Ensayo Triaxial Consolidado No Drenado-unalm

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

FACULTAD DE INGENIERIA AGRÍCOLA

“ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO NO DRENADO (CU)”

PROFESORA PROFESO RA:: ING. WENDY LU INTEGRANTES: - MEDINA CORONADO, DANIEL - ORIHUELA CLEMENTE, DENIS pá. ! GEOLOG"A Y GEOTECNIA



pá. # GEOLOG"A Y GEOTECNIA



pá. # GEOLOG"A Y GEOTECNIA



RESUMEN

El Tema del siguiente informe es el estudio del ensayo triaxial consolidado no drenado, entre las secciones desarrolladas tenemos el conc concep epto to que que lo defi define ne,, los los mate materi rial ales es fund fundam amen enta tale less para para su realización, su proceso y usos de aplicación en la ingeniería civil junto con problemas teórico y práctico.

pá. $ GEOLOG"A Y GEOTECNIA



Índice . !"#$ %E &$'E(T&)#*&+$ . !roblema .. !roblema de investigación ..- !lanteamiento del problema .. /ustificación de la investigación .- 0bjetivos . 1arco referencial .2 1arco teórico .3 1etodología .3. Tipo y dise4o de estudio .3.- Tipo de estudio .3. %ise4o de investigación .3.2 1uestra .3.3 15todos pá. % GEOLOG"A Y GEOTECNIA



Índice -. 6E(7"T#%0( -. 8ormulas y diagramas  *0$*"7(&0$E( 2 6E8E6E$*&#( 9&9"&0)6#8&*#( 3 #$E:0(

pá. & GEOLOG"A Y GEOTECNIA



INTRODUCCIÓN

En la actualidad el uso de pruebas triaxiales en laboratorios de suelos, arroja resultados más precisos en la obtención de los parámetros de resistencia al corte y del suelo. Estas pruebas son de mayor confiabilidad al momento de determinar la resistencia del suelo y nos dan opción de conocer en forma más completa las características mecánicas de un suelo. Este ensayo tambi5n denominado ensayo consolidado rápido ;6<, consta de tres etapas ;saturación, consolidación y compresión<. El objetivo del ensayo es determinar los parámetros efectivos c= y >=, ya que estos gobiernan la resistencia al corte del suelo y determinar tambi5n algunas características respecto al cambio de volumen y rigidez del suelo. !ara dibujar el círculo de esfuerzos de 1o?r que condicionará la envolvente de falla deben determinarse los esfuerzos principales @ y @, para lo cual se recolectan periódicamente los valores de los deformímetros que controlan el anillo de carga y la deformación vertical ;%"< de la probeta durante la compresión y tambi5n la presión poros en la probeta. Este ensayo se encuentra normalizado en el 6eglamento $acional de Edificaciones, en la EA3A, con la $T! B.CC -AA, y la #(T1 2DCD de respaldo. pá. ' GEOLOG"A Y GEOTECNIA



pá.  GEOLOG"A Y GEOTECNIA



1. PLAN DE INVESTIGACIÓN 1.1 Problem!

1.1.1 Problem de in"e#$i%ci&n

Ensayo triaxial consolidado no drenado

1.1.' Pln$emien$o del (roblem

"a prueba triaxial es uno de los m5todos más confiables para determinar los parámetros de la resistencia cortante del suelo. (e usa ampliamente tanto para investigaciones como para pruebas convencionales. "a prueba se considera confiable por las siguientes razones

a< !roporciona información sobre el comportamiento esfuerzodeformación unitario del suelo, que no suministra la prueba de corte directo.

pá.  GEOLOG"A Y GEOTECNIA



b< !ermite condiciones más uniformes de esfuerzo que la prueba de corte directo con sus concentraciones de esfuerzos al largo del plano de falla. c< !rovee más flexibilidad en t5rminos de trayectorias de carga.

1.1.) *+#$i,icci&n de l in"e#$i%ci&n Este ensayo sirve para estimar la capacidad de carga en suelos co?esivos parcial y completamente saturados. (e realiza en laboratorios de pruebas certificados, aunque existen muy pocos en el !erF. (u precio varía entre AAA y -AA dólares, por lo que no es muy utilizado con frecuencia.

1.' Ob-e$i"o#!

 #prender a realizar el ensayo triaxial consolidado no drenado.

 #prender a calcular la capacidad de carga en los suelos.

