ensayo triaxial cu final

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  • 5/21/2018 Ensayo Triaxial Cu Final

    1/15

    Laboratorio de mecnica de suelos aplicada

    Ensayo Triaxial modalidad CU

    Carolina Parra OrozcoViviana Arbelez Garca

    Wilmar A Valles

    Universidad EafitIngeniera Civil

    Medelln2014

  • 5/21/2018 Ensayo Triaxial Cu Final

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    ENSAYO TRIAXIAL MODALIDAD CU

    Marco tericoSegn el libro Fundamentos de ingeniera geotcnica de Braja M. Das, la prueba triaxial de corte es uno de los

    mtodos ms confiables para determinar los parmetros de la resistencia cortante y se considera confiable por lossiguientes aspectos:

    - Proporciona informacin sobre el comportamiento esfuerzo-deformacin unitario del suelo, algo que no seobtiene con el ensayo de corte directo.

    - Proporciona condiciones ms uniformes de esfuerzo que la prueba de corte directo con sus concentracionesde esfuerzos a lo largo del plano falla.

    - Proporciona ms flexibilidad en trminos de trayectoria de carga.Para este informe se desarroll la modalidad consolidada - no drenada y tal cmo se enuncia en el libro Fundamentosde ingeniera geotcnica de Braja M. Das, esta prueba consiste en:

    Es el tipo ms comn de prueba triaxial. En sta, el espcimen de suelo saturado es primero consolidado por una

    presin en todo su alrededor 3 del fluido en la cmara, que resulta en drenaje. Despus que la presin de poro delagua generada por la aplicacin de la presin de confinamiento es completamente disipada, el esfuerzo desviador d

    sobre el espcimen se incrementa para causar a falla cortante. Durante esta fase, la lnea de drenaje desde elespcimen se mantiene cerrada. Como el drenaje no se permite, la presin de poro del agua dcrecer. Durante laprueba se hacen mediciones de dy d.

    Normas empleadasEste ensayo se realiza bajo el cumplimiento de las siguientes normas:

    - NTC 2041Suelos cohesivos. Determinacin de la resistencia. Mtodo de compresin triaxial. - ASTM D 2850 Standard Test Method for Unconsolidated-Undrained Triaxial CompressionTest on Cohesive

    Soils.

    - INVIAS I.N.V E 153 07Parmetros de resistencia del suelo mediante compresin triaxial .

    Es importante saber que en estas muestras dan criterios tcnicos para la realizacin del ensayo, se describe el equipo,las caractersticas de la muestra y el procedimiento correcto para el ensayo; sin embargo, no dan valores dentro de los

    cuales se deberan encontrar los resultados o rangos para clasificar los materiales.

  • 5/21/2018 Ensayo Triaxial Cu Final

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    FRMULAS EMPLEADAS

    - Relaciones gravimtricas y volumtricasPROPIEDAD FRMULA RANGO

    Relacin de vacos

    inicial

    final

    - Arenas muy compactas con finos0.25

    - Arcillas altamente compresibles 15

    Contenido de humedad

    - Suelos muy secos y duros 10% -20%

    - Suelos blandos 20% - 40%Saturacin

    - Suelos secos 0- Suelos totalmente saturados 100%

    Gravedad especfica de los suelos

    Alrededor de 2.8

    Peso unitario de los slidos

    Alrededor de 26 27 KN/m3

    Peso unitario seco

    - Suelos blandos o flojos 15 18

    KN/m3- Suelos densos o muy compactados

    19 22 KN/m3

    Peso unitario del agua

    - 1000 kg/m3- 1 Ton/m3- 1 kgf/cm3- 9.81 KN/m3

    Compacidad relativa

    - 0 15 Muy suelta- 15 35 Suelta- 35 65 Media- 65 85 Compacta- 85 100 Muy compacta

    - Otras frmulas: Deformacin unitaria

    rea corregida

    Deformacin (%)

