Una prueba de edómetro es un tipo de investigación geotécnica realizada en ingeniería geotécnica que mide las propiedades de consolidación de un suelo . Las pruebas de edómetro se realizan aplicando diferentes cargas a una muestra de suelo y midiendo la respuesta de 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 de edómetro 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 suele ser 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 los cambios en la carga aplicada. Se aplican tensiones verticales conocidas a las caras superior e inferior de la muestra, normalmente utilizando pesas libres y un brazo de palanca . Se varía la tensión vertical aplicada y se mide el cambio del espesor de la muestra.
Para muestras saturadas con agua, se colocan piedras porosas en la parte superior e inferior de la muestra para permitir el drenaje en 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.
La palabra oedómetro ( / i ˈ d ɒ m ɪ t ər / ee- DO -mi-tər , a veces / oʊ ˈ d ɒ m ɪ t ər / oh- DO -mi-tər ) se deriva del griego antiguo οἰδέω ( oidéō ' hincharse') y el sustantivo oídēma 'hinchazón', [1] que también se usa en inglés con el mismo significado, como edema . [2]
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. [3]
Los primeros experimentos de consolidación fueron realizados en 1910 por Frontard. Se cortó una muestra delgada (de 2 pulgadas de espesor por 14 pulgadas de diámetro) y se colocó en un recipiente metálico con una base perforada. Luego, esta muestra se cargó a través de un pistón de forma incremental, permitiendo alcanzar el equilibrio después de cada incremento. Para evitar que la arcilla se seque, la prueba se realizó en una habitación con mucha humedad. [4]
Karl von Terzaghi inició sus investigaciones sobre consolidación en 1919 en el Robert College de Estambul. [4] 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 las primeras investigaciones sobre consolidación. Tanto Terzaghi como Arthur Casagrande pasaron un tiempo en el 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. [5] Las contribuciones de Casagrande a la técnica de prueba de edómetro incluyen el "método Casagrande" para estimar la presión previa a la consolidación de una muestra de suelo natural. [6] Donald Taylor continuó la investigación en el MIT en la década de 1940. [7]
Tanto el Instituto Británico de Normas como la ASTM tienen métodos estandarizados de prueba de edómetro. ASTM D2435/D2435M - 11 cubre las pruebas de edómetro mediante 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. [8] BS 1377-5:1990 es la norma británica pertinente para las pruebas de edómetros; La serie BS 1377, más amplia, también proporciona información general y consejos sobre las mejores prácticas en la preparación de muestras para diversas investigaciones geotécnicas. [9] También existen dos normas ISO sobre pruebas de edómetros: ISO 17892-5:2017 sobre pruebas de edómetros de carga incremental; [10] y BS EN ISO 17892-11:2019 cubre varios métodos de prueba de permeabilidad del suelo, incluidas pruebas de edómetro en muestras saturadas. [11]
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. [12]
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 edómetro incluye: [13]
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 porción de 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 de compresión al suelo. [12] [14]
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 pesas libres : las pesas libres proporcionan una carga gravitacional conocida y el brazo de palanca multiplica y transmite la carga a la muestra de suelo. [15]
Existen muchas pruebas de edómetro que se utilizan para medir las propiedades de consolidación. El tipo más común es la prueba de carga incremental (IL). [dieciséis]
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 elimina 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 encima de 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. [dieciséis]
Luego, este conjunto se coloca en un marco de carga. Se colocan pesos sobre el marco, lo que impone 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 llegado al final de la consolidación primaria. Luego se coloca inmediatamente otra carga sobre el suelo y se repite este proceso. Después de que se ha aplicado una carga total significativa, la carga sobre la muestra se reduce gradualmente. El uso de una relación de incremento de carga de 1/2 proporciona una cantidad suficiente de puntos de datos para describir la relación entre la relación de vacíos y la tensión efectiva de un suelo. [dieciséis]
Las pruebas con edómetro proporcionan a los ingenieros datos muy útiles sobre el suelo que se está probando.
Coeficiente de compresibilidad del volumen.
derivado de la prueba del edómetro
Aplicado a la capa en el campo (ver imágenes)
