CAPITULO COLUMNA FIGURAS
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Capitulo 9. Columna de infiltración 357
Descripción general
Inyección de agua a volumen constante
Densidad seca similar a la del emplazamiento (1.4 Mg/cm3)
Control del volumen de agua inyectado y presión de inyección
Medida de la presión vertical y presión lateral de hinchamiento
Se realizaron dos ensayos con distintos ritmos de inyección:Test 1: Control del caudal inyectadoTest 2: Control de la presión de inyección
Ensayo de Columna de Infiltración:
Inyección a agua
Presión vertical de hinchamiento
Presión de hinchamiento
lateral
VOLUMEN CONSTANTE
Descripción general
Inyección de agua a volumen constante
Densidad seca similar a la del emplazamiento (1.4 Mg/cm3)
Control del volumen de agua inyectado y presión de inyección
Medida de la presión vertical y presión lateral de hinchamiento
Se realizaron dos ensayos con distintos ritmos de inyección:Test 1: Control del caudal inyectadoTest 2: Control de la presión de inyección
Ensayo de Columna de Infiltración:
Inyección a agua
Presión vertical de hinchamiento
Presión de hinchamiento
lateral
VOLUMEN CONSTANTE
Figura 9.1- Esquema general con las características del ensayo de columna de infiltración.
358 Capitulo 9. Columna de infiltración -
Plato base
Camisa
Vást
agos
de
ajus
te
Plato superior
Inyección de agua
Sens
ores
de p
resi
ón
Figura 9.2- Vista general del la columna de infiltración.
Capitulo 9. Columna de infiltración 359
Figura 9.3- Secuencia inicial del montaje del dispositivo de ensayo.
360 Capitulo 9. Columna de infiltración -
Figura 9.4- Secuencia de montaje de sensores de presión lateral.
Fijación con un tornilloFijación con un tornillo
Figura 9.5- Detalle del sistema de ajuste utilizado en los sensores de presión lateral.
Capitulo 9. Columna de infiltración 361
1 2
43
Figura 9.6- Detalle del emplazamiento de la célula de presión vertical, tubo de inyección a agua y sistema de ajuste y cierre.
362 Capitulo 9. Columna de infiltración -
0 2 4 6 8 10Presión de agua (Kg/cm2)
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2S
enso
r Out
put (
V)
Lateral 1 (0.0904 V:kg/cm2)
Lateral 2 (0.0934 V:kg/cm2)
Vertical (0.0972 V:kg/cm2)Lateral 3 (0.0874 V:kg/cm2)
Figura 9.7- Calibración de la columna de infiltración obtenida previo a la realización de un ensayo.
3
4
1 2
5
Figura 9.8- Secuencia de preparación de la muestra y compactación del material.
Capitulo 9. Columna de infiltración 363
0 3 6 9 12 15Tensión vertical, σV (Kg/cm2)
0
2
4
6Te
nsió
n 1,
σH [
Kg/c
m2 ]
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Pois
son (
ν) /
K0
0 3 6 9 12 15Tensión vertical, σV (Kg/cm2)
0
2
4
6
Tens
ión
2, σ
H [Kg
/cm
2 ]
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Pois
son (
ν) /
K0
0 3 6 9 12 15Tensión vertical, σV (Kg/cm2)
0
2
4
6
Tens
ión
3, σ
H [Kg
/cm
2 ]
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Pois
son (
ν) /
K0
ν
K0
σH
σH
σH
ν
K0
K0
ν
descargacarga
descarga
carga
carga
carga
cargacarga
descarga
descarga
Figura 9.9- Evolución de la tensión horizontal, el coeficiente de Poisson y K0 en función de la tensión vertical de compactación para cada uno de los sensores. Compactación de la capa 3 del TEST 2.
364 Capitulo 9. Columna de infiltración -
0 2 4 6 8 10Tensión media neta, p1 (Kg/cm2)
-4
0
4
8
12Te
nsió
n 1,
q1
(Kg/
cm2 )
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Pois
son (
ν) /
K0
q1K0
ν
0 2 4 6 8 10Tensión media neta, p2 (Kg/cm2)
-4
0
4
8
12
Tens
ión
2, q
2 (K
g/cm
2 )
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Pois
son (
ν) /
K0q2
K0
ν
0 2 4 6 8 10Tensión media neta, p3 (Kg/cm2)
-4
0
4
8
12
Tens
ión
3, q
3 (K
g/cm
2 )
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Pois
son (
ν) /
K0q3K0
ν
K0carga
descarga
descarga
carga
carga
carga
carga
carga
desc
arga
desc
arga
Figura 9.10- Evolución de la tensión desviadora, el coeficiente de Poisson y K0 en función de la tensión media neta durante la compactación en los distintos sensores. Compactación de la capa 3 del TEST 2.
