1932. Durante ese tiempo, se mejoraron los métodos de prueba y los aparatos para las pruebas de consolidación. [4] Las contribuciones de Casagrande a la técnica de prueba edométrica incluyen el "método Casagrande" para estimar la presión previa a la consolidación de una muestra de suelo natural. [5] La investigación continuó en el MIT en la década de 1940 por Donald Taylor . [6]
Tanto el British Standards Institute como la ASTM tienen métodos estandarizados de pruebas edométricas. ASTM D2435 / D2435M - 11 cubre las pruebas del edómetro por carga incremental. ASTM D3877, ASTM D4546 y AASHTO T216 también proporcionan procedimientos relacionados para realizar otras pruebas similares para determinar las características de consolidación de los suelos. [7] BS 1377-5: 1990 es la norma británica pertinente para las pruebas de edómetros; la serie BS 1377 más amplia también proporciona información de antecedentes y consejos sobre las mejores prácticas en la preparación de muestras para diversas investigaciones geotécnicas. [8] También existen dos normas ISO sobre pruebas de edómetro: ISO 17892-5: 2017 sobre pruebas de edómetro de carga incremental; [9] y BS EN ISO 17892-11: 2019 cubren varios métodos de prueba de permeabilidad del suelo, incluidas las pruebas de edómetro en muestras saturadas. [10]
Equipo
Un edómetro se compone fundamentalmente de tres componentes: una "celda de consolidación" para contener la muestra de suelo, un mecanismo para aplicar una presión conocida sobre la muestra y un instrumento para medir los cambios en el espesor de la muestra. [11]
El equipo necesario para realizar una prueba de edómetro a veces se denomina "equipo de prueba de edómetro". Un inventario típico de un laboratorio de edómetros incluye: [12]
- 1 x banco
- 3 x edómetros
- 3 x celdas, 50 mm o 63,5 mm o 75 mm
- 3 x relojes comparadores, analógicos o digitales
- 1 x juego de pesas
La celda de consolidación es la parte del edómetro que contiene la muestra de suelo durante una prueba. En el centro de la celda de consolidación hay un anillo de muestra donde se guarda la muestra de suelo. El anillo de muestra generalmente tiene la forma de un cortador de galletas , con un borde afilado en un lado, por lo que el anillo se puede usar para cortar una muestra de suelo de un bloque más grande de suelo natural. Dos rodajas de piedra porosa, que encajan perfectamente en el anillo de muestra, proporcionan drenaje de agua a la muestra de suelo mientras la confinan mecánicamente. Todos estos componentes encajan en un cilindro más grande, que tiene ranuras para asegurar la alineación de los componentes y proporciona suministro de agua y drenaje a las tuberías externas. Una tapa de carga rígida se coloca encima de la muestra de suelo para aplicar cargas compresivas al suelo. [11] [13]
El mecanismo de carga del edómetro aplica una carga de compresión conocida y, por lo tanto, una tensión de compresión conocida, ya que el diámetro es fijo, a la muestra de suelo. La mayoría de los edómetros logran esto con un brazo de palanca y un juego de pesos libres : los pesos libres proporcionan una carga gravitacional conocida, y el brazo de palanca multiplica y transmite la carga a la muestra de suelo. [14]
Procedimientos de prueba
Hay muchas pruebas edométricas que se utilizan para medir las propiedades de consolidación. El tipo más común es la prueba de carga incremental (IL). [15]
preparación de la muestra
Las pruebas se llevan a cabo en muestras preparadas a partir de muestras no perturbadas. Se utiliza un anillo de confinamiento rígido con un borde afilado para cortar una muestra de suelo directamente de un bloque de suelo más grande. El exceso de tierra se quita cuidadosamente, dejando una muestra con una relación diámetro-altura de 3 o más. Se colocan piedras porosas en la parte superior e inferior de la muestra para proporcionar drenaje. Luego se coloca una tapa de carga rígida sobre la piedra porosa superior. Para muestras de suelo saturado, es importante sumergir todo el anillo de muestra en agua para evitar que la muestra se seque. [15]
Carga incremental
Luego, este conjunto se coloca en un marco de carga. Se colocan pesos en el marco, imponiendo una carga sobre el suelo. La compresión de la muestra se mide a lo largo del tiempo mediante un indicador de cuadrante. Al observar el valor de deflexión a lo largo del tiempo, se puede determinar cuándo la muestra ha alcanzado el final de la consolidación primaria. Luego se coloca inmediatamente otra carga en el suelo y se repite este proceso. Una vez que se ha aplicado una carga total significativa, la carga de la muestra se reduce de forma incremental. El uso de una relación de incremento de carga de 1/2 proporciona un número suficiente de puntos de datos para describir la relación entre la relación de vacíos y la tensión efectiva para un suelo. [15]
Resultados
Las pruebas del edómetro proporcionan a los ingenieros datos muy útiles sobre el suelo que se está probando.