    Esfuerzo principal menor (Efectivo)

    Esfuerzo principal mayor (Efectivo)

    Presin efectiva

    P

    q

    Cohesin diagrama p q

  • 5/21/2018 Ensayo Triaxial Cu Final

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    Memorias de clculo

    PRIMER INCREMENTO

    Datos iniciales de la muestra Etapa de Consolidacin

    Dimetro (mm) 48,39 Deformacin por consolidacin (mm) 1,20

    Altura (mm) 99,87 Lectura inicial de la bureta (cm3

    ) 24,70rea (mm2) 1838,70 Lectura final de la bureta (cm3) 17,00

    Volumen (cm3) 183,63 Cambio volumen consolidacin (cm3) 7,70

    Humedad (%) 30,30 Altura (mm) 98,667

    Peso del suelo hmedo (g) 323,90 Volumen (cm3) 181,42

    Peso del suelo seco (g) 248,58 rea inicial del ensayo (mm2) 1838,70

    Densidad hmeda (g/cm3) 1,764 Densidad seca (g/cm3) 1,370

    Densidad seca (g/cm3) 1,354 ESQUEMA DE FALLA

    Gravedad especfica 2,660

    Etapa de saturacin

    Deformacin por saturacin (mm) 0

    Dimetro (mm) 48,385Altura (mm) 98,67

    rea (mm2) 1838,70

    Volumen (cm3) 181,42

    Densidad seca (g/cm3) 1,370

    Datos del Ensayo

    Presin de poros inducida (kPa) 100

    Presin de cmara (kPa) 175

    Presin efectiva (kPa) 75

    Vel. de aplicacin de la carga (mm/min) 0,10

    Medida del parmetro B 1,00

    Relacin de vacos 0,96Saturacin % 83,53

    SEGUNDO INCREMENTO

    Datos iniciales de la muestra Etapa de Consolidacin

    Dimetro (mm) 48,16 Deformacin por consolidacin (mm) 1,90

    Altura (mm) 99,71 Lectura inicial de la bureta (cm3) 22,80

    Area (mm2) 1821,98 Lectura final de la bureta (cm3) 9,60

    Volumen (cm3) 181,68 Cambio volumen consolidacin (cm3) 13,20

    Humedad (%) 30,63 Altura (mm) 97,813

    Peso del suelo humedo (g) 311,50 Volumen (cm3) 178,21Peso del suelo seco (g) 238,46 Area inicial del ensayo (mm2) 1821,98

