Dentro del lector técnico asociado a la mecánica del suelo y la geotecnia,

se realizan ensayos triaxiales a muestras inalteradas del terreno para averiguar sus propiedades resistentes. En estos ensayos se aplica primero una presión de confinamiento a la muestra mediante un sistema de compensación de muelles que tienen depósitos de metales pesados altamente contaminantes. A continuación y mediante prensas mecánicas se aplica a las cargas verticales en condiciones de velocidad de deformación controlada.La invención comprende un nuevo sistema de aplicación de presión de confinamiento estable durante el ensayo sin el uso de metales pesados para su compensación y un sistema neumático-hidráulico con control en lazo cerrado para la aplicación de carga vertical, que amplía el ámbito de utilización del equipo a ensayos con control en deformación, tensión, velocidad de carga y aplicación de carga cíclica a la muestra en la célula triaxial clásica

Sistema de aplicación de carga en deformación, tensión y ensayos cíclicos para célula triaxial convencional.

Objeto de la invención

La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema de carga en deformación, tensión y ensayos cíclicos para célula triaxial convencional que se engloba dentro de las áreas científicas de la ingeniería del terreno y la ingeniería mecánica.

Más concretamente será de aplicación en la mecánica del suelo, presas, cimientos y también en los aparatos científicos.

Estos campos de actividades son propios de la investigación, la ingeniería civil y geotécnica, la ingeniería mecánica, así como la geología y la arquitectura.

Así pues, el sistema de la invención comprende unos característicos medios de aplicación de la presión de confinamiento estable durante el ensayo sin el uso de metales pesados para su compensación y unos nuevos medios de aplicación de la carga vertical constante con un control en tiempo real.

Antecedentes de la invención

En problemas de índole geotécnico, el ensayo triaxial clásico constituye el procedimiento más satisfactorio para medir la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo. Una de las principales ventajas radica en el hecho de poder controlar las tensiones principales, el drenaje y la presión intersticial, lo cual conduce al conocimiento del comportamiento básico del suelo saturado.

El ensayo triaxial clásico consiste en someter a una probeta cilíndrica, preparada con una relación altura-diámetro igual a dos, a una presión de confinamiento constante y después a una carga vertical creciente hasta alcanzar la rotura. Esta carga continua y creciente se aplica a una velocidad constante en base a una prensa de deformación controlada.

A lo largo de todo el proceso de carga, hasta la rotura, se miden las deformaciones producidas en la probeta por las cargas correspondientes, de manera que se pueden obtener los datos necesarios para dibujar la relación tensión-deformación, deformación volumétrica-deformación axial, tensión tangencial-tensión normal etc. Todo esto se repite con tres probetas iguales, cambiando únicamente en cada caso la presión de confinamiento.

Tal como se ha referido anteriormente, el ensayo triaxial clásico posee varios requerimientos de ejecución que se detallan a continuación, destacándose una primera fase en la que se mantiene una presión hidráulica de confinamiento constante y una segunda fase de aplicación de carga vertical.

En la primera fase, la muestra, al variar su volumen durante el ensayo, provoca la variación de la presión de confinamiento, que se compensa a través del clásico sistema de mercurio auto-compensante de Bishop (Bishop y Henkel, 1962). Este sistema se compone básicamente de botes acrílicos, llenos de mercurio y agua, que están suspendidos de resortes. Conforme el agua drena en la muestra, el mercurio fluirá de un bote a otro para equilibrar el cambio de presión que provoca la variación de volumen. Si el cambio de volumen en la muestra es considerable, entonces el mercurio fluirá con rapidez llenando los botes y provocando el derrame del agua y de dicho producto, limitándose de esta forma la ejecución y en especial la capacidad del equipo.

Los sistemas convencionales, para mantener la presión de confinamiento constante pueden llegar a controlar hasta 35 bares de presión.

Por otro lado, en la segunda fase de aplicación de carga vertical en el ensayo triaxial clásico, la carga vertical constante se aplica a través de una prensa de accionamiento mecánico.

Este sistema convencional supone una amenaza medioambiental debido principalmente a la necesidad de tener que utilizar y manipular metales pesados, como es el mercurio.

Otro inconveniente radica en la limitación en presión de confinamiento que a fecha de hoy imponen los aparatos de control existentes en el mercado, no llevándose esta presión más allá de los 35 bares.

Descripción de la invención

Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados en los apartados anteriores, Id invención propone un sistema de aplicación de carga en deformación, tensión y ensayos cíclicos para célula triaxial convencional que se caracteriza porque en sustitución del sistema de compensación de Bishop convencional se dispone un nuevo sistema hidráulico de accionamiento y pilotaje neumático que garantiza el mantenimiento de la presión de confinamiento cualquiera que sea el cambio de volumen que sufra la muestra. Este sistema, al tratar con fluidos inocuos como el aire y el agua, evita el impacto medioambiental y el riesgo laboral que ocasiona el sistema convencional por la manipulación de metales pesados, como es el mercurio, pudiéndose alcanzar hasta una presión de confinamiento de 150 bares frente a los 35 bares que se consiguen convencionalmente.

