NTP 339.164 Método de ensayo normalizado de compresión triaxial no consolidado no drenado para suelos cohesivos. ASTM D2850 Método de ensayo estándar para la resistencia a la compresión no-consolidada no-drenada de suelos cohesivos en compresión triaxial. AASTHO T 296 T 297 Unconsolidated Undrained Triaxial (UU) Tests
El ensayo se realizó el día 24 de junio en las instalaciones de la Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez – Sede Juliaca.
Figura N° 1: Ubicación del Laboratorio de Suelos UANCV-Juliaca
Determinar los parámetros de resistencia, Cohesión (C) y el Angulo de fricción ( Φ) interna del suelo en estudio.
MECÁNICA DE SUELOS II
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El esfuerzo cortante en los suelos es el aspecto más importante de la ingeniería geotécnica. La capacidad de soporte de cimentaciones superficiales como profundas, la estabilidad de los taludes y el diseño de muros o paredes de retención, llevan implícito el valor de la resistencia al esfuerzo cortante. Desde otro punto de vista, el diseño de los pavimentos, se ve influenciado de una forma indirecta por la resistencia al cortante de los suelos, ya sea en el análisis de la estabilidad de un talud o en el diseño de los muros de retención y de forma directa, a través del diseño de las fundaciones que soportan el pavimento, específicamente, en la subrasante. Por consecuencia, tanto las estructuras como los taludes deben ser estables y seguros frente a un colapso total, cuando éstos sean sometidos a una máxima aplicación de cargas. El esfuerzo cortante de un suelo se ha definido como la última o máxima resistencia que el suelo puede soportar. Específicamente, se ha expresado como la resistencia interna que ofrece la masa de suelo por área unitaria para resistir la falla al deslizamiento a lo largo de cualquier plano dentro de él. El esfuerzo cortante puede ser determinado de muchas maneras, algunos de los ensayos más comunes inclinadas son la veleta (ASTM D 4648), ensayos de penetración estándar – SPT (ASTM D 1586), así como algunos otros tipos de penetrómetros, los cuales en su mayoría no evitan los problemas asociados con la alteración de la muestra debido a su extracción en el campo, sin dejar de lado que ofrecen información sumamente importante. Sin embargo, muchos de esos métodos determinan la resistencia al cortante indirectamente a través de correlaciones. Por otra parte, en el laboratorio existe una serie de ensayos que usualmente se realizan dentro del ámbito de la ingeniería para evaluar las propiedades de resistencia de cada material que conforma el subsuelo. Entre estos se pueden citar la resistencia a la compresión uniaxial (ASTM D 2166), corte directo (ASTM D 3080 y ASTM D 6528) y los ensayos de compresión triaxial (ASTM D 4767 y ASTM D 2850).
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.
MECÁNICA DE SUELOS II
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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; lo s esfuerzos intermedios y menor son iguales (σ2 = σ3) y son iguales a la presión lateral.
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. 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. 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. 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 t érminos de esfuerzos totales y esfuerzos
efectivos. En este tipo de prueba no se permite en ninguna etapa la consolidación de la muestra. La válvula de comunicación entre el espécimen y la bureta permanece siempre cerrada impidiendo el drenaje. En MECÁNICA DE SUELOS II
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primer lugar, se aplica al espécimen una presión hidrostática y de inmediato, se falla el suelo con la aplicación rápida de la carga axial. Los esfuerzos efectivos en esta prueba no se conocen bien. El ensayo UU es usualmente llevado a cabo sobre especímenes de arcilla, enmarcando la realización del ensayo dentro del concepto de resistencia para suelos cohesivos saturados, en donde se expresan los resultados en términos de esfuerzos totales. La envolvente de falla para los criterios de Mohr del esfuerzo total se convierte en una línea horizontal, con una condición de φ = 0° (ángulo de fricción) y τf = Cu, siendo Cu la resistencia al cortante no drenada, la cual es igual al radio de los círculos de Mohr.
