practica triaxial

Universidad Autónoma de ChiapasFacultad de Ingeniería

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIAPAS

Facultad de IngenieríaCatedrático:

Dr. Guillermo Alonso Solís

Mecánica de Suelos II

7º “A”

Alejo Reyes Gianni ValerieBecerra Suarez Eduardo AlbertoDomínguez Arguello Ana Karen

González Mazariegos Erasto del CarmenMontesinos López Juan Manuel

Pascacio Vázquez AbigailLópez Álvaro Luis Pedro

Pérez Pérez Manuel Bertín Velazco Ramírez Urías

Santeliz Velazco Rodimiro Fernando

Tuxtla Gutiérrez; Chiapas. Marzo 2015


Índice pág.

introducción 3

Prueba Triaxial de corte 4

Equipo necesario 5

Procedimiento para muestras remoldadas 5-7

Cálculos y gráficos 7-8

Cálculos según diagramas 8-9

Preparación de muestra 10-11

Contenido de humedad de la muestra 12

Procedimiento de la prueba 13-16

conclusión 17

bibliografía 17

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INTRODUCCION

Las prácticas que se hicieron en el laboratorio de la facultad fueron tres, de las cuales son:

Prueba Triaxial: El ensayo consiste en aplicar esfuerzos laterales y verticales diferentes a probetas cilíndricas de suelo y estudiar su comportamiento. Para la anterior se aplica una presión de confinamiento alrededor del cilindro transparente mediante agua. Adicionalmente se le aplica un esfuerzo en la dirección axial para provocar la falla. En este ensayo no se permite el escurrimiento de la muestra, por lo tanto no existe cambio volumétrico y se generan presiones de poro que pueden aumentar o disminuir la resistencia al corte de la muestra.

Pruebas de Corte: La finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga. El ensayo de corte directo se realiza con el objetivo principal de determinar el valor de la cohesión, así como el ángulo de fricción interna de

Un suelo sometido a esfuerzo cortante. Este ensayo impone sobre un suelo condiciones idealizadas, o sea indica la ocurrencia de una falla a través de un plano de localización predeterminado. Es posible dibujar en un plano de ejes coordenados estos valores para los diferentes ensayos.

Prueba de Consolidación: todos los materiales, al ser sujetos a cambios en las condiciones de esfuerzo, experimentan deformaciones, que pueden o no ser dependientes del tempo. Las relaciones entre los esfuerzos, las deformaciones y el tiempo, varían según el material a analizar.

Las deformaciones del suelo debidas a la aplicación de una carga externa son producto de una disminución del volumen total de la masa del suelo y particularmente una reducción del volumen de vacíos ya que el volumen de solidos es constante, por lo tanto dichas deformaciones son producto de una disminución de la relación de vacíos del suelo.

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Figura 1.1 Diagrama del equipo de prueba Triaxial


MARCO TEÒRICO

Prueba Triaxial de Corte

La prueba Triaxial de corte es uno de los métodos más confiables para determinar los parámetros de la resistencia cortante. Se usa ampliamente tanto para investigaciones como para pruebas convencionales. La prueba se considera confiable por las siguientes razones:

1. Proporciona información sobre el comportamiento esfuerzo-deformación unitaria del suelo, cosa que no hace la prueba de corte directo.

2. Proporciona condiciones más uniformes de esfuerzo que la prueba de corte directo con sus concentraciones de esfuerzos a lo largo del plano de falla.

3. Proporciona más flexibilidad en términos de trayectoria de carga.

En la prueba de corte triaxial se usa generalmente un espécimen de suelo de aproximadamente 36 mm de diámetro y 76 mm de longitud. El espécimen queda encerrado por una membrana delgada de hule y se coloca dentro de una cámara cilíndrica de plástico que se llena usualmente con agua o glicerina. El espécimen queda sometido a una presión de confinamiento por compresión del fluido en la cámara. (El aire es a veces usado como medio de compresión.) Para generar la falla cortante en el espécimen, se aplica un esfuerzo axial a través de un émbolo vertical de carga (llamado a veces esfuerzo desviador). El esfuerzo se suma en una de dos maneras:

I. Aplicación de pesos muertos o presión hidráulica en incrementos iguales hasta que el espécimen falla. (La deformación axial del espécimen que resulta de la carga aplicada por medio del émbolo se mide con un micrómetro.)

