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Mecnica de Suelos I

Carrera de Ingeniera Civil Facultad de Ciencias y Tecnologa Universidad Mayor de San Simn

Documento elaborado por : Laboratorio de Geotecnia Universidad Mayor de San Simn

Cochabamba, mayo de 2004

Instrumentos de medicin Pgina 1 de 6

INSTRUMENTOS DE MEDICIN

El presente documento es una gua de enseanza elaborada por el Laboratorio de Geotecnia de la Universidad Mayor de San Simn.

1. OBJETIVO El propsito de la prctica es el de interpretar las lecturas obtenidas a partir de instrumentos de medicin empleados en los ensayos de resistencia y deformacin.

2. MATERIALES Y EQUIPO

Deformmetros de 0,002 mm y 0,005 mm de precisin. Anillos de carga de 2; 3; 4,5; 10; 50 y 100 kN. Transductores de deformacin. Transductores de carga. Transductores de presin. 3. DEFORMMETRO Un deformmetro es un instrumento de medicin de deformacin de alta precisin. La Figura 1 muestra las partes principales de ste.

Cubierta

AgujaBiselTornillo para asegurar el biselEscalaCaraPuntero principal

Contador de revoluciones

Cubierta de proteccinAguja

Vstago de extensin

Tope

Figura 1. Esquema de un deformmetro

Tanto la extensin mxima como la precisin de un deformmetro pueden variar, por lo que a la hora de elegir uno de ellos para la realizacin de un ensayo especfico, se deber tomar en cuenta ambas caractersticas. La primera lectura tomada en un deformmetro es la del puntero principal, y es seguida por la lectura del contador de revoluciones. Estas dos lecturas van generalmente separadas por un smbolo de quebrado.

Laboratorio de Geotecnia Universidad Mayor de San Simn


Para realizar la interpretacin de la lectura de un deformmetro, como primer paso, se deber determinar la precisin de ste, generalmente este dato podr ser encontrado dentro la cara del mismo. A continuacin se deber tambin determinar la deformacin representada por cada revolucin del puntero principal. En algunas ocasiones, ver Figura 2a, esta deformacin podr ser determinada multiplicando la precisin del deformmetro por el nmero de divisiones, , en otras, ver Figura 2b, sta podr ser directamente leda en la escala del deformmetro. Por ejemplo, la deformacin representada por el primer deformmetro es de: 18 x 0,002 + 17 x 0,2 = 3,436 mm, y la representada por el segundo de: 0,136 + 17 x 0,2 = 3,536 mm.

30

2020

60

70 10 155

0

4050

80

900

002 mm10

002 mm

1008

06

04

12

14

16

020

18

0

1510

5 20

a) b) Figura 2. Deformmetros, a) la escala est dividida en 100 intervalos, una revolucin representa 0,20 mm, b) la escala se encuentra en milmetros, una revolucin representa 0,20 mm

4. ANILLOS DE CARGA Los anillos de carga son instrumentos de medicin indirecta que, como su nombre lo indica, son empleados para determinar la carga en un determinado ensayo. Los anillos de carga utilizan la deformacin producida en el mismo anillo para inferir la carga a la que ste est sometido. Sin embargo, para que las mediciones determinadas por este instrumento sean del todo confiables, estas deformaciones debern estar dentro del rango elstico del material del anillo. Adicionalmente, es recomendable que slo las lecturas de carga por encima del 10% de la carga mxima del anillo sean tomadas en cuenta, debido a que la relacin esfuerzo deformacin por debajo de este valor no es del todo lineal, finalmente, es recomendable que la carga mxima del anillo supere en un 50% la carga mxima prevista en la realizacin del ensayo. Por ejemplo, para la realizacin de la etapa de corte en un ensayo triaxial, Head(1986) propone que la carga mxima que alcanzar la muestra puede ser estimada a partir de la siguiente relacin:

3'1000'sin1'sin4,2

oAP =

donde: P: carga mxima estimada, N

' : ngulo de friccin interna estimada del suelo Ao : rea de la muestra, mm2

3 : presin de confinamiento, kPa en el caso de una muestra de 100 mm de dimetro con una presin de confinamiento de 100 kPa y un ngulo de friccin estimado de 30, esta carga corresponder a 1,88 kN, lo que sugerira el uso de un anillo 2kN, sin embargo, debido a la incertidumbre de las propiedades del suelo, en este caso ser recomendable el uso de un anillo de 3 kN.



Refuerzo con rosca para soporte del cabezal

Soporte del deformmetro y soporte de montaje

Deformmetro

Tope del deformmetro

Tope ajustableTuerca de sujecin

Deformacin medida por el deformmetro

Soporte semiesfrico Figura 3. Esquema de un anillo de carga

La deformacin del anillo de carga es determinada mediante un deformmetro que lleva incorporado. Esta deformacin es transformada en carga mediante una regresin presentada por el fabricante. A pesar de que la regresin no es del todo lineal, sta puede ser asumida como tal con amplia seguridad. Como ejemplo, una regresin correspondiente a un anillo de 2 kN es presentada en la Figura 4, en ella se puede observar que la relacin carga - lectura , CR, no es constante, sino por el contrario va variando, sin embargo un valor promedio de esta relacin puede ser empleada en la regresin.

Grfica de calibracin para el anillo de 2 kN Carga, N 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000Lectura,div 146,8 292,9 439,2 588,8 736,3 887,6 1037,3 1187,4 1340 1491,1Calibracin CR N/div 1,362 1,366 1,366 1,359 1,358 1,352 1,350 1,347 1,343 1,341

Figura 4. Grfica de calibracin para un anillo de carga de 2 kN



0

5 00

10 00

15 00

20 00

25 00

0 20 0 4 00 60 0 8 00 1 00 0 12 00 1 40 0 16 00

Lectura

Car

ga, N

1 ,34 0

1 ,34 5

1 ,35 0

1 ,35 5

1 ,36 0

1 ,36 5

1 ,37 0

0 20 0 4 00 6 00 8 00 1 00 0 1 20 0 14 00 16 00Lectura

Cal

ibra

cin

CR N

/div

Valor de calibracin media1,35 N/div

Figura 4. Grfica de calibracin para un anillo de carga de 2 kN(continuacin)

5. TRANSDUCTORES DE DEFORMACIN Un transductor es cualquier equipo electrnico que transforma la energa de una forma a otra. En el caso de un transductor de deformacin, este transductor transforma el desplazamiento en voltaje. Luego, este voltaje es reconocido por un ordenador con la ayuda de un equipo de adquisicin de datos, para finalmente, mediante una regresin, convertir nuevamente este voltaje en desplazamiento.

Figura 5. Transductor de deformacin



En el caso de los transductores, la regresin correspondiente al instrumento no es presentada por el fabricante, sino ms bien, sta debe ser determinada por el usuario. Para determinar la regresin correspondiente a un transductor de deformacin, ste debe ser sometido a desplazamientos conocidos, con ayuda de un micrmetro por ejemplo, y los voltajes deben ser registrados. Esta regresin es por lo general lineal, y una relacin desplazamiento voltaje constante puede ser asumida para cualquier desplazamiento. Una regresin realizada en el Laboratorio de Geotecnia, correspondiente al deformmetro TR-01, es presentada en la Figura 6.

Transductor TRANS-01 (Puerto A-2) Deformacin, mm Lectura, volts

0,00 0,0025749 0,05 0,0029316 0,10 0,0032902 0,15 0,0036469 0,20 0,0040054 0,25 0,0043564 0,30 0,0047112 0,35 0,0050716 0,40 0,0054340 0,45 0,0057888

y = 140,08x - 0,3607R2 = 1

0 ,0 0

0 ,0 5

0 ,1 0

0 ,1 5

0 ,2 0

0 ,2 5

0 ,3 0

0 ,3 5

0 ,4 0

0 ,4 5

0 ,5 0

0 ,0 00 0 ,00 1 0 ,00 2 0 ,0 03 0 ,00 4 0 ,0 05 0 ,0 06 0 ,00 7

Lectura, volts

Def

orm

aci

n, m

m

Figura 6. Calibracin de un transductor de deformacin

6. TRANSDUCTORES DE CARGA Un transductor de carga es un instrumento de medicin que transforma la deformacin producida por una carga en voltaje, luego, de una manera similar a la vista en los transductores de deformacin, este voltaje es interpretado como carga por un ordenador mediante una regresin. En este caso, para la calibracin del transductor de carga y la obtencin de la relacin carga - voltaje, se deber utilizar un instrumento de medicin de carga de calibracin conocida, como un anillo de carga por ejemplo.



Figura 7. Transductor de carga

7. TRANSDUCTORES DE PRESIN Un transductor de presin es un instrumento de medicin que transforma la presin que se ejerce sobre una de sus partes en voltaje

Figura 8. Transductor de presin

Al igual que en los anteriores transductores presentados en este texto, el voltaje producto de este instrumento debe ser interpretado por un ordenador como presin mediante una regresin. La calibracin de este equipo es realizada mediante un Calibrador / Indicador porttil de presin DPI 601. Al igual que en los anteriores casos, esta regresin es por lo general lineal.

8. REFERENCIAS Head, K.H. (1986) Manual of soil laboratory testing Pentech Press, Great Britain.


Instrumentos02.pdfOBJETIVOMATERIALES Y EQUIPODEFORMMETROANILLOS DE CARGATRANSDUCTORES DE DEFORMACINTRANSDUCTORES DE CARGATRANSDUCTORES DE PRESINREFERENCIAS

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