TTULO

CORRESPONDENCIA

OBSERVACIONES

ANTECEDENTES

normaespaola

UNE 103402

Julio 1998

Determinacin de los parmetros resistentes de una muestrade suelo en el equipo triaxial

Determination of strength parameters of a soil in triaxial set apparatus.

Dtermination des paramtres de resistence d'un sol avec l'equipement pour l'essai triaxial.

Esta norma ha sido elaborada por el comit tcnico AEN/CTN 103 Geotecnia cuyaSecretara desempea MINISTERIO DE FOMENTO.

Editada e impresa por AENORDepsito legal: M 29326:1998

AENOR 1998Reproduccin prohibida

LAS OBSERVACIONES A ESTE DOCUMENTO HAN DE DIRIGIRSE A:

C Gnova, 6 Telfono 91 432 60 0028004 MADRID-Espaa Fax 91 310 40 32

40 Pginas

Grupo 20

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NDICEPgina

1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 NORMAS PARA CONSULTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3 MODALIDADES DE ENSAYO QUE CONTEMPLA ESTA NORMA . . . . . . . . . . 4

4 EQUIPO Y MATERIAL NECESARIOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.1 Clula triaxial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.2 Membrana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.3 Placas porosas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.4 Bandas de papel de filtro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.5 Sistemas para aplicacin de las presiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.6 Prensa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.7 Dispositivos de medida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.8 Aparatos y material vario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5 PREPARACIN DE LA PROBETA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85.1 Aspectos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85.2 Probetas inalteradas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.3 Probetas remoldeadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.4 Mtodo operatorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.5 Medidas iniciales de las probetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

6 PREPARACIN DEL EQUIPO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106.1 Comprobaciones rigurosas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106.2 Revisiones de rutina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

7 MONTAJE DE LA PROBETA EN LA CLULA YPREPARACIN PARA EL ENSAYO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

8 PROCESO DE SATURACIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128.1 Consideraciones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128.2 Mtodo de saturacin por incrementos de la presin externa y

de la contrapresin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128.3 Saturacin a humedad constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

9 PROCESO DE CONSOLIDACIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149.1 Consolidacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149.2 Clculo del tiempo necesario para la rotura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

10 PROCESO DE ROTURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1710.1 Ensayo consolidado, sin drenaje y con medida de presiones intersticiales . . . . . . . . 1710.2 Ensayo consolidado, con drenaje y con medida del cambio de volumen . . . . . . . . . 2110.3 Ensayo no consolidado, con rotura rpida y sin drenaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

11 GRFICOS Y RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

12 INFORME DEL ENSAYO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

13 CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

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1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACINEsta norma tiene por objeto la determinacin de las relaciones tensin-deformacin, los parmetros resistentes cohe-sin, c, y ngulo de rozamiento interno, , y las trayectorias de tensiones totales y efectivas de un suelo sometido auna presin externa1), es decir a una presin igual en todas las direcciones que se aplica a la muestra envuelta enuna membrana de goma por medio del fluido que le rodea.

Normalmente el ensayo se realiza sobre tres probetas de un mismo suelo, saturadas, sometidas cada una de ellas auna tensin efectiva diferente.

2 NORMAS PARA CONSULTA

UNE 103300 Determinacin de la humedad de un suelo mediante secado en estufa.

UNE 103400 Ensayo de rotura a compresin simple en probetas de suelo.

UNE 103405 Geotecnia. Ensayo de consolidacin unidimensional de un suelo en edmetro.

3 MODALIDADES DE ENSAYO QUE CONTEMPLA ESTA NORMAPara determinar las relaciones tensin-deformacin, los parmetros resistentes cohesin, c, y ngulo de rozamientointerno, , y las trayectorias de tensiones totales y efectivas de un suelo inalterado o remoldeado, se utiliza un equi-po triaxial en donde una probeta de suelo de forma cilndrica, sometida a una presin externa, se rompe a compre-sin.

Se pueden efectuar los siguientes tipos de ensayos:

Ensayo consolidado, sin drenaje y con medida de presiones intersticiales (CU). Una vez que la probeta se sa-tura y se consolida en condiciones istropas, se procede a la rotura a compresin a la velocidad adecuada paraque se uniformice la presin intersticial en toda la probeta, midindose su evolucin durante todo el proceso. Deeste ensayo se pueden obtener los parmetros resistentes en tensiones totales y efectivas, ccu, cu y c y .

Ensayo consolidado, con drenaje y con medida del cambio de volumen (CD). Una vez que la probeta se satu-ra y se consolida en condiciones istropas, se procede a la rotura a compresin a la velocidad adecuada para queno se produzcan incrementos de presin intersticial, midiendo el volumen de agua tomada o expulsada por laprobeta. De este ensayo se pueden obtener los parmetros resistentes en tensiones efectivas, c y .

Ensayo no consolidado con rotura rpida y sin drenaje (UU). Nada ms aplicar la presin externa, se procedea la rotura a compresin en condiciones no drenadas. De este ensayo se obtienen los parmetros resistentes entensiones totales, cu y u.

4 EQUIPO Y MATERIAL NECESARIOSLa sala donde se realice el ensayo no debe sufrir fluctuaciones de temperatura superiores a 2 C y los equiposdeben estar protegidos de la luz solar directa, de fuentes de calor, de corrientes de aire y de vibraciones.

El equipo necesario para la realizacin de este ensayo est constituido por las siguientes componentes:

1) Frecuentemente se suelen utilizar los trminos "presin lateral" y "presin de confinamiento" en lugar del de "presin externa". No obstante,en esta norma se ha preferido el empleo de este ltimo.

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4.1. Clula Triaxial

En la figura 1 se incluye un esquema tpico de la clula triaxial preparada para la ejecucin de un ensayo.La clula debe tener la resistencia adecuada para soportar, como mnimo, una presin interna de 1 200 kPa1).

El cojinete de gua por el que discurre el pistn de carga y sale al exterior de la cmara de la clula, debe permitirel libre movimiento del pistn y asegurar su verticalidad. La unin entre ste y la cabeza de apoyo sobre la probetadebe evitar que se produzcan inclinaciones de dicha cabeza y desplazamientos horizontales de la misma. Este con-junto de elementos no debe dar lugar a un error en la medida de la carga aplicada sobre la probeta que sea superiora 0,75 N.

Si la medida de la carga vertical sobre la probeta se efecta en el exterior de la cmara de la clula triaxial, se debecomprobar antes de iniciar el ensayo que el pistn discurre libremente por el cojinete, y que el rozamiento se en-cuentra dentro de los lmites admitidos.

Si por el contrario la medida de la carga se hace en el interior de la cmara, directamente sobre la probeta, se debeverificar que el dispositivo utilizado es suficientemente insensible a la presin externa y a esfuerzos laterales.

Tanto la cabeza de apoyo sobre la probeta como el pedestal sobre el que sta descansa, deben ser de un materialcuyas deformaciones sean despreciables comparadas con las de la probeta. Adems deben tener un dimetro igualque aqulla.

La fuerza sobre la probeta debida al peso del pistn ms la cabeza de apoyo, no debe ser superior a 2 N o al 1%de la carga de rotura (se debe tomar el mayor valor).

Las llaves situadas en la base de la clula no deben producir al abrirlas o cerrarlas un cambio de presin de ms de0,7 kPa, cuando todo el sistema est saturado de agua.

Todas las tuberas de conexin utilizadas deben poder soportar sin prdidas las presiones de trabajo del equipo y sedeben verificar antes de montar el ensayo, por si tuvieran alguna obstruccin. Deben tener un coeficiente de expan-sin debido a la presin interior que no sobrepase los 0,001 mililitros por metro de longitud y por kilopascal deincremento de presin.

4.2 Membrana

La probeta debe estar confinada lateralmente por medio de una membrana elstica que impida que el fluido utiliza-do para el confinamiento pueda penetrar en su interior. Antes de montar dicha membrana sobre la probeta se debecomprobar que no est perforada, aplicando, mediante un sistema adecuado, una ligera presin de aire en su inte-rior y viendo seguidamente si al sumergirla en agua aparecen burbujas.En el apartado correspondiente a los clculos, se indica la forma de calcular las correcciones que se deben aplicar alas tensiones verticales y horizontales para tomar en consideracin el efecto de rigidizacin producido por la mem-brana y por las bandas de papel de filtro. En cualquier caso, la combinacin de ambos efectos no debe dar lugar auna correccin cuyo valor sea superior al 10% del valor de la tensin desviadora (1 3) en rotura2).

1) 1 kp/cm2 = 98,0665 kPa.

2) Frecuentemente se suele utilizar el trmino "desviador" en lugar del de "tensin desviadora". No obstante, en esta norma se ha preferido elempleo de este ltimo.

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Las caractersticas de las membranas deben ser:

El dimetro interior antes de colocarla en la probeta debe ser igual al de sta o bien ligeramente inferior, perono menos de 0,95 D, siendo D el dimetro de la probeta.

Su espesor no debe ser mayor de 0,01 D.

El mdulo de elasticidad, medido en traccin, no superior a 1 600 kPa.

La longitud debe exceder, como mnimo, a la de la probeta en unos 50 mm.

En los casos de ensayos de larga duracin o cuando la probeta contenga partculas angulosas que puedan perforar lamembrana, se pueden emplear dos de igual espesor.

Las bandas elsticas que se utilicen para sujetar la membrana al pedestal y a la cabeza superior deben tener las di-mensiones y propiedades elsticas adecuadas para asegurar que no pueda penetrar fluido de confinamiento en laprobeta.

4.3 Placas porosas

Las placas porosas situadas en los dos extremos de la probeta deben tener el mismo dimetro que sta y su coefi-ciente de permeabilidad debe estar entre 10-8 m/s y 10-4 m/s, en ensayos con probetas de arcillas o limos y ser ma-yor de 10-4 m/s en el caso de materiales granulares.

Las caras no deben tener irregularidades y su deformabilidad bajo carga debe ser despreciable en comparacin conla de la probeta.

Se debe verificar peridicamente que las placas porosas no estn ocluidas.

Para su saturacin se deben hervir, en agua destilada, durante al menos 10 min, y despus mantenerlas sumergidasen agua desaireada hasta el momento de su utilizacin.

4.4 Bandas de papel de filtro

En el caso de suelos de baja permeabilidad, en el que es aconsejable el uso de bandas de papel de filtro en contactocon las paredes laterales de la probeta con el fin de reducir el camino mximo de drenaje, las bandas deben ser deun material que no se disgregue en agua y cuyo coeficiente de permeabilidad, cuando est sometido a una presinnormal de 600 kPa, no sea inferior a 10-7 m/s.

La superficie lateral cubierta por las bandas de papel utilizadas no debe en ningn caso ser superior al 50% del to-tal. En el apartado dedicado a los clculos se indica la forma de determinar la correccin de la tensin principal,1, debida a las bandas de papel de filtro.

No obstante, en el caso de que solamente se utilicen cuatro bandas, de manera que la suma de la anchura de todassea inferior al 10% del valor de la longitud de la circunferencia de la seccin recta de la probeta, no es necesarioefectuar ningn tipo de correccin.

4.5 Sistemas para aplicacin de las presiones

Los equipos para aplicacin y mantenimiento de la presin externa y de la contrapresin1), deben ser independientesy mantener constante la presin con un margen de 0,5% del valor indicado.

1) Frecuentemente se suele utilizar el trmino "presin en cola" en lugar del de "contrapresin". No obstante en esta norma se ha preferido elempleo de este ltimo.

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Dichos sistemas deben incluir como mnimo un medidor de presin debidamente calibrado, para cuantificar la pre-sin externa y la contrapresin. El medidor debe estar permanentemente conectado a los dos sistemas de presinpor medio de las llaves adecuadas.

4.6 Prensa

La prensa utilizada debe tener la gama de velocidades adecuada a los diferentes tipos de ensayos, de forma que semantengan las condiciones indicadas en las definiciones incluidas en el captulo 3. No obstante se puede considerarque un rango de velocidad desde 2 mm/min hasta 0,001 mm/min es suficiente para la mayora de los casos.

La velocidad de avance de la prensa no debe diferir del valor seleccionado en ms de 10% de este valor.Adems el desplazamiento debe ser continuo sin producir vibraciones.

El recorrido vertical del plato debe ser por lo menos el 30% de la altura de la probeta que se ensaye.

4.7 Dispositivos de medida

Los dispositivos de medida son:

4.7.1 Fuerza. La medida de la fuerza aplicada sobre la probeta se cuantifica por medio de un anillo dinamomtri-co o de un transductor de fuerza. En el primer caso, tanto la capacidad de carga como la sensibilidad deben ser lasadecuadas segn las dimensiones y resistencia esperada de la probeta y de acuerdo con las condiciones expuestas enel apartado 4.1; en cuanto al segundo, la sensibilidad de los transductores de fuerza que actualmente existen en elmercado, suelen ser ms que suficiente en la mayora de los casos.

4.7.2 Presiones. Los dispositivos utilizados para medir la presin externa y la contrapresin, deben tener la sensi-bilidad adecuada para apreciar una diferencia entre ambas presiones de 2% 0,5 kPa, dependiendo cual deestos lmites sea el mayor en cada caso.

El dispositivo utilizado en la medida de la presin intersticial debe ser suficientemente rgido para que no expe-rimente cambios de volumen apreciables. Los transductores electrnicos de presin cumplen esta condicin. Paralos dems equipos la condicin que deben cumplir es:

VTV U

5 10 7 m2

kN

donde

VT el cambio de volumen total, constituido por el cambio de volumen producido en los tubos de conexin msel cambio de volumen del propio dispositivo de medida, para un incremento de presin, U;

V el volumen de la probeta.

Debe disponer de un bloque desaireador con una salida para purga de aire.

4.7.3 Deformacin. La deformacin vertical de la probeta se determina normalmente midiendo el proceso deavance del pistn de carga, mediante un comparador mecnico o un transductor de desplazamiento fijado al pistn ycon la punta del palpador apoyado en un punto fijo de la clula triaxial, segn se aprecia en la figura 2. El dispositivo utilizado debe tener un recorrido superior a un tercio de la altura de la probeta ensayada, y una pre-cisin de 0,01 mm.

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4.7.4 Cambio de volumen. Para medir el cambio de volumen de la probeta se puede utilizar o una bureta gradua-da o un medidor de cambio de volumen de membrana, con transductor de desplazamiento asociado.

El sistema utilizado debe permitir la medida de la cantidad de agua que entra o sale de la probeta con una precisinde 0,2% del volumen inicial de sta. Adems, la precisin del equipo de medida debe ser 0,05% del mencio-nado volumen inicial.

4.8 Aparatos y material vario

Como material vario se debe tener el siguiente: Cmara hmeda con dispositivo de regulacin y control de la temperatura y humedad. Recinto climatizado para el tallaje de las probetas. Extractor de muestras motorizado, similar al descrito en la Norma UNE 103400. Calibre o pie de rey, de precisin 0,1 mm. Balanzas de capacidad y precisin adecuadas. Talladores de diversos dimetros, con sus accesorios adecuados (sierras de alambre, esptulas, cuchillos, etc.). Moldes y mazas de compactacin para remoldear probetas de diferentes dimetros. Equipo y material adecuado para determinar la humedad segn la Norma UNE 103300. Aceite de ricino para el pistn lapeado. Agua destilada y agua desaireada en cantidad suficiente. Succionador para introducir la probeta en la membrana. Papel de filtro. Dispositivo para verificar la verticalidad de la probeta en el pedestal.

5 PREPARACIN DE LA PROBETALas probetas para el ensayo se pueden preparar por diferentes procedimientos, a partir de la muestra de suelo quese disponga.

En todos ellos se debe operar en ambientes que tengan una humedad relativa no inferior al 50%. En el caso de sue-los sensibles a los cambios de humedad, es necesario tallar en cmara hmeda o recinto anlogo que tenga una hu-medad relativa del 90% 5%.

5.1 Aspectos generales

Las probetas deben ser de forma cilndrica con un dimetro no inferior a 35 mm y un altura entre 1,85 y 2,25 ve-ces su dimetro.

El dimetro de la probeta debe ser mayor que cinco veces el tamao mximo de las partculas1).

Las caras circulares deben estar planas y ser perpendiculares al eje vertical de la probeta, no debiendo existir entreste y la cara circular un ngulo superior a 0,6 . Todos los surcos y orificios que queden en dichas caras, casode no poder ser eliminados durante el refrentado, deben rellenarse con el material sobrante.

1) Normalmente se utilizan probetas con dimetros de 38,1 mm, 50,8 mm y 101,6 mm (1 ", 2" y 4" respectivamente).

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5.2 Probetas inalteradas

Cuando se trate de muestras inalteradas se deben manejar con cuidado para no alterar la estructura del suelo y sucontenido de humedad. El procedimiento operatorio depende de que el dimetro de la probeta a preparar sea igual omenor que el del tubo portamuestras o de que la muestra se encuentre en forma de bloque parafinado.

