IntroducciónEl ingeniero civil, para hacer frente a los problemas prácticos planteados por el uso del suelo como base y como material de construcción, con frecuencia tiene que lograr un equilibrio entre la necesidad de una investigación experimental cuidadosa y la necesidad de simplicidad en los medios empleados. Su decisión dependerá de su propia experiencia y en la magnitud, o la novedad del problema particular. Su dificultad para llegar a una decisión a menudo se incrementa por la falta de certeza en cuanto a qué procedimiento de análisis es apropiado y factible en cada caso.

Fuerza de corte es la propiedad que permite el suelo mantener el equilibrio sobre una superficie inclinada, como una colina natural, la pendiente posterior de un corte de carretera o ferrocarril, o de los lados inclinados de un terraplén. Esta fuerza influye sustancialmente la capacidad portante de un suelo de Fundación y la presión lateral que ejerce un relleno de suelo contra un muro de contención o similares estructuras de retención. Hay un apenas un problema en el campo de la ingeniería que no incluya las propiedades de esfuerzo cortante del suelo en alguna manera suelo.

Para la medición de laboratorio de resistencia al corte bajo condiciones controladas de drenaje, sin escurrir y de características de deformación (que no sea la compresibilidad), el ingeniero depende en gran medida la prueba triaxial.

Métodos de ensayo triaxial son dos de varios métodos que se utilizan en el laboratorio para medir los parámetros de resistencia cortante de un suelo, donde en cada método los patrones de drenaje y las condiciones de estrés y la tensión son diferentes. Sin embargo, estos métodos se realizan por muchos factores, un tal factor es el tipo de carga que se aplica la carga externa a la muestra

Sin embargo, la prueba se puede realizar de varias maneras; y, con el fin de distinguir entre los diferentes tipos de prueba y relacionarlos con los problemas prácticos más comunes, es necesario hacer un breve estudio de los factores básicos control de la resistencia al corte y deformación.

Prueba TriaxialLa prueba de ensayo triaxial es uno de los métodos más confiables para determinar los parámetros de la resistencia al cortante.

En un ensayo triaxial, un espécimen cilíndrico de suelo es revestido con una membrana de látex dentro de una cámara a presión. La parte superior e inferior de la muestra tiene discos porosos, los cuales se conectan al sistema de drenaje para saturar o drenar el espécimen. En estas pruebas se pueden variar las presiones actuantes en tres direcciones ortogonales sobre el espécimen de suelo, efectuando mediciones sobre sus características mecánicas en forma completa. Los especímenes usualmente están sujetos a presiones laterales de un líquido, generalmente agua.

El agua de la cámara puede adquirir cualquier presión deseada por la acción de un compresor comunicado con ella. La carga axial se transmite al espécimen por medio de un vástago que atraviesa la parte superior de la cámara.

La presión que se ejerce con el agua que llena la cámara es hidrostática y produce por lo tanto, esfuerzos principales sobre el espécimen, iguales en todas las direcciones, tanto lateral como axialmente. En las bases del espécimen actuará además de la presión del agua, el efecto transmitido por el vástago de la cámara desde el exterior.

Presión de cámara ¿)

Es usual llamar 1, 2 y 3 a los esfuerzos principales mayor, intermedio y mínimo, respectivamente. En una prueba de compresión, la presión axial siempre es el esfuerzo principal mayor, o1; los esfuerzos intermedios y menor son iguales (o2 = o3) y son iguales a la presión lateral.

En los ensayos se miden los siguientes parámetros:

Presión de cámara: 3.

Tensión desviadora: 1−3 .

Deformaciones verticales y horizontales (estas últimas con menor frecuencia).

Volumen de líquido (en ensayos drenados).

Presión de poro (en ensayos no drenados).

Esfuerzo desviador (σd)

Esfuerzo principal mayor σ 1=σd+σ 3

Presión de camara (σ 3)

Esfuerzo principal mayor σ 1=σd+σ 3

Factores de la cohesión y el ángulo de fricción

Los parámetros del suelo (cohesión y ángulo de fricción) dependen de muchos factores que caracterizan al suelo con distintas propiedades.

La relación de vacíos, relacionado a la densidad de la arena, es quizás el parámetro más importante que afecta a la fuerza de la arena, cuanto menor la relación de vacíos (mayor densidad o densidad relativa mayor), mayor será la resistencia al corte.

Se puede concluir que como la relación de vacíos disminuye, la densidad aumenta, el ángulo de rozamiento interno o ángulo de corte Φ de la resistencia aumenta

LOS PARÁMETROS DE SUELO

Cohesión C

Relación de vacíos o densidad relativa.Forma de la partícula.Distribución.Rugosidad superficial de la partícula.Contenido de agua.Tamaño de partícula.Sobre-consolidado o pretensado.

