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ENSAYO TRIAXIAL
ENSAYO TRIAXIAL
Normas INVE 153-
CURE, Roberto. Ingeniería Civil. ESPITIA, Cesar. 1140895751. Ingeniería Civil. GUERRERO, Mevis. 1046337352. Ingeniería Civil. MARTINEZ, Anny. Ingeniería Civil. NAVAS, Juan. 1129485326. Ingeniería Civil. ORTEGA, Adriana. Ingeniería Civil. OBESO, Valentina. 1001824865. Ingeniería Civil. PATIÑO, Julio. 1001853360. Ingeniería Civil. SALCEDO, Javier. Ingeniería Civil. SIADO, Jose.1001914213 Ingeniería Civil MECANICA DE SUELOS-REMOTO- Programa de Ingeniería civil, Universidad de la costa CUC. Roberto Guerrero Gómez 03-05-
RESUMEN
En la actualidad tener conocimiento sobre las propiedades del suelo es muy importante para los ingenieros civiles, por esto se recurre al uso del ensayo triaxial el cual su finalidad es la obtención de parámetros del suelo y la relación esfuerzo-deformación a través de la determinación del esfuerzo cortante. El esfuerzo cortante en los suelos es el aspecto más importante de la ingeniería geotécnica, el cual se define como la última o máxima resistencia que el suelo puede soportar. Este ensayo se encuentra normalizado en el Reglamento Nacional de Edificaciones, en la E050, con la NTP 339.166: 2001, y la ASTM 4767 y ASTM D2850.
Palabras claves: Esfuerzo, parámetros, deformación.
ABSTRACT At present, having knowledge about the properties of the soil is very important for civil engineers, for this reason the use of the triaxial test is resorted to, whose purpose is the selection of soil parameters and the stress-strain relationship through the determination of the shear strength. Shear stress in soils is the most important aspect of geotechnical engineering, which is defined as the last or maximum resistance that the soil can withstand. This test is standardized in the National Building Regulations, in E050, with NTP 339.166: 2001, and ASTM 4767 and ASTM D2850.
Keywords: Stress, parameters, deformation.
ENSAYO DE TRIAXIAL
1. INTRODUCCIÓN
En el presente informe realizamos el ensayo de parámetros de resistencia del suelo mediante compresión triaxial, se puede hacer por dos métodos consolidado no drenado y no consolidado no drenado. En este ensayo moldearemos la probeta en un anillo, por capas, usaremos la muestra de suelo húmedo para realizar la probeta se irá rellenando y compactando, en el anillo moldeador con una barra aplicando de diez a once golpes, se realiza el mismo procedimiento para las 5 capas y luego someteremos la probeta a la presión del agua, teniendo en cuenta que la presión interior no debe ser mayor que la presión exterior, es sometida a una carga vertical en la cámara de agua aplicando cargas axiales. Este ensayo se divide en tres partes saturación, consolidación y rotura; para la saturación aplicamos las presiones y consolidaremos con una tubería que confine la probeta y finalmente la rotura realizará en la prensa aplicando las cargas para determinar los esfuerzos y la relación esfuerzo-deformación en la muestra, los esfuerzos que se obtengan serán tomados como los esfuerzos totales. El ensayo de realizó usando las instalaciones del laboratorio de suelos en la Universidad De La Costa CUC, haciendo uso de los equipos que este dispone.
2. EQUIPOS EXPERIMENTALES
Dispositivo de carga axial – El dispositivo de carga axial puede ser cualquier aparato de compresión eléctrico, hidráulico, neumático o de otro tipo con la suficiente capacidad y el adecuado control, para proporcionar la velocidad de carga prescrita en las Secciones de esta norma. Deberán ser mínimas las vibraciones debidas a su operación de tal manera que no altere las dimensiones de la muestra o la presión de poros
cuando las válvulas estén cerradas. Esto se podrá comprobar al colocar la muestra a la velocidad de ensayo seleccionada y colocando un vaso con agua de tal manera que no se generen ninguna onda visible en este último. La velocidad de avance del dispositivo de carga no se deberá desviar en más del ±1% del valor seleccionado para el ensayo sin importar el tipo de prueba.
A manera de ejemplo, se muestra en la Figura 1 un aparato para este propósito, el cual puede consistir de una báscula de plataforma con yugo de carga accionado por un gato de tornillo, un aparato de carga muerta, un dispositivo de carga hidráulica, un tornillo accionado por un motor de velocidad variable o cualquier otro sistema de compresión (de esfuerzo o de deformación controlada), que te nga la suficiente capacidad y precisión adecuada.