Otra característica de la invención es que en sustitución de la prensa de accionamiento mecánico para aplicar una carga vertical sobre la célula triaxial, ésta se realiza mediante una carga hidráulica con servocontrol neumático en deformación, tensión aplicada, velocidad de carga y aplicación de carga cíclica para la caracterización de propiedades dinámicas del terreno.

Así pues, el sistema de la invención presenta dos circuitos distintos y bien diferenciados, con una nueva estructura y rango de capacidades con respecto a los sistemas conocidos en su campo de aplicación.

El primer circuito se encarga de mantener la presión de confinamiento en el interior de la célula triaxial aunque la muestra sufra variaciones de volúmenes considerables. Este circuito dispone de una bomba hidráulica con retroalimentación y control de presión accionada y pilotada por un sistema neumático con control diferencial de presiones. Con este nuevo circuito se amplía el rango de aplicación de presiones existentes en el mercado hasta los 150 bares tal como se ha referido anteriormente, y se eliminan los sistemas de compensación compuestos por metales pesados con alta capacidad contaminante como es el mercurio.

Un segundo circuito tiene como finalidad la aplicación de la carga vertical constante mediante sistema hidráulico con servo-control y accionamiento neumático. En función de un transductor colocado en el cilindro hidráulico, se podrá efectuar el control de carga en deformación, tensión, velocidad de aplicación de carga e incluso someter a la muestra a una carga cíclica de tipo senoidal. El registro de los movimientos y presiones se realiza a través de un sistema electro-hidráulico conectado a una unidad de procesamiento central. En este nuevo sistema se amplia el rango de aplicación de presiones de la célula triaxial convencional admitiendo la misma una mayor variedad de ensayos, así como la eliminación del proceso de desgaste y mantenimiento que requiere el típico sistema de aplicación mecánica.

A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompaña una única figura en la que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.

Breve descripción de los dibujos

Figura 1.- Muestra una vista esquemática del sistema de aplicación de carga en deformación, tensión y ensayos cíclicos para célula triaxial convencional, objeto de la invención.

Descripción de la forma de realización preferida

Considerando la numeración adoptada en las figuras, el sistema de aplicación de carga en deformación, tensión y ensayos cíclicos para célula triaxial convencional, está constituido por dos circuitos hidráulicos, asociados ambos a un circuito de aire comprimido.

La producción de aire comprimido se realiza mediante un compresor de media presión 1 que alimenta a una botella de almacenamiento 2 con un dispositivo de filtro y purga de líquido 3 en su salida. Con este dispositivo de almacenamiento previo se regula la inercia neumática del sistema y se evita el constante ciclo de arranques y paradas al que se vería sometido el compresor.

El primer circuito tiene como función la regulación y mantenimiento de la presión de confinamiento de la muestra de terreno instalada en una célula triaxial convencional 7. Este circuito recibe presión neumática a la salida de un filtro 3 y la regula mediante un manómetro con control diferencial...

1. Sistema de aplicación de carga en deformación, tensión y ensayos cíclicos para célula triaxial convencional, que estando destinado el sistema para ser aplicado sobre una célula triaxial apoyada sobre una plataforma horizontal, se caracteriza porque comprende:

- Un primer circuito hidráulico que regula y mantiene la presión de confinamiento de una muestra contenida en la célula triaxial (7), aunque la muestra sufra variaciones de volúmenes considerables;

- un segundo circuito hidráulico que aplica, mediante un cilindro (15), una carga vertical constante sobre la muestra ensayada perpendicularmente a la plataforma horizontal (16);

- un tercer circuito de aire comprimido asociado a los dos circuitos hidráulicos, cuyas bombas son accionadas y pilotadas mediante el aire comprimido del circuito neumático.

2. Sistema de aplicación de carga en deformación, tensión y ensayos cíclicos para célula triaxial convencional, según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer circuito hidráulico cuenta con una bomba (9) con retro-alimentación y control de presión, cuyo accionamiento y pilotaje mediante el aire comprimido, posee un control diferencial de presiones mediante una válvula de control diferencial (4) alimentada por el aire comprimido.

3. Sistema de aplicación de carga en deformación, tensión y ensayos cíclicos para célula triaxial convencional, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo circuito hidráulico incluye un dispositivo de servo-control para controlar la carga aplicada a la célula (7) en formación, tensión, velocidad de aplicación de carga, e incluso someter a la muestra a una carga cíclica de tipo senoidal.

4. Sistema. de aplicación de carga en deformación, tensión y ensayos cíclicos para célula triaxial convencional, según la reivindicación 3, caracterizado porque el mecanismo de servo-control comprende:

- Un transductor (14) de presiones o movimiento receptor constante del estado de la variable de control del cilindro (15);

- un elemento comparador de señales (12) vinculado al transductor (14) ya una unidad central de proceso (13);

- un driver (11) vinculado al elemento comparador señales (12) y a una electro-válvula proporcional (10) que dirige el fluido hidráulico hacia una u otra cámara del cilindro hidráulico (15).

5. Sistema de aplicación de carga en deformación, tensión y ensayos cíclicos para célula triaxial convencional, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye una válvula de seguridad y purga (6).

6. Sistema de aplicación de carga en deformación, tensión y ensayos cíclicos para célula triaxial convencional, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el circuito neumático incorpora un regulador de presión (8) para mantener la presión neumática de trabajo media sobre la bomba (9) del primer circuito hidráulico.