    Densidad hmeda (g/cm3) 1,715 Densidad seca (g/cm3) 1,338

    Densidad seca (g/cm3) 1,313 ESQUEMA DE FALLA

    Gravedad especfica 2,660

    Etapa de saturacin

    Deformacin por saturacin (mm) 0

    Dimetro (mm) 48,16

    Altura (mm) 97,81

    Area (mm2) 1821,98

    Volumen (cm3) 178,21

    Densidad seca (g/cm3) 1,338Datos del Ensayo

    Presin de poros inducida (kPa) 100

    Presin de cmara (kPa) 250

    Presin efectiva (kPa) 150

    Vel. de aplicacin de la carga (mm/min) 0,10

    Medida del parmetro B 1,00

    Relacin de vacos 1,03

    Saturacin % 79,37

  • 5/21/2018 Ensayo Triaxial Cu Final

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    TERCER INCREMENTO

    Datos iniciales de la muestra Etapa de Consolidacin

    Dimetro (mm) 48,145 Deformacin por consolidacin (mm) 2,20

    Altura (mm) 99,747 Lectura inicial de la bureta (cm3) 24,80

    rea (mm2) 1820,51 Lectura final de la bureta (cm3) 10,00

    Volumen (cm3

    ) 181,59 Cambio volumen consolidacin (cm3

    ) 14,80Humedad (%) 31,97 Altura (mm) 97,547

    Peso del suelo hmedo (g) 316,80 Volumen (cm3) 177,58

    Peso del suelo seco (g) 240,05 rea inicial del ensayo (mm2) 1820,51

    Densidad hmeda (g/cm3) 1,745 Densidad seca (g/cm3) 1,352

    Densidad seca (g/cm3) 1,322 ESQUEMA DE FALLA

    Gravedad especfica 2,660

    Etapa de saturacin

    Deformacin por saturacin (mm) 0

    Dimetro (mm) 48,145

    Altura (mm) 97,547

    Area (mm2) 1820,51Volumen (cm3) 177,58

    Densidad seca (g/cm3) 1,352

    Datos del Ensayo

    Presin de poros inducida (kPa) 100

    Presin de cmara (kPa) 400

    Presin efectiva (kPa) 300

    Vel. de aplicacin de la carga (mm/min) 0,10

    Medida del parmetro B 0,98

    Relacin de vacos 1,01

    Saturacin % 84,02

    Las frmulas descritas a continuacin se resuelven con los valores obtenidos para la muestra 1

    - Obtencin del peso del suelo seco:

    - Obtencin de Masa unitaria hmeda:

    - Obtencin de Masa unitaria seca:

  • 5/21/2018 Ensayo Triaxial Cu Final

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    - Obtencin de la relacin de vacos:

    - Obtencin de la saturacin:

    - Obtencin del incremento de poros:

    - Obtencin de la deformacin unitaria:

    - Obtencin del rea corregida:

    ( ) (

    )

    - Obtencin del Esfuerzo principal menor (Efectivo):

    - Obtencin del Esfuerzo principal mayor (Efectivo):

    - Obtencin de p:

    - Obtencin de q:

  • 5/21/2018 Ensayo Triaxial Cu Final

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    Grficas con ttulos y ejes

    Grfico 1

    Del grfico podemos conocer el esfuerzo desviador que llev cada muestra a la falla:

    kPaMuestra 1 247,245

    Muestra 2 275,567

    Muestra 3 402,021

    ESFUERZOS PRINCIPALES EN LA FALLA (kPa)

    247,245 75,000 89,214 336,459 322,245

    275,567 150,000 104,515 380,082 425,567

    402,021 300,000 164,493 566,514 702,021

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    450

    0 0.05 0.1 0.15 0.2

    Esfuerzo

    desviadorkPa

    Deformacin unitaria

    Grfico de deformacin unitaria contra esfuerzo desviador para un ensayo

    triaxial, modalidad CU

    Muestra 1

    Muestra 2

    Muestra 3

  • 5/21/2018 Ensayo Triaxial Cu Final

    8/15

    Grfico 2

    Grfico 3

  • 5/21/2018 Ensayo Triaxial Cu Final

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    Grfico 4

    Grfico 5

    A partir del grfico se obtienen los valores:

    a= 30 kPa = 26.5

    = 29.9

    C = 34.6 kPa

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    0 0.05 0.1 0.15 0.2

    Presind

    e

    poroskPa

    Deformacin unitaria

    Grfico de deformacin unitaria contra presin de poros para unensayo triaxial, modalidad CU

    Muestra 1

    Muestra 2

    Muestra 3

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    0 50 100 150 200 250 300 350 400

    qk

    Pa

    p kPa

    Grfico de p contra q (Estados de esfuerzos efectivos) para un ensayo

    triaxial, modalidad CU

    Muestra 1

    Muestra 2

    Muestra 3

  • 5/21/2018 Ensayo Triaxial Cu Final

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    ANLISIS DE RESULTADOS

    CLASIFICACIN DEL SUELOS

    LL 48

    LP 35IP 13

    Pasa N 200 40%

    La descripcin general material basada en el lmite lquido, el lmite plstico y el pasante por el tamiz N 200 indica:

    1. Segn la clasificacin de Atterberg Caractersticas de plasticidad y cohesin de acuerdo con el ndice deplasticidad, para un IP entre 7 y 17, el suelo es medianamente plstico, cohesivo y se trata de una arcilla

    limosa o un limo arcilloso.

