Triaxial Ultimos

7/21/2019 Triaxial Ultimos

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ESTABILIDAD DE TALUDES

I N G. C I V I LU A N C V

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E N S A Y O T R I A X I A L 2 0 1 5

Universidad ndina Nstor Cceres Velsquez

INTEGRANTES DEL GRUPO:

APAZA PARI, Roy Edilson

COAQUIRA COAQUIRA, Diego

LAURA CALLO, Leo

GUEVARA BENAVENTE, Omar

ARCANA SAMILLAN, Ivn GUDIEL

LERMA CATAKORA, Edwin Junior

TORRES ZARATE, Katherine

DOCENTE: RINA YAMPARA TICONA

MATERIA: ESTABILIDAD DE TALUDES

SEMESTRE: IX - B

Ingenieria Civil


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ENSAYO TRIAXIAL

(ASTM D718111, ASTM D476711, ASTM D2850)(MTC E 1312000, AASHTO T 296, AASHTO T 297-94)

1. Generalidades

Debido a que el suelo es un material tan complejo, ninguna prueba bastarpor si sola para estudiar todos los aspectos importantes del comportamiento es-fuerzo-deformacin.

El ensayo Triaxial constituye el mtodo ms verstil en el estudio de las pro-piedades esfuerzo-deformacin. Con este ensayo es posible obtener una gran va-riedad de estados reales de carga.

Esta prueba es la ms comn para determinar las propiedades esfuerzo-deformacin. Una muestra cilndrica de un suelo es sometida a una presin deconfinamiento en todas sus caras. A continuacin se incrementa el esfuerzo axialhasta que la muestra se rompe. Como no existen esfuerzos tangenciales sobrelas caras de la muestra cilndrica, el esfuerzo axial y la presin de confinamiento,son los esfuerzos principal mayor y principal menor respectivamente. Al incre-

mento de esfuerzo axial, se denomina esfuerzo desviador.A diferencia del ensayo de corte directo, en el aparato de compresin triaxial

el plano de rotura de la muestra ensayada no est fijado a priori, sino que permiteque ste se genere de forma natural y adopte la orientacin ms desfavorable.Adems, en el aparato triaxial es posible controlar a voluntad el drenaje de lamuestra y la velocidad de aplicacin de la carga, lo que permite reproducir cual-quier situacin presente en el suelo en su estado inalterado.

Los aparatos triaxiales tienen en comn el que aplican sobre el contorno de lamuestra nicamente tensiones normales, es decir, tensiones principales. Entreellos destaca el que comnmente se designa con el nombre de aparato triaxial,que es realmente un aparato de compresin cilndrica, pues permite aplicar unatensin sobre el contorno lateral del cilindro, y otra distinta segn su eje.

El ensayo se realiza en una cmara de pared transparente (cmara triaxial)llena de lquido, en la que se coloca la probeta cilndrica de suelo que, salvo quese adopten precauciones especiales, tiene una altura igual a dos veces su dime-tro, forrada con una membrana de caucho. Esta membrana va sujeta a un pedes-tal y a un cabezal sobre los que se apoyan los extremos de la probeta.


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La primera, en la que la probeta de suelo es sometida a una presin hidrost-tica de fluido, con esfuerzos verticales iguales a los horizontales. Durante estaetapa, se dice que la probeta es "consolidada" si se permite el drenaje del fluido

de los poros. Alternativamente, si el drenaje no puede ocurrir se dice que la pro-beta es "no consolidada.En la segunda etapa, llamada de aplicacin del Esfuer-zo Desviador, se incrementan los esfuerzos verticales (desviadores) a travs delpistn vertical de carga, hasta la falla. En esta etapa el operador tiene tambin laopcin de permitir el drenaje y por lo tanto eliminar la presin neutra o mantenerla vlvula correspondiente cerrada sin drenaje. Si la presin neutra es disipada sedice que el ensayo es "drenado", en caso contrario se dice que el ensayo es "nodrenado.

As los ensayos triaxiales pueden ser clasificados en:

Consolidados-drenados (CD) o lentos (S). Se permite el drenajedurante todo el ensayo, y no se dejan generar presiones neutrasaplicando los incrementos de carga en forma pausada durante lesegunda etapa y esperando que el suelo se consolide con cada in-cremento.

Consolidados-no drenados (CU) o consolidados rpidos (RC). Sepermite el drenaje durante la primera etapa solamente.

No consolidados-no drenados (UU) o rpidos (Q). Se impide eldrenaje durante las dos etapas del ensayo.

La Resistencia al Esfuerzo Cortante de un suelo (f ), en funcin de los es-fuerzos totales, se determina usando la Ley de Coulomb:

f = c + tan

Generalmente cada prueba se realiza con tres o cinco probetas de la mismamuestra de suelo, bajo esfuerzos confinantes distintos. La representacin de losresultados en el diagrama de Mohr est constituida por una serie de crculos, cu-

ya envolvente permite obtener los parmetros del suelo estudiado en el intervalode esfuerzos considerado.