Agentes y sales solubles de cementación.Historial de cargas soportadas del suelo la estructura del sueloForma, tamaño y superficie rugosidad del grano.Saturación y contenido de humedad

Ángulo de fricción interna 'Φ'

El efecto de la relación de vacíos, la forma de grano, distribución del tamaño de grano y tamaño de partícula en la φ

NoDescripción

generalForma de grano

D10

(mm) Cusuelto Denso

e Φ e Φ

1arena estándar

(Ottawa)Bien

redondeado0,56 1.2 0.70 28 0.53 35

2La arena de la

piedra arenisca de St. Peter

Redondeado 0.16 1.7 0.69 31 0.47 34†

3Arena de playa de

Plymouth.Redondeado 0,78 1.5 0,89 29 -- --

4Arena limosa de sitio de la presa cae de Franklin

Sub redondeado 0.03 2.1 0.85 33 0.65 37

5Arena limosa de

vecindad de John Martin presa

Sub angulares a sub redondeado

0.04 4.1 0.65 36 0.45 40

6

Arena levemente limosa de los

hombros de Fort Peck Dam

Sub angulares a sub redondeado

0.13 1.8 0.84 34 0.54 42

7Apantallado glacial arena, Manchester,

Sub angular 0.22 1.4 0.85 33 0.60 43

8

La arena de la playa de la presa

de relleno hidráulico, Quabbin

proyecto

Sub angular 0.07 2.7 0.81 35 0.54 46

9

Mezcla artificial, bien graduada de gravas con arenas

n º 7 y n º 3

Sub redondeado a sub angulares

0.16 68 0,41 42 0.12 57

10

Arena para relleno del gran lago salado (polvo

arenoso)

Angular 0.07 4.5 0,82 38 0.53 47

11Roca triturada bien

graduada, compactada

Angular -- -- -- -- 0.18 60

Tipos de pruebas triaxiales

Prueba rápida - Prueba sin consolidación y sin drenaje (UU)

En este ensayo no se permite la consolidación de la muestra. La válvula de entre el espécimen y la bureta permanece siempre cerrada impidiendo el drenaje. En primer lugar, se aplica al espécimen una presión hidrostática y de inmediato, se falla el suelo con la aplicación rápida de la carga axial.

El ensayo UU usualmente se utiliza en muestras de arcilla en donde se expresan los resultados en términos de esfuerzos totales. La envolvente de falla para los criterios de Mohr del esfuerzo total se convierte en una línea horizontal, siendo ϕ = 0° (ángulo de fricción) y Ƭ=C u, siendo Cu la resistencia al cortante no drenada, la cual es igual al radio de los círculos de Mohr.

Prueba rápida - Prueba con consolidación y sin drenaje (CU)

En este tipo de prueba, el espécimen se consolida primeramente bajo la presión hidrostática; así el esfuerzo llega a ser efectivo, actuando sobre la fase sólida del suelo. En seguida, la muestra se lleva a la falla por un rápido incremento de la carga axial, de manera que no se permita cambio de volumen. El hecho esencial de este tipo de prueba es el no permitir ninguna consolidación adicional durante el periodo de falla, de aplicación de la carga axial. Esto se logra fácilmente en una cámara de compresión triaxial cerrando la válvula de salida de las piedras porosas a la bureta.

En la segunda etapa de una prueba rápida consolidada podría pensarse que todo el esfuerzo desviador fuera tomado por el agua de los vacíos del suelo en forma de presión neutral, ello no ocurre así y se sabe que parte de esa presión axial es tomada por la fase sólida del suelo, sin que hasta la fecha, se hayan dilucidado por completo ni la distribución de esfuerzos, ni las razones que lo gobiernan. De hecho no hay ninguna razón en principio para que el esfuerzo desviador sea íntegramente tomado por el agua en forma de presión neutral, si la muestra estuviese lateralmente confinada, como el caso de una prueba de consolidación.

El ensayo CU (consolidado-no drenado) se realiza generalmente con medición de la presión de poros o neutra con el fin de determinar los parámetros de “C” y “ϕ” en términos de esfuerzos totales y esfuerzos efectivos.

Prueba lenta - Prueba con consolidación y con drenaje (CD)

La característica fundamental de la prueba es que los esfuerzos aplicados al espécimen son efectivos. Primeramente se aplica al suelo una presión hidrostática, manteniendo abierta la válvula de comunicación con la bureta y dejando transcurrir el tiempo necesario para que haya consolidación completa bajo la presión actuante. Cuando el equilibrio estático interno se haya restablecido, todas las fuerzas exteriores estarán actuando sobre la fase sólida del suelo, es decir, producen esfuerzos efectivos, en tanto que los esfuerzos neutrales en el agua corresponden a la condición hidrostática. La muestra se lleva a la falla a continuación aplicando la carga axial en pequeños incrementos, cada uno de los cuales se mantiene el tiempo necesario para que la presión en el agua, en exceso de la hidrostática, se reduzca a cero.

En este ensayo triaxial, en ambas etapas del mismo, se permite el drenaje del agua de poros de la probeta, por lo que la velocidad de ejecución que se puede adoptar es siempre directamente proporcional a la permeabilidad del suelo ensayado

Es por este motivo que estos ensayos demandan mucho tiempo para su ejecución, de ahí de Lento y la letra “S” que los identifica, que deriva del inglés Slow (lentos).

Etapas del ensayo triaxial consolidado-drenado

Saturación

En esta etapa se deberá montarse la cámara triaxial utilizando los cabezales superior e inferior permeables. Una vez armada la cámara debemos saturar la probeta, para lo cual conectamos al cabezal inferior, un depósito de agua destilada desairada para que por gravedad percole a través de la muestra y la sature. Para ello debemos dejar abierta la llave que conecta el cabezal superior de manera que a través de ella pueda salir el aire que es desplazado del interior de la probeta.

