DISPOSITIVO DE AGARRE DE PROBETAS DE SUELO DE GRANULOMETRÍA FINA PARA ENSAYOS DE TRACCIÓN.

Dispositivo de agarre de probetas de suelo de granulometría fina para ensayos de tracción constituido por ventosas de vacío (8) que se fijan a las caras transversales de una probeta cilíndrica (17) mediante el establecimiento del vacío entre el volumen interno de la ventosa y la superficie de apoyo de la probeta,

siendo el vacío generado a través de un eyector de efecto Venturi (9), que genera una corriente de vacío, la cual es transmitida a ambas ventosas (8) por medio de un distribuidor de una entrada y dos salidas. Las ventosas de vacío (8) son fijadas a la prensa (1) a través de una pletina circular (13) unida a la misma con tornillos (14), arandelas (15) y tuercas (16). Dicho dispositivo se utiliza en ensayos de tracción con control de deformación.

Dispositivo de agarre de probetas de suelo de granulometría fina para ensayos de

Objeto de la invención La presente invención consiste en sustituir las típicas mordazas o sistemas mecánicos de agarre de probetas cilíndricas de suelo por ventosas que utilizan técnicas de vacío que son idóneas en la ejecución de ensayos de tracción, y que por tanto no aportan estados tensionales adicionales al contorno lateral de las muestras ensayadas. En los ensayos de tracción, el problema técnico que presentan las mordazas o sistemas mecánicos de agarre es que coaccionan y someten al suelo a estados tensionales adicionales o diferentes al estado de tracción puro bajo el cual se debe realizar el ensayo. La solución a los sistemas mecánicos de agarre propuesta es un nuevo dispositivo o sistema de agarre para los ensayos de tracción en suelos de granulometría fina. Este dispositivo se caracteriza fundamentalmente porque utiliza técnicas limpias de vacío y porque genera sólo estados tensionales a los que deben estar sometidas las probetas, es decir, estados de tracción pura.

Estado de la técnica La resistencia a tracción en suelos de granulometría fina es un parámetro que por lo general es menor que la resistencia a compresión y además depende de la succión existente, por ésta razón se suele despreciar en los problemas de índole geotécnico, donde se adoptan las condiciones más desfavorables, como son considerar el suelo saturado y la succión nula. El asignar resistencia a tracción nula a algunos suelos es una práctica que suele dejar al proyectista del lado de la seguridad, pero que va en contra del ahorro de material constructivo y de la reducción del impacto medioambiental generado durante la producción, puesta en obra y retirada a vertedero del material constructivo. A la hora de aplicar fuerzas de tracción a las muestras, los investigadores se encuentran con la dificultad técnica de coger dichas muestras, ya que no existen en el mercado equipos ni mordazas que permitan el agarre de las mismas bajo condiciones aceptables de carga (tracción pura) . Sin embargo, existen en la literatura diferentes estudios para cuantificar éste parámetro (Mikulish y Gudeus, 1995; Tamrakar-Toyosawa et al., 2005, etc) . Se observa que en el estudio de la resistencia a tracción de los suelos, existen dos enfoques generales: el primero se basa en evaluar indirectamente dicha resistencia a partir de conceptos de resistencia al corte. El segundo consiste en medir directamente la resistencia a tracción para diferentes condiciones de humedad, de succión o de índice de poros. En lo que respecta a las mediciones directas de la resistencia a tracción podemos destacar el estudio de Farrel-Greacen (1967) sobre muestras de suelo reconstituido, compuesto por arcilla (12%) , arena fina (50%) y arena gruesa (20%) . Los ensayos se hicieron con muestras cilíndricas que se fijaron con pegamento (Araldite) a los extremos de una prensa de compresión sin confinamiento. Los ensayos tanto de tracción como de compresión axial, fueron efectuados en condiciones de deformación controlada. Towner (1987) realizó mediciones de la resistencia a tracción en muestras reconstituidas de caolín a diferente humedad. El equipo que utilizó durante los ensayos fue un molde conformado por dos piezas con extremos redondeados, adosados a un dinamómetro. La carga de tracción se aplicaba de forma manual hasta llegar a la carga máxima o de rotura. Tang y Gram (2000) presentan un método para determinar la resistencia a tracción en suelos no saturados, utilizando un molde cilíndrico partido, al que se fija una muestra de arena-bentonita mediante un adhesivo de alta resistencia y posteriormente se somete a tracción hasta la rotura. Tamrakar-Toyosawa (2005) desarrollan un equipo que permite medir la resistencia a tracción de suelos compactados y saturados como la marga, arcilla arenosa, limos arenosos y arcilla consolidada. El equipo cuenta en una plataforma horizontal con una caja fija y otra móvil. Dentro de las cajas, el molde de tracción contiene dos estructuras separadas en forma "C" cuya forma interior es circular, exceptuando la porción donde se unen. En universidades como la Politécnica de Cataluña, los ensayos de tracción con carga controlada se han ejecutado con un equipo similar al descrito por Mikulisch y Gudeus (1995) , diseñado y construido por Rodríguez (2002) y utilizado por Ávila (2004) y Tapia (2007) . Este equipo consta de 2 piezas trapezoidales en los extremos, una de las cuales es fija y la otra desliza libremente al aplicarse una fuerza externa. En la parte central se encuentra un conjunto de tres piezas rectangulares, que se retiran justo antes de empezar a aplicar la carga, dejando libre la sección del suelo que queda sometida a estados de tracción (Figura 1) . Actualmente, los métodos de ensayos a tracción aplicados a suelos de granulometría fina, como el denominado "Standard method for uniaxial tensile strength test of soils. Specification of Soil Test. 1999", del Ministr y of Water Resources de China, pueden ser discutibles y situarnos del lado de la inseguridad debido a que los dispositivos utilizados para el agarre alteran el estado de tracción al que debe estar sometida la muestra durante el ensayo. Por ello, se propone en esta invención un nuevo dispositivo de agarre que aplica técnicas de vacío (ventosas) y que son totalmente innovadoras e idóneas para la ejecución de ensayos en condiciones de tracción pura.