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2. Mtodo de prueba de compresin triaxial consolidado - drenado de Suelos

2.1 Alcance

Este mtodo de ensayo cubre la determinacin en relacin de la fuerza ytensin-deformacin de una muestra cilndrica de suelo ya sea alterado oinalterado. Las muestras se consolidan y cizallan en compresin con dre-naje a una velocidad constante de deformacin axial (tensin controlada)

Este mtodo de ensayo proporciona para el clculo de tensiones principa-les y de compresin axial mediante la medicin de la carga axial, la defor-macin axial, y cambios volumtricos.

Este mtodo de ensayo proporciona datos tiles en la determinacin deresistencia y deformacin propiedades tales como envolvente de Mohr.Generalmente, tres muestras se prueban a diferentes tensiones de conso-lidacin efectiva para definir una envolvente de falla

Si este mtodo de ensayo se utiliza en suelo cohesivo, una prueba puedetardar semanas en completarse.

La determinacin de la envolvente de falla y el desarrollo de las relaciones

de ayuda a la hora de interpretar y evaluar los resultados de la prueba es-tn fuera del mbito de aplicacin de este mtodo de ensayo y deben serrealizados por un calificado, con experiencia profesional.

Todos los valores observados y calculados debern ajustarse a las direc-trices para los dgitos significativos y redondeo establecido en D6026.

Los mtodos utilizados para especificar cmo se recogen los datos, calcu-lados o registrados en esta norma se consideran el estndar de la indus-tria. Adems, ellos son representativos de las cifras significativas que ge-

neralmente debe ser retenidos. Los procedimientos utilizados no tienen encuenta las variaciones del material, el propsito de la obtencin de los da-tos, estudios de propsito especial o cualquier consideracin sobre el usofinal. Est ms all del alcance de este mtodo de prueba para considerardgitos significativos utilizados en los mtodos de anlisis para el diseo deingeniera.

Unidades de los valores indicados en unidades SI deben ser consideradoscomo los estndares. Las unidades pulgada-libra figuran entre parntesis

son conversiones matemticas, que se proporcionan nicamente con finesinformativos y no se consideran estndar. Notificacin de los resultados de


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la prueba en unidades distintas de la SI no se considerar como no con-formidad con este mtodo de ensayo.

Esta norma puede involucrar materiales peligrosos, operaciones y equipos.Esta norma no pretende considerar todos los problemas de seguridad, silos hay, asociados con su uso. Es responsabilidad del usuario de estanorma establecer prcticas de seguridad y salud y determinar la aplicabili-dad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso.

2.2 Caractersticas:

Es lento

Fcil de hacer

Es el ms utilizado

La velocidad de ensayo no debe permitir presiones de poros superiores a50% de la presin de confinamiento.

Se gasta mucho tiempo para encontrar la resistencia a esfuerzos efectivos

para un rango de presiones de consolidacin.

Se requiere ensayar varias muestras.

Los resultados son tiles para estabilidad de taludes en corte.

2.3 Importancia y Uso

La resistencia al corte de un suelo saturado en compresin triaxial depen-de de las tensiones aplicadas, el tiempo de consolidacin, la velocidad dedeformacin, y el historial de tensin experimentado por el suelo.

En este mtodo de ensayo, las caractersticas de corte se miden en lascondiciones drenadas y son aplicables a las condiciones donde los sueloshan sido consolidadas por integracin global en virtud de las tensionesnormales existentes y los cambios normales de tension bajo condiciones

drenadas similares a los del mtodo de prueba de campo.

La resistencia al corte determinado a partir de este mtodo de ensayo sepuede expresar en trminos de tensin eficaz porque una velocidad de de-formacin o la tasa de aplicacin de la carga lo suficientemente lento comopara permitir la disipacin de la presin de poro durante el corte se utilizapara minimizar las condiciones de exceso de presin de poros. La resis-tencia al corte puede aplicarse a las condiciones de campo donde puedeocurrir el drenaje completo (condiciones drenadas), y las condiciones deesfuerzo de campo son similares a los del mtodo de ensayo.


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La resistencia al corte determinado a partir de la prueba se utiliza comn-mente en la estabilidad del terrapln anlisis, clculos de la presin de latierra, y diseo de la cimentacin.

2.4 Expresin grafica

En la primera etapa se satura la muestra completamente de agua, en lasegunda esta es consolidada bajo una presin isotrpica de cmara y en latercera etapa se aplica una carga axial, que va incrementndose a un ritmosuficientemente lento para que no se presente un incremento en la presin deporos. Con un drenado total y una velocidad adecuada, se asegura que lapresin de poros en la muestra permanezca constante, entonces el incremen-to en el esfuerzo efectivo es igual al incremento del esfuerzo total ( = ).Se utiliza la vlvula C para vigilar la presin de poros, con la vlvula A y laslecturas de los deformmetro que controlan la carga y la deformacin verticalse mide el cambio de volumen de la probeta. El objetivo del ensayo es deter-minar los parmetros de resistencia efectivos c' y ' del suelo.