ROTURA

CONSOLIDACION

SATURACION

En los casos de suelos con cohesión aparente pequeña, este procedimiento de trabajo puede destruirla y por lo tanto se puede romper la estructura original de la muestra. Para evitar esto es conveniente dar una pequeña presión de confinamiento a la cámara antes de permitir el pasaje de agua, es común que este ∆ σ3 sea del orden de los 0,200 kg/cm a 0,250 kg/cm

Antes de iniciar un ensayo triaxial drenado, tenemos que asegurarnos que la probeta esté saturada, para ello aplicamos un incremento de la tensión confinante σ 3 que llamaremos ∆ σ3 y al mismo tiempo mantenemos constante el nivel en la pipeta que nos mide el cambio de volumen en la probeta.

Para ello tenemos que generar una presión en el agua del indicador de cambio de volumen, con el émbolo a tornillo, que “empuje” para abajo y compense el incremento de la presión del agua de poros que se genera en la probeta.

Legará un momento en que toda la presión neutra generada en el agua de la probeta, quedará compensada con la presión ∆u generada con el émbolo para mantener el volumen constante ∆ v=0.

En éste momento comparamos los valores de las presiones medidas y si son iguales quiere decir que la probeta está saturada. ∆ σ3=∆u

El cociente entre estas dos presiones se denomina con la letra “B” y se llama coeficiente “B” de Skempton

B= ∆u∆σ 3 ………………………………………Probeta saturada

Saturación por contrapresión

El sistema de saturación por percolación es muy rápido y útil en los suelos muy permeables pero su eficiencia es nula en los poco permeables. Para estos casos el método de saturación que más se utiliza es el de saturación por contrapresión, que consiste básicamente en aumentar en forma gradual y mediante escalones, la presión del agua intersticial habiendo incrementado previamente y en la misma magnitud más una pequeña diferencia, la presión de la cámara.

De este modo el volumen de las burbujas de aire disminuyen de acuerdo a la ley de Boyle-Mariotte y además la cantidad de aire que se puede disolver en el agua aumenta siguiendo la ley de Henry, con lo cual llegará un momento en que todas las burbujas se disolverán en el agua y tendremos a la probeta totalmente saturada.

El nombre de contrapresión nos está indicando de que se trata, es básicamente una presión en contra de la presión que se genera en el agua intersticial de la probeta.

La aplicación de esta “contrapresión” se hace en escalones pequeños, del orden de los 0,20 kg/cm2.

Se aplica un escalón en ∆ σ3 y simultáneamente otro en ∆u, con un desfasaje de algunos gr/cm en menos en ∆u para no romper la probeta por exceso de presión neutra. Esto se continúa hasta llegar a la presión de cálculo vista en el siguiente punto.

Veremos de esta forma como irá ingresando agua destilada desde la pipeta del indicador de cambio de volumen, hacia la probeta para completar el volumen de agua disuelta “Vad” que iguale al volumen de aire “Va” de la misma y lograr así la saturación.

Valores de B<1 indican que parte de la presión ∆ σ3 la toma el agua intersticial y otra parte es tomada por el contacto entre los granos como presión efectiva. Por lo tanto la probeta no está saturada.

A continuación explicaremos como se procede en el laboratorio para saturar una probeta por contrapresión:

Para ello expliquemos previamente el aparato (4), el mismo consta de una pipeta graduada con su extremo superior abierto y sumergida en un medio compuesto por dos líquidos de distintos colores y que no se mezclan entre sí, como ser kerosene (en la parte superior) y agua destilada (en la inferior). Todo esto está dentro de un tubo cilíndrico de acrílico transparente que tiene tapas herméticas en su parte superior e inferior.

Si con el pistón roscado (2) provocamos una succión, se producirá un vacío en el interior de la pipeta, si ahora cerramos la llave “B” y abrimos la “C” permitimos que el agua destilada desaireada del depósito (9) ingrese a la pipeta graduada y desplace al kerosene del interior de la misma.

Estamos ahora en condiciones de comenzar a explicar la saturación por contrapresión, comenzamos por construir un gráfico semilogarítmico donde en las ordenadas representamos la graduación de la pipeta (4) y en abscisas el logaritmo del tiempo. Posteriormente abrimos las llaves “A” y “B” y mediante los pistones roscados (1) y (2) comenzamos a incrementar las presiones σ 3 y u al mismo tiempo que ponemos en funcionamiento un cronómetro para medir los tiempos.

El incremento de presión deberá hacerse en forma muy suave tratando siempre que el manómetro (6) tenga una diferencia en más, con respecto al (7) de aproximadamente 0,200 kg/cm2. Ello se hace para evitar que la probeta estalle por un aumento excesivo de la presión neutra u.

Procediendo de esta forma y haciendo escalones cada 0,5 kg/cm2 donde dejamos que el ingreso de agua a la probeta disminuya de velocidad podemos llevar al sistema a una presión de contrapresión de 6 kg/cm2 donde el manómetro (6) marcará 6,200 kg/cm2 y el (7) 6,000 kg/cm2. Estas presiones de contrapresión las mantendremos durante el tiempo necesario para que el ingreso de agua a la probeta se detenga y la curva dibujada en el gráfico se haga horizontal. Una vez que ello ocurra debemos verificar fehacientemente que la probeta está saturada, para lo cual incrementamos la

presión en la cámara en ∆ σ3=1Kgcm2 .Este incremento en la tensión confinante se

traduce en un aumento de la presión neutra de la probeta que hará que el agua intersticial trate de escapar a través de la llave B e ingresará a la pipeta graduada (4) empujando hacia arriba al kerosene que había ingresado a la pipeta. Si nosotros manipulando el pistón (2) y generamos una presión igual al incremento de la presión neutra ∆u de tal forma que el nivel original del kerosene dentro de la pipeta se mantenga constante, podremos obtener por diferencia, en el manómetro (7) el valor de la presión neutra Au generada por el incremento de la tensión confinante ∆ σ3.

