Siempre teniendo en cuenta los parámetros dados por la norma, se realizó el diseño del equipo, incorporando además mejoras para las falencias encontradas en la etapa de adaptación de
la norma a las necesidades y recursos disponibles. Estas falencias son corregidas incorporando una cuadrícula graduada y un tubo que pasa por ella que harán las veces de aparato de medición de la cabeza constante, pues por dicho tubo subirá una columna de agua hasta el mismo nivel de la cabeza hidráulica aplicada, y por medio de la cuadrícula se podrá medir esta con alta precisión. La siguiente mejora fue la incorporación de un tanque de agua, que estará conectado a una tubería de entrada y dos de salida, una hacia el aparato de medición de la cabeza hidráulica y la otra cumpliendo la función de descarga, con el objetivo de mantener siempre constante el nivel del agua.
Además, teniendo en cuenta que la norma sugería usar el equipo de compactación Harvard miniatura, que no se tiene disponible en la universidad, se diseñó también un sencillo aparato de compactación con un peso de 500 gramos y 38 cm de longitud de caída. Para llevar a cabo la compactación se elaboró también una base metálica donde se insertará el cilindro donde irá la muestra y se dejará fija para facilitar su compactación.
También, el cilindro donde irá alojada la muestra, tanto para su compactación como para la realización del ensayo, tendrá una longitud de 10 cm, manteniendo su diámetro, para de esta forma poder agregar otra capa de grava entre el punto de entrada del líquido erosionante y la muestra de ensayo. Esto permite normalizar la presión con la que entra dicho líquido, evitando que la muestra se viera afectada si en algún caso se generara una presión alta debido al flujo de agua entrante o por el contrario una presión baja debido a la presencia de vacío parcial en la cápsula.
Otro detalle importante añadido al diseño simple sugerido por la norma fue la incorporación de un compartimiento en la base del equipo, que permite que en él se almacenen los elementos que son usados tanto en la realización del ensayo como en el montaje del equipo,
como son el aparato compactador, el cilindro gradado, la llave, las mallas, el destornillador y el equipo de compactación.
Entonces, la realización del ensayo con el equipo diseñado en este proyecto se daría con los siguientes elementos:
Aparato Pinhole: Es la cámara donde irá alojada la muestra durante el ensayo (ver figura 5). Su diseño consiste de un molde en acrílico de 10 cm de largo y 5 cm de diámetro, con un espesor de 0.3 cm y en cada extremo una tapa en aluminio, cada una de estas con una válvula de 3/8” para poder regular la entrada y salida del flujo.
Figura 5. Modelo de aparato Pinhole o cámara
Fuente: Autoría propia
Tanque de cabeza constante: Un tanque en acrílico que cuenta con dos compartimientos, uno que permanecerá lleno y cumple con la función de mantener la cabeza hidráulica
constante y el otro que servirá para la salida del líquido erosionante sobrante, unidos en la parte superior por una especie de desagüe que permite que pase agua de un compartimiento al otro. Además, 4 mangueras irán conectadas a este tanque: 1 de entrada de agua, que irá conectada a la llave del agua, 1 de salida de agua que servirá para evacuar el agua de desecho, 1 que irá conectada al aparato de medición del nivel de cabeza hidráulica, y la manguera restante que irá conectada al aparato Pinhole. Este tanque irá sobre 2 tornillos galvanizados de 130 cm de alto y ½” de diámetro, por los cuales se deslizará para así poder ajustar fácilmente el nivel de cabeza constante deseado. Este tanque tendrá unas medidas de 10 cm de alto, 16 cm de ancho, 10.5 cm de profundidad, con una lámina acrílica ubicada a los 10 cm de ancho para dividir el tanque en sus dos compartimientos. Las láminas de acrílico que se emplearán en la construcción de este tanque tendrán un grosor de 3mm. Un modelo de este tanque se puede ver en la figura 6.
Figura 6. Modelo de tanque de cabeza constante
Mallas de alambre con aberturas de 2mm, que irán colocadas en ambos extremos de las dos capas de grava que se pondrán en el aparato Pinhole.
Aguja perforadora: de 1mm de diámetro y longitud de 5 cm.