Descripción de las figuras Figura 1. Dispositivos trapezoidales para ensayos de tracción con carga controlada. Figura 2. Sistema de aplicación de cargas en tracción, con control de la velocidad de deformación, ventosas y célula de carga. Figura 3. Ventosas de sección circular de diámetros 55, 80 Y 120 mm, de consistencia flexible o rígida y fuerza de aspiración máxima de 256 Newton Figura 4. Resultados obtenidos del ensayo de tracción realizado con control de deformación. Resistencia de tracción versus deformación unitaria Figura 5. Esquema de los sistemas de aplicación de cargas y de agarre en probetas cilíndricas mediante técnicas de vacío (ventosas) que aplican estados de tracción pura, estando el funcionamiento de las ventosas únicamente condicionado a la existencia de vacío por un eyector Venturi y de aire comprimido por un compresor de 10 bares.

Descripción de la invención El sistema de agarre de probetas de suelo, que se puede utilizar tanto en muestras inalteradas como compactadas, es un problema complejo al que siempre se han enfrentado los investigadores. En el caso analizado en universidades como la Politécnica de Cataluña (v. Figura 1) , el dispositivo de agarre utilizado en ensayos de tracción coaccionan las muestras lateralmente mediante mordazas de tipo mecánico, introduciéndole estados tensionales adicionales al de tracción pura. En esta memoria, el dispositivo a patentar resuelve este problema, sin modificar el

estado tensional de la muestra y utilizando técnicas limpias y no nocivas para el medio ambiente. El ensayo de tracción requiere fundamentalmente de dos sistemas para su ejecución:

• El de aplicación de cargas y

• El de agarre de la probeta.

El sistema de aplicación de carga se compone de una prensa, mecánica o hidráulica, con control en tensión o en velocidad de deformación tanto en sentido de subida como de bajada (Figura 2) . En el laboratorio, éste sistema cubre casi la totalidad de las cargas que se aplican convencionalmente en los ensayos de compresión y tracción de suelos. A esta prensa se fija rígidamente el sistema de agarre de probetas, consistente en ventosas de vacío (Figura 3) que se unen a las caras de la probeta cilíndrica mediante un vacío creado por un eyector con capacidad de aspiración de 4.2 m3/h, presión de servicio de 3 a 6 bares y temperatura de uso de O a 50 grados centígrados, y repartido a ambas ventosas por un distribuidor de una entrada y dos salidas. El eyector recibe para su funcionamiento una corriente de aire comprimido proveniente de un compresor con presión de servicio de 10 bares, caudal 235 I/min y 900 r.p.m. Una vez creado el vacío entre las ventosas y la probeta, la unión entre ellas permite la aplicación de fuerzas de tracción a través de la prensa sin necesidad de coaccionar lateralmente la muestra, evitando de esta forma añadirle estados tensionales diferentes de los correspondientes a un ensayo de tracción pura. La salida de resultados, carga aplicada versus deformación (Figura 4) , se realiza de forma continua y digital a través de transductores de desplazamiento y células de carga instalados en el conjunto. En función del esquema o Figura 5, se observa que el ensayo de tracción pura requiere para su ejecución de dos partes bien diferenciadas....

1. Dispositivo de agarre de probetas de suelo de granulometría fina para ensayos de tracción, caracterizado por estar constituido por dos ventosas de vacío de diversos diámetros y rigideces (8) que se fijan a las caras transversales de una probeta cilíndrica (17) mediante el establecimiento del vacío entre el volumen interno de la ventosa y la superficie de apoyo de la probeta, siendo el vacío generado a través de un eyector de efecto Venturi con capacidad de aspiración de 4.2 m3/h, presión de servicio de 3 a 6 bares y temperatura de uso de O a 50 grados centígrados (9) , quien recibe una corriente de aire comprimido en media presión (11) , proveniente de un compresor con presión de servicio de 10 bares, caudal 235 I/min y 900 r.p.m. (6) , que al pasar por la tobera Venturi que tiene el eyector (9) , genera una depresión a su salida o corriente de vacío (12) , la cual es transmitida a ambas ventosas (8) por medio de un distribuidor (10) de una entrada y dos salidas.

2. Dispositivo de agarre de probetas de suelo de granulometría fina para ensayos de tracción descrito según reivindicación anterior, donde las ventosas de vacío (8) son fijadas a una prensa constituida por (1) , (2) , (3) Y (4) en su parte móvil para garantizar la rigidez necesaria a través de una pletina circular (13) unida a la misma con tornillos (14) , arandelas (15) y tuercas (16)

3. Uso del dispositivo de agarre de probetas de suelo de granulometría fina para 2, en ensayos de tracción deformación.

Figura 1

Figura 2 Figura 3

ENSAYO TRACCION

0.9

0.8

0.7

0.6

Z

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l':I N "

0.4

CII

::::1

U.

0.3

0.2

0.1

Compresor

Figura 5