El cociente de estas dos presiones es el coeficiente “B” dado por “Skempton”.

B= ∆u∆σ 3

Cuando B = 1 se tiene que todo el incremento de la presión confinante ha sido tomado por el agua intersticial, cosa que únicamente puede ocurrir cuando la probeta está saturada.

Cuando B < 1 quiere decir que el incremento ∆ σ3 es tomado en parte por el agua que genera un ∆u < ∆ σ3 y en otra como presión efectiva entre los granos del suelo, a costa de la compresión de las burbujas de aire, por lo tanto el suelo no está saturado.

Consolidacion

Una vez que la probeta está saturada aplicamos la tensión confinante σ 3 permitiendo el drenaje de la probeta hasta alcanzar el 100 % de consolidación. Para ello debemos tener en cuenta que nuestro ensayo no tiene ya, a la presión atmosférica como presión de referencia, sino que la presión de referencia son los 6 kg/cm2 que hemos aplicado en la contrapresión. Por lo tanto al aplicar σ 3 cerramos la llave “B” e incrementamos la presión de la cámara mediante (1) y en la (6) medimos σ 3 + 6 kg/cm .

A continuación abrimos la llave “B” al mismo tiempo que ponemos en funcionamiento un cronómetro para medir el tiempo, y el volumen de agua que expulsa la probeta al consolidarse

El ser sometida a la presión hidrostática σ 3 y que medimos en la pipeta (4), que nos permita confeccionar el siguiente gráfico

Todo esto es correcto siempre y cuando en el manómetro (7) mantengamos constante la presión de referencia de 6 kg/cm2, mediante el pistón (2).

Rotura de probetas

Cuando en la curva vemos que hemos alcanzado el 100 % de consolidación de la probeta podemos pasar a la rotura que consiste en la aplicación de la tensión desviante (σ 1 - σ 3) en forma lenta, a la vez que permitimos el drenaje de agua del interior de la probeta a través de la pipeta (4).

El éxito de este ensayo radica en que podamos asegurar que durante el desarrollo del ensayo las presiones neutras son disipadas y que todas las tensiones que medimos son tensiones efectivas.

Durante esta etapa del ensayo anotaremos tres lecturas simultáneas, que son:

la carga aplicadala deformación de la probetael volumen de agua que expulsa o ingresa a la probeta

Tenemos que destacar en este punto que el volumen “Vo” que se utiliza en el cálculo, lo mismo que la altura “Ho” corresponden a los valores que tiene la probeta luego de haberse consolidado bajo la presión G3, para lo cual durante este proceso debemos medir el cambio de altura que experimenta la probeta. Como conocemos el cambio de volumen que experimentó en la consolidación pues medimos ΔV. Podemos calcular el valor del área Ao.

haciendo:

Vi−∆V=Ao . Ho

Donde Ho=Hi−∆ H con lo cual:

Ao=Vi−∆VHo

= VoHo

Cuando comenzamos la segunda etapa cambia en forma simultánea el volumen y la altura de la probeta, por lo tanto cambiará también la sección media de la misma (Ac) y en un instante cualquiera de esta etapa tendremos:

Ac . (Ho−∆ H )=Vo−∆V

Con lo cual:

Ac= Vo−∆VHo−∆H

Tensión de confinamient

o σ 3Dial de deform.

Dial de

carga

Deform ∆ H

Volumen

drenado ∆V

∆VVo

Deform.especifica

εÁrea

corregida Ac

Carga aplicada Q

Tensión desviante (σ 1−σ 3 )

1 2 3 4 5 6= 5Vo

7= 4Ho

8= Vo−5Ho−4 9=3×K 10=9

8

la velocidad del ensayo debía ser lo suficientemente pequeña como para que las presiones intersticiales se disipen totalmente, esto en sí, es imposible pues en ese caso la velocidad sería nula.

A este efecto, en los ensayos que se realicen con muestras de suelos de muy baja permeabilidad, las probetas se drenan por ambos cabezales, el superior, el inferior y también por el área lateral de la misma.

Para esta última opción se coloca alrededor de la probeta un papel de filtro recortado como el que se muestra:

De esta forma una partícula de agua que se encuentre dentro de la probeta sometida a un gradiente hidráulico, generado por las tensiones aplicada a la probeta, tenderá a escurrir hacia las caras laterales de la misma, donde es captada por el papel de filtro que envuelve a la muestra y desde allí se dirigirá al cabezal más cercano, (inferior o superior) logrando así acelerar los tiempos de disipación de las presiones neutras y con ello los tiempos de ejecución del ensayo.