Panel en acrílico con cuadrícula y tubo capilar: cumplirán la función de aparato de medición de la cabeza hidráulica, al subir el agua por el tubo capilar podrá ser medida fácilmente en la cuadrícula. En la figura 7 se puede apreciar un modelo de este panel.
Figura 7. Modelo de panel en acrílico
Fuente: Autoría propia
Equipo de compactación: consta de un martillo, hecho con un tubo en pvc de 1 ¼ ” con una longitud de 38 cm y una plomada de 500 gramos, una base metálica, un anillo de
extensión y un falso fondo en aluminio, que tiene como objetivo que el espécimen de suelo que se compacta tenga una longitud de 38 mm.
Cronómetro.
Guía centradora: guía centradora de cono truncado con agujero de 1.5mm en diámetro y 12.7 mm de longitud, diseñado de tal forma que encaje perfectamente con la aguja perforadora, para efectos de lograr una perforación adecuada y también para poder facilitar el almacenamiento de estos elementos para que no sean extraviados con facilidad.
Base en acrílico de 50 cm*40 cm*10 cm, con un espesor de 1cm, con cuatro niveladores y un nivel de burbuja para mantener el sistema nivelado. También tiene uno de sus costados removible y ajustable por medio de unas perillas, para que además de servir de base y soporte para el equipo también funcione como compartimiento para almacenar los elementos y herramientas.
Llave inglesa: para ajustar las tuercas del aparato Pinhole y del equipo de compactación. Destornillador: para el montaje y desmontaje de los elementos que van fijados a la base. 2 láminas de acrílico rectangulares 10 cm de ancho por 20 cm de alto, con un espacio en
forma de medio círculo de 2.5 cm de radio para sostener el aparato Pinhole, alineando el centro del mismo con el cero en la escala métrica de medición de la cabeza hidráulica, con una aleta de 6 cm de longitud por 10 cm de ancho cada lámina, para apoyarla sobre la base del equipo a la cual irá atornillada.
Elementos en aluminio: 1 ángulo de 10 cm de ancho por 2.5 cm de longitud la arista que va atornillada a la base y 5 cm de alto la arista que va atornillada a la cuadrícula, para fijar esta a la base. 1 elemento en aluminio que conecta el tanque de agua con los dos
tornillos, con la cuadrícula y con la base acrílica para proveerles soporte a todos estos elementos, consta de dos ángulos y una barra rectangular, la base inferior que va atornillada a la base tiene una longitud de 7 cm, la barra rectangular que se coloca en forma vertical tiene una altura de 130 cm y el último ángulo por el cual pasan los dos tornillos y el tanque tiene una longitud de 20 cm.
Cabe anotar que en este diseño, a excepción del tubo capilar, se hace uso exclusivo de tubería flexible, mangueras en polivinilo transparente de 3/8” de diámetro. También es importante resaltar que el sistema se puede desmontar totalmente de manera fácil con el uso de un destornillador.
La elección del acrílico como materia prima del equipo se debe a sus características de durabilidad, resistencia, disponibilidad, costo, permeabilidad, facilidad para la limpieza que debe recibir periódicamente el equipo, y también por razones estéticas, la transparencia del acrílico le dará al equipo un aspecto limpio y bastante atractivo. En cada uno de estos aspectos el acrílico fue comparado con algunos otros posibles materiales que habrían podido ser empleados como materia prima, como lo son el vidrio, la madera, el aluminio, pero el acrílico resultó ser más conveniente en conjunto que todos ellos. Por esta razón el acrílico será usado como material para las bases, el tanque de agua y el cilindro de ensayo.
Sin embargo, al evaluar las características de los materiales se encontró más adecuado el aluminio, debido a su resistencia, durabilidad y costo, para elaborar un ángulo y una barra rectangular con dos ángulos complementarios que servirán de base a la cuadricula, teniendo en cuenta que la cuadricula tendrá una altura de 1.3 metros, por lo cual necesita un soporte adecuado, bastante resistente. También se usará este material para las tapas de aluminio del aparato Pinhole.
Para crear el sello antiagua en el aparato Pinhole se sellarán las tapas mediante el uso de tuercas y arandelas que fijarán las dos tapas de aluminio por medio de 4 tornillos que van de una tapa a la otra, con unos cauchos en el interior de las tapas que aseguren el sello.
Figura 8. Modelo del diseño del equipo
Fuente: Autoría propia