1.) Mrco re,erencil! Este ensayo se encuentra normalizado por

pá. * GEOLOG"A Y GEOTECNIA



$T! B.CC



#(T1 %2DCD



1. Mrco $e&rico! "a prueba consolidadano drenada es el tipo más comFn de prueba triaxial. En 5sta, el esp5cimen de suelo saturado es primero consolidado por una presión en todo su alrededor ;símbolo del sigma en base < del fluido en la cámara, que resulta en drenaje. %espu5s que la presión de poro del agua generada por la aplicación de la presión de confinamiento es completamente disipada ;es decir, u en base c G 9sigmaG A<, el esfuerzo desviador diferencial por sigma en base d sobre el esp5cimen se incrementa para causar la falla cortante. %urante esta fase, la línea de drenaje desde el esp5cimen se mantiene cerrada. *omo el drenaje no se permite, la presión de poro del agua diferencial u en base d crecerá. %urante la prueba se ?acen las mediciones de diferencia por sigma en base d y diferencial u en base d. el incremento en la presión de poro del agua diferencial u en base d se expresa en una forma adimensional como %ónde #G parámetro de la presión de poro de (Hempton ;(Hempton. B32<. "os patrones generales de la variación de diferencial por sigma en base de y diferencial por u en base d con la deformación unitaria axial para arenas y arcillas se muestran en las figuras

pá. !+ GEOLOG"A Y GEOTECNIA



En este ensayo la resistencia al corte permanece prácticamente constante para un intervalo grande de los valores de presión de menores que la presión de sobreconsolidación. "as arcillas $* muestran una resistencia adicional con respecto a la obtenida, esta es atribuible a los mismos efectos de sobreconsolidación, estos efectos son comparativamente mayores a los del ensayo drenado debido a que se impide el drenaje. En los casos de obras que están sobre depósitos de arcilla en las cuales el tiempo de construcción se extiende por tiempo razonablemente largo, puede suponerse que al final de la construcción se ?abrá producido algFn grado de consolidación. (i en ese momento las solicitaciones de corte que se generan tienen magnitud suficiente para producir la falla, 5sta se producirá rápidamente sin drenaje adicional. Este comportamiento se modela en el ensayo consolidado no drenado, en el cual la muestra se consolida bajo la presión de cámara 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 tambi5n en arena y grava.

pá. !! GEOLOG"A Y GEOTECNIA



En este tipo de prueba, el esp5cimen se consolida primeramente bajo la presión ?idrostáticaI 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 ?ec?o 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 pá. !# GEOLOG"A Y GEOTECNIA



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 ?asta la fec?a, se ?ayan dilucidado por completo ni la distribución de esfuerzos, ni las razones que lo gobiernan. %e ?ec?o no ?ay 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 *7 ;consolidadono drenado< se realiza generalmente con medición de la presión de poros o neutra con el fin de determinar los parámetros de J*K y JLK en t5rminos de esfuerzos totales y esfuerzos efectivos.

En la etapa de consolidación se permite el drenaje de forma que los esfuerzos efectivos sean iguales a los esfuerzos totales aplicados ;MuN G A<. %urante la etapa de corte, se cierra el drenaje y se mide la presión intersticial uN.

Este tipo de ensayo es una composición de los dos ensayos ya que en la primera etapa se permite el drenaje de la muestra en un todo de acuerdo para el ensayo J(K. 1ientras que en la segunda etapa la rotura se alcanza en forma rápida y sin permitir ningFn drenaje de la muestra tal es el caso del ensayo JOK. "a identificación de este ensayo triaxial con la letra J6K es pá. !$ GEOLOG"A Y GEOTECNIA



simplemente porque en orden alfab5tico la J6K está ubicada entre la JOK y la J(K y además debido a que este ensayo es una composición de aquellos dos. Existe una variante en este tipo de ensayo triaxial, que es el Ensayo triaxial, consolidado, no drenado, con medición de presiones neutras y que para diferenciarlo del anterior se lo identifica con la letra J6K. "a variante que ofrece este ensayo J6K es que, en la segunda etapa del mismo, se mide la presión neutra que se origina en el agua de poros cuando se aplica la tensión desviante. Este ?ec?o nos obliga a ejecutar esta segunda etapa del ensayo con una velocidad de deformación peque4a para permitir que la presión neutra generada por la aplicación de la tensión desviante ;   <

pueda

ser

medida

correctamente

y

exista

una

correspondencia total entre las tensiones ;  <, las deformaciones ;< y la presión neutra ;u<

que se miden en forma simultánea. (i la velocidad de deformación de la probeta no es la correcta, se producirá un desfasaje entre la carga aplicada ; <, la deformación ; < con respecto a la presión neutra ;u< que dependerá indudablemente de la permeabilidad del suelo.