Durante la extraccin de la muestra se debe inspeccionar el estado en que sta se encuentra, observando si existenzonas blandas, perturbaciones, partculas de mayor tamao que la quinta parte del dimetro de la probeta, etc., re-chazando dicha muestra cuando tales anomalas impidan la preparacin de tres probetas como mnimo.

5.3 Probetas remoldeadas

En el caso de probetas remoldeadas se pueden emplear dos procedimientos para su preparacin:

a) Compactar el material en un molde adecuado, con una energa de compactacin y una humedad determinadas.

b) Compactar el material en un molde adecuado, con una humedad determinada y variando la energa de compac-tacin con la finalidad de alcanzar una cierta densidad seca.

5.4 Mtodo operatorio

A continuacin se describen los mtodos para preparar las probetas en funcin de la muestra que procedan.

5.4.1 Muestras inalteradas. Cuando la muestra se encuentra en tubo portamuestras del mismo dimetro que laprobeta a preparar, comprobar que el recubrimiento del extremo inferior del tubo es razonablemente plano y per-pendicular al eje del mismo. En caso contrario, se debe eliminar toda la parafina y refrentar el extremo de la mues-tra para conseguir dicha condicin.

Antes de proceder a la extraccin de la muestra por el procedimiento de extrusin es conveniente verificar que di-cho procedimiento no va a producir una importante alteracin de su estructura. En tal caso se debe cortar el tuboportamuestras en trozos ms pequeos, de una longitud ligeramente mayor que la altura de la probeta a preparar.

Si por el contrario se puede proceder a la extraccin del material sin alterar sensiblemente su estructura, se aplicauna ligera pelcula de aceite al pistn del extractor, se fija el tubo y se coloca en el extremo opuesto la cuna delextractor para la recepcin de la muestra. Se acciona aqul hasta que se extraiga del tubo una longitud de muestraligeramente mayor que la altura de la probeta a preparar. Se cortan y se refrentan las bases de manera que la alturade las probetas sea la especificada.

Cuando la muestra est en un tubo de mayor dimetro que el de la probeta a preparar, se comprueba en primer lu-gar que el mtodo de extrusin no altera sensiblemente la estructura del material. En este caso se procede a la ex-traccin del material fijando el tubo en el extractor y accionando el pistn hasta que se extraiga una longitud ligera-mente mayor que la altura de la probeta. Se corta y se procede al tallado de una o varias probetas dependiendo dela relacin entre los dimetros de la muestra y de la probeta.

Si el dimetro de la muestra es suficiente, se deben tallar las tres probetas de la porcin de muestra extrada, yaque de esta forma se asegura que todas ellas corresponden al mismo nivel.

Si el proceso de extrusin puede alterar sensiblemente la estructura del material, se debe cortar el tubo portamues-tras bien longitudinalmente extrayendo la muestra entera o bien en trozos ms pequeos con una longitud lige-ramente mayor que la altura de la probeta. Se talla seguidamente las probetas para el ensayo.

En el caso en que la muestra se encuentre en forma de bloque parafinado, se retira el recubrimiento en la zona enla que se vaya a proceder a preparar las probetas y se corta un trozo que permita tallar stas. Se debe realizar elproceso de tallado de manera que el eje longitudinal de las probetas coincida con la disposicin vertical del suelo enel terreno donde se tom el bloque.

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5.4.2 Muestras remoldeadas. Para la preparacin de probetas remoldeadas se puede proceder de dos formas dife-rentes:

a) Compactando el material en un molde de mayor dimetro que el de la probeta, tallando sta seguidamente.

b) Compactando directamente la probeta en un molde tripartido de las mismas dimensiones de aqulla.

En ambos casos se debe emplear uno de los criterios de compactacin referido en el apartado 5.3.

En el caso de suelos arenosos, el proceso de compactacin se realiza directamente sobre el pedestal de la base de laclula, utilizando un molde adecuado que permita situar en su interior la membrana y aplicar el vaco para que stase mantenga en contacto con la pared interior del molde durante el proceso de compactacin. Tambin se puedeutilizar, segn el caso, un procedimiento en el que una vez compactado el material en el molde adecuado con lahumedad deseada, se congela para facilitar la colocacin posterior de la membrana, segn se especifica en el captu-lo 7.

5.5 Medidas iniciales de las probetas

Una vez preparadas las probetas por cualquiera de los procedimientos anteriormente descritos, se miden inmedia-tamente el dimetro, la altura y la masa inicial.

La medida del dimetro se debe hacer mediante el calibre, en tres secciones rectas igualmente espaciadas a lo largode la altura de la probeta, tomando en cada una de aqullas por lo menos dos medidas a 90 , girando para ello laprobeta adecuadamente. El dimetro medio inicial, di, es el valor medio de todas las medidas efectuadas, expresadoen milmetros.

El valor de la altura inicial, Lo, se obtiene anlogamente como el valor medio de tres determinaciones efectuadas endiferentes posiciones, separadas unos 120 aproximadamente, expresndola en milmetros.

La masa inicial de la probeta, mo, expresada en gramos se debe determinar con una precisin del 0,1% o bien dedcima de gramo.

Vase el modelo de impreso que se muestra en la figura 5.

6 PREPARACIN DEL EQUIPOEl equipo triaxial debe estar sometido a comprobaciones rigurosas y revisiones de rutina, a fin de asegurar su co-rrecto funcionamiento. Las primeras se deben realizar peridicamente1), mientras que las segundas se deben efectuarcada vez que se realice un ensayo.

6.1 Comprobaciones rigurosas

Dentro de stas se encuentran la clula triaxial, la prensa, el sistema de presin externa y de contrapresin, el equi-po para medida de las presiones intersticiales, el equipo para medida del cambio de volumen y los dispositivos paramedida de la fuerza, la presin y el desplazamiento. En el contexto de estas comprobaciones se debe incluir las ca-libraciones de dichos dispositivos de medida.

6.2 Revisiones de rutina

Se deben efectuar antes de montar la probeta para la realizacin del ensayo.

1) Una prctica aconsejable puede ser efectuar estas comprobaciones dos veces al ao, o cuando se ha cambiado algn componente importante.

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6.2.1 Equipo de presin externa. Dependiendo del equipo concreto del que se disponga, comprobar que no tienefugas, que el indicador de la presin seleccionada marca el valor correcto y que dispone de agua desaireada sufi-ciente para la realizacin del ensayo.

6.2.2 Equipo de contrapresin. Se debe verificar el estado del equipo de presin igual que en el apartado ante-rior. Se llenan de agua todos los conductos de la base de la clula y el bloque desaireador, y se asegura de que noquede aire atrapado en la cmara en que est conectado el transductor de presin (se debe utilizar la llave de des-carga y el tornillo de purga del bloque desaireador).

6.2.3 Equipo de medida de cambio de volumen. Se comprueban las conexiones por si tuvieran alguna fuga, yque todos los conductos de conexin a la base de la clula estn llenos de agua desaireada. Se comprueba que elsistema de medida de cambio de volumen est al mximo de su capacidad al iniciar el ensayo.

Se cierra la llave de conexin de ste sistema a la base de la clula triaxial y se aplica la mxima presin compati-ble con el equipo que se utilice, a fin de comprobar que no hay fugas.

7 MONTAJE DE LA PROBETA EN LA CLULA Y PREPARACIN PARA EL ENSAYOSe hace fluir un poco de agua por la salida de la contrapresin situada en el centro del pedestal. Se coloca una pla-ca porosa saturada sobre ste, eliminando toda el agua sobrante y procurando no dejar burbujas de aire atrapadas.Si se utilizan bandas de papel de filtro laterales, se deben colocar sobre la placa porosa inferior1).

Se coloca rpidamente la probeta, o sobre la placa porosa, o sobre los extremos de las bandas de papel de filtro sise hubiesen dispuestos stas, procurando, en cualquier caso, no dejar aire ocluido.Si se han empleado bandas de papel de filtro, se deben situar stas sobre la superficie lateral y la base superior dela probeta procurando que no quede atrapada ninguna burbuja de aire.Se coloca otra placa porosa sobre la probeta, eliminado previamente toda el agua en exceso que tenga aqulla.

Se coloca la membrana sobre la probeta por medio del succionador y se sella el extremo sobre el pedestal por me-dio de las bandas elsticas o juntas tricas.Si la cabeza de apoyo superior lleva conexin para drenaje, se debe tener la precaucin de introducir, previamentea su colocacin sobre la probeta, las bandas elsticas o juntas tricas dejndolas en el tubo de conexin.A continuacin, se deja fluir un poco de agua de manera que queden llenos los conductos internos de esta cabezasuperior y colocarla sobre la placa porosa superior sin que queden burbujas de aire. Se sita la membrana sobre loslaterales de la cabeza sellndola con las bandas elsticas o juntas tricas dejadas anteriormente sobre el tubo de co-nexin.

