ensayo triaxial

MECANICA DE SUELOS II

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU – FACULTAD DE UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

1.- INTRODUCCIÓN

Su principal finalidad es obtener parámetros del suelo y la relación esfuerzo -deformación a través de la determinación del esfuerzo cortante. Es un ensayo complejo, pe ro la información que entrega es la más representativa del esfuerzo cortante que sufre una masa de suelo al ser cargada.

Consiste en colocar una muestra cilíndrica de suelo dentro de una membrana de caucho o goma, que se introduce en una cámara especial y se le aplica una presión igual en todo sentido y dirección. Alcanzado ese estado de equilibrio, se aumenta la presión normal ó axial (σ 1), sin modificar la presión lateral aplicada (σ 3), hasta que se produzca la falla.

Realizando por lo menos 3 pruebas, compresiones laterales diferentes, en un gráfico se dibujan los círculos de Mohr que representan los esfuerzos de falla de cada muestra y trazando una tangente o envolvente a éstos, se determinan los parámetros φ y c del suelo. Dependiendo del tipo de suelo y las condiciones en que este trabajará, las alternativas para realizar el ensayo serán consolidados no drenado (CU), no consolidado no drenado (UU) o consolidado drenado (CD).

RESUMEN:

El ensayo triaxial es utilizado habitualmente para determinar las propiedades resistentes y deformacionales de un suelo, cuando éste está sometido a un estado de tensiones tal que dos de las tensiones principales son iguales y donde los ejes principales de tensiones no giran.



2.- OBJETIVOS:

El objetivo primordial en el ensayo triaxial es determinar los

parámetros de resistencia efectivos c' y Φ' del suelo.

Dibujar los círculos de mohr.

3.- MATERIALES:

Las herramientas para preparar la muestra son cuchillos, espátulas, talladores, sierras etc. En arcillas se utilizan muestras inalteradas cuando se trata de formaciones naturales, o bien se preparan en moldes como el Harvard, análogo al ensayo Proctor pero con mayor altura, etc. En arenas, las muestras suelen prepararse e moldes, aproximándose lo más posible a las condiciones de densidad “in situ”.

También se necesitan membranas de látex para recubrir las probetas una vez que están preparadas también se necesitan piedras porosas para interponer entre la muestra y los dos cabezales en los que apoya. Las piedras porosas facilitan el drenaje del suelo y homogenizar las presiones del agua en las bases de la probeta.

Equipo de ensayo triaxial, compuesto por los siguientes elementos:

Unidad principal: En ella se aloja el motor que mueve el cabezal inferior, aplicando las trayectorias de tensiones o deformaciones deseadas a la probeta. En la parte superior tiene la base sobre la que apoya la célula triaxial. En dicha base se encuentran todas las tomas hidráulicas (presión de cámara, presión de cola, presión de poro, drenaje de cámara y drenaje de muestra.

Célula triaxial de metacrilato: Dentro de la cual va



introducida la muestra y el líquido que producirá la presión de cámara.

Dos controladores: Encargados de proporcionar las presiones de cámara y cola, respectivamente. Además, miden los volúmenes que entran o salen de la célula y de la muestra.

Un transductor para medir la presión de poro.

Una célula sumergible, situada dentro de la cámara, que nos permite conocer las cargas axiales aplicadas a la probeta.

Equipo informático. Todos los datos obtenidos de la instrumentación de la muestra son enviados a un ordenador, en el que se almacenan para su posterior tratamiento. Además, dicho ordenador permite transmitir todas las órdenes del usuario al equipo de ensayos (tipo de ensayo, presiones, trayectorias tensionales o deformacionales, cantidad de datos que deben almacenarse, etc.).

4.-PROCEDIMIENTO:

En la presente práctica se ilustrarán los diferentes pasos a seguir en la realización de un ensayo triaxial, incluyendo:

Saturación de la muestra empleando presión de cola.

Consolidación isotrópica previa.

Rotura de la muestra con medida de presiones intersticiales.

Las muestras a ensayar tendrán un diámetro de 70 mm y una altura de 140 mm. El líquido empleado para suministrar la presión de cámara será agua. Los pasos que se seguirán durante la realización del ensayo serán los siguientes:

Comprobación y preparación del equipo.

Preparación y colocación de la muestra.



Colocación de la célula triaxial y llenado de agua desaireada.

Saturación de la probeta. Para ello, se aplicarán escalones de incremento de presión de cámara y de cola, desacoplados como máximo 50 kPa.

Consolidación isotrópica de la muestra. Se aplica, por ejemplo, una presión de cámara de 400 kPa y una presión de cola de 300 kPa.

Rotura de la probeta. Se mantiene cerrado el drenaje (caso de ensayo CU). Se aplica la velocidad de carga adecuada (en función del tiempo que ha tardado en completarse la consolidación anterior y teniendo en cuenta el tipo de ensayo que se realice).

A partir de este momento, el equipo de adquisición automática de datos comienza a registrar el desplazamiento del cabezal inferior, la carga axial aplicada a probeta, la presión de cámara y la presión de poro. De estos datos pueden obtenerse gráficos que relacionen deformación unitaria con tensión desviadora y presión de poro, y los diagramas p-q, p’-q’ ó t-s, t’-s’.

