ENSAYO TRIAXIAL

GEOTECNIA

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL GEOTECNIAENSAYO TRIAXIALEVALUACION PERMANENTE2012

ALUMNA:TERRAZAS RAMOS CONSUELODOCENTE:ING. JOS FLORESCICLO:VII CICLO B, CUARTO AO

ICA PERU2012ENSAYOS TRIAXIALSu principal finalidad es obtener parmetros del suelo y la relacin esfuerzo-deformacin a travs de la determinacin del esfuerzo cortante. Es un ensayo complejo, pero la informacin que entrega es la ms representativa del esfuerzo cortante que sufre una masa de suelo al ser cargada.Consiste en colocar una muestra cilndrica de suelo dentro de una membrana de caucho o goma, que se introduce en una cmara especial y se le aplica una presin igual en todo sentido y direccin. Alcanzado ese estado de equilibrio, se aumenta la presin normal axial (1), sin modificar la presin lateral aplicada (3), hasta que se produzca la falla.

La utilidad de este ensayo es que permite determinar los parmetros de resistencia; cohesin y ngulo de friccin, (c,) de un suelo cohesivo. Sin embargo para determinar la resistencia al corte es necesario realizar otros ensayos de manera que nos permitan obtener ms parmetros que justifiquen el comportamiento del suelo ante esfuerzos cortantes.Uno de los primeros pasos para conocer la resistencia de un suelo es su investigacin en el laboratorio, por lo que existen varias pruebas estandarizadas para determinar la resistencia al cortante del suelo, bajo ciertas circunstancias representativas del campo, pues en el caso de suelos dicha resistencia vara segn la condicin de drenaje del suelo.

Un grupo de estos ensayos son las Pruebas Triaxiales, donde una muestra cilndrica de suelo saturado es sometida a esfuerzos triaxiales principales o un estado general de esfuerzo que generalmente consisten en dos etapas de aplicacin de la carga antes de llegar a la falla, para de sta manera simular las condiciones de campo que se dan en el suelo antes de la falla del mismo. stas dos etapas lo que permiten, en orden usual, la consolidacin o no del suelo y el drenaje o no del suelo (liberacin de presin de poro) al momento de aplicar la carga de falla.

Realizando por lo menos 3 pruebas, con presiones laterales diferentes, en un grfico se dibujan los crculos de Mohr que representan los esfuerzos de falla de cada muestra y trazando una tangente o envolvente a stos, se determinan los parmetros f y c del suelo. Dependiendo del tipo de suelo y las condiciones en que este trabajar, las alternativas para realizar el ensayo sern consolidados no drenado (CU), no consolidado no drenado (UU) o consolidado drenado (CD).

Ensayo triaxial consolidado drenado (CD).A este ensayo se lo conoce tambin como ensayo lento (S). El drenaje se permite en las dos ltimas etapas, de este modo se tiene una consolidacin bajo la presin de cmara y el exceso de presin de poro se disipa durante la aplicacin lenta del esfuerzo desviador. En la primera etapa se satura la muestra completamente de agua, en la segunda esta es consolidada bajo una presin isotrpica de cmara y en la tercera etapa se aplica una carga axial, que va incrementndose a un ritmo suficientemente lento para que no se presente un incremento en la presin de poros. Con un drenado total y una velocidad adecuada, se asegura que la presin de poros en la muestra permanezca constante, entonces el incremento 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 las lecturas de los deformmetro que controlan la carga y la deformacin vertical se miden el cambio de volumen de la probeta. El objetivo del ensayo es determinar los parmetros de resistencia efectivos c' y ' del suelo.Para determinar los esfuerzos principales y dibujar el crculo de esfuerzo de 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 esfuerzo desviador mostrada en la Figura 6.56.

Figura 6.57. Deformacin vertical en funcin al esfuerzo desviador en un ensayo triaxial CD.