    2. El material presenta una plasticidad mediana.3. Segn la carta de plasticidad de Casagrande, el material clasifica como un ML (Limo de baja compresibilidad)4. Segn la clasificacin de la AASHTO para suelos y mezclas de agregados, el material se encuentra dentro del

    grupo A-7 que presenta las siguientes caractersticas:

    - Permeabilidad baja- Capilaridad Regular a elevada.- Elasticidad Mediana a elevada.- Cambios de volumen medianos a elevados.

    5.

    El ndice plstico del suelo est por debajo del lmite plstico, es decir, la consistencia del suelo es muy firme.

    6. La humedad en las tres muestras es muy cercana al 30%, una humedad aproximada para un suelo limoso.7. La parte fina clasifica como limo, pero el 60% restante de finos granulares representa una arena. Por tanto el

    suelo sometido al ensayo triaxial es una arena limosa.

    8. Es posible observar que las muestras fallaron por abultamiento lo que concuerda con la plasticidad descritaanteriormente.

    MATERIAL DE ESTUDIO: Arena limosa

  • 5/21/2018 Ensayo Triaxial Cu Final

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    Grfico 1:

    A partir del grfico 1 se obtienen los esfuerzos desviadores mximos bajo los cuales falla la muestra:

    kPaMuestra 1 247,245

    Muestra 2 275,567

    Muestra 3 402,021

    Y con estos valores se identifican los valores de los esfuerzos principales mayores y menores, tanto efectivos como totales, as:

    PRIMER INCREMENTO

    Deformacinmm

    Deformacin(%)

    Carga(N)

    Presin poroskPa

    Incremporos kPa

    Deformacinunitaria

    rea corregidacm

    Esfuerzo(kPa)

    (kPa) (kPa) (kPa) P (kPa) Q (kPa)14,610 14,63 533 86,120 -13,936 0,148 21,583 246,955 88,936 335,891 321,955 212,4 123,5

    14,661 14,68 533 86,120 -13,936 0,149 21,596 246,805 88,936 335,741 321,805 212,3 123,4

    14,718 14,74 533 85,842 -14,214 0,149 21,611 246,638 89,214 335,852 321,638 212,5 123,3

    14,768 14,79 534 85,563 -14,493 0,150 21,624 246,953 89,493 336,446 321,953 213,0 123,5

    14,826 14,85 535 85,842 -14,214 0,150 21,638 247,245 89,214 336,459 322,245 212,8 123,6

    14,876 14,90 535 85,563 -14,493 0,151 21,651 247,097 89,493 336,590 322,097 213,0 123,5

    14,933 14,95 535 85,563 -14,493 0,151 21,666 246,929 89,493 336,422 321,929 213,0 123,5

    14,984 15,00 535 85,563 -14,493 0,152 21,679 246,779 89,493 336,272 321,779 212,9 123,4

    SEGUNDO INCREMENTO12,045 12,08 570 145,8 45,764 0,121 20,723 275,056 104,236 379,292 425,056 241,764 137,528

    12,096 12,13 571 145,5 45,485 0,121 20,735 275,378 104,515 379,893 425,378 242,204 137,689

    12,139 12,17 571 145,5 45,485 0,122 20,745 275,243 104,515 379,758 425,243 242,136 137,621

    12,189 12,22 572 145,5 45,485 0,122 20,757 275,567 104,515 380,082 425,567 242,299 137,784

    12,246 12,28 572 145,5 45,485 0,123 20,771 275,388 104,515 379,903 425,388 242,209 137,694

    12,297 12,33 572 145,5 45,485 0,123 20,783 275,227 104,515 379,742 425,227 242,129 137,614

    12,347 12,38 572 145,5 45,485 0,124 20,795 275,070 104,515 379,585 425,070 242,050 137,535

