UNIVERSIDAD DE CHILE

Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

Departamento de Ingeniería Civil

INFORME DE GEOMECÁNICA

Código Curso: CI4402

Informe Nº5

“Ensayo Triaxial - CIU”

Alumno Ignacio Farias

Profesor

Cesar Pasten

Auxiliar

Ignacio Cartes

Ayudante de laboratorio

Felipe Reyes

Fecha de realización

04 / 10 / 2013

Fecha de entrega

18 / 10 /2013

CONTENIDO

Introducción ............................................................................................................................. 3

Metodología del Ensayo ........................................................................................................... 6

Memoria de Cálculo .................................................................................................................. 9

Resultados del laboratorio ...................................................................................................... 12

Problema Práctico .................................................................................................................. 13

Conclusiones .......................................................................................................................... 14

Referencias ............................................................................................................................ 15

3

INTRODUCCIÓN

Este ensayo consiste en cargar una muestra de suelo en tres ejes. Para esto se aplica una

presión de confinamiento ( ) alrededor de la probeta mediante un fluido (generalmente agua)

produciendo en ella una consolidación isotrópica. Adicionalmente se aplica un esfuerzo (

no se permite el drenaje de la

muestra, y por lo tanto no existe volumétrico.

FIGURA 1. ESQUEMA DEL ENSAYO TRIAXIAL CIU.

Como resultado de este ensayo se obtienen las curvas de corte máximo versus

deformación axial y variación de la presión de poros versus deformación axial con los resultados

esperados que se presentan en las figuras 3 y 4 respectivamente.

UNIVERSIDAD DE CHILE

Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Departamento de Ing. Civil

Geomecánica CI4402

Guía de Laboratorio

Ensayo Triaxial - CID

Descripción del Ensayo

Este ensayo consiste en cargar una muestra de suelo en tres ejes. Para esto se aplica

una presión de confinamiento ( ) alrededor de la probeta mediante un fluido

(generalmente agua) produciendo en ella una consolidación isotrópica. Adicionalmente se

aplica un esfuerzo ( ) en la dirección axial para provocar la falla (Figura 1). En este

ensayo se permite el drenaje de la muestra, y por lo tanto el cambio volumétrico.

Figura 1. Esquema del ensayo triaxial CID

Material:

El suelo que se dispone a ensayar corresponde a una arena fina con un 5% de humedad.

Procedimiento:

- Confección de la probeta: Para la elaboración de la probeta se busca obtener una

densidad homogénea de suelo, esto se logrará con 5 capas, obteniendo el peso de

cada una con la densidad relativa DR[%] del suelo.

- Aplicación de CO2: La norma ASTM D7181 exige que el parámetro B [-] sea mayor

o igual a un 95%, para lograr esto, se debe introducir CO2 a la probeta con tal de

reemplazar las burbujas de aire existentes.

- Saturación: Se procede a saturar la muestra, se registra la presión de poros inicial.

- Consolidación: Se aplica un esfuerzo de consolidación c[kPa]. Se debe registrar

el cambio volumétrico en función del tiempo hasta concretar esta etapa. También

se anota la nueva presión de poros. Con estos datos es posible determinar el valor

del parámetro B [-] (Ecuación 1).

- Aplicación de la carga: Se aplica un esfuerzo vertical [kPa] registrando en cada

incremento de desplazamiento vertical v[m], el volumen iV [m3].

4

FIGURA 2. GRÁFICO ESFUERZO DE CORTE Q’ VS DEFORMACIÓN AXIAL.

FIGURA 3. GRÁFICO PRESION DE POROS VS DEFORMACIÓN AXIAL.

Finalmente, para cada variación de la presión de poros u [kPa], se calcula un esfuerzo

principal p [kPa], y un esfuerzo desviatorio q [kPa], construyendo la trayectoria de tensiones

totales y la línea de estado ultimo. Para un

en la Figura 5.

5

FIGURA 4. GRÁFICO ESFUERZO DE CORTE VS ESFUERZO PRINCIPAL, CASO CONTRACTIVO.

FIGURA 5. GRÁFICO ESFUERZO DE CORTE VS ESFUERZO PRINCIPAL, CASO DILATANTE.