Cámara Triaxial Máquina de compresión Triaxial Membrana de caucho Molde metálico Compresor de aire Bomba de vacío Balanza de precisión, aproximación 0,1 gr Calibrador Aro-sello de caucho Tallador de muestras, cuchillas y sierras Equipo para determinar el contenido de humedad
Figura N° 2: Esquema del funcionamiento del E quipo Triaxial
MECÁNICA DE SUELOS II
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1. El suelo a utilizarse se prefiere que sea inalterado, en cuyo caso se debe tallar por lo menos tres especímenes cilíndricos, teniendo muy en cuenta su estratificación y evitando destruir la estructura original del suelo. Si la muestra es alterada, se procede a preparar los especímenes compactándose la muestra con una determinada energía, de acuerdo con las condiciones técnicas impartidas. Las dimensiones de los especímenes dependen del tamaño de la máquina Triaxial a emplearse; debiendo tomar en cuenta que la altura de la muestra debe ser el doble del diámetro, (Se toman las medidas de los especímenes preparados).
Figura N° 3: Toma de medidas de la muestra
2. El momento de preparar los especímenes se debe tomar muestra para determinar el contenido de humedad. 3. Pesamos el primer espécimen y lo colocamos en la base de la cámara Triaxial, utilizando una piedra porosa entre la muestra y dicha base.
Figura N° 4: Montaje de la muestra
4. Colocamos la membrana de caucho en el espécimen, utilizando un aparato especial para ello.
Figura N° 5: Revestimiento de la muestra con la membrana de caucho
MECÁNICA DE SUELOS II
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5. Colocamos la cabeza de plástico usando una piedra porosa entre la cabeza y el espécimen. 6. Aseguramos la membrana con ligas tanto en la parte superior como en la inferior.
Figura N° 6: Sujetar la membrana con la ayuda de ligas
7. Colocamos la cámara con su tapa, asegurándonos que estén bien colocados los empaques y seguidamente apretamos los tornillos que sujetan la cámara uniformemente. 8. Introducimos el pistón en el hueco de la cabeza de plástico. 9. Centramos el brazo de carga con el pistón y colocamos el dial de las deformaciones en cero. 10. Si la muestra no se encuentra saturada, será necesario saturarla, salvo introducciones contrarias al respecto, para lo cual abrimos las válvulas de saturación permitiendo que el agua fluya desde la base a través de la muestra. 11. Aplicamos presión al tanque de almacenamiento de agua y luego abrimos las válvulas que permiten el paso de la glicerina o agua a la cámara; la presión lateral introducida serán las indicadas anteriormente. 12. En estas condiciones aplicamos el tipo de Triaxial solicitado; llegando en cualquier caso a aplicar la carga hasta romper la muestra; anotándose las lecturas de las deformaciones axiales y de la carga aplicada.
Figura N° 7: Aplicación de cargas en la muestra
13. Una vez terminado el ensayo se reduce la presión y se devuelve el agua al tanque de almacenamiento, se seca la cámara y luego a la muestra con mucho cuidado con el objeto de graficar la fractura y además determinar la humedad. 14. Todo este proceso lo repetimos con los demás especímenes, utilizando presiones laterales diferentes. MECÁNICA DE SUELOS II