1./ Me$odolo%0!

1./.1

Ti(o  di#e2o de e#$+dio

0bras ?idráulicas y obras viales pá. !% GEOLOG"A Y GEOTECNIA



1./.'

Ti(o de e#$+dio

%escriptivo

1./.)

Di#e2o de in"e#$i%ci&n

$T! B.CC Esta norma t5cnica peruana establece la determinación de las relaciones de resistencia y de esfuerzo deformación de un esp5cimen de suelo co?esivo saturado. Estos especímenes son consolidados y cortados a compresión sin drenaje a una velocidad constante de deformación axial.

1./.

M+e#$r#

(e determinará la cantidad de material para la preparación de las muestras mediante datos conocidos que serán explicados más adelante.

1././

M3$odo#

pá. !& GEOLOG"A Y GEOTECNIA



"a prueba de ensayo triaxial es uno de los m5todos más confiables para determinar los parámetros de la resistencia al cortante. En un ensayo triaxial, un esp5cimen cilíndrico de suelo es revestido con una membrana de látex dentro de una cámara a presión. "a parte superior e inferior de la muestra tiene discos porosos, los cuales se conectan al sistema de drenaje para saturar o drenar el esp5cimen. En estas pruebas se pueden variar las presiones actuantes en tres direcciones ortogonales sobre el esp5cimen de suelo, efectuando mediciones sobre sus características mecánicas en forma completa. "os 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. "a carga axial se transmite al esp5cimen por medio de un vástago que atraviesa

la parte superior de la cámara. "a presión que se ejerce con el agua que llena la cámara es ?idrostática y produce, por lo tanto, esfuerzos principales sobre el esp5cimen, iguales en todas las direcciones, tanto lateral como axialmente. En las bases del esp5cimen actuará además de la presión del agua, el efecto transmitido por el vástago de la cámara desde el exterior. Es usual llamar @, @- y @ a los esfuerzos principales mayor, intermedio y mínimo, respectivamente. En una prueba de compresión, la presión axial siempre es el esfuerzo principal pá. !' GEOLOG"A Y GEOTECNIA



mayor, @I los esfuerzos intermedios y menor son iguales ;@- G @< y son iguales a la presión lateral. En este tipo de prueba ;*u<, el esp5cimen se consolida primeramente bajo la presión ?idrostáticaI 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 ?ec?o 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, ?asta la fec?a, se ?ayan dilucidado por completo ni la distribución de esfuerzos, ni las razones que lo

gobiernan. %e ?ec?o, no ?ay 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 confiada, como el caso de una prueba de consolidación. El ensayo *7 ;consolidadono drenado< se realiza generalmente con medición de la presión de poros o neutra con el fin de pá. ! GEOLOG"A Y GEOTECNIA



determinar los parámetros de J*K y JLK en t5rminos de esfuerzos totales y esfuerzos efectivos. Explicaremos a continuación como se ejecuta la Jsegunda etapaK del ensayo triaxial 6, ya que la primera etapa es similar a la explicada para el ensayo triaxial drenado J(K. !ara ello utilizaremos el esquema de la figura. 7na vez que la probeta se ?a consolidado isotrópicamente bajo la acción de , cerramos la llave 9 y en el manómetro ;P< mediante el accionamiento del pistón ;< colocamos la misma presión que teníamos en el ;D< que debe coincidir con la presión de contrapresión, que como ejemplo ?abíamos aplicado para la saturación por contrapresión una presión !c G C HgQcmR. # continuación en el J&ndicador de ceroK ;3<, que es una pieza de acrílico transparente que en su parte inferior tiene un tornillo que al ser roscado empuja ?acia arriba un pistón que desplaza una peque4a masa de mercurio, que se eleva en dos peque4os conductos inclinados, y que obstruyen el pasaje de agua del pistón ;< ?acia la probeta y viceversa.