Para determinar los esfuerzos principales y dibujar el crculo de esfuerzode Mohr se procede de la misma manera que para el caso del ensayo UU,entonces se grafica la variacin de la deformacin vertical respecto al esfuer-zo desviador mostrada en la Figura 6.56.

Figura 6.57. Deformacin vertical en funcin al esfuerzo desviador en un ensayo triaxial CD.
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Obteniendo de la curva mostrada en la Figura 6.56 el esfuerzo desvia-dor de falla (d)fque puede ser el valor pico o crtico, se determina el esfuerzoprincipal mayor con la expresin:

('1)f= ('3)f+ (d)f [6.42]

El esfuerzo principal menor efectivo de falla ('3)f, ser el esfuerzo isotr-pico aplicado en la cmara para la consolidacin de la probeta. Para trazar laenvolvente de falla y determinar los parmetros de resistencia efectivos, sedeben trazar tres crculos (Figura 6.57).

Figura 6.58.Envolvente de falla para un suelo Tipo I en un ensayo triaxial CD.
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3. Mtodo de prueba de compresin triaxial consolidado - no drenado de Sue-los

3.1 Alcance

Este mtodo de ensayo cubre la determinacin de la fuerza y esfuerzo-deformacin relaciones de una muestra cilndrica de cualquier suelo cohe-sivo saturado alterado, inalterado o remodelado. Las muestras son isotr-picamente consolidadas y cizalladas en la compresin sin drenaje a unavelocidad constante de deformacin axial (esfuerzo controlado).

Este mtodo de ensayo proporciona para el clculo de esfuerzos totales yefectivos, y la compresin axial mediante la medicin de la carga axial, la

deformacin axial, y la presin de poros.

Este mtodo de ensayo proporciona datos tiles en la determinacin de laspropiedades de resistencia y deformacin de suelos cohesivos tales comoenvolvente de falla de Mohr y el mdulo de Young. Generalmente, tresmuestras se prueban a diferentes esfuerzos de consolidacin efectiva paradefinir un envolvente de falla.

La determinacin de las envolventes de falla y el desarrollo de las relacio-

nes de ayuda a la hora de interpretar y evaluar los resultados de la pruebaestn fuera del mbito de aplicacin de este mtodo de ensayo y debenser realizados por un calificado, con experiencia profesional.

Todos los valores observados y calculados debern ajustarse a las direc-trices para los dgitos significativos y redondeo establecido en D6026 Prc-tica.

Los mtodos utilizados para especificar cmo se recogen los datos, calcu-lados o registrados en esta norma se consideran el estndar de la indus-

tria. Adems, ellos son representativos de las cifras significativas que ge-neralmente debe ser retenidos. Los procedimientos utilizados no tienen encuenta la variacin del material, el propsito de la obtencin de los datos,estudios de propsito especial o ninguna consideracin de uso final. Estms all del alcance de este mtodo de prueba para considerar dgitossignificativos utilizados en los mtodos de anlisis para el diseo de inge-niera.

Unidades de los valores indicados en unidades SI deben ser consideradoscomo los estndares. Las unidades pulgada-libra figuran entre parntesisson conversiones matemticas que se proporcionan nicamente con fines


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informativos y no se consideran estndar. Notificacin de los resultados dela prueba en unidades distintas del SI no se considerar como una no con-formidad con este mtodo de ensayo.

Es una prctica comn en la profesin de ingeniera / construccin de utili-zar simultneamente libras para representar tanto una unidad de masa(lbm) y de la fuerza (lbf). Esto combina implcitamente dos sistemas sepa-rados de las unidades; es decir, el sistema absoluto y el sistema gravita-cional. Es cientficamente deseable combinar el uso de dos sistemas sepa-rados de unidades pulgada-libra dentro de una nica norma. Como se hadicho, esta norma incluye el sistema gravitacional de unidades pulgada-libra y no utiliza / presentar la unidad babosa para la masa. Sin embargo,el uso de saldos o escalas de grabacin libras de masa (lbm) o la densidadde grabacin en lbm / ft3 no se considerar como una no conformidad con

esta norma.

La densidad trminos y unidad de peso se usan indistintamente. La densi-dad es la masa por unidad de volumen mientras que el peso unidad es lafuerza por unidad de volumen. En esta densidad estndar se da slo enunidades del SI. Despus de la densidad ha sido determinada, la unidadde peso se calcula en SI o en unidades pulgada-libra, o ambos.