Se debe asegurar la verticalidad de la probeta sobre el pedestal y que el tubo de conexin con la cabeza superior nointerfiere con el montaje de la camisa lateral de la clula.Se monta el resto de la clula triaxial procurando que el pistn quede suficientemente alejado de su punto de apoyosobre la cabeza superior. Se comprueba la verticalidad de la probeta haciendo bajar lentamente el pistn hasta quetoque ligeramente sobre la cabeza y se retira a continuacin, fijndolo. Se corrige cualquier falta de verticalidadque se pudiera observar.

1) En el ensayo no consolidado no drenado (UU) no es necesaria la utilizacin de placas porosas ni bandas de papel.

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Se llena la clula con agua desaireada, dejando salir el aire por el tapn de purga situado en la cabeza de la clula.Se pone finalmente una pequea cantidad de aceite de ricino en la parte superior a fin de evitar fugas por el cojine-te del pistn.

Se cierra el tapn de purga antes de aplicar la primera presin externa para iniciar el proceso de saturacin.

8 PROCESO DE SATURACINEl proceso de saturacin de la probeta tiene por finalidad asegurar que todos los poros de sta quedan llenos deagua, permitiendo la correcta medida de las presiones intersticiales.

8.1 Consideraciones generales

A efectos de esta norma se describen dos procedimientos de saturacin:

Mtodo de saturacin por incrementos de la presin externa y de la contrapresin.

Mtodo de saturacin a humedad constante.

El primero consiste en aplicar una contrapresin que asegure que elimine todo el aire originalmente en los poros, ala par que se aumenta la presin externa de manera que en todo momento se tenga una presin efectiva positivapequea.

El segundo consiste en incrementar progresivamente la presin externa sin que entre o salga agua de la probeta.

En cualquiera de los dos casos se deben cumplir siempre las siguientes condiciones:

a) si se aplica una contrapresin se debe hacer con agua desaireada preparada recientemente;

b) el valor de los incrementos de presin externa nunca debe ser superior a 50 kPa o al valor de la presin efec-tiva con que se desea consolidar la probeta, dependiendo de cual de los dos valores es el menor. Normalmentese utiliza este valor de incremento de presin hasta alcanzar un valor del coeficiente B (vase 8.2) de 0,8,cambiando a 100 kPa a partir de este momento hasta alcanzar un valor del coeficiente B igual o superior a0,95;

NOTA Evidentemente estos valores solamente se pueden utilizar cuando la presin efectiva de consolidacin que vaya a utilizarse seasuperior a este ltimo valor.

c) cuando se trate de un suelo con tendencia a hinchar la presin efectiva resultante en cada escaln no debe serinferior a la necesaria para impedir el hinchamiento de la probeta;

d) la diferencia entre la presin externa y la contrapresin no debe ser nunca superior a la presin efectiva deconsolidacin que vaya a aplicarse o a 20 kPa, dependiendo de cual de estos valores sea el menor. Tampocodeber ser nunca inferior a 5 kPa.

NOTA Se ha comprobado que una diferencia entre ambas presiones de 10 kPa es adecuada en la mayora de los suelos que no presen-ten una tendencia a hinchar. En estos ltimos dicha diferencia no debe ser inferior a la presin efectiva necesaria para impedirel hinchamiento.

8.2 Mtodo de saturacin por incrementos de la presin externa y de la contrapresin

El procedimiento operatorio es el siguiente:

Se comprueba que la llave o llaves de entrada y salida de agua de la probeta (segn se utilice conexin por un ex-tremo de la probeta o por ambos) estn cerradas.

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A continuacin se abre la llave de conexin del transductor de presin intersticial a la probeta y acto seguido seaplica el primer escaln de presin externa (3). Se observa la evolucin de la presin intersticial (u) hasta quese equilibra y se calcula el coeficiente B mediante la expresin:

B = u/3

donde

u el incremento de presin intersticial producido;

3 el valor del ltimo escaln de presin externa aplicado (normalmente 50 kPa).

Si el valor de B es igual o superior a 0,95 se puede considerar saturada la probeta. En caso contrario se continua elproceso.

Si al aplicar la presin externa se observa que tras un aumento inicial de la presin intersticial se produce una dis-minucin en el tiempo, se aplica directamente el siguiente escaln de presin externa.

Para continuar el proceso se debe abrir la llave que comunica la probeta con el sistema de contrapresin, aplicandoun valor de esta presin inferior a la externa en unos 10 kPa. Se cierra esta llave.

Se anota el valor de la presin intersticial y se aplica el siguiente escaln de la presin externa, volvindose a cal-cular el coeficiente B.

Se repiten estas operaciones hasta conseguir un valor del coeficiente B igual o superior a 0,95.

En el caso de que durante el proceso de saturacin se desee conocer el volumen de agua que ha tomado la muestra,se debe intercalar un sistema de cambio de volumen en la lnea de conexin de la probeta con el sistema de contra-presin. En tal caso se deben medir los incrementos de volumen de agua que ha entrado en la probeta para cadauno de los escalones de contrapresin. El volumen total de agua tomada por la probeta durante el proceso de satu-racin es la suma de dichos incrementos. (Vase el modelo de impreso que se muestra en la figura 6).

Al finalizar el proceso de saturacin se debe comprobar que todas las llaves del equipo estn cerradas.

En algunas arcillas fisuradas muy duras y en materiales con estructura muy rgida, es imposible alcanzar esta situa-cin. En tal caso, se considera que la probeta est saturada cuando se alcanza un valor de coeficiente B de 0,90 yeste se mantiene constante durante tres incrementos sucesivos de ambas presiones.

8.3 Saturacin a humedad constante

En este caso no se permite que entre o salga agua de la probeta, consiguindose la saturacin de sta solamentemediante un aumento de la presin externa. Se debe proceder como se indica a continuacin.

Se comprueba que estn cerradas las llaves de comunicacin del sistema de contrapresin con la probeta, y abiertala de conexin con el trasductor de presin intersticial, aplicando acto seguido una presin externa de 50 kPa o100 kPa.

Se espera hasta que se estabilice la lectura del transductor de presin y cuando se logra se calcula el coeficiente B.Si es igual o superior a 0,95 se puede dar por finalizado el proceso de saturacin. En caso contrario se incrementala presin externa hasta que el coeficiente B sea igual o superior a dicho valor.

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9 PROCESO DE CONSOLIDACINEl proceso de consolidacin que se describe en esta ensayo es istropo y se debe realizar inmediatamente despusde la saturacin. Con l, se pretende llevar a la probeta al estado de tensiones efectivas deseado antes de comenzarla rotura. Adicionalmente, los datos que se obtienen durante la etapa de consolidacin permiten estimar la velocidadde deformacin adecuada durante la fase de rotura y calcular las dimensiones de la probeta justo antes de iniciarsedicho proceso.

Normalmente la tensin efectiva a la que est sometida la probeta al finalizar la etapa de saturacin no es la quedebe tener al inicio del proceso de rotura. Por consiguiente, es necesario, aumentar la presin externa, reducir lacontrapresin o fijar una combinacin de ambas. Si la presin intersticial al final de la etapa de saturacin es us y la presin efectiva deseada 3 , la presin externadebe ser:

3 = 3 + us

En el caso en que esta 3 calculada sea mayor que la presin mxima de trabajo de la clula utilizada, la contrapre-sin, ub, que se debe aplicar ser inferior a us y se determina mediante la expresin:

ub = 3mx -3

NOTA Se debe prestar atencin a la posibilidad de que al disminuir la contrapresin, la descompresin del agua de los poros permita la apari-cin de parte del aire previamente disuelto durante el proceso de consolidacin.

9.1 Consolidacin

Una vez finalizado el proceso de saturacin se debe comprobar que todas las llaves del equipo estn cerradas.

Se intercala un sistema de medida de cambio de volumen en la lnea que comunica el interior de la probeta con elsistema de contrapresin.

Se ajusta el valor de la presin externa 3 (calculado como se indic con anterioridad) en el correspondiente equipode presin y se ajusta la contrapresin de manera que la diferencia sea la tensin efectiva que se desea tener. Sepone el cronmetro a cero.

Se abre la llave de comunicacin de la presin externa y a continuacin la de la contrapresin y la del transductorde presin intersticial. Se anotan las lecturas de la presin intersticial y del cambio de volumen, una vez que se ha-yan equilibrado. Estos valores se toman como valores iniciales para el proceso de consolidacin.