Capitulo 9. Columna de infiltración 365
Adquisición sensores de presión y célula de carga
Adquisición GDS
Entrada de agua
Figura 9.11- Dispositivo de ensayo. Columna de infiltración y sistemas de adquisición de datos.
0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2Tiempo (h)
0
100
200
300
400
Cau
dal d
e In
yecc
ión
(mm
3 /s)
0
100
200
300
400
Pres
ión
de A
gua(
kPa)
0
40000
80000
120000
160000
Volu
men
de
agua
(mm
3 )
q= 220 mm3/s
0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2Tiempo (h)
0
100
200
300
400
Cau
dal d
e In
yecc
ión
(mm
3 /s)
0
100
200
300
400
Pres
ión
de A
gua
(kPa
)
0
40000
80000
120000
160000
Vol
umen
de
agua
(mm
3 )
q= 375 mm3/s
q= 375 mm3/sq= 220 mm3/s
Incremento impuesto
43750 mm3
129304 mm3
Figura 9.12- Evolución de la presión de agua, volumen y caudal de agua inyectados durante la primera fase de los ensayos. (a)- Ensayo con caudal controlado. (b)- Ensayo con presión controlada
366 Capitulo 9. Columna de infiltración -
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000Tiempo (h)
1.0x10-7
1.0x10-6
1.0x10-5
1.0x10-4
1.0x10-3
1.0x10-2
1.0x10-1
1.0x100
Fluj
o (m
m3 /s
)
0.2 0.4 0.6 0.8 1Grado de Saturación
1.0x10-7
1.0x10-6
1.0x10-5
1.0x10-4
1.0x10-3
1.0x10-2
1.0x10-1
1.0x100
Fluj
o (m
m3 /s
)
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000Tiempo (h)
0.0x100
5.0x104
1.0x105
1.5x105
2.0x105
2.5x105
Vol
umen
Inye
ctad
o (m
m3 ) TEST 1
TEST 2
TEST 1
TEST 1
TEST 2
TEST 2
(a)
(b)
(c)
Figura 9.13 – Evolución del volumen de agua inyectado y el flujo durante los ensayos de columna de infiltración.
Capitulo 9. Columna de infiltración 367
Tensión vertical
0.1 10 1000
0
4
8
12
16
20Te
nsió
n to
tal,
σV y
σH (
Kg/c
m2 )
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000Tiempo (h)
0.0x100
5.0x104
1.0x105
1.5x105
2.0x105
2.5x105
Volu
men
Inye
ctad
o (m
m3 )
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Gra
do d
e sa
tura
ción
Sr0=0.17(wc=5.8%)
Volumen de agua Sr
Tensión Lateral 1Tensión Lateral 2Tensión Lateral 3
TEST 1L3L2L1
V1
Figura 9.14- Evolución de las presiones de hinchamiento y el volumen de agua inyectado durante el ensayo de columna de infiltración TEST 1.
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000Tiempo (h)
0
2
4
6
8
10
Tens
ión
verti
cal,
σ V (K
g/cm
2 ) Tensión vertical
TEST 1
TEST 2
Figura 9.15 – Evolución de la presión de hinchamiento durante los ensayos de columna de infiltración TEST 1 y TEST 2.
368 Capitulo 9. Columna de infiltración -
Tensión vertical
0
2
4
6
8
10Te
nsió
n to
tal,
σV y
σH (K
g/cm
2 )
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000Tiempo (h)
0.0x100
4.0x104
8.0x104
1.2x105
1.6x105
2.0x105
Volu
men
Inye
ctad
o (m
m3 )
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Gra
do d
e sa
tura
ción
Sr0=0.254 (wc=8.1%)
Volumen de agua Sr
Tensión Lateral 1Tensión Lateral 2Tensión Lateral 3
Rotura de
sensor
TEST 2
L3L2L1
V1 L3
L1
L2 V1
Figura 9.16- Evolución de las presiones de hinchamiento y el volumen de agua inyectado durante el ensayo de columna de infiltración TEST 2.