3.2 Caractersticas

Este ensayo tambin denominadoensayo consolidado rpido (R),consta detres etapas (saturacin, consolidacin y compresin). Primeramente la probe-ta es saturada completamente de agua, luego incrementando la presin decmara es consolidada, esta etapa lleva al suelo a un estado prescrito de vo-lumen y de presin de poros, a partir del cual se pueden medir con exactitudlos siguientes cambios de volumen o de presin de poros que ocurrirn du-rante el ensayo. Finalmente cuando se ha disipado el exceso de presin deporos al valor de la contrapresin original 3se cierran las vlvulas de drena-je para empezar la compresin, donde la probeta llegar al punto cedente sin

drenado. Cuanto mayor sea la presin de cmara 3mayor ser el esfuerzodesviador necesario para producir la falla.La duracin de la etapa de consolidacin depende al tipo de suelo y al tama-o de la probeta, en algunos casos esta etapa puede durar hasta 48 horas;mientras que la etapa de compresin puede durar de 10 minutos hasta 2 ho-ras.

El objetivo del ensayo es determinar los parmetros efectivos c' y ',ya queestos gobiernan la resistencia al corte del suelo y determinar tambin algunascaractersticas respecto al cambio de volumen y rigidez del suelo. Para dibu-

jar el crculo de esfuerzos de Mohr que condicionar la envolvente de falla
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deben determinarse los esfuerzos principales 1y 3, para lo cual se reco-lectan peridicamente los valores de los deformmetros que controlan el anillode carga y la deformacin vertical (DL) de la probeta durante la compresin ytambin la presin poros en la probeta.

Con el rea corregida A de la probeta puede determinarse el esfuerzo des-viador que acta en la probeta. Midiendo el exceso de presin de porosudurante la etapa de compresin, se puede determinar el parmetro A deSkempton que ser:

3.3 Importancia y Uso

La resistencia al corte de un suelo saturado en compresin triaxial depen-de de las tensiones aplicadas, el tiempo de consolidacin, la velocidad dedeformacin, y la historia estrs experimentado por el suelo.

En este mtodo de ensayo, las caractersticas de corte se miden en condi-

ciones no drenadas y es aplicable a las condiciones de campo donde lossuelos que han sido consolidadas por integracin global bajo un conjuntode tensiones se someten a un cambio en la tensin sin tiempo para unamayor consolidacin a tener lugar (condicin no drenada), y las condicio-nes de esfuerzo de campo son similares a aquellos en el mtodo de ensa-yo.

Utilizando la presin de poro medido durante la prueba, la resistencia alcorte determinado a partir de este mtodo de ensayo se puede expresar entrminos de los esfuerzos efectivos. Esta resistencia a al corte se puedeaplicar a las condiciones donde puede ocurrir el drenaje completo (condi-

ciones drenadas).

La resistencia al corte determina a partir de la prueba de expresarse entrminos de tensiones totales (condiciones no drenadas) o tensiones efec-tivas (condiciones drenadas) se utiliza comnmente en la estabilidad delterrapln anlisis, clculos de la presin de la tierra, y diseo de la cimen-tacin.

No obstante las declaraciones de precisin y sesgo contenidas en este m-todo de ensayo. La precisin de este mtodo de ensayo depende de lacompetencia del personal que realice y la idoneidad de los equipos y las

instalaciones utilizadas.
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Se grafica el esfuerzo desviador d en funcin a la deformacin vertical e,

tambin el exceso de presin de poros y el parmetro A de Skempton, comose muestra en la Figura 6.54. La curva que corresponde al esfuerzo desvia-dor de falla ()f tendr un valor pico o crtico segn al Tipo de suelo donde al-guno de estos se considerar el instante de falla, para este instante de fallase tendr un valor del exceso de presin de poros y del coeficiente A.

Figura 6.55. Deformacin vertical en funcin a d, uy A en un triaxial CU en suelo Tipo II.

Figura 6.56. Envolvente de falla para un suelo Tipo II en un ensayo triaxial CU.
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La presin que se aplic en la celda para consolidacin ser el esfuerzo prin-cipal menor 3, por lo cual el esfuerzo efectivo principal menor y mayor en la

falla ser:

Teniendo los esfuerzos principales puede entonces graficarse el crculo deesfuerzo de Mohr, se realizan como mnimo tres ensayos para trazar una

adecuada envolvente de falla. Con el parmetro puede describirse caracte-

rsticas particulares del suelo, los rangos de variacin de este parmetro paralos diversos suelos se presentan en la tabla 6.5.

Tabla 6.4. Rango de valores de A en la falla para diversos suelos.