Informe de la práctica

Para realizar el informe de la práctica se entregará a los alumnos una colección de datos experimentales correspondientes a ensayos reales llevados a cabo en el laboratorio de Ingeniería del Terreno de la ETSICCP de la Universidad de La Coruña. El informe de cada subgrupo de prácticas, deberá incluir:

πD

Hi

Colección de ensayos CD:

Dibujo de las curvas de deformación axial, (%), frente a tensión desviadora 1−3 (kPa).

Dibujo de las curvas de deformación axial, (%), frente a variación de volumen.

Calculo de las componentes mayor y menor de las tensiones efectivas y dibujo de la envolvente de rotura del suelo.

A partir de la envolvente de rotura, obtener el ángulo de rozamiento interno del suelo, ’ (º), y su cohesión, c’ (kPa).

A partir de toda la información obtenida en los apartados anteriores, comentar las características del suelo que puedan apreciarse durante la evolución del ensayo.

HERRAMIENTRAS Y EQUIPOS

Para el desarrollo del ensayo Triaxial CD se utilizara los siguientes equipos e instrumentos:

Molde

Cuchillos.

Para el tallado de la muestra de suelo

Vernier

Marco de carga digital multifunción

El marco de carga esta diseñada específicamente para laboratorios de ensayo de suelos conduciendo múltiples operaciones de prueba que incluyen: triaxiales UU, CU y CD, UC, CBR y LBR, sin embargo también es perfecta para los ensayos Marshall y Hveem de asfalto. Con su datalogger incorporado de cuatro canales, el HM-3000 puede adquirir datos de la carga, presión de poros, esfuerzo y de los transductores de volumen. La adquisición de datos puede ser automatizada estableciendo las condiciones de inicio y termino para adquirir datos. Los ensayos pueden ser iniciados y finalizados automáticamente con lo cual se incrementa la productividad.

Panel de Control Principal

Panel de control cumple con todos los requisitos de manera precisa, además de ser fácil de operar con un sistema de paneles para su uso en pruebas triaxiales y de permeabilidad. El panel es fácil de operar, con un número limitado de controles y con un sistema de visualización digital de la presión de fácil lectura. La conexión fácil y rápida y la desconexión de los componentes adicionales, permiten la rápida configuración del sistema.

Celda triaxial

Celda triaxial consiste en un conjunto de cabezal de aleación de aluminio con un conjunto de pistón que cuenta con el uso de rodamientos lineales para virtualmente, el movimiento libre de fricción.

Unidad Autónoma de Adquisición de Datos (ADU)La ADU es una sofisticada unidad de adquisición de datos que proporciona el vínculo entre su computadora y los transductores conectados a su equipo de ensayo.

Transductor de presión

Los trasductores de presión se utilizan para medir las presiones de poros durante la prueba triaxial. Este aparato viene totalmente equipado con un bloque desaireador, valvula, concetada de enchufe DIN de 5 pines y certificado de calibración

Computadora

Instalado el software para la recolección de datos por medio del ADU

Piedras porosas

Anillo de sellado

Probadores de membrana

Dispositivo de succión de membrana y herramientas de colocación

Membrana Triaxial

Fabricada de goma látex natural de alta calidad, se usa para acondicionar las muestras para el ensayo triaxial, estas membranas reúnen los requerimientos básicos de permeabilidad para los ensayos triaxiales.

Bomba de vacios

Una bomba de vacío extrae moléculas de gas de un volumen sellado, para crear un vacío parcial.

Las bombas de vacío se encargan de extraer moléculas de gas de un volumen sellado, formando un vacío parcial, también llegan a extraer sustancias no deseadas en el producto, sistema o proceso.

Compresor

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.

PROCEDIMIENTO

1. EXTRACCIÓN DE LA MUESTRA

La extracción de la muestra o muestreo en obra se debe realizar tomando en cuenta la guía para el muestreo de rocas y suelos que nos proporciona el manual de ensayos MTC E 101 – 2000; específicamente para carreteras.

Para la extracción de una muestra representativa del suelo se debe realizar una calicata a una profundidad por debajo de la especificada de acuerdo al diseño de cimentación que se realizó.

Si se trata de profundidades mayores de 1.5m es necesario de manera preventiva el uso de implementos de seguridad tal como se puede apreciar en la imagen 1. Para facilitar el transporte de la muestra extraída se hace el tallado in-situ (ver imagen 2).

Imagen 1: extracción utilizando implementos de seguridad imagen 2: reducción de la muestra

Se forra la muestra con parafina o bolsa para conservar la humedad y algunas características del suelo y se indica la parte superior (ver imagen 3).

Imagen 3: muestra forrada para conservar humedad

2. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Una vez extraída la muestra y transportada al laboratorio, se procede a tallar la muestra con las herramientas adecuadas en tres especímenes como mínimo en forma cilíndrica de altura en relación al diámetro de 2 a 1, así lo menciona la MTC E 131 – 2000

El proceso del tallado debe realizarse con mucho cuidado, tratando de no alterar en ninguna forma la muestra, así como la forma cilíndrica debe ser lo más perfecta posible, de lo contrario esto dañaría a la membrana o látex durante la aplicación de los esfuerzos de confinamiento en la cámara triaxial.

Es muy recomendable el uso de equipos adicionales como la talla muestras, y si no se tiene uno se puede usar una barra de metal recta en forma de rectángulo así como se muestra en la imagen 4.

Imagen 4: tallado de la muestra con una barra

3. PREPARACIÓN DEL EQUIPO

Esta parte del procedimiento consiste inicialmente en realizar una revisión general de todo el equipo y accesorios, dejando todas las llaves en VENT.