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ENSAYO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL NO CONSOLIDADO – NO DRENADO (UU)
ESPÉCIMEN 1 Altura Diámetro Humedad
(cm) (cm) (%)
Deformación (%)
Esf. Desv. (Kg/cm)
0.00
10.00 5.00 8.70
σ1
Densidad seca Velocidad Presión de celda
(g/cm3) (mm/min) (Kg/ cm²)
1.94 0.50 1.00
(Kg/cm²)
P (Kg/cm²)
Q (Kg/cm²)
Q/P
Oblicuidad (σ 1/ σ 3)
0.00
1.00
1.00
0.00
0.00
1.00
0.05
0.41
1.41
1.20
0.20
0.17
1.41
0.10
0.71
1.71
1.36
0.36
0.26
1.71
0.25
1.73
2.73
1.87
0.87
0.46
2.73
0.35
2.45
3.45
2.23
1.23
0.55
3.45
0.50
3.38
4.38
2.69
1.69
0.63
4.38
0.75
4.61
5.61
3.30
2.30
0.70
5.61
1.00
5.34
6.34
3.67
2.67
0.73
6.34
1.25
5.68
6.68
3.84
2.84
0.74
6.68
1.50
5.88
6.88
3.94
2.94
0.75
6.88
1.75
5.98
6.98
3.99
2.99
0.75
6.98
2.00
6.08
7.08
4.04
3.04
0.75
7.08
2.50
6.13
7.13
4.06
3.06
0.75
7.13
3.00
6.13
7.13
4.06
3.06
0.75
7.13
3.50
6.13
7.13
4.06
3.06
0.75
7.13
4.00
6.08
7.08
4.04
3.04
0.75
7.08
4.50
6.03
7.03
4.01
3.01
0.75
7.03
5.00
6.03
7.03
4.01
3.01
0.75
7.03
6.00
5.98
6.98
3.99
2.99
0.75
6.98
7.00
5.98
6.98
3.99
2.99
0.75
6.98
8.00
5.98
6.98
3.99
2.99
0.75
6.98
9.00
5.98
6.98
3.99
2.99
0.75
6.98
10.00
5.93
6.93
3.96
2.96
0.75
6.93
11.00
5.83
6.83
3.92
2.92
0.74
6.83
12.00
5.83
6.83
3.92
2.92
0.74
6.83
MECÁNICA DE SUELOS II
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ENSAYO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL NO CONSOLIDADO – NO DRENADO (UU)
ESPÉCIMEN 2 Altura Diámetro Humedad
(cm) (cm) (%)
Deformación (%)
Esf. Desv. (Kg/cm)
0.00
10.00 5.00 8.90
σ1
Densidad seca Velocidad Presión de celda
(g/cm3) (mm/min) (kg/cm²)
1.93 0.5 2.00
(Kg/cm²)
P (Kg/cm²)
Q (Kg/cm²)
Q/P
Oblicuidad (σ1/σ3)
0.00
2.00
2.00
0.00
0.00
1.00
0.05
0.82
2.82
2.41
0.41
0.17
1.41
0.10
1.22
3.22
2.61
0.61
0.23
1.61
0.25
2.55
4.55
3.27
1.27
0.39
2.27
0.35
3.63
5.63
3.81
1.81
0.48
2.81
0.50
5.05
7.05
4.52
2.52
0.56
3.52
0.75
7.11
9.11
5.55
3.55
0.64
4.55
1.00
8.33
10.33
6.17
4.17
0.68
5.17
1.25
9.02
11.02
6.51
4.51
0.69
5.51
1.50
9.36
11.36
6.68
4.68
0.70
5.68
1.75
9.56
11.56
6.78
4.78
0.70
5.78
2.00
9.70
11.70
6.85
4.85
0.71
5.85
2.50
9.85
11.85
6.92
4.92
0.71
5.92
3.00
9.85
11.85
6.92
4.92
0.71
5.92
3.50
9.95
11.95
6.97
4.97
0.71
5.97
4.00
9.90
11.90
6.95
4.95
0.71
5.95
4.50
9.90
11.90
6.95
4.95
0.71
5.95
5.00
9.85
11.85
6.92
4.92
0.71
5.92
6.00
9.70
11.70
6.85
4.85
0.71
5.85
7.00
9.56
11.56
678.00
4.78
0.70
5.78
8.00
9.31
11.31
6.66
4.66
0.70
5.66
9.00
9.07
11.07
6.53
4.53
0.69
5.53
10.00
8.87
10.87
6.43
4.43
0.69
5.43
11.00
8.72
10.72
6.36
4.36
0.69
5.36
12.00
8.58
10.58
6.29
4.29
0.68
5.29
MECÁNICA DE SUELOS II
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ENSAYO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL NO CONSOLIDADO – NO DRENADO (UU)
ESPÉCIMEN 3 Altura Diámetro Humedad
(cm) (cm) (%)
Deformación (%)
Esf. Desv. (Kg/cm²)
0.00
10.00 5.00 8.7
σ1
Densidad seca (g/cm³) Velocidad (mm/min) Presión de celda (kg/cm²)
1.94 0.5 4.00
(Kg/cm²)
P (Kg/cm²)
Q (Kg/cm²)
Q/P
Oblicuidad (σ1/σ3)
0.00
4.00
4.00
0.00
0.00
1.00
0.05 0.10
1.07 1.73
5.07 5.73
4.54 4.87
0.54 0.87
0.12 0.18
1.27 1.43
0.25 0.35
3.48 4.61
7.48 8.61
5.74 6.30
1.74 2.30
0.30 0.37
1.87 2.15
0.50 0.75
6.62 9.46
10.62 13.46
7.31 8.73
3.31 4.73
0.45 0.54
2.65 3.36
1.00 1.25
11.04 12.10
15.04 16.10
9.52 10.05
5.52 6.05
0.58 0.60