En este ensayos la resistencia al corte permanece prcticamente constantepara un intervalo grande de los valores de presin de menores que la presinde sobreconsolidacin. Las arcillas NC muestran una resistencia adicionalcon respecto a la obtenida, esta es atribuible a los mismos efectos de sobre-consolidacin, estos efectos son comparativamente mayores a los del ensayodrenado debido a que se impide el drenaje. En los casos de obras que estnsobre depsitos de arcilla en las cuales el tiempo de construccin se extiendepor tiempo razonablemente largo, puede suponerse que al final de la cons-truccin se habr producido algn grado de consolidacin. Si en ese momen-to las solicitaciones de corte que se generan tienen magnitud suficiente paraproducir la falla, sta se producir rpidamente sin drenaje adicional. Estecomportamiento se modela en el ensayo consolidado no drenado, en el cualla muestra se consolida bajo la presin de cmara y luego se lleva a la ruptu-ra aumentando el esfuerzo desviador sin permitir el drenaje. Este ensayo esaplicado en muestras alteradas e inalteradas de arcilla y tambin en arena ygrava.
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4. Mtodo de prueba de compresin triaxial no consolidado - no drenado deSuelo.

4.1 Alcance

Este mtodo de ensayo cubre la determinacin de las relaciones de fuerzay esfuerzo-deformacin de una muestra cilndrica de cualquiera de suelocohesivo alterada o inalterada. Las muestras se someten a una presin defluido de confinamiento en una cmara triaxial. No se permite el drenaje dela muestra durante el ensayo. La muestra se corta en la compresin sindrenaje a una velocidad constante de deformacin axial (esfuerzo contro-lado).

Este mtodo de ensayo proporciona datos para determinar las propieda-des de resistencia sin drenar y la relacin esfuerzo-deformacin de lossuelos. Este mtodo de ensayo proporciona para la medicin del total delas tensiones aplicadas a la muestra, es decir, las tensiones no se corrigenpara la presin de agua de los poros.

La determinacin de la resistencia a compresin simple de suelos cohesi-vos est cubierto por la norma ASTM D 2166.

La determinacin de la fuerza consolidada, sin drenaje de suelos cohesi-vos con medicin de la presin de poro est cubierto por la norma ASTM D4767.

Los valores indicados en unidades SI deben ser considerados como el es-tndar. Los valores indicados en unidades pulgada-libra y entre parntesisson aproximadas.

Esta norma no pretende considerar todos los problemas de seguridad, si

los hay, asociados con su uso. Es responsabilidad del usuario de estanorma establecer prcticas de seguridad y salud y determinar la aplicabili-dad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso.

4.2 Caractersticas

A este ensayo se lo denomina tambinensayo rpido (Q) donde no se permi-te en ningn momento el drenaje. La probeta no es consolidada, por lo tantono se disipa la presin de poros durante la aplicacin de la presin isotrpicade cmara s3 en la etapa de saturacin.

Despus de establecer la presin de confinamiento en la cmara, se conectala prensa para aplicar la carga axial, se deben tomar lecturas de los deform-
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metros de deformacin y de carga a intervalos regulares, de este ltimo hastaque se produzca la falla o hasta que la deformacin alcance un valor conside-rable (aproximadamente 20%). El incremento del esfuerzo desviador es bas-tante rpido, lo que permite que no se disipe la presin de poros y los resul-tados puedan solo expresarse en trminos de esfuerzo total. La duracin delensayo es de 10 a 15 minutos.

Este ensayo se usa para determinar el parmetro de resistencia no drenadocu y es adecuado para arcillas saturadas. En condiciones no drenadas, lossuelos saturados presentan un esfuerzo de corte crtico que tiende a mante-nerse constante para cualquier valor del esfuerzo normal. Un aumento en elesfuerzo axial ocasiona un aumento semejante en la presin de poros, por lotanto el esfuerzo efectivo normal permanece constante. En una serie de en-sayos no drenados efectuados bajo esfuerzos desviadores diferentes en pro-

betas saturadas con el mismo suelo, los crculos de esfuerzos de Mohr parala combinacin de esfuerzos de falla describirn la envolvente de falla nodrenada como se muestra en la Figura 6.53. La interseccin de la envolventecon el eje de corte define el valor de la cohesin no drenada del suelo (cu).Este parmetro de resistencia del suelo aparentemente es constante. Sinembargo, se deben notar dos condiciones importantes relacionadas con cual-quier valor observado de cu. Primero el valor es relevante slo para una ma-sa de suelo sin drenado y segundo que el valor solo corresponde para un de-terminado contenido de humedad y volumen especfico, por lo que se obten-

dr un valor distinto para un diferente contenido de humedad y volumen es-pecfico.

4.3 Significado y Uso

En este mtodo de ensayo, la resistencia a la compresin de un suelo esdeterminado en funcin de la tensin total, por lo tanto, la fuerza resultantedepende de la presin desarrollada en el fluido de porodurante la carga. En este mtodo de ensayo, no se permite el flujo de flui-do desde o hacia la muestra de suelo como se aplica la carga, por lo tanto,

la presin de poro resultante, y por lo tanto la fuerza, difiere de que sedesarrollaron en el caso en que se puede producir el drenaje.