Obteniendo de la curva mostrada en la Figura 6.56 el esfuerzo desviador de falla (d)f que puede ser el valor pico o crtico, se determina el esfuerzo principal mayor con la expresin:('1)f = ('3)f + (d)f [6.42]El esfuerzo principal menor efectivo de falla ('3)f, ser el esfuerzo isotrpico aplicado en la cmara para la consolidacin de la probeta. Para trazar la envolvente de falla y determinar los parmetros de resistencia efectivos, se deben trazar tres crculos (Figura 6.57).

Figura 6.58. Envolvente de falla para un suelo Tipo I en un ensayo triaxial CD.

Ensayo triaxial consolidado no drenado (CU).Este ensayo tambin denominado ensayo consolidado rpido (R), consta de tres etapas (saturacin, consolidacin y compresin). Primeramente la probeta es saturada completamente de agua, luego incrementando la presin de cmara es consolidada, esta etapa lleva al suelo a un estado prescrito de volumen y de presin de poros, a partir del cual se pueden medir con exactitud los siguientes cambios de volumen o de presin de poros que ocurrirn durante el ensayo. Finalmente cuando se ha disipado el exceso de presin de poros al valor de la contrapresin original 3 se cierran las vlvulas de drenaje para empezar la compresin, donde la probeta llegar al punto cedente sin drenado. Cuanto mayor sea la presin de cmara s3 mayor ser el esfuerzo desviador necesario para producir la falla.La duracin de la etapa de consolidacin depende al tipo de suelo y al tamao 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 horas.El objetivo del ensayo es determinar los parmetros efectivos c' y ', ya que estos gobiernan la resistencia al corte del suelo y determinar tambin algunas caractersticas respecto al cambio de volumen y rigidez del suelo. Para dibujar el crculo de esfuerzos de Mohr que condicionar la envolvente de falla (Figura 6.55) deben determinarse los esfuerzos principales 1 y 3, para lo cual se recolectan peridicamente los valores de los deformmetros que controlan el anillo de carga y la deformacin vertical (DL) de la probeta durante la compresin y tambin la presin poros en la probeta.Con el rea corregida A (ecuacin [6.37]) de la probeta puede determinarse el esfuerzo desviador (ecuacin [6.37]) que acta en la probeta. Midiendo el exceso de presin de poros u durante la etapa de compresin, se puede determinar el parmetro A de Skempton que ser:

Se grafica el esfuerzo desviador sd en funcin a la deformacin vertical e, tambin el exceso de presin de poros y el parmetro A de Skempton, como se muestra en la Figura 6.54. La curva que corresponde al esfuerzo desviador de falla (d)f tendr un valor pico o crtico segn al Tipo de suelo donde alguno de estos se considerar el instante de falla, para este instante de falla se tendr un valor del exceso de presin de poros y del coeficiente A.

Figura 6.55. Deformacin vertical en funcin a sd, Du y 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.

La presin que se aplic en la celda para consolidacin ser el esfuerzo principal 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 de esfuerzo de Mohr, se realizan como mnimo tres ensayos para trazar una adecuada envolvente de falla. Con el parmetro puede describirse caractersticas particulares del suelo, los rangos de variacin de este parmetro para los 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 constante para un intervalo grande de los valores de presin de menores que la presin de sobreconsolidacin. Las arcillas NC muestran una resistencia adicional con respecto a la obtenida, esta es atribuible a los mismos efectos de sobreconsolidacin, estos efectos son comparativamente mayores a los del ensayo drenado debido a que se impide el drenaje. En los casos de obras que estn sobre depsitos de arcilla en las cuales el tiempo de construccin se extiende por tiempo razonablemente largo, puede suponerse que al final de la construccin se habr producido algn grado de consolidacin. Si en ese momento las solicitaciones de corte que se generan tienen magnitud suficiente para producir la falla, sta se producir rpidamente sin drenaje adicional. Este comportamiento se modela en el ensayo consolidado no drenado, en el cual la muestra se consolida bajo la presin de cmara y luego se lleva a la ruptura aumentando el esfuerzo desviador sin permitir el drenaje. Este ensayo es aplicado en muestras alteradas e inalteradas de arcilla y tambin en arena y grava.