3.76 4.02
1.50
12.86
16.86
10.43
6.43
0.62
4.22
1.75 2.00
13.39 13.44
17.39 17.44
10.70 10.72
6.70 6.72
0.63 0.63
4.35 4.36
2.50 3.00
13.68 14.02
17.68 18.02
10.84 11.01
6.84 7.01
0.63 0.64
4.42 4.50
3.50
14.16
18.16
11.08
7.08
0.64
4.54
4.00 4.50
14.21 14.30
18.21 18.30
11.10 11.15
7.10 7.15
0.64 0.64
4.55 4.58
5.00 6.00
14.30 14.40
18.30 18.40
11.15 11.20
7.15 7.20
0.64 0.64
4.58 4.60
7.00 8.00
14.45 14.45
18.45 18.45
11.22 11.22
7.22 7.22
0.64 0.64
4.61 4.61
9.00
14.45
18.45
11.22
7.22
0.64
4.61
10.00 11.00
14.30 14.16
18.30 18.16
11.15 11.08
7.15 7.08
0.64 0.64
4.58 4.54
12.00
14.02
18.02
11.01
7.01
0.64
4.50
MECÁNICA DE SUELOS II
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ENSAYO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL NO CONSOLIDADO – NO DRENADO (UU)
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ENSAYO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL NO CONSOLIDADO – NO DRENADO (UU)
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ENSAYO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL NO CONSOLIDADO – NO DRENADO (UU)
MECÁNICA DE SUELOS II
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Podemos concluir diciendo que las principales ventajas de los ensayos de compresión Triaxial son:
La muestra no es forzada a inducir la falla sobre una superficie determinada. Consecuentemente, una prueba de compresión puede revelar una superficie débil relacionada a alguna característica natural de la estructura del suelo. Las tensiones aplicadas en pruebas de compresión en laboratorio, son una aproximación de aquellas que ocurren en situ. Las tensiones aplicadas son las tensiones principales y es posible realizar un estrecho control sobre las tensiones y las deformaciones. Las condiciones de drenaje pueden ser controladas y es posible una gran variedad de condiciones de prueba.
Así como también podemos afirmar que este ensayo tiene las siguientes limitaciones:
En algunos casos de arcilla el tamaño de la muestra puede tener importantes efectos sobre la
Podemos concluir diciendo que las principales ventajas de los ensayos de compresión Triaxial son:
La muestra no es forzada a inducir la falla sobre una superficie determinada. Consecuentemente, una prueba de compresión puede revelar una superficie débil relacionada a alguna característica natural de la estructura del suelo. Las tensiones aplicadas en pruebas de compresión en laboratorio, son una aproximación de aquellas que ocurren en situ. Las tensiones aplicadas son las tensiones principales y es posible realizar un estrecho control sobre las tensiones y las deformaciones. Las condiciones de drenaje pueden ser controladas y es posible una gran variedad de condiciones de prueba.
Así como también podemos afirmar que este ensayo tiene las siguientes limitaciones:
En algunos casos de arcilla el tamaño de la muestra puede tener importantes efectos sobre la resistencia medida. Se deben confeccionar o tomar muestras de diámetros que representen adecuadamente grietas y discontinuidades en una muestra de suelo.
Se recomienda realizar este ensayo siempre con la supervisión del técnico encargado del equipo ya que el equipo no es fácil usarlo.
MECÁNICA DE SUELOS II
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