Capitulo 9. Columna de infiltración 369
0.001 0.1 10 1000Tiempo (h)
0
2
4
6
8
10
Tens
ión
med
ia n
eta,
p (K
g/cm
2 )
p3
TENSIÓN MEDIA NETA
L3L2L1
p2
p1
0.001 0.1 10 1000Tiempo (h)
-4
-2
0
2
4
6
Tens
ión
desv
iado
ra,
q (K
g/cm
2 )
TENSIÓN DESVIADORA
q3q2
q1
Inyecciónde
agua
Tensiónvertical
TEST 2
Figura 9.17- Evolución de la tensión media neta y tensión desviadora correspondientes al TEST 2 para cada uno de los sensores de tensión lateral.
370 Capitulo 9. Columna de infiltración -
0 2 4 6 8 10Tensión media neta, p (Kg/cm2)
-4
0
4
8
12
Esf
uerz
o de
svia
dor
q (K
g/cm
2 )
Trayectoria de tensiones 2
0 2 4 6 8 10Tensión media neta, p (Kg/cm2)
-4
0
4
8
12
Esf
uerz
o de
svia
dor
q (K
g/cm
2 )
Trayectoria de tensiones 3
0 2 4 6 8 10Tensión media neta, p (Kg/cm2)
-4
0
4
8
12
Esf
uerz
o de
svia
dor
q (K
g/cm
2 )
Trayectoria de tensiones 1
K0
K0
K0
L3L2L1
V1
L3L2L1
V1
L3L2L1
Vertical
Lateral
V1
Figura 9.18- Trayectorias de tensiones (p.q) obtenidas durante el ensayo de columna de infiltración TEST 2.
Capitulo 9. Columna de infiltración 371
0 20 40Tensión media neta, p (Kg/cm2)
-20
-16
-12
-8
-4
0
Esf
uerz
o de
svia
dor
q (K
g/cm
2 )
Trayectoria de tensionesEnsayos de presión de hinchamiento (edómetros de tensión lateral)
ρd=1.24 Mg/m3
ρd=1.30 Mg/m3ρd=1.50 Mg/m3VC13-2
VC13-1
VC15-1
VC15-2
Figura 9.19- Trayectorias de tensiones (p,q) obtenidas en ensayos de humedecimiento a volumen constante realizados en un edómetro con control de la tensión lateral.
0 4 8 12 16 20Tensión media neta, p (Kg/cm2)
-16
-12
-8
-4
0
4
Esf
uerz
o de
svia
dor
q (K
g/cm
2 )
Trayectoria de tensiones 2
ρd=1.30 Mg/m3
VC13-2
Figura 9.20- Trayectorias de tensiones (p’, q) obtenidas en el ensayo VC13-2 y el TEST 2 (sensor 2) de la columna de infiltración.
372 Capitulo 9. Columna de infiltración -
18 cm
6 cm
6 cm 6 cm
3.2 cm
8 cm
3.2 cm
3.6 cm
σv
REGIMENELÁSTICO
E, ν
σH=K0 σv3.2 cm
wc0
(a) (b)
ρd=1.40 Mg/m3
eT=0.93
eM=eT – em= 0.93 – 0.385
ρPellet=1.95 Mg/m3
em=0.385 nM=0.352
Vsat.macro= nM.A=0.352*(72.π)/4=13.6 ml/cm Figura 9.21- Representación de la etapa inicial de inyección de agua. (a) Ubicación del agua inyectada durante la etapa inicial del ensayo. (b) Efecto producido por la expansión de la zona inundada.
Capitulo 9. Columna de infiltración 373
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Contenido de agua
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Altu
ra d
e la
mue
stra
(mm
)0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Grado de saturación
1.2 1.3 1.4 1.5Densidad seca, ρd (Mg/m3)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Altu
ra d
e la
mue
stra
(mm
)
Expansión
W
ρd
Inicial
Sr
WInicial
Compresión
ρd
Final
WFinal
Figura 9.22 - Distribución del contenido de agua, grado de saturación y densidad seca del la muestra de pellets al final del ensayo de columna de infiltración TEST 1.
374 Capitulo 9. Columna de infiltración -
1 2
3 4
Sr ≅ 1.0 Sr ≅ 0.8-0.7
Estado inicial Estado Final
Figura 9.23- Aspecto de la muestra de pellets. (1) Luego de la compactación. (2) Sección al cento de la muestra al final del ensayo TEST 1. (3) Material en contacto con el inyector de agua (4) Material al centro de la muestra.
macroporos
Sr ≅ 0.60
macroporos
Sr ≅ 0.60
Figura 9.24- Aspecto de la muestra de pellets en la zona más lejana al inyector. Se identifican los grandes vacíos entre pellets que aún no se han “invadido” totalmente.