El ensayo se detendrá automáticamente al alcanzar la máxima deformación de la probeta impuesta antes del comienzo del ensayo.

Desmontaje el ensayo. Puesta a cero de las presiones de cámara y cola, eliminación del agua de la cámara, retirado de la célula triaxial y de la muestra para estudiar la forma de rotura, y para determinar la humedad y el índice de poros.

5.-MARCO TEÓRICO:

En todo tipo de ensayo triaxial tenemos durante su ejecución dos etapas bien diferenciadas.

1° etapa: consiste en la aplicación de una presión hidrostática (igual en todas las direcciones) y que logramos mediante la inyección de líquido a presión a través de la llave A. Esta tención aplicada sobre tosa la superficie de la probeta, que se conoce como el nombre de tención confinante. Lógicamente que en esta primera etapa también la tención principal máxima coincide con la tención principal menor y que la carga es hidrostático.

2° etapa: aplicamos por intermedio del pistón de la cámara triaxial un esfuerzo vertical que se distribuye a toda el área de la probeta y que se conoce con el



nombre de tención desviante. Esta tención desviante σ sale de dividir el esfuerzo Q que se trasmite a través del pistón por área de la probeta A.

TIPOS DE ENSAYOS TRIAXIALES:

• Consolidado – drenado (CD): el drenaje se permite en las dos ultimas etapas y el exceso de presión de poros se disipa durante la aplicación del esfuerzo desviador.

• Consolidado – no drenado (CU): se permite el drenaje en la primera etapa hasta que la presión de confinamiento efectiva sea igual a la presión de cámara. Se impide el drenaje durante la aplicación del esfuerzo desviador.

• No consolidado – no drenado (UU): no se permite el drenaje en ninguna de las dos etapas.

Ensayo triaxial no consolidado, no drenado (UU)

En este tipo de ensayo, como su nombre lo indica, no se permite el drenaje de la probeta en ninguna de las dos etapas, por lo tanto la rotura de la misma se puede alcanzar en un tiempo relativamente rápido.

A este ensayo se lo denomina también ensayo rápido (Q) donde no se permite en ningún momento el drenaje. La probeta no es consolidada, por lo tanto no se disipa la presión de poros durante la aplicación de la presión isotrópica de cámara 3 en la etapa de saturación.

Después de establecer la presión de confinamiento en la cámara, se conecta la prensa para aplicar la carga axial, se deben tomar lecturas de los deformímetros de deformación y de carga a intervalos regulares, de este último hasta que se produzca la falla o hasta que la deformación alcance un valor considerable (aproximadamente



20%). El incremento del esfuerzo desviador es bastante rápido, lo que permite que no se disipe la presión de poros y los resultados puedan solo expresarse en términos de esfuerzo total. La duración del ensayo es de 10 a 15 minutos.

Figura 6.53. Envolvente de falla no drenado resultante del triaxial UU.

Para poder dibujar el círculo de Mohr de esfuerzos es indispensable determinar los esfuerzos principales 1 y 3. Durante el ensayo triaxial (UU), se recolectan periódicamente valores de los deformímetros que controlan el anillo de carga y la deformación de la probeta (L). La deformación vertical , es calculada con la siguiente expresión:

= Deformación vertical del espécimen de suelo

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https://lh3.googleusercontent.com/-rpZpIdPHhUc/TXK9WN_AlYI/AAAAAAAABbk/gACwo1DJndU/s1600/5.gif



7.-CONCLUSIONES:

• La resistencia de un suelo es el mayor esfuerzo al que puede ser sometido.

• La geometría de la mayoría de los problemas geotécnicos es de tal manera que prácticamente todo el suelo se encuentra en compresión.

• Aún cuando el suelo pueda fallar debido a la aplicación de grandes esfuerzos de compresión, el suelo falla realmente al corte.

• Muchos problemas geotécnicos requieren de una evaluación de la resistencia al corte del suelo, tales como: taludes, presas de tierra, fundaciones de estructuras, muros de contención, etc.

8.-BIBLIOGRAFÍA:

JUÁREZ BADILLO – MECÁNICA SUELOS II

PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE CIMENTACIONES -BRAJA M.DAS

9.-ANEXOS:



En la figura se observa la muestra ya tallada lista para el ensayo triaxial.

En la presente figura se puede observar midiendo el diámetro como tabn su altura.

FOTO 1

FOTO 2



En la figura se observa envolviendo la muestra con un latex.

En la figura se observa asegurando la muestra para que no entre el agua.

FOTO 3

FOTO 4



En la figura se observa ajustando los tornillas para que no escapa el

agua.

En la figura se observa llenando agua en el equipo.

FOTO 5

FOTO 6



En la figura se observa colocando los respectivos componentes de

equipo.

En la figura se observa configurando a una presión de 150 kg./cm^2

FOTO 8

FOTO 7



En la figura se observa lectorado las deformaciones.

En la figura se observa la muestra después del ensayo.

FOTO 9

FOTO 10

ensayo triaxial

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