Dispositivo para medir la carga axial – Podrá ser un anillo de carga, una celda electrónica de carga, una celda hidráulica de carga o cualquier otro dispositivo capaz de medir con una precisión que este dentro del ±1.0 % de la carga axial anticipada de falla. El dispositivo para medir la carga axial podrá ser parte del dispositivo de carga axial, si el dispositivo para medir se
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lubricadas para las bases de las muestras, O-rings u otro tipo de sellos, válvulas de cierre, tubos de plástico para drenaje resistentes a la temperatura, tapa superior, pistón de carga axial, membrana de caucho, papel de filtro, dial con su soporte y demás accesorios para realizar el ensayo adecuadamente.
Pistón de carga axial – El pistón que atraviesa el plato superior de la cámara y su sello se debe diseñar para que la variación en la carga axial debido a la fricción no exceda del 0.1% de la carga axial de falla y para que no halla pandeo lateral apreciable del pistón durante el corte. Un diámetro del pistón de mínimo 1/6 del diámetro del espécimen es usado con éxito en muchos laboratorios para minimizar el pandeo lateral de éste mismo. Dispositivos de aplicación de presión y vacío – Los controles de la presión de cámara y de contrapresión deberán ser capaces de aplicar y controlar las presiones dentro de un rango de ± kPa para presiones de consolidación efectivas menores de 200 kPa y dentro de un rango de ± 1% para presiones de consolidación efectivas mayores que 200 kPa. El dispositivo de control de vacío será capaz de aplicar y controlar vacíos parciales dentro de un rango de ± 2 kPa. Los dispositivos pueden consistir en mecanismos auto-compensados de mercurio, reguladores de presión neumática, una combinación de estos, o cualquier otro dispositivo que cumpla con las tolerancias requeridas.
Dispositivos para la medición de la presión y el vacío – Los dispositivos de medición para la presión de la cámara, la contrapresión, y el vacío, podrán ser cualquier clase de dispositivo que cumpla la precisión indicada en la anterior sección.
Aparato para la medición de presión de poros
- Este aparato puede consistir en un manómetro cerrado, un indicador de cero presión, o un
transductor de presión o cualquier otro dispositivo que cumpla con las tolerancias de la sección anterior y que adicionalmente durante el corte no drenado, al medir la presión de poros, permita que la fuga de agua sea nula o despreciable. Cuando se emplee un transductor de presión, se podrá utilizar con el mismo equipo electrónico usado para monitorear las cargas.
Dispositivo para la medición del cambio de volumen – El dispositivo que medirá la cantidad de volumen de agua que entrará o drenará de la muestra, podrá ser de cualquier clase, pero deberá cumplir con que tenga una precisión de ± 0.05% del volumen total de la probeta de ensayo. Generalmente se utiliza una bureta graduada pero no es una disposición obligatoria.
Base superior (Cabezal) y Base inferior (Pedestal) de la probeta – Se diseñarán para proporcionar drenaje en ambos extremos de la muestra, con la opción de deshabilitar totalmente el drenaje cuando sea necesario, y en el caso del ensayo no consolidado no drenado (UU) se podrá utilizar bases que no permitan drenaje. Deberán ser construidos de un material rígido, no corrosivo, e impermeable y cada uno debe tener una superficie de contacto plana y redonda con la muestra (ensayo UU) o con las piedras porosas. Se construirá la base superior (cabezal) de tal manera que su masa sea la mínima posible. La masa del cabezal y de la piedra porosa (si es colocada) podrá ser como máximo el 10% de la carga axial de falla y en el caso que la masa de estos dos elementos sea mayor que el 0.5 % de la carga axial de falla y mayor que 50 g, se deberá corregir la carga axial aplicada sumándole el peso del cabezal más el de la piedra porosa. El diámetro de las bases será igual al diámetro inicial de la probeta de ensayo. Las bases deberán proporcionar que la muestra, al ser colocada en la cámara triaxial, no experimente movimientos laterales o inclinación, y el cabezal será construido de tal manera que la excentricidad del
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contacto pistón-cabezal medido con respecto al eje vertical de la muestra no exceda 1.3 mm. La inclinación del cabezal durante la prueba deberá ser mínima.
Piedras porosas – Se usarán para proporcionar drenaje al espécimen. El coeficiente de permeabilidad de los discos podrá ser aproximadamente igual a 1x10^- 4 cm/s, o uno que se ajuste a los requerimientos de la muestra. Los discos deberán ser limpiados regularmente por ultrasonido o por ebullición y por cepillado verificando si poseen obstrucciones.
