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UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN GEOTECNIA PARA CIEMNTACIONES
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ENSAYO TRIAXIAL
GENERALIDADES:
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 trabajara, las alternativas para realizar el ensayo será
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.
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.
APLICACIONES:
EN FUNDACIONES:
Para fundaciones colocadas en terrenos arcillosos, la condición inmediatamente después de
completar la construcción, es casi siempre la mas crítica. Esto es porque la carga completa es
aplicada al terreno y éste no ha tenido tiempo para ganar la resistencia adicional por
consolidación. Por estas condiciones la resistencia al corte es determinada por pruebas al
corte Triaxial. Para pequeños proyectos sobre los cuales el gasto de un programa de ensayos
no se justifica, la capacidad de carga en suelos de arcilla saturada se puede calcular con el
ensayo C.N.C.
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ESTABILLIDAD EN TALUDES:
En cualquier caso de construcción de taludes, sean estos hechos por la mano del hombre o
formados naturalmente en faldas de montaña o bordes de río, se tiene por resultado
componentes gravitacionales del peso que tienden a movilizar el suelo desde un nivel mas alto
hasta uno mas bajo. La filtración puede ser una causa muy importante para movilizar el suelo
cuando el agua esta presente, estas fuerzas variantes producen esfuerzos cortantes en la masa
del suelo, y ocurrirá movimiento, a menos que la resistencia al corte sobre cada posible
superficie de falla a través de la masa sea mayor que el esfuerzo actuante.
EMPUJES:
Al proyectarse estructuras de sostenimiento, debe asegurarse solamente que no solo se
produzca el colapso o falla. Desplazamientos de varios centímetros no suelen tener
importancia, siempre que se asegure que no se producirán repentinamente desplazamientos
mas grandes. Por ello el método para el proyecto de estructuras de retención suele consistir
en estudiar las condiciones que existirán en una condición de falla, introduciendo factores de
seguridad convenientes, para evitar el colapso.
Una solución completa y exacta para un caso activo o pasivo de equilibrio limite, debe
cumplir las siguientes condiciones:
- Cada punto del terreno debe estar en equilibrio.
- La condición de falla Mohr - Coulomb debe cumplirse en todos los puntos.
- Los esfuerzos al interior de la masa deben estar en equilibrio con los exteriores.
VENTAJAS
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.
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.
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EQUIPO PARA ENSAYO
El aparato consta, en primer lugar, de un tablero de comando y de una cámara Triaxial
constituida de cilindro de lucita de 35 cm de diámetro y unos 7 mm de espesor de su pared.
(Según figura 5.33). Las bases de la cámara están conformadas por dos placas circulares las
que quedaran solidarias al cilindro, por medio de sellos de goma y piezas de ajuste. La pieza
base inferior es de acero inoxidable para poder resistir los ensayes. La cámara con las
anteriores dimensiones resiste presiones internas de 7kg/cm2.
Dentro de la cámara se ubican dos cilindros cortos, que sirven de base y cabezal del cuerpo de
prueba con piezas de aluminio perforada en contacto con este.
La transmisión de carga hacia el cuerpo de prueba se logra mediante un movimiento
ascendente de la cámara cuya sección superior del cuerpo, entra en contacto con el vástago
del anillo de carga. Un extensómetro medirá las deformaciones que tengan lugar en el anillo,
las que, a través, de una tabla de calibración proporcionara las cargas actuantes
correspondientes. Por otro lado, el candenciómetro conjuntamente con el cronometro
controlaran que la velocidad de carga sea de 0.025 cm/min.
En las pruebas de compresión Triaxial, se requiere que la muestra esta enfundada en
membranas flexibles, resistentes e impermeables, generalmente de látex.
Para aplicar la presión de cámara en torno a la muestra, el agua seria el fluido ideal, ya que
este no ataca a la membrana de látex.
TIPOS DE ENSAYO TRIAXIAL
1. No consolidado-No drenado (UU).
2. Consolidado-No drenado (CU).
3. Consolidado-Drenado (CD).
4. Consolidado-No drenado con medición de presión
de poros (CU o CU’).
Gráfico de un ensayo triaxial:
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ESQUEMA DE UN ENSAYO TRIAXIAL:
ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO DRENADO CD:
Carácterísticas:
Es lento
Fácil de hacer
Es el más utilizado
La velocidad de ensayo no debe permitir presiones de poros superiores a 50% de la
presion de confinamiento.
Se gasta mucho tiempo para encontrar la resistencia a esfuerzos efectivos para un
rango de presiones de consolidación.
Se requiere ensayar varias muestras.
Los resultados son útiles para estabilidad de taludes en corte.
PREPARACIÓN DEL ESPÉCIMEN Y MONTAJE INICIAL
Listos los tres especímenes, se procede a instalarlos en las celda, se revisa la manguera
de ingreso de contrapresión.
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Colocar el papel filtro sobre la piedra porosa húmeda y sobre éste espécimen.
Luego de esto colocar la membrana o latex alrededor del espécimen, por seguridad
siempre se recomienda el uso de dos membranas y los anillos de jebe, dos en la parte
superior y dos en la parte inferior.
Colocar el trípode (antes de hacer esto el piston del tripode estará elevado y ajustado
caso contrario en el momento de ser colocado, el piston comprimirá a la muestra).
Luego se ajustarán los pernos por igual, el ajuste será moderado, con mucho cuidado
se desajustará el pistón y se dejará caer sobre el espécimen el contacto deberá ser
apenas, dependiendo de la densidad del material con el que se esté trabajando.
Luego se limpiará los bordes de la base, se colocará la celda (en los bordes de la celda
se aplicará una pequeña película de grasa de silicona) se hará giros evitando que haya
fricción y hacemos los ajustes correspondientes en la parte superior, el perno estará
abierto para liberar vacíos.
Conectar las mangueras de ingreso de contrapresión y presión vertical en la celda.
Adaptar el deformímetro en la parte superior de la celda para controlar la
deformación de la muestra.
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INSTALACIÓN DE ESPECÍMENES USANDO EL MOLDE PARTIDO
El proceso es el mismo pero en este se debe tener especial cuidado ya que el
espécimen es una arena limpia que fácilmente puede ser afectado ante un movimiento
inadecuado.
Poner la membrana o latex luego instalar el molde partido y colocar el papel filtro
sobre la piedra porosa.
Aplicar presión de succión mediante un pequeño motor para fijar el latex a las paredes
del molde partido, luego remoldar usando 5 capas y seguir la instalación convencional.
LLENADO DE LA CELDA TRIAXIAL
Ese es el siguiente paso y así se termina la etapa de saturación de la muestra.
FASES DEL ENSAYO
Aceleración de la saturación de arenas con CO2.
Lectura del parámetro de Skempton (B).
Procedimiento para la etapa de consolidación
Comprobación si la muestra ya se encuentra consolidada.
Etapa de aplicación de carga.
IMÁGENES DEL ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO DRENADO:
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Figura 1: Puesta de la muestra.
Figura 2: Colocación del latex y entre la parte superior e inferior deben ir las piedras porosas.
Figura 3: Controles de presión, contrapresión y del agua.
Figara 4: Equipo para el ensayo triaxial consolidado drenado.
Figura 5: Calibración de instrumentos para el ensayo triaxial
Figura 6: Resultado luego de haber sido ensayada la muestra, dentro de la cápsula
Figura 7: Resultado luego de haber sido ensayada la muestra.
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Formato de laboratotio:
