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El proceso de realizar ensayos triaxiales en geomecánica, donde se determina el esfuerzo cortante de un suelo mediante la aplicación de presiones laterales y axiales. Se presentan objetivos específicos de la práctica, diferentes tipos de ensayos (consolidado drenado, no consolidado no drenado y rápido), y se grafican los resultados obtenidos en términos de esfuerzos totales y esfuerzos efectivos. Además, se calculan los parámetros de cohesión y ángulo de fricción internos.
Tipo: Ejercicios
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1. Ancalla Marquez, Edwin Arnaldo Cod. U
Lopez Choquemamani Sascha Michael Silva Larico, Joel Neyra Rodriguez Coby Colin Cod. U Cod. U Cod. U
El ensayo Triaxial constituye el método más versátil en el estudio de las propiedades esfuerzo-deformación. Con este ensayo es posible obtener una gran variedad de estados reales de carga. Esta prueba es la más común para determinar las propiedades esfuerzo- deformación. Una muestra cilíndrica de un suelo es sometida a una presión de confinamiento en todas sus caras. A continuación, se incrementa el esfuerzo axial hasta que la muestra se rompe. Como no existen esfuerzos tangenciales sobre las caras de la muestra cilíndrica, el esfuerzo axial y la presión de confinamiento, son los esfuerzos principal mayor y principal menor respectivamente. Al incremento de esfuerzo axial, se denomina esfuerzo desviador. Su principal acción es obtener parámetros del suelo y la relación esfuerzo-deformación a través de la determinación del esfuerzo cortante. Es un ensayo complejo, pero la información que entrega es la mas representativa del esfuerzo cortante que sufre una masa de suelo al ser cargada. Consiste en colocar una muestra cilíndrica de suelo dentro de una membrana de caucho o goma, que se introduce en una cámara especial y se le aplica una presión igual en todo sentido y dirección. Alcanzando este estado de equilibrio, se aumenta la presión normal o axial, sin modificar la presión lateral aplicada, hasta que se produzca la falla. Realizando por lo menos 3 pruebas, compresiones laterales diferentes, en un grafio se dibujan los círculos de Mohr que representan los esfuerzos de cada muestra y trazando una tangente o envolvente a estos, se determina los parámetros ф y c del suelo. Dependiendo del tipo de suelo y las condiciones en que este trabajará, las alternativas para realizar el ensayo serán consolidado no drenado (CU), no consolidado no drenado (UU), o consolidado drenado (CD). Debido a que el suelo es un material tan complejo, ninguna prueba bastará por si sola para estudiar todos los aspectos importantes del comportamiento esfuerzo-deformación.
La prueba de ensayo triaxial es uno de los métodos más confiables para determinar los parámetros de la resistencia al cortante. En un ensayo triaxial, un espécimen cilíndrico de suelo es revestido con una membrana de látex dentro de una cámara a presión. La parte superior e inferior de la muestra tiene discos porosos, los cuales se conectan al sistema de drenaje para saturar o drenar el espécimen. En estas pruebas se pueden variar las presiones actuantes en tres direcciones ortogonales sobre el espécimen de suelo, efectuando mediciones sobre sus características mecánicas en forma completa. Los especímenes usualmente están sujetos a presiones laterales de un líquido, generalmente agua. El agua de la cámara puede adquirir cualquier presión deseada por la acción de un compresor comunicado con ella. La carga axial se transmite al espécimen por medio de un vástago que atraviesa la parte superior de la cámara. La presión que se ejerce con el agua que llena la cámara es hidrostática y produce, por lo tanto, esfuerzos principales sobre el espécimen, iguales en todas las direcciones, tanto lateral como axialmente. En las bases del espécimen actuará además de la presión del agua, el efecto transmitido por el vástago de la cámara desde el exterior. Es usual llamar σ1, σ2 y σ3 a los esfuerzos principales mayor, intermedio y mínimo, respectivamente. En una prueba de compresión, la presión axial siempre es el esfuerzo principal mayor, σ1; los esfuerzos intermedios y menor son iguales (σ2 = σ3) y son iguales a la presión lateral. 3.1 Prueba lenta - Prueba con consolidación y con drenaje (CD) Los ensayos consolidados drenados se utilizan esencialmente en suelos granulares (arenas), sin embargo, se puede aplicar en suelos finos, pero los ensayos requieren tiempos prolongados del orden de semanas. La característica fundamental de la prueba es que los esfuerzos aplicados al espécimen son efectivos. Primeramente, se aplica al suelo una presión hidrostática, manteniendo abierta la válvula de comunicación con la bureta y dejando transcurrir el tiempo necesario para que haya consolidación completa bajo la presión actuante.