Se abre la llave que comunica la contrapresin y a la par se pone en funcionamiento el cronmetro.

Se anotan las lecturas de la presin intersticial y del cambio de volumen a intervalos de tiempo adecuados1).

Vanse los modelos de impreso que se muestran en las figura 7 y 8.

Se representan grficamente los valores del cambio de volumen en funcin de la raz cuadrada del tiempo y los dedisipacin de presin intersticial en funcin del logaritmo del tiempo.

Se puede considerar finalizado el proceso de consolidacin cuando se ha alcanzado un 95% de disipacin de la pre-sin intersticial o cuando se estabiliza la lectura del medidor de cambio de volumen.

1) Pueden servir de referencia los intervalos de tiempo utilizados para medir las deformaciones en el ensayo edomtrico, UNE 103405.

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Finalizado el proceso, se cierra la llave que comunica la contrapresin con la probeta y se mantiene abierta la de lapresin externa.

Si en este momento la presin intersticial es u1 y la externa 3, la presin efectiva es:

' 3 = 3 u

donde u = 2/3 u1 + 1/3 ub

En el caso en que la diferencia entre la presin intersticial, u1, y la contrapresin, ub, sea muy pequea, se puedetomar como:

u = 1/2 (u1 + ub)

9.2 Clculo del tiempo necesario para la rotura

Vase el modelo de impreso que se muestra en la figura 8.

En general, cualquiera que sea el tipo de ensayo triaxial que se vaya a realizar, se calcula primeramente el valor det100 mediante el siguiente procedimiento:

Se representan los valores del cambio de volumen en funcin de la raz cuadrada del tiempo.

Se traza la recta que mejor se ajuste a la parte inicial de la funcin as obtenida y se prolonga hasta que corte a lahorizontal trazada por el valor que corresponde al 100% de consolidacin. La abscisa de este punto corresponde a

, calculando seguidamente el valor de t100. (Vase figura 8).

9.2.1 Clculo de las dimensiones de la probeta al final del proceso de consolidacin. Las dimensiones de laprobeta al final del proceso de consolidacin se calculan mediante las expresiones:

a) Vc Vo Vc

b) Ac Ao

1 23

VcVo

c) Lc Lo

1 13

VcVo

donde

Vc el volumen una vez finalizado el proceso de consolidacin, en centmetros cbicos;Vo el volumen inicial de la probeta, en centmetros cbicos;Vc el cambio de volumen producido durante la consolidacin y medido por medio del equipo de cambio de volu-

men, expresado en centmetros cbicos;Ac el rea de la seccin recta de la probeta una vez finalizado el proceso de consolidacin, expresada en mil-

metros cuadrados;Ao el rea de la seccin recta inicial de la probeta, expresada en milmetros cuadrados;Lc la altura de la probeta una vez finalizado el proceso de consolidacin, expresada en milmetros;Lo la altura inicial de la probeta, expresada en milmetros.

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9.2.2 Clculo de la velocidad de rotura en el ensayo consolidado y sin drenaje. El tiempo necesario para alcan-zar la rotura, tf, se determina partiendo de los datos obtenidos durante el proceso de consolidacin, como se indicaa continuacin:

Si no se utilizan en la probeta tiras laterales de papel de filtro:

a) Drenaje por una caratf = 0,53 x t100 (t100 expresado en minutos)

b) Drenaje por ambas carastf = 2,1 x t100 (t100 expresado en minutos)

Si se utilizan tiras de papel de filtro:

a) Drenaje por una caratf = 1,8 x t100 (t100 expresado en minutos)

b) Drenaje por ambas carastf = 2,3 x t100 (t100 expresado en minutos)

Si el valor calculado anteriormente para tf es inferior a 120 min, se toma un tiempo de rotura no inferior a 2 h.

Se calcula la velocidad que se debe aplicar mediante la expresin:

f Lc100 tf

mm/min

donde

Lc la longitud de la probeta, en milmetros, despus del proceso de consolidacin1);

f una estimacin del tanto por ciento de deformacin en rotura.

9.2.3 Clculo de la velocidad de rotura en el ensayo consolidado y con drenaje. Se determina el valor de t100 dela misma forma que se indica en el apartado 9.2.

Se calcula el tiempo necesario para alcanzar la rotura segn se indica a continuacin:

Si no se utilizan en la probeta tiras laterales de papel de filtro:

tf = 8,5 x t100 (t100 expresado en minutos)

tanto si el drenaje es por una cara o por ambas.

1) Normalmente se suele tomar como valor Lc, el valor L0 correspondiente al de la altura inicial de la probeta.

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Si se utilizan en la probeta tiras de papel de filtro:

tf = 15 x t100 (t100 expresado en minutos)

tanto si el drenaje es por una cara o por ambas.Si el valor calculado de tf es inferior a 120 min, se toma un tiempo de rotura no inferior a 2 h.

Se calcula la velocidad que se debe aplicar mediante la expresin:

f Lc100 tf

mm/min

donde

Lc la longitud de la probeta, en milmetros, despus del proceso de consolidacin1);

f una estimacin del tanto por ciento de deformacin en rotura2).

10 PROCESO DE ROTURA

A continuacin se describen los procesos de rotura correspondientes a los distintos tipos de ensayos:

10.1 Ensayo consolidado, sin drenaje y con medida de presiones intersticialesEn este tipo de ensayo, durante la etapa de rotura a compresin de la probeta, se mantiene constante la presin ex-terna de la clula y no se permite el drenaje con lo que no vara el contenido de humedad de la probeta. Duranteeste proceso se miden los valores de la presin intersticial (normalmente en la base de probeta). La velocidad dedeformacin aplicada, que se ha calculado previamente como se indica en el apartado 9.2.2, es lo suficientementelenta para asegurar que este valor de la presin intersticial es prcticamente constante en todo el volumen de la pro-beta.

Se coloca la clula triaxial sobre el plato de la prensa si los procesos de saturacin y consolidacin se han realizadofuera de sta.

Se acciona el plato de la prensa hasta que el pistn de la clula quede a una pequea distancia de la cabeza de apo-yo superior situada sobre la probeta. Se hace una lectura del dispositivo de medida de fuerzas y se anota como va-lor inicial.

Se ajusta la velocidad de avance del plato de la prensa de manera que sea lo ms prxima posible el valor calculadoen el apartado 9.2.2, pero siempre por defecto.

Se hacen los ajustes necesarios para que el pistn entre en contacto con la probeta y se comprueba que queda bienalineado para que la carga aplicada lo sea a lo largo del eje vertical de aqulla.Se sita el dispositivo para medida de las deformaciones de manera que tenga disponible un recorrido que sea, almenos, igual al 25 % de la altura de la probeta.

1) Normalmente se suele tomar como valor Lc, el valor L0 correspondiente al de la altura inicial de la probeta..

2) En ocasiones esta estimacin del tanto por ciento de deformacin en rotura f, puede ser errnea por exceso o por defecto, dando lugar en elprimer caso a que se generasen presiones intersticiales positivas, con lo que este ensayo se puede tomar como dato orientativo para seleccio-nar otro valor de f ms adecuado.

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Se anota la lectura inicial.

Se comprueba que la llave o llaves de conexin a la clula de la contrapresin estn cerradas, que la de la presinexterna est abierta, y que la que conecta el transductor de presin intersticial est tambin abierta.

Se anotan en el modelo de impreso que se muestra en la figura 9, los siguientes datos:a) Fecha, hora y minutos.b) Lectura del dispositivo de medida de deformaciones.c) Lectura del dispositivo de medida de la fuerza.d) Valor de la presin intersticial.e) Valor de la presin externa.

Se ponen en marcha al mismo tiempo, la prensa y el cronmetro. Se toman lecturas de la deformacin, la fuerzaejercida sobre la probeta y la presin intersticial a intervalos de 0,2% de deformacin hasta alcanzar el 1%, y cada0,5% de ah en adelante. En cualquier caso, se deben tener, cuando menos 20, lecturas de las tres variables indica-das antes de alcanzar la rotura.

NOTA 1 En el caso en que se observe que la fuerza y la presin intersticial varan rpidamente, indicando que se aproxima el punto de rotu-ra, se deben tomar lecturas a intervalos ms pequeos.

NOTA 2 En muestras duras o de materiales rgidos, se puede producir la rotura para deformaciones inferiores a un 1%. En tales casos, si nose dispone de un sistema automtico de toma de datos, es conveniente tomar las lecturas a intervalos de carga en lugar de deforma-cin, para poder acumular al menos 20 valores antes de la rotura.