Papel de filtro, discos y tiras – El papel de filtro no será soluble en agua y el coeficiente de permeabilidad no será menor a 1x10^-5 cm/s para una presión normal de 550 kPa. Los papeles de filtro en forma de disco serán de igual diámetro al de la muestra y se podrán colocar entre las piedras porosas y la probeta de ensayo para evitar obstrucción de los discos porosos. Las tiras de papel de filtro son usadas para disminuir el tiempo requerido de prueba, éstas se colocarán en la superficie lateral del cilindro. En el ensayo, para evitar la presión lateral en la muestra, la tira de papel de filtro deberá cubrir menos del 50% del área lateral de la muestra. Una ecuación para corregir el esfuerzo desviador por el efecto de las tiras de papel de filtro se dará en la sección los cálculos.
Membrana de caucho – La membrana de caucho usada en el ensayo deberá ser completamente impermeable. Se inspeccionarán las membranas cuidadosamente antes de usarlas para verificar su total estanquidad, si no se cumple se deberá desechar. Para que la membrana de caucho ofrezca el menor confinamiento a la muestra, el diámetro de esta membrana elástica deberá estar entre el 90% y 95% de la muestra. El espesor de la membrana no debe exceder el 1% del diámetro de la muestra. La membrana se sellará a las bases de la muestra con anillos en forma de O (O-rings),
los cuales deberán tener un diámetro entre el 75% y 85% del diámetro de las bases (cabezal y pedestal), o se sellará por otros medios que proporcionen una impermeabilidad perfecta. Una ecuación para corregir el esfuerzo desviador por el efecto de la rigidez de la membrana se dará en la sección de cálculos.
Válvulas – Se utilizarán válvulas que produzcan un mínimo cambio de volumen o de presión de poros cuando se opera. Una válvula se acepta que produce un cambio mínimo, si abriendo o cerrando la válvula, en un sistema saturado de agua, la válvula no induce un cambio de presión de poros mayor a 0.7 kPa. Se han encontrado que las válvulas de bola proporcionan estas características; sin embargo, cualquier otro tipo de válvula se puede usar si cumple con la tolerancia especificada. Todas las válvulas deben ser capaces de resistir las presiones aplicadas en el ensayo sin provocar fugas.
Equipo para tallar las probetas – Este equipo incluye un marco, herramientas apropiadas para desbastar y tallar, calibrador Vernier que pueda medir las dimensiones de la muestra con aproximación a 0.25 mm (0.01"), un cortador de muestras, un dispositivo para cortar los extremos, y un extractor de muestras.
Balanzas – Para muestras cuyo peso sea inferior a 100 g, se deberá utilizar una balanza con precisión de 0.01g, y para muestras de 100 g o más, una balanza con precisión de 0.1 g. Equipo Misceláneo – Equipo de laboratorio para compactar las muestras, un calibrador para medir las dimensiones de la muestra, un dilatador o expansor de membrana, cronómetro, opcionalmente un registrador de datos automático, recipientes para determinaciones de humedad, un desaireador de agua, los formatos de informe que se requieran y cualquier otro dispositivo necesario para realizar correctamente el ensayo.
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6. Se coloca en el equipo triaxial, con una presión exterior superior o mayor a la interior y con una entrada de agua al interior de la probeta saturándola. 7. La fase de saturación y consolidación dura un día, se deja la probeta preparada y se continua al día siguiente en donde se somete en la prensa a carga vertical.
4. DATOS CALCULOS Y RESULTADOS
Para definir el parámetro de presión de poros
(B), se utiliza:
𝐵 =
∆𝜇
∆𝜎 3
Donde:
∆𝜎 3 = Cambio en la presión de la cámara.
∆𝜇 = Variación en la presión de poros que
ocurre en la muestra causa por la variación de
la presión de cámara (∆𝜎 3 ) al momento de
que las válvulas de drenaje de la muestra se
encuentran cerradas.
Para definir la velocidad de deformación del
ensayo (𝜀′), se utiliza:
𝜀 ′ =
%𝜀𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙
(^10) 𝑡 50
Donde:
%𝜀𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙 = Porcentaje de deformación axial.
10 𝑡 50 = Tiempo suficiente para encontrar el
50% de la consolidación primaria.
Método de prueba no consolidado – no
drenado (CU)
- Para calcular la deformación axial
causada por una carga dada, se utiliza:
Donde:
∆ℎ = Variación de la longitud de la muestra
determinado por el indicador de deformación.