Propiedades de consolidación
- Presión de preconsolidación σ ' p [16]
- La tensión efectiva que marca el límite entre la respuesta de deformación rígida y blanda de un suelo a la carga.
- Por lo general, indica altas cargas en el pasado de glaciares o capas erosionadas.
- Índice de recompresión C R = Δ e / Δlogσ ' v [17]
- Cómo cambiará el volumen (asentamiento) del suelo bajo cargas menores que la presión de preconsolidación
- Puede usarse para aproximar la hinchazón debido a la descarga.
- Índice de compresión C C = Δ e / Δlogσ ' v [17]
- Cómo el suelo cambiará de volumen (sedimentar) bajo cargas mayores que la presión de preconsolidación
- Duración de la consolidación primaria t p [18]
- Índice de compresión secundaria C α = Δ e / Δlog t [18]
- Cómo el suelo cambiará de volumen (se asentará) bajo una carga constante
Ver también
- Mecánica de suelos
- Estrés efectivo
Referencias
- ^ "edómetro | Definición de edómetro en inglés por los diccionarios de Oxford" . Diccionarios de Oxford | Ingles . Consultado el 6 de abril de 2019 .
- ^ "odómetro | Definición de odómetro en inglés por los diccionarios de Oxford" . Diccionarios de Oxford | Ingles . Consultado el 6 de abril de 2019 .
- ^ a b Bjerrum, Laurits; Casagrande, Arthur; Peck, Ralph; Skempton, Alec. (1960). De la teoría a la práctica en mecánica de suelos . (p44) John Wiley & Sons, Inc.
- ^ Bjerrum, Laurits; Casagrande, Arthur; Peck, Ralph; Skempton, Alec. (1960). De la teoría a la práctica en mecánica de suelos . (p6-7) John Wiley & Sons, Inc.
- ^ "Coeficiente de presión de la tierra en reposo", Correlaciones geotécnicas para suelos y rocas , John Wiley & Sons, Inc., 2018-06-01, pp. 73–75, doi : 10.1002 / 9781119482819.ch8 , ISBN 9781119482819
- ^ Taylor, Donald W. (1942). Investigación sobre consolidación de arcillas . Instituto de Tecnología de Massachusetts
- ^ "ASTM D2435 / D2435M - 11 métodos de prueba estándar para propiedades de consolidación unidimensionales de suelos que utilizan cargas incrementales" . www.astm.org . Consultado el 7 de abril de 2019 .
- ^ "BS 1377-5: 1990 - Métodos de ensayo de suelos con fines de ingeniería civil. Ensayos de compresibilidad, permeabilidad y durabilidad - BSI British Standards" . shop.bsigroup.com . Consultado el 7 de abril de 2019 .
- ^ "BS EN ISO 17892-5: 2017 - Investigación y ensayos geotécnicos. Ensayos de laboratorio del suelo. Ensayo de edómetro de carga incremental" . shop.bsigroup.com . Consultado el 7 de abril de 2019 .
- ^ "BS EN ISO 17892-11: 2019 Investigación y ensayos geotécnicos. Ensayos de laboratorio del suelo. Ensayos de permeabilidad" . shop.bsigroup.com . Consultado el 7 de abril de 2019 .
- ^ a b Sjursen, Morten Andreas; Dyvik, Rune. "Prueba de laboratorio - Prueba del edómetro" (PDF) . Instituto Geotécnico de Noruega . Consultado el 14 de abril de 2019 .
- ^ "Equipo de prueba del edómetro de carga frontal" . www.cooper.co.uk . Tecnología de investigación de Cooper . Consultado el 5 de septiembre de 2014 .
- ^ "Célula de consolidación de anillo flotante" . www.humboldtmfg.com . Consultado el 14 de abril de 2019 .
- ^ "Consolidación de suelos - Edómetros" . www.pcte.com.au . Consultado el 14 de abril de 2019 .
- ^ a b c Terzaghi, Karl; Peck, Ralph; Mesri, Gholamreza (1996). Mecánica del suelo en la práctica de la ingeniería (3ª edición). (Artículo 16.9) Wiley-Interscience
- ↑ Terzaghi, Karl; Peck, Ralph; Mesri, Gholamreza (1996). Mecánica de suelos en la práctica de la ingeniería (3ª edición). (Artículo 16.4) Wiley-Interscience
- ^ a b Terzaghi, Karl; Peck, Ralph; Mesri, Gholamreza (1996). Mecánica de suelos en la práctica de la ingeniería (3ª edición). (Artículo 16.6) Wiley-Interscience
- ^ a b Terzaghi, Karl; Peck, Ralph; Mesri, Gholamreza (1996). Mecánica de suelos en la práctica de la ingeniería (3ª edición). (Artículo 16.7) Wiley-Interscience