Se continua el ensayo una vez alcanzada la rotura de manera que se pueda asegurar que sta se ha producido real-mente. Si el proceso es de deformacin plstica, se detiene el ensayo al alcanzar el 20% de deformacin.

Se cierra la llave de conexin de la presin intersticial al transductor de presin y se descarga ste por medio deltapn de purga situado en el bloque desaireador para evitar que trabaje innecesariamente.Una vez finalizado el proceso de compresin, se debe retirar la clula triaxial de la prensa, para poder as sacar laprobeta. Para ello se efectan las siguientes operaciones:

Se comprueba que las llaves de conexin de la contrapresin y de la presin intersticial estn cerradas.

Se descarga la fuerza aplicada a la probeta, desplazando hacia abajo el plato de la prensa. Se retiran las conexiones de las presiones externa y de la contrapresin.

Se traslada la clula triaxial a la mesa de trabajo. Se descarga la presin externa y se vaca de agua la clula triaxial.

Se desmonta dicha clula y se retira la probeta de aqulla.

Se quitan, la cabeza superior, la membrana, las placas porosas y las bandas de papel, si se han utilizado.

Se hace un esquema de la forma de rotura de la probeta.

Se determina inmediatamente la masa de la probeta, mf, con precisin de 0,01 g, y se introduce en estufa a latemperatura adecuada, segn el caso, para desecarla, obteniendo as su masa seca, md. (En las determinacionesde la humedad se debe consultar la Norma UNE 103300).

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Se calculan a partir de los datos obtenidos las siguientes magnitudes (vase el modelo de impreso de la figura 9):

a) Deformacin axial

lLc

donde

Lc la altura de la probeta una vez finalizado el proceso de consolidacin, expresada en mm. La forma de obtener-la se describe en el apartado 9.2.1;

l el cambio de altura experimentado por la probeta, durante el proceso de rotura, medido a partir de la alturainicial y expresado en milmetros.

b) rea de la seccin recta de la probeta en la direccin perpendicular al eje1).La superficie de dicha seccin, correspondiente a cualquier tanto por ciento de deformacin, y expresada en mil-metros cuadrados es:

As Ac

1

donde

Ac el rea de la seccin recta de la probeta una vez finalizado el proceso de consolidacin, expresada en milme-tros cuadrados. La forma de obtenerla se describe en el apartado 9.2.1.

c) Fuerza axial, P, aplicada a la probeta.

El valor de dicha fuerza, expresada en N, se determina mediante la expresin:

P = (R Ro) C

donde

Ro la lectura inicial del dispositivo de medida de fuerzas, expresada en divisiones o dgitos;

R la lectura en el momento que se desee, expresada en divisiones o dgitos;

C la constante de calibracin del dispositivo de medida de fuerzas, expresada en N por divisin o dgito.

d) Tensin axial aplicada

La tensin aplicada a la probeta o tensin desviadora, (1 3)m expresada en kPa, se calcula mediante:

(1 3)m PAs 1 000

1) El clculo de las secciones se ha realizado considerando que si la probeta est saturada y la rotura es sin drenaje, no se producen variacionesde volumen durante dicha rotura. Tambin se podran utilizar otros mtodos, bien tericos o bien de medida directa sobre la probeta.

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e) Correccin por el efecto de la membrana.

En la figura 3 se incluye la grfica para obtener la correccin en kPa que se debe aplicar a la tensin calculada,debida al efecto de la membrana. Esta grfica corresponde al caso ms usual de membrana de 38 mm de dimetrointerior y 0,2 mm de espesor. En otra situacin cualquiera, el valor de la correccin, mb, a aplicar se obtiene mul-tiplicando el valor deducido de esta figura por:

38D

tm0,2

donde

D el dimetro inicial de la probeta, en milmetros;

tm el espesor total de la membrana (ya que pueden ser varias, una sobre otra), expresado en milmetros.

f) Correccin por el efecto de drenes de papel de filtro

Cuando se utilizan drenes laterales de tiras de papel de filtro, se debe aplicar esta correccin por el efecto de dre-nes de papel de filtro, dr, cuando las deformaciones de la probeta superen el dos por ciento.

En la tabla 1 se incluyen los valores de esta correccin para los dimetros de probeta ms usuales. En casos espe-ciales se puede obtener el valor de la correccin por interpolacin.

Tabla 1

Valores de la correccin por efecto de los drenes laterales de papel de filtro

dr

Dimetro de la probetamm

Valor de la correccinkPa

385070

100150

10753,52,5

g) Valor corregido de la tensin desviadora

El valor corregido de la tensin desviadora, (1 3), expresado en kPa, se obtiene mediante la expresin:

(1 3) = (1 3)m mb drh) Se calcula seguidamente los valores de las tensiones:

1 = (1 3) + 3 en kPa

' 1 = 1 - u en kPa

' 3 = 3 - u en kPa

siendo u la presin intersticial.

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i) Se calculan los centros y los radios de los correspondientes crculos de Mhr en rotura, en presiones totales yefectivas, mediante las expresiones siguientes:

Presiones totales Centro (1 + 3) /2Radio (1 3) /2

Presiones efectivas Centro ( 1 + 3) /2Radio ( 1 3) /2

en ambos casos se deben tomar los valores de 1, 3, 1 y 3 correspondientes a la rotura, segn el criterioadoptado para definir sta.

j) Se calcula el coeficiente de presin intersticial A, mediante la expresin:A = (u - u0) / (1 3)

donde

u0 es la presin intersticial de la probeta al comenzar el proceso de rotura.

k) En funcin del mtodo elegido para representar las trayectorias de tensiones se deben calcular los parmetrossiguientes:

s = 1 + 3 / 2

t = 1 - 3 / 2

en el caso de utilizar el mtodo del Massachussets Institute of Technology (M.I.T.), o bien

p = 1 + 2 3 / 3

q = 1 - 3

en el caso de utilizar el mtodo de Cambridge.

10.2 Ensayo consolidado, con drenaje y con medida del cambio de volumenEn este tipo de ensayo, durante la etapa de rotura a compresin de la probeta, se mantiene constante la presin ex-terna de la clula y se permite el drenaje libre a la muestra, aplicando una velocidad de deformacin constante cal-culada segn se indica en el apartado 9.2.3. Durante todo el proceso se mide el volumen de agua que entra o salede la probeta por medio del medidor de cambio de volumen.

Se coloca la clula triaxial sobre el plato de la prensa si es que los procesos de saturacin y consolidacin se hanrealizado fuera de sta.

Se acciona el plato de la prensa hasta que el pistn de la clula quede a una pequea distancia de la cabeza de apo-yo superior situada sobre la probeta. Se hace una lectura del dispositivo de medida de fuerzas y se anota como va-lor inicial.

Se ajusta la velocidad de avance del plato de la prensa de manera que sea lo ms prxima posible al valor calculadoen 9.2.3., pero siempre por defecto.

Se hacen los ajustes necesarios para que el pistn entre en contacto con la probeta y se comprueba que queda bienalineado para que la carga aplicada lo sea a lo largo del eje vertical de aqulla.

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Se sita el dispositivo para medida de las deformaciones de manera que tenga disponible un recorrido que sea, almenos, igual al 25% de la altura de la probeta.

Se anota la lectura inicial.

Se comprueba que las llaves de conexin a la clula de la presin externa y de la contrapresin estn abiertas.

Se anotan en el modelo de impreso que se muestra en la figura 10, los siguientes datos:

a) Fecha, hora y minutos.

b) Lectura del dispositivo de medida de deformaciones.

c) Lectura del dispositivo de medida de la fuerza.

d) Lectura del equipo de medida de cambio de volumen.

e) Valor de la presin externa.

Se ponen en marcha al mismo tiempo, la prensa y el cronmetro. Se toman lecturas de la deformacin, la fuerzaaplicada a la probeta y el cambio de volumen a intervalos de 0,2% de deformacin hasta alcanzar el 1%, y cada0,5% de ah en adelante. En cualquier caso se deben tomar, cuando menos, 20 lecturas de las tres variables indica-das antes de alcanzar la rotura.

NOTA El procedimiento de ensayo descrito en esta norma, considera que el proceso de rotura de la probeta se realiza con el sistema de con-trapresin conectado, bien a travs del medidor de cambio de volumen, bien a la cara inferior de la probeta, o bien a la inferior y su-perior a la vez. En el caso en que se desee observar la evolucin de la presin intersticial durante el proceso de rotura, a fin de com-probar que no se produce incremento en dicha magnitud, es necesario conectar el sistema de contrapresin a la cara superior de laprobeta y el transductor de presin intersticial a la cara inferior. De esta forma, si se observa un incremento de la presin intersticialcon respecto a la contrapresin de ms de un 4% del valor de la presin externa, se debe reducir la velocidad de deformacin de laprobeta.

