capitulo columna figuras

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.


Figura 9.3- Secuencia inicial del montaje del dispositivo de ensayo.


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.


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.


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.


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

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

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.


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


-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


-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.


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


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.


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.


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.


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.


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


-4

0

4

8

12

Esf

uerz

o de

svia

dor

q (K

g/cm

2 )



-4

0

4

8

12

Esf

uerz

o de

svia

dor

q (K

g/cm

2 )


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.


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.


-16

-12

-8

-4

0

4

Esf

uerz

o de

svia

dor

q (K

g/cm

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.


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.


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.


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.

capitulo columna figuras

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