Si las muestras de prueba estn 100% saturados, la consolidacinno puede ocurrir cuando se aplica la presin de confinamiento ni duranteNo se permite la porcin de corte de la prueba desde el drenaje.Por lo tanto, si varias muestras del mismo material se ponen a prueba,y si todos ellos son aproximadamente el mismo contenido de agua yrelacin de vacos cuando se ponen a prueba, tendrn aproximadamente

la misma resistencia al corte sin drenaje. La envolvente de rotura de Mohrpor lo general ser una lnea recta horizontal en toda la gama


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de las tensiones de confinamiento aplicadas a las muestras si los espec-menes estn totalmente saturados.

Si las muestras de ensayo estn parcialmente saturados o compactado,donde el grado de saturacin es menor que100%, la consolidacin puede ocurrir cuando la presin de confinamientoes aplicado durante el corte, a pesar de que no est permitido el drenaje.Por lo tanto, si varias muestras parcialmente saturados de lamismo material se prueban a diferentes esfuerzos de confinamiento, queno tendr la misma resistencia al corte sin drenaje. Por lo tanto, laenvolvente de Mohr para triaxial no drenada no consolidadapruebas en suelos parcialmente saturados generalmente es curva.

La fuerza triaxial no drenada no consolidada es aplicable

a las situaciones en las que se asumieron las cargas que tenga lugar demanera rpidamente que no hay tiempo suficiente para el agua intersticialinducida la presin se disipe y la consolidacin que se produzca durante elperodo de carga (es decir, el drenaje no se produce).

Las resistencias a la compresin se determinaron utilizando este procedi-miento no puede aplicarse en los casos en que las condiciones de cargaen el campo diferir significativamente de los utilizados en este mtodo deensayo.


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

Para poder dibujar el crculo de Mohr de esfuerzos es indispensable de-terminar los esfuerzos principales 1y 3. Durante el ensayo triaxial (UU),se recolectan peridicamente valores de los deformmetros que controlanel anillo de carga y la deformacin de la probeta (DL). La deformacin ver-tical e, es calculada con la siguiente expresin:
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Dnde:

= Deformacin vertical del espcimen de suelo.= Deformacin del espcimen registrado por el deformmetro.= Longitud inicial del espcimen de suelo.

La carga P que transmite el vstago a la probeta de suelo es el productode la medida que registra el deformmetro ubicado en el anillo de cargamultiplicado por el factor de calibracin del anillo, es decir:

P = (Lectura del deformmetro)(Factor de calibracin del anillo).

Durante la comprensin el rea transversal del espcimen de suelo cambiapor lo cual debe ser corregida, se utiliza la siguiente expresin:

Dnde:A = rea transversal corregida.e = Deformacin vertical del espcimen de suelo.

A0 = rea transversal inicial del espcimen de suelo
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Figura 6.54. Deformacin vertical en funcin al esfuerzo desviador en un ensayo triaxial

UU.

El esfuerzo desviador sd, que acta en el espcimen de suelo, ser:

La Figura 6.54 muestra la variacin de la deformacin vertical e en funcinal esfuerzo desviador, segn al Tipo de suelo la curva presentar un valordel esfuerzo desviador de falla (d)f que ser el valor pico (d)p o el crtico(d)cr segn al caso, donde cualquiera de estos podr tomarse como el

instante de falla. Segn la ecuacin [6.28] el esfuerzo principal mayor 1,

ser:

El esfuerzo principal menor en la falla (s3)f, es la presin de registrada enla cmara triaxial al momento de la falla. Teniendo los esfuerzos principa-les se grafica el crculo de Mohr de esfuerzos. Aunque basta con obtenerun crculo de esfuerzo, es conveniente realizar diversos ensayos (comomnimo 3) para trazar la envolvente de falla con la cual puede determinar-se el parmetro de resistencia no drenado.

5. Diferencias

5.1 Entre los ensayos triaxial consolidado no drenado y consolidado dre-nado.

Primeramente definiremos lo que se entiende por ensayos triaxialesconsolidados, en estos tipos de ensayo el espcimen se consolida primera-mente bajo una presin de confinamiento, as el esfuerzo llega a ser efecti-vo, es decir, la presin de cmara queda actuando sobre la fase slida delsuelo.

En un ensayo C.U. (consolidado no drenado), la muestra es llevada ala falla por rpido incremento de la carga axial, de manera que no existacambio de volumen. El hecho esencial de este tipo de ensayos es no permitirninguna consolidacin durante el periodo de falla con la aplicacin de la cargaaxial, esto se logra fcilmente en una cmara de compresin Tria-xial cerrando la vlvula de salida de las piedras porosas de la bureta (vlvulaque conecta el interior de la muestra de suelo con el exterior de la cmara decompresin).

Se podra pensar que todo esfuerzo desviador fuera tomado por elagua de los vacos del suelo en forma de presin intersticial, ello no ocurre
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as y se sabe que parte de esa presin axial es tomada por la parte slida delsuelo, pero en una prueba de compresin Triaxial la muestra puede defor-marse lateralmente y, por lo tanto, su estructura toma esfuerzos cortantesdesde el principio.