Se enciende el equipo triaxial, posteriormente se llena el compresor de aire para efectuar las presiones respectivas. Se llena las buretas con agua hasta un nivel determinado y se procede

a eliminar los espacios vacíos con, esto para que no se genere durante el ensayo la presión de poros.

4. MONTAJE DE LA MUESTRA EN EL EQUIPO

Antes de ubicar las piedras porosas se les hierve en agua durante 10min aproximadamente; esto para quitar los vacíos de ella.

Se coloca sobre el pedestal una piedra porosa y papel filtro ambas saturadas, encima de va la muestra de suelo, luego papel filtro y piedra porosa nuevamente. Alrededor de la muestra se ubica tiras de papel filtro verticalmente.

Cuidadosamente se coloca la membrana en la muestra con la ayuda de un dilatador de membranas, sellada con dos anillos de goma en cada extremo; arriba y abajo, a la altura del pedestal y sobre el extremo del espécimen para proporcionar un sello efectivo. Luego va el cilindro hueco sobre la base y se asegura (ver imagen 8).

Se monta cuidadosamente la cámara triaxial en el equipo, colocando el pistón dentro de la carga a través de las guías y se baja hasta que entre, pero sin que toque la depresión de la cabeza. Se asegura el pistón de carga con el dispositivo de fijación (ver imagen 9).

Imagen 8: ubicación dela muestra en la camara triaxial

Imagen 9: montaje al equipo triaxial

5. SATURACIÓN DE LA MUESTRA

Si la muestra no se encuentra saturada, será necesario saturarla, salvo introducciones contrarias al respecto, para lo cual abrimos las válvulas de saturación permitiendo que el agua fluya desde la base a través de la muestra.

Las presiones mencionadas se varían de acuerdo la lentitud que la muestra se sature.Aplicamos una pequeña contrapresión y una presión de confinamiento aproximadamente de 7 a 14kpa (1 a 2 psi) mayor que la contrapresión para hacer que fluya el agua lentamente de la línea de presión de poros al aparato de medida. Auméntese la contrapresión y la presión de cámara paulatinamente, hasta que la lectura de presión de poros indique que se ha logrado un equilibrio en toda la muestra.

Manténgase la presión de cámara aproximadamente a 34.5kpa (5) mayor que la contrapresión para evitar el flujo del agua entre la membrana y la muestra de suelo. Se continúa aumentando la contrapresión la presión de confinamiento hasta que la respuesta de la presión de poros indique saturación. Si no se requieren medidas de presión de poros, puede eliminarse esta etapa.

6. CONSOLIDACIÓN DE LA MUESTRA

El objetivo de la consolidación es permitir que la muestra alcance el equilibrio en un estado drenado, bajo el esfuerzo de consolidación efectivo, en el cual se determinará el esfuerzo de falla.

Los datos de consolidación se irán registrando para determinar cuándo se completa el proceso (la consolidación) y para calcular la velocidad de deformación de corte que se usará. Se reajustara el pistón de carga dentro de la cámara a través de la guía y reacomodara hasta

que se asiente y se alinee correctamente con el cabezal. Se registrará la lectura de desplazamiento cuando el pistón entre en ajuste final.

Durante este procedimiento se deberá asegurar que no se aplique un esfuerzo axial al espécimen mayor del 0.5% del esfuerzo de compresión de falla estimado. Se levantará el pistón una pequeña distancia asegurándolo sobre la muestra.Con las válvulas de drenaje cerradas, se mantendrá constante la máxima contrapresión aplicada y se aumentará la presión de cámara hasta que la diferencia entre la presión de cámara y la contrapresión sea igual al esfuerzo de consolidación efectivo requerido para la prueba. La consolidación en fases se podría requerir cuando se usan tiras de papel de filtro lateralmente, y la relación del incremento de carga excede de dos.

Se deberá registrar la lectura inicial de la bureta de drenaje y se abrirán las válvulas de drenaje. En los intervalos de tiempo 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 4, 8, 15, y30 minutos y a las 1,2, 4, y 8 horas, o más (o menos) tiempo si es requerido, hasta alcanzar el 100% de la consolidación más un ciclo del logaritmo del tiempo, se registrarán las lecturas de la bureta. Se graficará el cambio de volumen a partir de los datos obtenidos de la bureta contra el logaritmo del tiempo o contra la raíz cuadrada del tiempo. Determine el 100% de la consolidación, y realice el procedimiento de una manera análoga a la descrita en la norma INV E – 151. Adicionalmente se deberá obtener el tiempo necesario para obtener el 50% de la consolidación primaria (t50).

7. APLICACIÓN Y LECTURA DEL ESFUERZO DESVIADOR

Finalmente aplicamos la carga axial hasta romper la muestra, anotándose las lecturas de las deformaciones axiales, carga aplicada, cambio de volumen y presión de poros.

Todo este proceso lo repetimos con los demás especímenes, utilizando presiones laterales diferentes.