Se continua el ensayo una vez alcanzada la rotura de manera que se pueda asegurar que se ha producido realmente.Si el proceso fuera del tipo de deformacin plstica, se detiene el ensayo cuando se alcanza el 20% de deformacin.

Se detiene la prensa y se cierra la llave de conexin de la contrapresin.

Una vez finalizado el proceso de compresin, se deben efectuar las siguientes operaciones:

Se comprueba que la llave de conexin de la contrapresin est cerrada.

Se descarga la fuerza aplicada a la probeta desplazando hacia abajo el plato de la prensa. Se descarga la presin externa y se vaca de agua la clula triaxial.

Se desmonta la clula y se retira la probeta.

Se quita la cabeza superior, la membrana, las placas porosas y las bandas de papel (si es que se han utilizado).

Se hace un esquema de la forma de rotura de la probeta.

Se determina inmediatamente la masa de la probeta, mf, con precisin de 0,01 gramos, y se introduce en estufa ala temperatura adecuada, segn el caso, para desecarla y obtener la masa seca md.

- 23 - UNE 103402:1998

Se calcula a partir de los datos obtenidos, las siguientes magnitudes (vase el modelo de impreso de la figura 10):

a) Deformacin axial (vase 10.1)

b) Deformacin volumtrica debida al proceso de compresin:

v

VVc

donde

V es el cambio de volumen experimentado por la probeta durante el proceso de compresin; esto es, desdeel final de la consolidacin hasta el final de la compresin.

c) rea de la seccin recta de la probeta en la direccin perpendicular al eje1).La superficie de dicha seccin, correspondiente a cualquier tanto por ciento de deformacin y expresada enmilmetros cuadrados es:

AS 1 v1

Ac

donde

Ac es el rea de la seccin recta de la probeta una vez finalizado el proceso de consolidacin, expresada enmilmetros cuadrados. La forma de obtenerla se describe en el apartado 9.2.1.

d) La fuerza axial, P, aplicada a la probeta (vase 10.1).

e) Tensin axial aplicada (vase 10.1).

f) Correccin por efecto de la membrana (vase 10.1).

g) Correccin por el efecto de los drenes de papel de filtro (vase 10.1).

h) Valor corregido de la tensin desviadora (vase 10.1).

i) Se calculan seguidamente los valores de las tensiones:

1 = (1 3) + 3 en kPa

' 1 = 1 u en kPa

' 3 = 3 u en kPa

donde u es la presin intersticial.

1) El clculo de esta seccin se ha realizado suponiendo que, durante el proceso de rotura la forma de la probeta se mantiene cilndrica. Igual-mente se podran utilizar otros criterios, bien tericos o bien de medida directa sobre la probeta.

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j) Se calcula el centro y el radio del crculo de Mhr, mediante las expresiones:Centro ( 1 + 3) /2

Radio ( 1 - 3) /2

tomando los valores 1 y 3 correspondientes a la rotura segn el criterio adoptado para definir sta.

10.3 Ensayo no consolidado, con rotura rpida y sin drenajeEn este ensayo, una vez finalizado el montaje y sin realizar previamente ni la saturacin ni la consolidacin de laprobeta, se sita la clula triaxial en la prensa y se acciona el plato de sta hasta que el pistn quede a una pequeadistancia de la cabeza de apoyo superior situada sobre la probeta.

Se aplica la presin externa y se comprueba que la llave de conexin de la contrapresin est cerrada.

Se selecciona la velocidad de rotura de manera que est comprendida entre el uno por ciento y el dos por ciento porminuto de la altura inicial de la probeta, L0.

Se hacen los ajustes necesarios para que el pistn de la clula entre en contacto con la probeta y se comprueba quequeda bien alineado para que la carga aplicada lo sea a lo largo del eje vertical de aqulla.Se sita el dispositivo para medida de las deformaciones de manera que tenga disponible un recorrido que sea almenos al 25% de la altura de la probeta.

Se anota la lectura inicial.

Se anotan en el modelo de impreso que se muestra en la figura 11, los siguientes datos:

a) Fecha, hora y minutos.

b) Lectura del dispositivo de medida de deformaciones.

c) Lectura del dispositivo de medida de la fuerza.

d) Valor de la presin externa.

Se ponen en marcha, al mismo tiempo, la prensa y el cronmetro. Se toman lecturas de la deformacin y de lafuerza ejercida sobre la probeta a intervalos de 0,2% de deformacin hasta alcanzar el 1%, y cada 0,5% de ah enadelante. En cualquier caso se deben tener, cuando menos, 20 lecturas de las variables indicadas antes de alcanzarla rotura.

NOTA En muestras duras o de materiales rgidos, se puede producir la rotura para deformaciones inferiores al 1%. En tales casos, si no sedispone de un sistema automtico de toma de datos, es conveniente tomar lecturas fijando intervalos de carga en lugar dedeformacin, para as acumular datos suficientes antes de llegar a la rotura.

Se continua el ensayo una vez alcanzada la rotura de manera que se pueda asegurar que sta se ha producido real-mente. Si el proceso es de deformacin plstica, se detiene el ensayo al alcanzar el 20% de deformacin.

Una vez finalizado el proceso de rotura se efectuen las siguientes operaciones:

Se comprueba que las llaves de conexin de la contrapresin y de la presin intersticial estn cerradas.

Se descarga la fuerza aplicada a la probeta, desplazando hacia abajo el plato de la prensa.

- 25 - UNE 103402:1998

Se desmonta la clula y se retira la probeta.

Se quita la cabeza superior, la membrana, las placas porosas y las bandas de papel (si es que se han utilizado).

Se hace un esquema de la forma de rotura de la probeta.

Se determina inmediatamente la masa de la probeta, mf, con precisin de 0,01 g, y se introduce en estufa a latemperatura adecuada, segn el caso, para desecarla, obteniendo as su masa seca, md.

Se calcula a partir de los datos obtenidos las siguientes magnitudes (vase el modelo de impreso de la figura 11):

a) Deformacin axial (vase 10.1).

b) rea de la seccin recta de la probeta en la direccin perpendicular al eje (vase 10.1).c) Fuerza axial, P, aplicada a la probeta (vase 10.1).

d) Tensin axial aplicada (vase 10.1).

e) Correccin por el efecto de la membrana (vase 10.1).

f) Correccin por el efecto de drenes de papel de filtro (vase 10.1).

g) Valor corregido de la tensin desviadora (vase 10.1).

h) Se calcula seguidamente el valor de la tensin:

1 = (1 3) + 3 en kPa

i) Se calculan los centros y los radios de los crculos de Mhr en presiones totales, segn las expresiones inclui-das en 10.1.

11 GRFICOS Y RESULTADOSSe representa de forma grfica los datos siguientes:

a) La relacin desviador-deformacin para cada una de las probetas ensayadas, colocando en abscisas el tanto porciento de deformacin y en ordenadas la tensin desviadora corregida. (Vanse los modelos de impreso que semuestran en las figuras 12 y 13).

b) En los ensayos consolidados, sin drenaje y con medida de la presin intersticial, la variacin de esta magnituden funcin de la deformacin. Normalmente se representa en abscisas el tanto por ciento de deformacin y enordenadas los valores de la presin intersticial. (Vase el modelo de impreso que se muestra en la figura 12).

c) En los ensayos consolidados y con drenaje, la variacin del volumen en funcin de la deformacin, represen-tando en abscisas el tanto por ciento de deformacin y en ordenadas los cambios de volumen. (Vase el mode-lo de impreso que se muestra en la figura 13).

d) Los crculos de Mhr correspondientes a la rotura, situando en abscisas los centros de los semicrculos, conlos correspondientes radios calculados segn se indica con anterioridad (vase figura 4).

La escala utilizada debe ser la misma en ambos ejes. (Vase el modelo de impreso que se muestra en la figu-ra 14).

UNE 103402:1998 - 26 -

12 INFORME DEL ENSAYO

En el informe del ensayo final se deben incluir los resultados y datos considerados en los modelos de impreso delas figuras 12 y 13 (segn se trate de un ensayo sin drenaje y con medida de la presin intersticial, o con drenaje ymedida del cambio del volumen) y en el modelo de impreso de la figura 14.

Los dems modelos de impreso se utilizan durante la ejecucin del ensayo y la elaboracin de los datos, pero no seincluyen en el informe final.