En el ensayo C.D. (consolidado drenado), la diferencia esencial conrespecto al ensayo anterior corresponde al hecho de abrir la vlvula de la bu-reta, esto con el propsito de desalojar el agua contenida en los poros de lamuestra de suelo que se esta ensayando, adems se cuenta el hecho de quelas velocidades de aplicacin de la carga son mucho mas lentas que en elensayo C.U.

Otra de las diferencias notables entre los dos ensayos, es que duranteel ensayo C.D. se pueden medir las variaciones de volumen dentro de la

muestra, es decir, las variaciones de volumen que experimenta el ndice devacos, esto se debe a que el agua contenida en ellos comienza a salir len-tamente, lo que permite un reacomodo de las partculas slidas del suelo.

5.2 entre los ensayos triaxial consolidado no drenado y consolidado dre-nado.

Bsicamente se reduce a la diferencia entre esfuerzo total y efectiva.En trminos simplificados, resistencia al corte es proporcional a la tensin

efectiva (estrs no total). Estrs Superior efectiva producir resistencia al cortesuperior. En la prueba de CU est consolidando muestras a diferentes tensionesefectivas por lo que la muestra consolidada a la tensin efectiva ms alta le daruna mayor resistencia al corte, y una lnea trazada entre los crculos de Mohr ledar un ngulo de friccin.

Con la prueba UU, sin consolidacin est ocurriendo lo que no est aumen-tando la tensin efectiva. El aumento de la tensin de confinamiento es tomadapor el agua en lugar de la tierra. Ests agregando tensin total en lugar de la ten-

sin efectiva, por lo que la resistencia al corte no aumenta con el aumento de l-mite de tensin.

Hay muchos matices pero esta es la idea bsica.


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6. Ventajas, desventajas y limitaciones del ensayo triaxial

a. Ventajas

i. La distribucin de la tensin en el plano de falla es uniforme.

ii. La muestra es libre de fallar en el plano ms dbil

iii. Hay un control completo sobre el drenaje.

iv. Los cambios de presin de poro y los cambios volumtricos puedenmedirse directamente.

v. El estado de esfuerzos en todas las etapas intermedias para la falla esconocida. El crculo de Mohr se puede extraer en cualquier etapa decorte

vi. Esta prueba es adecuada para el trabajo de investigacin precisa y elaparato adaptable a las necesidades especiales, como prueba de la ex-tensin y ensayos para diferentes trayectorias de tensiones.

b. Desventajas

i. El aparato es complicado, voluminoso y costoso.

ii. La prueba de drenaje tiene lugar un perodo ms largo en comparacincon una prueba de corte directo.

iii. No es posible determinar el rea de la seccin transversal de la muestraen tensiones ms grandes, como la suposicin de que la muestra per-manece cilndrica no se sostiene bien.

iv. Las condiciones de deformacin en la muestra no son uniformes debidoa la limitacin por friccin producida por la tapa de carga y el disco pe-destal. Esto conduce a la formacin de las zonas muertas en cada ex-tremo de la muestra.

v. La consolidacin de la muestra en la prueba es isotrpica, mientras queen el campo, la consolidacin es generalmente anisotrpico.

c. Limitaciones

Algunas limitaciones de los ensayos de compresin Triaxial son:

En algunos casos de arcilla el tamao de la muestra puede tenerimportantes efectos sobre la resistencia medida.Se deben confeccionar o tomar muestras de dimetros que repre-senten adecuadamente grietas y discontinuidades en una muestrade suelo.


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7. Procedimientos y clculos

EQUIPO

Cmara triaxial

Mquina de compresin triaxial

Membrana de caucho

Molde metlico

Compresor de aire

Bomba de vaco

Balanza de precisin, aproximacin 0,1 gr

Calibrador

Aro-sello de caucho

Tallador de muestras, cuchillas y sierras

Equipo para determinar el contenido de humedad

PROCEDIMIENTO

a. El suelo a utilizarse se prefiere que sea inalterado, en cuyo caso se debetallar por lo menos tres especimenes cilndricos, teniendo muy en cuentasu estratificacin y evitando destruir la estructura original del suelo.

b. Si la muestra es alterada, se procede a preparar los especimenes compac-tndose la muestra con una determinada energa, de acuerdo con las con-diciones tcnicas impartidas.

c. Las dimensiones de los especimenes dependen del tamao de la mquinatriaxial a emplearse; debiendo tomar en cuenta que la altura de la muestradebe ser el doble del dimetro, (Se toman las medidas de los especimenes

preparados).d. El momento de preparar los especimenes se debe tomar muestra para de-

terminar el contenido de humedad.

e. Pesamos el primer espcimen y lo colocamos en la base de la cmaratriaxial, utilizando una piedra porosa entre la muestra y dicha base.

f. Colocamos la membrana de caucho en el espcimen, utilizando un aparatoespecial para ello.

g. Colocamos la cabeza de plstico usando una piedra porosa entre la cabe-za y el espcimen.