CÁLCULOS

Datos de la muestradatos especimen 1 especimen 2 especimen 3peso (g) 1003 998 992diametro (cm) 7.0325 7.028 7.036altura ( cm) 14.23 14.14 14.1area (cm) 38.82 38.72 38.7densidad (g/cm3) 1.81 1.8 1.79humedad W% 8.082706767 7.623318386 2.758247701

diametro promediodiametros especimen 1 parcial

diametro sup. 7.01 7.015 7.0125diametro medio 7.02 7.09 7.055diametro infe 7.05 7.01 7.03

diametro promedio total 7.0325

contenido de humedadespecimen 1 especimen

2especimen 3

peso humedo

23 24 19

peso seco 21.28 22.3 18.49peso del

agua1.72 1.7 0.51

W% 8.08270677 7.62331839

2.7582477

SATURACION

PRUEBA DE COMPRESION TRIAXIAL (SATURACION)increment

o tiempointerv. De

tiempocambio de

presionpresion inferior

presion de poro

cambio de volumen

Nº tiempo (S) presion Kpa Kpa1 0 0 0 0 0 02 10 10 53.3 31.8 22.3 03 10 20 50 30.7 30.5 0.054 10 30 50 30.3 20.2 0.065 10 40 45.6 30.5 20.8 0.16 10 50 46.2 30.6 20.8 0.097 10 60 46.2 30.5 20.7 0.098 10 70 46.2 29.9 19.5 0.089 10 80 46.2 30.5 20.8 0.08

10 7 87 45.9 29.9 23.4 0.111 3 90 46.2 30.5 23.4 0.11

12 5 95 46.2 30.5 24.8 0.113 5 100 46.1 30.6 24.8 0.114 10 110 46.6 30.5 24.8 0.115 10 120 46.8 30.1 24.8 0.1116 10 130 56.3 30.1 25.1 0.1817 10 140 57.3 40.4 26.1 0.1918 10 150 65.8 39.7 26.4 0.1719 10 160 65.8 51.4 30 0.3620 10 170 66 50.8 40.4 0.3621 10 180 65.8 51 39.1 0.3722 10 190 70.3 60.6 50.2 -0.5

CONSOLIDACIÓN

PRUEBA DE COMPRESION TRIAXIALCONSOLIDACION

tiempo trans. lectura de bureta cambio de vol.0.1 15.1 0.660.2 15.1 0.650.5 15.1 0.65

1 15.11 0.652 15.13 0.664 14.49 0.678 14.4 0.67

15 14.4 0.3

ROTURA

Deformacionmm

Deformacionunitaria

AreaCorregida

cargaKg

EsfuerzoDesviador

σ 1kg /cm2

r(σ 1−σ 3 ) /2

0.1 0.007 38.813 10.514781 0.271 1.290 0.1350.2 0.014 38.806 20.183486 0.520 1.539 0.2600.3 0.021 38.799 25.891947 0.667 1.686 0.3330.4 0.028 38.792 31.702345 0.817 1.836 0.4080.5 0.035 38.785 33.537207 0.864 1.883 0.4320.6 0.042 38.778 37.512742 0.966 1.985 0.4830.7 0.049 38.771 40.366972 1.040 2.059 0.5200.8 0.021 38.799 43.221203 1.113 2.132 0.5570.9 0.063 38.757 47.094801 1.213 2.232 0.6071 0.070 38.750 48.41998 1.247 2.266 0.6241.1 0.077 38.743 49.847095 1.284 2.303 0.6421.2 0.084 38.736 51.885831 1.337 2.356 0.6681.3 0.091 38.729 55.657492 1.434 2.453 0.7171.4 0.098 38.722 57.594292 1.484 2.503 0.7421.5 0.105 38.715 60.550459 1.560 2.579 0.7801.6 0.112 38.708 63.404689 1.633 2.652 0.8171.7 0.119 38.701 64.424057 1.660 2.679 0.8301.8 0.126 38.694 66.258919 1.707 2.726 0.8531.9 0.134 38.686 67.686035 1.744 2.763 0.8722 0.141 38.679 69.11315 1.780 2.799 0.8902.1 0.148 38.672 71.457696 1.841 2.860 0.9202.2 0.155 38.665 72.069317 1.856 2.875 0.9282.3 0.162 38.658 74.108053 1.909 2.928 0.9552.4 0.169 38.651 74.923547 1.930 2.949 0.9652.5 0.176 38.644 74.923547 1.930 2.949 0.9652.6 0.183 38.637 76.350663 1.967 2.986 0.9832.7 0.190 38.630 77.777778 2.004 3.023 1.0022.8 0.197 38.623 77.777778 2.004 3.023 1.0022.9 0.204 38.616 77.777778 2.004 3.023 1.0023 0.211 38.609 80.122324 2.064 3.083 1.0323.1 0.218 38.602 80.733945 2.080 3.099 1.0403.2 0.225 38.595 80.733945 2.080 3.099 1.0403.3 0.232 38.588 82.16106 2.116 3.135 1.0583.4 0.239 38.581 83.588175 2.153 3.172 1.0773.5 0.246 38.574 83.588175 2.153 3.172 1.0773.6 0.253 38.567 84.40367 2.174 3.193 1.0873.7 0.260 38.560 85.830785 2.211 3.230 1.1053.8 0.267 38.553 86.442406 2.227 3.246 1.1133.9 0.274 38.546 86.442406 2.227 3.246 1.1134 0.281 38.539 86.442406 2.227 3.246 1.113