!ara nivelar las dos ramas de mercurio en ;3< abrimos la llave E e inmediatamente la cerramos para abrir la llave %, al ?acer esto no se deberán producir cambios en las presiones del circuito pues el mismo estaba en equilibrio para la misma presión.

pá. ! GEOLOG"A Y GEOTECNIA



Estamos en condiciones de poner en funcionamiento la prensa con una velocidad de deformación adecuada, con lo cual estaremos aplicando a la probeta la tensión desviante ;   <. Esta solicitación generará en el interior de la probeta, presiones efectivas y presiones neutras, 5stas Fltimas tratarán de expulsar agua a trav5s de los cabezales drenantes y la misma empujará el mercurio en la rama izquierda del indicador de cero ;3< con lo cual ambas, saldrán del nivel ?orizontal original que está marcado con una línea en ambas caras de ;3<. !ara evitar esto, con un peque4o incremento de presión en la rama de la derec?a, podemos lograr que nuevamente ambas ramas de mercurio pá. !* GEOLOG"A Y GEOTECNIA



retomen su posición original, para ello debemos accionar el pistón roscado ;<. Este peque4o incremento de presión no es otra cosa que la presión neutra que tiene el agua de poros en el interior de la probeta y su valor lo obtenemos restándole a la presión que nos marca el manómetro ;P< los C,A HgQcm- que teníamos de contrapresión y que como ya explicamos anteriormente es nuestra nueva presión de referencia. %e esta forma y ?asta la finalización del ensayo debemos controlar que el indicador de cero ;3< mantenga las dos ramas de mercurio niveladas a medida que registramos la presión en el manómetro ;P<. En la actualidad, lo que se utiliza para medir la presión neutra de la probeta, es la instalación a la salida de los conductos de drenaje de la misma de un transductor de presión, que es un elemento electrónico que mide la presión neutra sin cambio de volumen, como se muestra en la figura

Esquema utilizado para medir la presión neutra que se desarrolla en el interior de una probeta en el ensayo 6 con transductor electrónico

pá. #+ GEOLOG"A Y GEOTECNIA



6epitiendo el ensayo con tres o más probetas a las cuales consolidamos con distintas presiones de confinamiento

,

podremos al final de los mismos representar los resultados mediante los círculos de rotura de 1o?r y obtener así los parámetros de corte en t5rminos de presiones totales ;ccuI cu< 8iguras 2D y 2P *omo vemos en la figura siguiente las presiones neutras medidas, pueden tomar valores negativos en algunos casos, dependiendo de la dilatancia del material ensayado. Estas presiones negativas serían muy difíciles de medir si no ?ubi5semos aplicado contrapresión a nuestra probeta, pues en ese caso las presiones negativas tendrían que medirse a partir de la presión de referencia que sería la presión atmosf5rica y el agua en tracción puede experimentar cavitación. #plicando la contrapresión en cambio nuestra presión de referencia cambia y pasa a ser por ejemplo S C,AAA HgQcm-, con lo cual todas las presiones neutras que midamos en el manómetro ;P< y que sean inferior a esta presión de referencia serán negativas.

pá. #! GEOLOG"A Y GEOTECNIA



'alores obtenidos de un ensayo triaxial consolidado no drenado con medición de presiones neutras.

6epresentación de la *.6.&. de un ensayo triaxial consolidado no drenado J6K

pá. ## GEOLOG"A Y GEOTECNIA



Esta es la segunda ventaja que nos ofrece la aplicación de la contrapresión en los ensayos triaxiales, ya que nos permite calcular ;mediante diferencia< presiones neutras negativas a partir de mediciones positivas. Es por este motivo que en los ensayos 6 que se ejecutan sobre probetas de arena, donde no sería necesaria la contrapresión para obtener una saturación óptima, la misma se aplica siempre.

Procedimien$o de en#o  %esarmar y limpiar la cámara y todas las líneas. *errar las válvulas. 

8ijar el cabezal interior a la cámara en un soporte y colocar la

pieza perforada que simula la piedra porosa. El cabezal se colocará invertido quedando la pieza perforada de aluminio sobre 5l. 

*olocar papel filtro sobre la pieza perforada, de diámetro igual

al de la probeta, segFn corresponda a la muestra a ensayar.  (e procederá entonces a colocar la muestra sobre la base inferior de la celda Triaxial, la que está preparada con el cabezal inferior y papel filtro, vale decir en condición óptima de ser posada la muestra sobre esta. "uego se colocará el papel filtro seguido por el cabezal superior, quedando en contacto con la probeta de suelo.  *olocar el cilindro de lucita que forma parte de la cámara Triaxial en su lugar. "a tapa superior de la cámara sobre el pá. #$ GEOLOG"A Y GEOTECNIA



cilindro, centrando el vástago de carga axial cuidadosamente en el cabezal. 