13 CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS

Esta norma concuerda esencialmente con:

BS 1377: Part 7 y 8:1990.

- 27 -

UN

E 103402:1998

Fig. 1 Clula triaxial

UN

E 103402:1998

- 28 -

Fig. 2 Disposicin general de los aparatos en el ensayo triaxial

- 29 -

UN

E 103402:1998

Fig. 3 Curva para la correccin por efecto de la membrana para probetas de 38 mm de dimetroy espesor de membrana de 0,2 mm (efecto barril)

UNE 103402:1998 - 30 -

Fig. 4 Crculos de Mhr en tensiones totales y efectivas

- 31 - UNE 103402:1998

TRABAJO N ....... LOCALIZACIN ........................... MUESTRA N ..............

Tipo de ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

InalteradaTipo de muestra:

Remoldeada

Probeta N I II III IV

Presin externa, 3 (kPa)Referencia clula

Referencia aparato presin externa

Referencia aparato cambio volumen

Volumen del molde, V en cm3

Densidad buscada, (g/cm3)Humedad inicial del suelo, wo (%)

Muestra utilizada, mh= V (g)

Humedad deseada, wd (%)

Agua aadida, a mh (g)

Masa inicial de la probeta, mo (g)Masa al final del ensayo, mf (g)Masa seca probeta, md (g)Agua inicial, a1 = mo md (g)Agua final, a2 = mf md (g)Humedad inicial, wi = (a1/md) 100 (%)Humedad final, wf = (a2/md) 100 (%)Dimetro inicial medio, di (mm)Seccin inicial, Ao (mm2)Altura inicial media, Lo (mm)Volumen inicial, Vo = Ao Lo 10-3 (cm3)Densidad seca, d = md/Vo (g/cm3 o Mg/m3)

Observaciones:

Fig. 5 Modelo de impreso para expresin de los datos de las probetas

UNE 103402:1998 - 32 -

TRABAJO N ....... LOCALIZACIN ........................... MUESTRA N ..............

Tipo de ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

InalteradaTipo de muestra:

Remoldeada

Drenes laterales: SI/NO

Procedicimiento de saturacin: Por incremento de la presin externa y de la contrapresinA humedad constante

Probeta N : Presin externa, 3 (kPa):

Presin externakPa Contra-

presinkPa

Presininstersticial

kPaCoeficiente, B

B= u/3

Cambio de volumencm3

3 3 u uAntes

V1Despus

V2Dife-

rencia

Observaciones: Volumen total deagua absorbido por

la probetacm3

Fig. 6 Modelo de impreso para expresin de los datos de saturacin

- 33 - UNE 103402:1998

TRABAJO N ....... LOCALIZACIN ........................... MUESTRA N ..............

Drenes laterales: SI/NO Dimetro inicial, Do (mm):

Presin clula, 3 (kPa): Longitud inicial, Lo (mm):

Presin externa efectiva, ' 3 (kPa): rea inicial, Ao (mm2):

Volumen inicial, Vo (cm3):

Datos consolidacin

Fecha Hora Tiempo transcu-rrido, t

Indicador cambiovolumen

Presin intersticial

min Lecturacm3

Diferenciacm3

Lecturau

kPa

Diferencia(ui u)

kPa

DisipacinU%

0 0 0 0 0

Cambio de volumen total, Vc

Fig. 7 Modelo de impreso para expresin de los datos de consolidacin

UNE 103402:1998 - 34 -

Volumen probeta consolidada, Vc = Vo Vc (cm3)=

Deformacin volumtrica, v = Vc/Vo:

Longitud probeta consolidada, Lc = Lo (1 v) (mm):

rea probeta consolidada, Ac = Ao (1 v) (mm2):

Del grfico, = t100 (min)=

Tiempo rotura, tf (min) =

Deformacin estimada rotura, f (%) =

Velocidad de rotura, V (mm/min) =

Fig. 8 Modelo de impreso para expresin de resultado en la determinacin de la velocidad de rotura

TRABAJO N : MUESTRA N : LOCALIZACIN:- 35 -

UN

E 103402:1998

Presin clula, 3 (kPa): Velocidad prensa, V (mm/min): Velocidad deformacin (%/h):

Longitud probeta consolidada, Lc (mm) = rea probeta consolidada, Ac (mm2) =

Volumen probeta consolidada, Vc /cm3) = Presin lateral efectiva deseada, ' 3 (kPa) =

Espesor membrana (mm) = Drenes laterales: SI/NO

Datos de rotura

Fecha Hora Deformacin axial rea Fuerza axial Presin de poros Tensin desviadora Tensiones principales CoeficienteA Trayectoria de tensiones

Lectura L(mm) As

(mm2)Lectura

RDiferencia

RRoCt

(N/div)P

/N)u

(kPa)uuo(kPa)

(13)m(kPa)

mb+ dr(kPa)

(13)(kPa)

1(kPa)

'1(kPa)

'3(kPa)

S'(kPa)

t'(kPa)

0 0 0 0 0 0 0

Fig. 9 Modelo de impreso para expresin de resultados del ensayo triaxial a compresin consolidado,sin drenaje y con medida de presiones intersticiales

TRABAJO N : MUESTRA N : LOCALIZACIN: UNE

103402:1998- 36 -

Presin clula, 3 (kPa): Velocidad prensa, V (mm/min): Velocidad deformacin (%/h):

Longitud probeta consolidada, Lc (mm) = rea probeta consolidada, Ac (mm2) =

Volumen probeta consolidada, Vc /cm3) = Presin lateral efectiva deseada, ' 3 (kPa) =

Espesor membrana (mm) = Drenes laterales: SI/NO

Datos de rotura

Fecha Hora Deformacin axial Fuerza axial Volumen muestra rea Tensin desviadora Tensiones principales Trayectoria detensiones

Lectura L(mm) Lectura

RDiferencia

RRoCt

(N/div)P

/N)Lectura

(cm3)Diferencia

(cm3) vAs

(mm2)(13)m

(kPa)mb+ dr

(kPa)(13)(kPa)

1(kPa)

'1(kPa)

'3(kPa)

S'(kPa)

t'(kPa)

0 0 0 0 0 0

Fig. 10 Modelo de impreso para expresin de resultados del ensayo triaxial a compresin consolidado,con drenaje y con medida del cambio de volumen

TRABAJO N : MUESTRA N : LOCALIZACIN:- 37 -

UN

E 103402:1998

Presin clula, 3 (kPa): Velocidad prensa, V (mm/min): Velocidad deformacin (%/h):

Longitud probeta consolidada, Lc (mm) = rea probeta consolidada, Ac (mm2) =

Volumen probeta consolidada, Vc /cm3) = Presin lateral efectiva deseada, ' 3 (kPa) =

Espesor membrana (mm) = Drenes laterales: SI/NO

Datos de rotura

Fecha Hora Deformacin axial rea Fuerza axial Tensin desviadora Tensiones principales Trayectoria detensiones

Lectura L(mm) As

(mm2)Lectura

RDiferencia

RRoCt

(N/div)P

(N)(13)m

(kPa)mb+ dr

(kPa)(13)(kPa)

1(kPa)

'1(kPa)

'3(kPa)

S'(kPa)

t'(kPa)

0 0 0 0 0 0

Fig. 11 Modelo de impreso para expresin de resultados del ensayo triaxial a compresin no consolidado,con rotura rpida y sin drenaje

UNE 103402:1998 - 38 -

N TRABAJO DENOMINACIN N MUESTRA

PROBETA N

kPa

Fig. 12 Modelo de impreso para la representacin de las curvas de rotura y de presiones instersticiales

- 39 - UNE 103402:1998

N TRABAJO DENOMINACIN N MUESTRA

PROBETA N

kPa

Fig. 13 Modelo de impreso para la representacin de las curvas de rotura y de cambio de volumen

Probeta NU

NE

103402:1998- 40 -

N TRA

BAJO:

DENO

MIN

ACIN

:

N M

UESTRA

:

I II III IV V Tipo de muestra . . . . . . . . . Diam. . . . . . . . . . .P. externa Tipo de ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .% Humedad inicial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .% Humedad finalDensidad seca% Def. a la roturaV. Ensayo 1% def.Observaciones: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

- - - - - Presiones totales

Presiones efectivas

T

e

n

s

i

o

n

e

s

t

a

n

g

e

n

c

i

a

l

e

s

k

P

a

Tensiones normales kPa

Fig. 14 Modelo de impreso para la representacin de los crculos de Mhr

Direccin C Gnova, 6 Telfono 91 432 60 00 Fax 91 310 40 3228004 MADRID-Espaa

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