Para realizar este ensayo, se sigue el procedimiento descrito por la norma ASTM D7181. En

este informe se presenta la metodología utilizada en el ensayo, la memoria de cálculo, los

resultados obtenidos en laboratorio, un problema práctico utilizando los datos obtenidos y las

conclusiones.

6

METODOLOGÍA DEL ENSAYO

El ensayo Triaxial – CIU sigue el siguiente procedimiento:

Confección de la probeta

Para la elaboración de la probeta se busca obtener una densidad homogénea de suelo,

esto se logrará con 5 capas, obteniendo el peso de cada una con la densidad relativa DR

[%] del suelo. En este paso se utilizan varias técnicas para lograr una probeta de alta

calidad, por ejemplo se introduce una mica en el molde que permite que al estar lista la

probeta esta no se adhiera al molde metálico. Además de forma de poder aislar a la

probeta del agua de la cámara es que es envuelta en una membrana de látex (no

permeable, en la misma línea para que los granos de material no contaminen el sistema

de mangueras que mantiene saturada la muestra se agrega una membrana textil

(permeable) por encima y la base de la probeta

Aplicación de CO2

La norma ASTM D7181 exige que el parámetro B [-] sea mayor o igual a un 95%, para

lograr esto, se debe introducir CO2 a la probeta con tal de reemplazar las burbujas de aire

existentes.

Saturación

Se procede a saturar la muestra, se registra la presión de poros inicial.

Consolidación

Se aplica un esfuerzo de consolidación [kPa]. Se debe registrar el cambio de la presión de

poros en función del tiempo hasta concretar esta etapa. Con estos datos es posible

determinar el valor del parámetro B [-] (Ecuación 1).

Aplicación de la carga

Se aplica un esfuerzo vertical [kPa] registrando en cada incremento de

desplazamiento vertical [m] y la presión de poros u [kPa].

El suelo que se dispone a ensayar corresponde a una arena fina con un 5% de humedad. Se

confeccionan dos probetas, una de densidad relativa igual a 70%.

7

ILUSTRACIÓN 1: CONFECCION DE LA PROBETA

ILUSTRACIÓN 2: PROCESO DE DESMONTADO DE LA PROBETA

8

ILUSTRACIÓN 3: PROBETA DESMONTADA

ILUSTRACIÓN 4: PROBETA LISTA PARA SER ENSAYADA

9

MEMORIA DE CÁLCULO

Las formulas necesarias para la determinación de los parámetros resistivos del suelo se

ilustran a continuación.

Parámetro de Presión de Poros (B)

(1)

Dónde:

[ ],

[ ],

El cambio volumétrico [ ] por consolidación, se debe obtener del siguiente modo:

(2)

Dónde:

[ ],

[ ],

En la etapa de consolidación, la altura y el diámetro cambian, por lo que es calcula una altura de

consolidación [ ] y un diámetro de consolidación [ ], del siguiente modo:

(3)

(4)

Dónde:

[ ],

[ ],

[ ]

10

[ ].

La deformación unitaria se calcula de la siguiente manera:

(5)

Dónde:

[ ] [ ]

Se debe corregir el área a lo largo del ensayo, como se muestra:

(6)

Dónde:

[ ]

El incremento de esfuerzo vertical se determinara como:

(7)

Dónde:

P = Carga vertical aplicada [N]

El confinamiento efectivo es la presión de cámara descontando la contrapresión.

(8)

Dónde:

[ ] [ ]

11

Luego, en términos de esfuerzos principales efectivos, se consideran las siguientes

expresiones:

(9)

(10)

(11)

Dónde:

u = presión de poros durante el ensayo [kPa]

[ ]

L ’ [kP ] ’ [kP ] b :

(11)

(12)

12

RESULTADOS DEL LABORATORIO

Para el ensayo sobre la arena con una densidad relativa del 70%, se obtienen los siguientes

gráficos:

GRÁFICO 1. (DR=70%).

GRÁFICO 2. (DR=70%).

0

100

200

300

400

500

600

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

q' [

kP

a]

Deformacion axial

Variación del esfuerzo de corte con la deformacion axial

2[kgf/cm^2]

4[kgf/cm^2]

1[kgf/cm^2]

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

De

lta

u [

kP

a]

Deformacion axial

Variación de la presion de poros con la deformacion axial

2[kgf/cm^2]

4[kgf/cm^2]

1[kgf/cm^2]

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GRÁFICO 3. TRAYECTORIA DE TENSIONES Y LÍNEA DE ESTADO ÚLTIMO (DR=70%).