ℎ𝑖 = Longitud inicial de la muestra antes de
someterla a la carga.
- Para obtener el esfuerzo desviador
(𝜎𝑑) por unidad de área para cualquier
carga ejercida, se utiliza:
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Donde:
𝜎 1 − 𝜎 3 = La diferencia de los
esfuerzos principales de la muestra.
𝑃 = La carga desviadora aplicada.
𝐴 = Área de la sección transversal de
la muestra.
- Para poder corregir el esfuerzo
desviador causado por la membrana
de látex, pero hay que tener en cuenta
que esta corrección solamente se
utilizará si el error de la obtención del
esfuerzo desviador supera el 5%
causado por la rigidez de la membrana
de látex.
∆𝜎𝑑 = ∆(𝜎 1 − 𝜎 2 )^ =
∆𝜎𝑑 = Corrección para ser extraída
del esfuerzo desviador.
𝑑 = Diámetro de la muestra.
𝐸𝑚 = Módulo de elasticidad del
material del material de la membrana.
𝑡𝑚 = Espesor de la membrana.
𝜀 1 = Deformación axial
- Para obtener el módulo de elasticidad
de la membrana experimentalmente
se puede colgar una tira del material
de 10 mm de grosor sobre una vara
delgada en cada extremo, para
posteriormente medir la unidad de
desplazamiento utilizada para
encontrar estirar el material. Una vez
con todas estas variables se puede
calcular el módulo de elasticidad de la
siguiente forma:
Donde:
𝐹 = Fuerza aplicada para estirar la
membrana.
𝐿 = Longitud inicial de la membrana.
∆𝐿 = Variación en la longitud de la
membrana después de ser sometida a
la carga.
𝐴𝑚 =Area transversal inicial de la
membrana que equivale al producto
del grosor por el ancho.
Método de prueba consolidado – no
drenado (CU)
Para realizar este método se debe
calcular inicialmente el grado de
saturación de la muestra, su relación
de vacíos y sus dimensiones con
ayuda de su gravedad especifica.
- Para calcular la altura de la muestra
luego de la consolidación, se utiliza:
Donde:
ℎ 0 = Altura de la muestra inicial.
∆ℎ 0 = Variación de la altura después
de la consolidación.
- Para calcular el área de la muestra
luego de la consolidación, se utiliza:
Donde:
𝑉𝑤𝑓 = Volumen final del agua, en
base a la determinación final del agua.
𝑉𝑠 = Volumen de los sólidos.
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Donde:
𝐸𝑚 = Módulo de elasticidad del
material de la membrana.
𝑡𝑚 = Grosor de la membrana.
𝜀 1 = Deformación axial de la
muestra.
𝑑𝑐 = Diámetro de la muestra después
de la consolidación.
5. DISCUSION,
INTERPRETACION,
CONCLUSIONES
El ensayo triaxial es uno de los más completos en el campo de la Geotecnia debido a que es un ensayo que nos permite obtener información relevante en el comportamiento de los suelos cohesivos como lo son las arcillas, permitiendo calcular como por ejemplo sus tensiones normales, tensiones efectivas, círculos de Mohr; tanto a corto plazo como a largo plazo. A diferencia del ensayo de corte directo donde la muestra solamente está sometida a una fuerza axial vertical, en este ensayo la muestra está sometida a fuerzas axiales en todas sus direcciones y además va a estar sometida a una presión de confinamiento, por lo cual este ensayo nos brinda mayor información relevante que el realizado por corte directo; y finalmente en este ensayo al igual que en el de corte directo podemos ensayar la muestra de tres distintas formas como por ejemplo, consolidada – drenada, consolidada – no drenada y no consolidada – no drenada.
6. BIBLIOGRAFÍA
✓ Escuela Politécnica Superior de Burgos.
(2017). Ensayo Triaxial. Obtenido de Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=Eyp 2qJiYJ_w ✓ Instituto Nacional de Vias. (2007). PARÁMETROS DE RESISTENCIA DEL SUELO MEDIANTE COMPRESIÓN TRIAXIAL INVE 153-07. Obtenido de ftp://ftp.unicauca.edu.co/Facultades/FIC/ IngCivil/Especificaciones_Normas_INV
- 07/Normas/Norma%20INV%20E- 153 - 07.pdf
✓ AASHTO T 234 ✓ AASHTO T 297 ✓ ASTM D 2850 ✓ ASTM D 4767