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II. Aplicación de deformación axial a razón constante por medio de una prensa de carga con engranes o hidráulica. Ésta es una prueba por deformación unitaria controlada. La carga axial aplicada por el émbolo de carga correspondiente a una deformación axial dada es medida por un anillo de prueba o celda de carga unida al émbolo.

Se proporcionan también conexiones para medir el drenaje hacia dentro o hacia afuera del espécimen, o para medir la presión de poro del agua (según las condiciones de la prueba). Tres tipos estándar de pruebas triaxiales son generalmente llevadas a cabo:

a) Prueba consolidada-drenada o prueba drenada (prueba CD) b) Prueba consolidada-no drenada (prueba CU) c) Prueba no consolidada-no drenada o prueba no drenada (prueba

UU)

Equipo necesario.

- Máquina de compresión, provista de un sistema de lectura de cargas y deformaciones de 0,01 mm. de precisión.

- Cámara triaxial. Equipo compuesto de un pistón, un tubo de cristal o cámara de presión y conexiones para producir en la muestra vacío, presión, saturación o drenaje por medio de válvulas de paso (figuras 3.11. y 3.12.).

- Membrana de caucho o goma.

- Un moldeador de muestra o expansor de membrana.

- Bomba de vacío y fuente de presión.

- Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable capaz de mantenerse en 110º ± 5º C.

- Herramientas y accesorios. Recipientes plásticos, cuchillo de moldeo, equipo compactador Harvard, placas base, piedras porosas, espátula, compactador de muestras y cronómetro.

- Procedimiento para muestras remoldadas.

- Preparación de muestra de suelo no cohesivo. Se acopla la placa base inferior a la base de la cámara triaxial y se monta la membrana de caucho, utilizando para sellar la unión, bandas de caucho o sellos de aro. Dentro de la membrana, se coloca la piedra porosa inferior y se instala el moldeador de muestra alrededor de

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la membrana. Si es posible, utilizar un expansor de me membrana en vez del moldeador para hacer más fácil el proceso.

Se deposita cuidadosamente la arena dentro de la membrana, utilizando un compactador, para mantener la forma y densidad de la muestra. Una vez alcanzada la altura de la probeta, se colocan la piedra porosa y la placa base superior, enrollando hacia esta última la parte de membrana que queda fuera del molde, sellándola de la misma forma que en la parte inferior. Con un pequeño nivel, se debe verificar que la placa base superior se encuentre totalmente horizontal. Se realizan las conexiones de las placas base a la base de la cámara triaxial y se aplica un vacío de 200 a 250 mm. de mercurio a la muestra. Se retira el molde o el expansor de membrana y se examina que la membrana de caucho no pres ente filtraciones, de lo contrario tendrá que prepararse una nueva muestra. Finalmente, se determinan 4 medidas de altura de la probeta, separadas aproximadamente cada 90º y lecturas de diámetro en la parte superior, media e inferior.

-Preparación de una muestra de suelo cohesivo. La compactación de las probetas se realiza en los moldes de compactación Harvard miniatura, siguiendo un procedimiento similar al utilizado en el ensayo Proctor, pero empleando un pisón miniatura. Se prepara una muestra que cumpla con la relación L/D (2 < L/D < 3) y una vez terminada, con un cuchillo se escuadran sus extremos y se determinan las medidas de altura y diámetro.

Luego se fija la membrana al expansor de membrana, dejando una holgura de ± 3 mm. Con respecto al diámetro de la probeta y se lubrica suavemente el interior de la membrana para facilitar la colocación de la muestra. Se podrá utilizar vaselina de petróleo, polvo de teflón o sólo humedecer con agua para la lubricación.

Se acopla la placa base inferior a la base de la cámara triaxial y se coloca la piedra porosa. Se coloca el conjunto del expansor y la membrana de caucho sobre la placa y se inserta la muestra dentro de ella. Se realiza la fijación inferior, se colocan la piedra porosa y la placa base superior, sellando el excedente de membrana hacia la placa y se verifica el nivel de ésta.

Finalmente, se retira el expansor de membrana y se realizan las conexiones de las placas base a la base de la cámara triaxial. Para estos suelos no se aplica vacío para verificar posibles filtraciones.

- Aplicación de presiones. Se coloca el tubo de cristal sobre la base de la cámara triaxial, logrando un sello completamente hermético y se la lleva a la máquina de compresión, haciendo un ligero contacto entre la barra de carga de la máquina y el pistón de carga de la cámara.

Posteriormente, se aplica una presión de confinamiento (σ 3) predeterminada, por medio de aire comprimido, abriendo luego la válvula de salida o drenaje para

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verificar que no exista presión de aire (que indicaría que existen filtraciones en la muestra por lo que se tendría que volver a iniciar).

Ante el contacto entre el pistón de la cámara y la barra de carga de la máquina al aplicar (σ 3), el lector de carga habrá registrado cierta medición, por lo que deberá llevarse a cero.

Se ajusta el lector de deformación, se determina la velocidad de carga de la máquina (0,5 a 12,5 mm/min) y se prende ésta, tomando simultáneamente las lecturas de deformación, tiempo y carga, en las siguiente divisiones del lector de deformación: 5, 15, 25, 50 y de aquí en adelante cada 50 o 100 divisiones hasta que suceda uno de los siguientes casos:

a) la carga aplicada disminuyeb) la carga aplicada se mantiene constante por 4 lecturas o c) la deformación sobrepasa el 20% del a deformación unitaria previamente

calculada. Luego que falle la muestra, apagar la máquina, soltar la presión del equipo y remover la muestra, para re alizar 2 a 3 ensayos adicionales, con diferente presión (σ 3 ).

Variaciones en el procedimiento según alternativa de ensayo.

En un ensayo triaxial UU, la válvula de drenaje se mantiene cerrada en todo el ensayo y antes de que la muestra tenga posibilidades de consolidarse. El ensayo comienza inmediatamente aplicada la presión de confinamiento. Este procedimiento no podrá realizarse para un suelo cohesivo 100% saturado.

En un ensayo triaxial CU, se mantiene la válvula de drenaje abierta al aplicar la presión de confinamiento. Al terminar la consolidación, se cierra la válvula y se aplica la presión axial (σ 1).

En un ensayo triaxial CD, se mantiene la válvula de drenaje abierta durante todas las fases del ensayo. La presión axial deberá ser aplicada a una velocidad más baja que las anteriores, de modo de evitar que los resultados se vean afectados por la presión de poros.

En caso de saturar la muestra para ensayarla, una vez aplicada la presión de confinamiento se abre la válvula de paso. Este proceso es lento, especialmente en suelos cohesivos, donde es posible aplicar una presión positiva menor que σ 3 (ejemplo σ 3/ 2) al recipiente que contiene el agua, de modo de acelerar la saturación.

Cálculos y gráficos.

Obtener densidad, humedad y grado de saturación de la muestra a ensayar. Calcular la altura inicial (L0 ) de la probeta, como la media aritmética de las

lecturas realizadas. Calcular el diámetro (D) de la probeta:

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Figura 1.2 Diagrama de círculos de Mohr para identificar el ángulo de fricción


D=(d i+2∗dm+ds)/4 (cm)

Dónde:

d i= diámetro inferior (cm.) dm = diámetro medio (cm.) d s= diámetro superior (cm.)

Calcular la deformación unitaria (ε) para cada aplicación de carga, mediante la expresión:

ε=∆ L/L0

Donde:

∆ L = variación de altura de probeta (cm.)

Graficar la deformación unitaria (ε x 10−2) contra el esfuerzo desviador para cada presión de confinamiento. - Dibujar los círculos de Mohr para todos los ensayos sobre un mismo gráfico y trazar una tangente o envolvente a estos. Obtener los parámetros φ y c del suelo (figura 3.13.), midiendo la pendiente de la tangente, que corresponderá al ángulo de fricción interna (φ) y el intercepto con la ordenada, que corresponderá a la cohesión (c).

Cálculos según diagramas.

Para cada ensayo calcular el valor de p y q, mediante las siguientes expresiones:

p=(σ 1+σ3) /2 , q=(σ1−σ 3)/2

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Figura 1.3 Relación entre la línea del ángulo de fricción y la trayectoria de esfuerzos.


El procedimiento consiste en dibujar los puntos (p,q) siendo p la abscisa.

Luego unir los puntos con una línea suave (llamada trayectoria de esfuerzos o línea K), medir la pendiente (α) y determinar intercepto con la ordenada (a).

Aplicando principios trigonométricos en la figura 3.14.,

Se obtiene para φ : senφ=tan α

Para c: c=a/cos φ

Comparar los valores obtenidos (φ y c) por medio del gráfico de diagrama p-q, con los determinados por el método normal.

Para un suelo no cohesivo, calcular analíticamente los valores de φ y c , mediante las siguientes expresiones:

senφ=(σ1−σ3)/(σ1+σ3)σ1=σ 3∗tg 2(45 º+φ /2)+2∗c∗tg(45 º+φ/2)

Para un suelo cohesivo (φ =0), calcular analíticamente el valor de c, mediante la expresión:

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Preparación de la muestra.

En la prueba que realizamos de una muestra alterada de suelo (arcilla) saturada, (figura 1.1a), se usa generalmente un espécimen de suelo de aproximadamente de 3.5cm de diámetro y 8cm (figura 1.1b) de longitud, cortamos 4 secciones (figura 1.1c), a partir de esta empezamos a labrar nuestro cilindro, haciendo cortes con un cúter sobre un torno (figura 1.1d), teniendo mucho cuidado, ya que si se encontraba una piedra esa parte de material se desboronada haciendo que nuestra muestra quedara inservible, además corregimos los cortes con el cúter (figura 1.1e) además de tratar de no presionar o cambiar las condiciones iniciales de esta, además de obtener material para ser metido al horno y tener el porcentaje de humedad que tenía la muestra.

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Figura 1.1a muestra de arcilla.

Figura 1.1b compresión de la muestra.

Figura 1.1c corte del material en dimensiones deseadas.

Figura 1.1d muestra a labrar.

Figura 1.1h capsulas con las muestras dentro del horno para obtener pesos secos, mediante la utilización de la razón de pesos húmedo respecto al seco se conocerá el porcentaje de contenido de humedad en el suelo.


Muestra de 39.3 gr en un recipiente n°14, peso de capsula 20.7gr, esta será utilizada para obtener el porcentaje de humedad.

Contenida de humedad de la muestra.

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Figura 1.1e espécimen sobre soporte, en el cual servirá para afinar bordes de espécimen.

Figura 1.1fEspécimen listo para la prueba.

Figura 1.1g peso de muestra


Tipo de suelo: arcilla

Peso húmedoFrasco N°. Peso de la

capsula (gr).Peso de la muestra con la capsula (gr).

Peso de la muestra sin capsula(gr).

14 20.7 60 39.3

Peso secoFrasco N°. Peso de la

capsula (gr).Peso de la muestra con la capsula (gr).

Peso de la muestra sin capsula(gr).

14 20.7 46.9 33.2

W= % contenido de humedad

w=w1−w2w2

(100)

w=39.3−33.233.2

(100 )=18.37%

PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA

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El espécimen queda encerrado por una membrana delgada de látex (un condón para aislar la muestra y así asegurar su impermeabilidad), se usa un elemento cilíndrico de aluminio (fig. 5), en el cual se coloca la membrana cubriendo el diámetro exterior del cilindro de aluminio, una vez colocado el látex se succiona el aire con una manguerita que trae el cilindro y fijándole con un broche para evitar la entrada de aire, hasta que el látex se pega en la pared del cilindro (figura 6).

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Cilindro de aluminio Figura 5

Látex colocado y aire aspirado Figura 6

Colocación espécimen base de cámara.

Posteriormente se coloca nuestro espécimen dentro del cilindro de aluminio, le colocamos el cabezal inferior y lo llevamos sobre la base de la cámara triaxial, ahí desplazamos el látex sobre el espécimen y el cabezal inferior, y sellamos en la tapa y en la base con anillos o sellos seguros para cada extremo.


Colocar la cámara en posición en el dispositivo de carga axial. El dispositivo de carga axial y la cámara triaxial deben quedar bien alineados para no aplicar fuerza lateral durante el ensayo. Se debe acoplar el dispositivo de mantenimiento y medida de presión, se procede a llenar con líquido (agua) a la cámara. Esperar aproximadamente 10 minutos para que la muestra se estabilice a la presión de celda.

Vamos llenando de agua la cámara y le asignamos una presión de cámara σ3,

entonces el espécimen queda sometido a una presión de confinamiento por compresión del fluido en la cámara (figura 12a). Para generar la falla cortante en el espécimen, se aplica un esfuerzo axial a través de un embolo vertical de carga (llamado a veces esfuerzo desviador).

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Espécimen con látex

Figura 8

Se revisa de nuevo para ver que los anillos y los cabezales quedaron en su posición (figura 8).

Revisión del látex Figura 9

Espécimen dentro de la cámara.

Figura 10

Cámara montada en el émbolo de prueba.

Figura 11

(a), presión de confinamiento 1er.

espécimen de 0.5kg/cm2

Figura 12


Así con el émbolo aplicamos carga hasta que el espécimen falla (figura 14), en este momento empieza a ser constante las mediciones, así ocurre que el suelo llegó a su plano de falla, mediante los datos obtenidos se graficará el círculo de Mohr para cada uno de los especímenes, además de trazar una recta tangente para estos, la cual nos dará el ángulo de fricción interna y cohesión del suelo.

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Figura 12 (b)

Espécimen sometido a la presión de confinamiento por compresión de fluido en la cámara (σ3), (figura 12b).

Micrómetro (blanco) Figura 13

La carga axial aplicada por el émbolo de carga correspondiente a una deformación axial dada es medida por una anillo de prueba de carga unida al émbolo, éste anillo consta de una constante para la conversión a carga, la deformación axial del espécimen que resulta de la carga aplicada por medio del émbolo se mide con un micrómetro, tomamos la deformación cada 0.25mm.

Se realiza por lo menos 3 pruebas, con presiones 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 f y c del suelo.

* Los resultados están registrados en el anexo del reporte.


El plano en el cual ocurre la falla se localiza en Ɵ = 45 +∅ cu

2.

Esto coloca el ángulo de fricción dentro de la envolvente de falla de Mohr.

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Espécimen que sufrió la falla dentro de la cámara. Figura 14

Espécimen fallado retirado de la cámara. Figura 15

Falla por cortante del espécimen. Figura 16


Conclusión

La prueba triaxial nos sirve para analizar la respuesta de un suelo al esfuerzo por compresión cuando este tiene fuerzas en forma perpendicular a su eje, es decir, cuando la muestra tiene compresión en sus paredes laterales, presiones que representan las cargas del material que esta alrededor en el suelo.

Este método cubre la determinación de la resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos de suelos cohesivos en condiciones inalteradas, remoldadas o compactadas, utilizando la aplicación de deformaciones controladas o esfuerzos controlados de la carga de compresión axial, donde el espécimen está sujeto a la presión de confinamiento de un fluido en una cámara triáxial. El método proporciona la medición de esfuerzos totales aplicados al espécimen, es decir, los esfuerzos no son corregidos por la presión de los poros.

Como pudimos observar arroja resultados más precisos en la obtención de los parámetros de resistencia C y θ del suelo. Estas pruebas son de mayor confiabilidad al momento de determinar la resistencia del suelo y nos dan opción de conocer en forma más completa las características mecánicas de un suelo.

Bibliografía

1. Braja M. Das. Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, Capitulo 7 “Resistencia Cortante del Suelo”.

2. www.segeomex.com/Laboratorio_de_Materiales.html 3. http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/

manual_laboratorio/triaxial.pdf

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http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/triaxial.pdf

http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/triaxial.pdf

http://www.segeomex.com/Laboratorio_de_Materiales.html

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