4.1 0.288 38.532 88.786952 2.287 3.306 1.1444.2 0.295 38.525 89.296636 2.300 3.319 1.1504.3 0.302 38.518 89.296636 2.300 3.319 1.1504.4 0.309 38.511 89.296636 2.300 3.319 1.1504.5 0.316 38.504 89.296636 2.300 3.319 1.1504.6 0.323 38.497 89.296636 2.300 3.319 1.1504.7 0.330 38.490 89.296636 2.300 3.319 1.1504.8 0.337 38.483 89.296636 2.300 3.319 1.1504.9 0.344 38.476 89.296636 2.300 3.319 1.1505 0.351 38.469 89.194699 2.298 3.317 1.1495.1 0.358 38.462 90.214067 2.324 3.343 1.1625.2 0.365 38.455 90.214067 2.324 3.343 1.1625.3 0.372 38.448 90.214067 2.324 3.343 1.1625.4 0.379 38.441 90.825688 2.340 3.359 1.1705.5 0.387 38.433 90.825688 2.340 3.359 1.1705.6 0.394 38.426 91.641182 2.361 3.380 1.1805.7 0.401 38.419 91.641182 2.361 3.380 1.1805.8 0.408 38.412 91.641182 2.361 3.380 1.1805.9 0.415 38.405 91.641182 2.361 3.380 1.1806 0.422 38.398 92.252803 2.376 3.395 1.1886.1 0.429 38.391 92.252803 2.376 3.395 1.1886.2 0.436 38.384 92.252803 2.376 3.395 1.1886.3 0.443 38.377 92.252803 2.376 3.395 1.1886.4 0.450 38.370 92.252803 2.376 3.395 1.1886.5 0.457 38.363 92.252803 2.376 3.395 1.1886.6 0.464 38.356 92.252803 2.376 3.395 1.1886.7 0.471 38.349 92.252803 2.376 3.395 1.1886.8 0.478 38.342 92.252803 2.376 3.395 1.1886.9 0.485 38.335 92.252803 2.376 3.395 1.1887 0.492 38.328 92.252803 2.376 3.395 1.1887.1 0.499 38.321 92.04893 2.371 3.390 1.186

0 1 2 3 4 5 6 7 80.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

Series2

Presión de poros

tiempo presion dePoro tiempo2 presion dePoro30 0 8.2 68.4

0.2 69.4 8.4 68.40.4 69 8.6 68.80.6 69.4 8.8 68.40.8 69.4 9 68.8

1 69.8 9.2 68.41.2 69 9.4 68.41.4 69 9.6 68.81.6 69 9.8 68.11.8 68.8 10 68.8

2 68.8 10.2 68.82.2 69 10.4 68.82.4 69 10.6 68.12.6 68.8 10.8 68.4

2.8 68.4 11 68.43 68.8 11.2 68.8

3.2 68.8 11.4 68.13.4 68.8 11.6 68.43.6 68.4 11.8 68.43.8 68.4 12 68.4

4 68.1 12.2 68.44.2 69 12.4 68.84.4 68.8 12.6 68.44.6 68.8 12.8 68.44.8 68.4 13 68.8

5 68.8 13.2 68.25.2 68.8 13.4 695.4 68.4 13.6 68.45.6 68.8 13.8 68.45.8 68.8 14 68.1

6 68.8 14.2 68.46.2 68.4 14.4 68.16.4 68.4 14.6 68.16.6 68.8 14.8 68.86.8 68.4 15 68.4

7 68.8 15.2 68.47.2 68.8 15.4 68.87.4 69 15.6 68.17.6 68.8 15.8 68.47.8 68.8 16 68.4

8 68.8

0 2 4 6 8 10 12 14 16 180

10

20

30

40

50

60

70

80

Series2

Calculo del círculo de morhángulo radianes sigma Esfuerzo cortante

10 0.17453293 3.37695161 0.2062940420 0.34906585 3.32335483 0.4063199330 0.52359878 3.23583818 0.59440 0.6981317 3.1170608 0.7636316850 0.87266463 2.97063168 0.910060860 1.04719755 2.801 1.0288381870 1.22173048 2.61331993 1.1163548380 1.3962634 2.41329404 1.1699516190 1.57079633 2.207 1.188

100 1.74532925 2.00070596 1.16995161110 1.91986218 1.80068007 1.11635483120 2.0943951 1.613 1.02883818130 2.26892803 1.44336832 0.9100608140 2.44346095 1.2969392 0.76363168150 2.61799388 1.17816182 0.594160 2.7925268 1.09064517 0.40631993170 2.96705973 1.03704839 0.20629404180 3.14159265 1.019 1.4555E-16190 3.31612558 1.03704839 -0.20629404200 3.4906585 1.09064517 -0.40631993210 3.66519143 1.17816182 -0.594220 3.83972435 1.2969392 -0.76363168230 4.01425728 1.44336832 -0.9100608240 4.1887902 1.613 -1.02883818250 4.36332313 1.80068007 -1.11635483260 4.53785606 2.00070596 -1.16995161270 4.71238898 2.207 -1.188280 4.88692191 2.41329404 -1.16995161290 5.06145483 2.61331993 -1.11635483300 5.23598776 2.801 -1.02883818310 5.41052068 2.97063168 -0.9100608320 5.58505361 3.1170608 -0.76363168330 5.75958653 3.23583818 -0.594340 5.93411946 3.32335483 -0.40631993350 6.10865238 3.37695161 -0.20629404360 6.28318531 3.395 -2.911E-16

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

circulo de mohr