#segurar provisoriamente la tapa superior por medio de sus

tuercas

y

luego

en

forma

definitiva,

enroscándolas

sucesivamente de modo que la placa quede ?orizontal, las tuercas deben apretarse solo con un torque suficiente para impedir la salida del agua a trav5s de los ajustes de goma.  (e procederá a llenar de agua la celda, abrir la válvula de escape de agua J!3K en tablero y válvula JbK en celda, y llenar esta por medio de caída libre. 7na vez llena la celda dejar abierta la válvula de salida superior J*K, la que está conectada al desage y aplicar un mínimo de presión, solamente para producir una circulación del agua, que inducirá la salida de posibles burbujas de aire ?acia el exterior.  *onectar la línea de presión a un tanque de regulación con su válvula de salida cerrada.  #justar la presión del tanque al valor que se desea tener en la cámara. *olocar la cámara en el banco de soporte centrándola muy bien, ajustar el marco de carga sobre ella y tambi5n el extensómetro.  #plicar la presión deseada al agua de la cámara.

'. RESULTADOS pá. #% GEOLOG"A Y GEOTECNIA



'.1 4orm+l#  di%rm#

. 4orm+l# # continuación, se presentan las fórmulas para la construcción de la tabla de presentación de datos #o G ;U V % -<

2 %onde #o

G Wrea de la sección transversal mm-. x G tiempo

X .-D mm

min %onde Yx

G 1onto que se deforma en la compresión de cualquier

estado expresado en mm.

Y? acumulado G Z ;x S Y?<

%onde Y?

G %elta de altura en la etapa de consolidación

expresado en mm.

"o G AA pá. #& GEOLOG"A Y GEOTECNIA

X#o



;AA V [\<

%onde #

G Wrea corregida

b. Di%rm de e#$do# de e#,+er5o# En estas tablas se tabulan los datos correspondientes a un ensayo Triaxial no drenado.

c. Di%rm de e#$do# de e#,+er5o# pá. #' GEOLOG"A Y GEOTECNIA



En este diagrama se grafican en las abscisas los círculos de 1o?r para una presión de cámara constante y en las ordenadas el esfuerzo de corte.

d. Di%rm de e#,+er5o6 de,ormci&n En este diagrama se grafican en las ordenadas la presión desviadora y en las abscisas la deformación unitaria alcanzada

RESULTADOS DE LAORATORIO

pá. # GEOLOG"A Y GEOTECNIA



pá. # GEOLOG"A Y GEOTECNIA



). CONCLUSIONES pá. #* GEOLOG"A Y GEOTECNIA



 !ara las obras civiles tales como taludes, presas de tierra, fundaciones de estructuras, muros de contención y todas aquellas estructuras que se vayan a cimentar sobre suelos co?esivos se requiere la evaluación de la resistencia al corte del suelo.

 El comportamiento no drenado depende del agua que puede entrar o salir del suelo

 ensayo consolidado no drenado sirven para el dise4o de los cimientos superficiales

 sirven para estimar la capacidad de carga a mediano y largo plazo respectivamente, en suelos co?esivos parcial y completamente saturados.

 En el ensayo consolidado no drenado la manipulación adecuada de las muestras, mínimo contacto con las mismas, tanto en su moldeoQ remodeló como en su colocación en las cámaras, y una prevención extrema en la p5rdida de ?umedad de los especímenes, son fundamentales como punto de partida para un óptimo desempe4o del ensayo a ejecutar.

pá. $+ GEOLOG"A Y GEOTECNIA



. RE4ERENCIA 7I7LIOGR84ICA "eal, #. $., Tauta, /. 8. *., ] 9lanco, E. 8. 6. ;-AAB<. %eterminación de parámetros para los modelos elastoplásticos mo?rcoulomb y ?ardening soil en suelos arcillosos. Revista Ingenierías Universidad de Medellín, 8 ;3<, D3B.

Tomás, 6., *ano, 1., )arcía9arba, /., ] ^amora, 6. ;-A-<. &mplementación de un laboratorio virtual de 1ecánica de (uelos y 6ocas. X jornadas de redes de investigación en docencia universitaria, DP.

)ranados "ópez, #. 6. ;-A<. Estabilización del talud de la *osta 'erde en la zona del distrito de 9arranco.

/. ANE9OS

pá. $! GEOLOG"A Y GEOTECNIA

Ensayo Triaxial Consolidado No Drenado-unalm

Recommend Documents