Se realiza una regresión lineal de las tensiones ultimas del suelo para así mediante el

método de la regresión lineal encontrar la Línea de estado ultimo(LEU) Así es como a partir del

gráfico 3, se obtiene el ángulo de fricción interna del suelo, que se presenta en la Tabla 1.

TABLA 1. PARÁMETROS DEL SUELO ENSAYADO.

c φ

[kg/cm²] [º]

22,385 32,611

y = 0,6398x + 22,385 R² = 0,9661

0

100

200

300

400

500

600

0 200 400 600 800

q' [

kP

a]

p' [kPa]

Trayectoria de esfuerzos efectivos

2[kgf/cm^2]

4[kgf/cm^2]

1[kgf/cm^2]

esfuerzos ultimos

LEU

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CONCLUSIONES

Primero se deben notar las complejidades del ensayo triaxial no-drenado (CIU) debido a la

maquinaria utilizada y a los cuidados que se deben tener durante su utilización. Además se

agregan las complejidades por la fragilidad de la probeta que se quiere ensayar, ósea también

juega un papel importante la experiencia del laboratorista. Cumple también un rol importante la

calibración de la maquina ya que esta variara los valores finales obtenidos por el ensayo pero este

error, al estar aplicado a todos los datos, no es comprobable a simple vista.

La gran ventaja del ensayo radica en la condición en que se ensaya la muestra, al ser

triaxial, los resultados son los más precisos y por lo tanto reales. Esto se debe a que en la práctica,

en terreno una muestra se encuentra solicitada en forma triaxial, misma situación que replica el

ensayo.

Se deben destacar las diferencias en los resultados producidas por este ensayo comparado

con su contraparte no drenada ya que en el caso estudiado al no dejar drenar parte de la carga es

tomada por el agua. Esto supone un cambio en los parámetros resistentes del suelo al modificar

levemente la LEU. En la práctica, comparando los resultados CID y CIU para la arena normalizada al

5% de humedad y densidad relativa del 70% no se aprecia una tendencia que permita concluir

como afecta que el agua soporte parte de la carga. Suponiendo cual podría ser el comportamiento,

como el suelo soporta una menor carga se podría prever que los resultados para la resistencia del

suelo están sub-estimados ya que el suelo no alcanzo su estado ultimo/peak real (aun cuando se

está midiendo la variación de la presión de poros).

En cuanto a las trayectorias de esfuerzos es claro notar que existe algún tipo de anomalía

con la línea de estado ultimo (LEU), esto porque se está ensayando una arena pero al procesar los

datos y utilizar el método de la regresión lineal se obtiene que el suelo tiene algún tipo de

cohesión. Esto se puede explicar por la humedad que presenta el suelo que genera una cohesión

aparente. En cuanto al valor obtenido, este ángulo al estar entre 20 y 40° está en el rango de los

valores típicos para una arena normalizada por lo tanto se consideran correctos los resultados. Se

debe notar que los resultados obtenidos están afectados por una transformación de unidades

donde se consideró la gravedad con el valor 9,8[ ⁄ ].

Sobre el comportamiento del suelo se observa una clara tendencia dilatante en todos los

gráficos, más aun se sigue que conforme aumenta la presión de cámara el suelo presenta

tendencia marcadamente dilatante, comportamiento típico de un suelo que se vuelve más denso

conforme aumenta la presión a su alrededor. Como comentario aparte se puede decir que para

valores de presión menores a 1[

⁄ ] el suelo presentara comportamiento tendiendo a

contractivo (se encontrara en algún tipo de transición).

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REFERENCIAS

ASTM D4767- , “S T M h C T C

T C h S ”, ASTM I , www

“3 3 NSAYO TRIAXIAL ” 3.3.2. Método con medición de presión de poros.,

<http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/triaxial.pdf>

(Noviembre 11, 2013).

“3 3 NSAYO TRIAXIAL ” - C á l c u l o s y g r á f i c o s,

<http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/triaxial.pdf>

(Noviembre 11, 2013).