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h. Aseguramos la membrana con ligas tanto en la parte superior como en lainferior.En el caso de realizar en ensayo triaxial en un triaxial Soiltest, co-nectamos la cabeza de plstico en el tubo espiral que sale de la base yque se utiliza para el drenaje de la muestra.

i. Colocamos la cmara con su tapa, asegurndonos que estn bien coloca-dos los empaques y seguidamente apretamos los tornillos que sujetan lacmara uniformemente.

j. Introducimos el pistn en el hueco de la cabeza de plstico.

k. Centramos el brazo de carga con el pistn y colocamos el dial de las de-formaciones en cero.Si la muestra no se encuentra saturada, ser necesa-rio saturarla, salvo introducciones contrarias al respecto, para lo cual abri-mos las vlvulas de saturacin permitiendo que el agua fluya desde la ba-

se a travs de la muestra.

l. Aplicamos presin al tanque de almacenamiento de la glicerina o agua yluego abrimos las vlvulas que permiten el paso de la glicerina o agua a lacmara; la presin lateral introducida sern las indicadas anteriormente.

m. En estas condiciones aplicamos el tipo de triaxial solicitado; llegando encualquier caso a aplicar la carga hasta romper la muestra; anotndose laslecturas de las deformaciones axiales y de la carga aplicada.

n. Una vez terminado el ensayo se reduce la presin y se devuelve la gliceri-na o agua al tanque de almacenamiento, se seca la cmara y luego a lamuestra con mucho cuidado con el objeto de graficar la fractura y ademsdeterminar la humedad.

o. Todo este proceso lo repetimos con los dems especimenes, utilizandopresiones laterals diferentes.


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EJEMPLO DE CLCULO

Con los siguientes datos obtenidos en un ensayo triaxial se pide calcular el ngulo de rozamiento

interno y la cohesin del suelo.

PRIMER ENSAYO


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SEGUNDO ENSAYO


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TERCER ENSAYO


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TERCER ENSAYO


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Con los datos de Esfuerzo Desviador y Deformacin Unitaria, se procede a

trazar la curva Esfuerzo vs. Deformacin para cada probeta, como se mues-tra a continuacin:


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Entonces se obtiene el valor del Esfuerzo Mximo de Rotura, que nos permiti-

r graficar los Crculos de Morh para cada probeta y determinar y c comose muestra a continuacin:

Finalmente se muestran una tabla que contiene los datos de c yy adems el resto de valores de-

ducidos del grfico como son el Esfuerzo Normal y el Esfuerzo Tangencial:


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8. Interpretacin de datos


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4.1 APLICACIONES:

EN FUNDACIONES

Para fundaciones colocadas en terrenos arcillosos, la condicin inmediatamentedespus de completar la construccin, es casi siempre la ms crtica. Esto esporque la carga completa es aplicada al terreno y ste no ha tenido tiempo paraganar la resistencia adicional por consolidacin. Por estas condiciones la resis-tencia al corte es determinada por pruebas al corte Triaxial. Para pequeos pro-yectos sobre los cuales el gasto de un programa de ensayos no se justifica, lacapacidad de carga en suelos de arcilla saturada se puede calcular con el ensa-yo C.N.C.

ESTABILLIDAD EN TALUDES:

En cualquier caso de construccin de taludes, sean estos hechos por la manodel hombre o formados naturalmente en faldas de montaa o bordes de ro, setiene por resultado componentes gravitacionales del peso que tienden a movili-zar el suelo desde un nivel mas alto hasta uno mas bajo. La filtracin puede seruna causa muy importante para movilizar el suelo cuando el agua esta presente,estas fuerzas variantes producen esfuerzos cortantes en la masa del suelo, yocurrir movimiento, a menos que la resistencia al corte sobre cada posiblesuperficie de falla a travs de la masa sea mayor que el esfuerzo actuante.

EMPUJES:

Al proyectarse estructuras de sostenimiento, debe asegurarse solamente que nosolo se produzca el colapso o falla. Desplazamientos de varios centmetros nosuelen tener importancia, siempre que se asegure que no se producirn repenti-namente desplazamientos mas grandes. Por ello el mtodo para el proyecto deestructuras de retencin suele consistir en estudiar las condiciones que existirnen una condicin de falla, introduciendo factores de seguridad convenientes, pa-ra evitar el colapso.

Una solucin completa y exacta para un caso activo o pasivo de equilibrio limite,debe cumplir las siguientes condiciones:

Cada punto del terreno debe estar en equilibrio.La condicin de falla Mohr - Coulomb debe cumplirse en todos los pun-tos.Los esfuerzos al interior de la masa deben estar en equilibrio con los ex-teriores.


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I N G. C I V I LU A N C VE N S A Y O T R I A X I A L 2 0 1 5

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