Si se permitiera el drenaje, una muestra de arena suelta experimentara una disminucin de volumen, pero como el drenaje est impedido no puede ocurrir cambio de volumen y la presin de poros aumenta. Para el caso de arenas densas el drenaje implicara un aumento de volumen luego de una pequea compresin inicial, pero como no se permite el drenaje el aumento de volumen es imposible y se desarrolla una presin de poros negativa.

Ensayo triaxial no consolidado no drenado (UU).A este ensayo se lo denomina tambin ensayo rpido (Q) donde no se permite en ningn momento el drenaje. La probeta no es consolidada, por lo tanto no se disipa la presin de poros durante la aplicacin de la presin isotrpica de cmara s3 en la etapa de saturacin.Despus de establecer la presin de confinamiento en la cmara, se conecta la prensa para aplicar la carga axial, se deben tomar lecturas de los deformmetros de deformacin y de carga a intervalos regulares, de este ltimo hasta que se produzca la falla o hasta que la deformacin alcance un valor considerable (aproximadamente 20%). El incremento del esfuerzo desviador es bastante rpido, lo que permite que no se disipe la presin de poros y los resultados puedan solo expresarse en trminos de esfuerzo total. La duracin del ensayo es de 10 a 15 minutos.Este ensayo se usa para determinar el parmetro de resistencia no drenado cu y es adecuado para arcillas saturadas. En condiciones no drenadas, los suelos saturados presentan un esfuerzo de corte crtico que tiende a mantenerse constante para cualquier valor del esfuerzo normal. Un aumento en el esfuerzo axial ocasiona un aumento semejante en la presin de poros, por lo tanto el esfuerzo efectivo normal permanece constante. En una serie de ensayos no drenados efectuados bajo esfuerzos desviadores diferentes en probetas saturadas con el mismo suelo, los crculos de esfuerzos de Mohr para la combinacin de esfuerzos de falla describirn la envolvente de falla no drenada como se muestra en la Figura 6.53. La interseccin de la envolvente con el eje de corte define el valor de la cohesin no drenada del suelo (cu). Este parmetro de resistencia del suelo aparentemente es constante. Sin embargo, se deben notar dos condiciones importantes relacionadas con cualquier valor observado de cu. Primero el valor es relevante slo para una masa de suelo sin drenado y segundo que el valor solo corresponde para un determinado contenido de humedad y volumen especfico, por lo que se obtendr un valor distinto para un diferente contenido de humedad y volumen especfico.

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

Para poder dibujar el crculo de Mohr de esfuerzos es indispensable determinar los esfuerzos principales s1 y s3. Durante el ensayo triaxial (UU), se recolectan peridicamente valores de los deformmetros que controlan el anillo de carga y la deformacin de la probeta (DL). La deformacin vertical e, es calculada con la siguiente expresin:

Donde:e = Deformacin vertical del espcimen de suelo.L = Deformacin del espcimen registrado por el deformmetro.L0 = Longitud inicial del espcimen de suelo.

La carga P que transmite el vstago a la probeta de suelo es el producto de la medida que registra el deformmetro ubicado en el anillo de carga multiplicado 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 cambia por lo cual debe ser corregida, se utiliza la siguiente expresin:

Donde:A = rea transversal corregida.e = Deformacin vertical del espcimen de suelo.A0 = rea transversal inicial del espcimen de suelo

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 funcin al esfuerzo desviador, segn al Tipo de suelo la curva presentar un valor del 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 en la cmara triaxial al momento de la falla. Teniendo los esfuerzos principales se grafica el crculo de Mohr de esfuerzos. Aunque basta con obtener un crculo de esfuerzo, es conveniente realizar diversos ensayos (como mnimo 3) para trazar la envolvente de falla con la cual puede determinarse el parmetro de resistencia no drenado.

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