Cuando el equilibrio estático interno se haya restablecido, todas las fuerzas exteriores estarán actuando sobre la fase sólida del suelo, es decir, producen esfuerzos efectivos, en tanto que los esfuerzos neutrales en el agua corresponden a la condición hidrostática. La muestra se lleva a la falla a continuación aplicando la carga axial en pequeños incrementos, cada uno de los cuales se mantiene el tiempo necesario para que la presión en el agua, en exceso de la hidrostática, se reduzca a cero. 3.2 Prueba rápida – Prueba con consolidación y sin drenaje (CU) El ensayo CU (consolidado-no drenado) se realiza generalmente con medición de la presión de poros o neutra con el fin de determinar los parámetros de “C” y “φ” en términos de esfuerzos totales y esfuerzos efectivos. En este tipo de prueba, el espécimen se consolida primeramente bajo la presión hidrostática; así el esfuerzo llega a ser efectivo, actuando sobre la fase sólida del suelo. En seguida, la muestra se lleva a la falla por un rápido incremento de la carga axial, de manera que no se permita cambio de volumen. El hecho esencial de este tipo de prueba es el no permitir ninguna consolidación adicional durante el periodo de falla, de aplicación de la carga axial. Esto se logra fácilmente en una cámara de compresión triaxial cerrando la válvula de salida de las piedras porosas a la bureta. En la segunda etapa de una prueba rápida consolidada podría pensarse que todo el esfuerzo desviador fuera tomado por el agua de los vacíos del suelo en forma de presión neutral, ello no ocurre así y se sabe que parte de esa presión axial es tomada por la fase sólida del suelo, sin que, hasta la fecha, se hayan dilucidado por completo ni la distribución de esfuerzos, ni las razones que lo gobiernan. De hecho, no hay ninguna razón en principio para que el esfuerzo desviador sea íntegramente tomado por el agua en forma de presión neutral, si la muestra estuviese lateralmente confinada, como el caso de una prueba de consolidación.
lec. Def. lec. Dial mm (10^-3)mm 0 0 0.1 10 0.25 20 0.5 35 0.75 49 1 60 1.25 71 1.5 86 1.75 103 2 90 2.25 81 2.5 69 ensayo triaxial fecha Ds= 3.5 cm Dm= 3.5 cm Di= 3.5 cm Dp= 3.5 cm Ho= 7 cm Ao= 9.62 cm Vo= 67.35 cm W 113.55 g Yh 1.686 g/cm Y 0.881 g/cm σ3= 0 kg/cm Cte= 92.61 kg/cm Prensa Triaxial Blader Camara triaxial
4. CALCULO DE RESULTADOS OBTENIDOS 4.1 Datos: σ3= 0 kg/cm
lec. Def. lec. Dial mm (10^- 6)mm 0 0 0.1 24 0.25 59 0.5 104 0.75 129 1 153 1.25 165 1.5 176 1.75 183 2 185 2.25 186 2.5 187 3 189 4 197 5 195 lec. Def. lec. Dial mm (10^- 6)mm 0 0 0.1 27 0.25 54 0.5 90 0.75 115 1 137 1.25 157 1.5 176 1.75 187 2 205 2.25 215 2.5 228 3 244 4 276 5 287 6 314 7 325 8 334 9 333 10 331 σ3 = 1 kg/cm Ds= 3.5 cm Dm= 3.5 cm Di= 3.5 cm Dp= 3.5 cm Ho= 7 cm Ao= 9.62 cm Vo= 67.35 cm W 112.9 g Yh 1.676 g/cm Y 0.876 g/cm σ3= 1 kg/cm Cte= 92.61 kg/cm σ3 = 2 kg/cm
desv. σ3 = 0 kg/cm lec. Def. lec. Dial deformaci on cm carga deformacio n unitaria area corregida Esf. Desv. kg/cm 2 mm (10^3)mm 0 0 0 0 0 9.62 0 0.1 10 0.01 0.9261 0. 7
52 0. 067 0.25 20 0.025 1.8522 0. 3
29 0. 875 0.5 35 0.05 3.24135 0. 6
63 0. 196 0.75 49 0.075 4.53789 0. 9
73 0. 006 1 60 0.1 5.5566 0. 1
29 0. 759 1.25 71 0.125 6.57531 0. 4
09 0. 873 1.5 86 0.15 7.96446 0. 7
93 0. 559 1.75 103 0.175 9.53883 0.025 9. 67 0. 331 2 90 0.2 8.3349 0. 3
18 0. 904 2.25 81 0.225 7.50141 0. 6
39 **0. 824 2.5 69 0.25 6. 9
29
63
729**
σ3 = 1 kg/cm lec. Def. lec. Dial (^) deformacio n cm car ga Deformacio n unitaria ar ea corr egid a Esf. Desv . kg/c m mm (10^6)m m 0 0 0 0 0 9.62 0 0.1 24 0.01 2.22264 0.00142857 9. 6252 0. 136 0.25 59 0.025 5.46399 0.00357143 9. 8029 0. 5382 0.5 104 0.05 9.63144 0.00714286 9. 0863 0. 3784 0.75 129 0.075 11. 9 0.01071429 9. 8773 1. 5403 1 153 0.1 14. 3 0.01428571 9. 2029 1. 6185 1.25 165 0.125 15. 5 0.01785714 9. 0909 1. 6042 1.5 176 0.15 16. 6 0.02142857 9. 5693 1. 1331 1.75 183 0.175 16. 3 0.025 9. 6667 1. 652 2 185 0.2 17. 5 0.02857143 9. 4118 1. 7692 2.25 186 0.225 17. 6 0.03214286 9. 8339 1. 3373 2.5 187 0.25 17. 7 0.03571429 9. 963 1. 2178 3 189 0.3 17. 9 0.04285714 10. 7463 1. 9158 4 197 0.4 18. 7 0.05714286 10. 0303 1. 1289 5 195 0.5 18. 95 0.07142857 10.36 1. 4189
σ3 = 0 kg/cm σ3 = 1 kg/cm
4.4 Grafica del círculo de Mohr Grafica 4 4.5 Cálculo de ángulo de fricción interna y de cohesión de la ecuación hallada en el grafico 4. y = 0.364x + 0. de la pendiente 0.7728 sacamos la tangente inversa para hallar el angulo. Arctan(0.0364) = 20º Y 0.3 será la cohesión Angulo de fricción interna 20º cohesión 0.
y = 0.364x + 0. 2
1
(^0 0 1 2 3 4 5 6 ) esfuerzo normal Esfuerzo cortante
2 σ3= 0 1.5σ3= 1 1σ3= 2 0.5envolvente de falla 0 Linear (envolvente de falla) 01234567 esfuerzo normal
El Angulo de fricción interno aceptable para el uso del suelo dado será de 20 grados sexagesimales. Esto con el fin de conseguir estabilidad al suelo para darle uso como en taludes o en otros usos. la cohesión para el suelo estudiado será de 0.3. este valor nos ayuda en la resistencia a los esfuerzos cortantes o normales, esta propiedad nos ayudara a que nuestro suelo se mantenga como una pieza. En la gráfica del círculo de Mohr podemos notar la envolvente de falla que se encuentra de color amarrilla. Su característica principal es que sea prácticamente tangente a los círculos originados por los esfuerzos normales y cortantes. La envolvente de nos ayuda a obtener el Angulo de fricción interna y su respectiva cohesión y =
x + 0. Esfuerzo cortante
7. Anexos Fórmula del área representativa inicial Volumen de la probeta Peso específico húmedo Peso específico seco Deformación unitaria
Área corregida Esfuerzo desviador