    TERCER INCREMENTO12,427 12,46 836 235,5 135,507 0,125 20,796 402,002 164,493 566,495 702,002 365,494 201,001

    12,477 12,51 836 235,5 135,507 0,125 20,808 401,771 164,493 566,264 701,771 365,379 200,886

    12,527 12,56 837 235,5 135,507 0,126 20,820 402,021 164,493 566,514 702,021 365,504 201,011

    12,585 12,62 837 235,5 135,507 0,126 20,834 401,754 164,493 566,247 701,754 365,370 200,877

    12,628 12,66 837 235,2 135,229 0,127 20,844 401,556 164,771 566,327 701,556 365,549 200,778

    12,685 12,72 838 235,2 135,229 0,127 20,858 401,773 164,771 566,544 701,773 365,657 200,886

  • 5/21/2018 Ensayo Triaxial Cu Final

    12/15

    Al observar el grfico se puede ver que las curvas crecen casi de forma montona, sin evidenciar ningn pico, ademsse tiene El estado crtico se alcanz en deformaciones unitarias () por arriba del 9% para la muestra 1, el 5 -6 % para

    la muestra 2 y el 7% para la muestra 3, es decir, a partir de estos puntos, el suelo no soporta ms esfuerzo de corte.

    A partir del grfico 1 se puede observar que tienden a seguir una respuesta de deformacin plstica pues no se

    presentan picos que evidencien fallas abruptas por corte, adems, en comparacin con la Imagen 1, es posible que elsuelo sea suelto.

    Imagen 1

    Tambin podemos observar que la trayectoria de los esfuerzos, se aproxima un suelo dctil, ya que la resistencia

    ltima es muy similar a la resistencia residual.

    Grfico 2:

    A partir del crculo de Mohr realizado con esfuerzos totales se obtienen los siguientes valores:

    C = 93,33 kPa (Cohesin)

    = 12,6 (ngulo de friccin)

    Segn el ngulo obtenido el material se trata de un limo.

    Con base en estos datos podemos concluir que se trata un fino granular por su alta cohesin con presencia de suelogrueso granular por su ngulo de friccin.

    Grfico 3:

    Se obtienen los siguientes parmetros de resistencia al corte, para esfuerzos efectivos:

    = 30

    C= 21.1 kPa

    Analizando los grficos se puede decir que coinciden con los esperados para los grficos de esfuerzos efectivos yesfuerzos totales, es decir, cuando una muestra se lleva la falla y se toman los parmetros de resistencia al corte en

    esfuerzos efectivos, se espera que el ngulo de friccin sea mayor que para los obtenidos en esfuerzos totales.

    Considerando que el ngulo de friccin interno est dado por la relacin entre la fuerza cortante en un plano y lafuerza normal aplicada a dicho plano, es evidente que el ngulo de friccin para los esfuerzos efectivos es mayor alobtenido en esfuerzos totales, puesto que los primeros son mayores.

    Adems, en los esfuerzos totales no se tiene en cuenta la presin intersticial, aspecto que le resta magnitud al ngulo

    de friccin.

  • 5/21/2018 Ensayo Triaxial Cu Final

    13/15

    Grfico 4:

    Debido a que el ensayo se hizo bajo modalidad CU encontramos que no hay disipacin de poros, produciendo as estapresin en la muestra.

    En el grfico se observa que la carga aplicada para las 3 muestras es inicialmente soportada por el agua con llevando atener un aumento en la presin de poros. Este aumento es mayor para la muestra 2 y 3, puesto que est sometida aldoble y al cudruple de presin de cmara que la muestra 1 y 2.

    Para la muestra 1 y 2, se observa una pequea disminucin en la presin de poros debido a que la carga est siendosoportada por las partculas intergranulares aumentando la tensin efectiva del suelo; sin embargo hasta la etapa de

    falla se observa que el agua soport carga ya que la presin de poros tomo datos positivos, caso contrario ocurriracuando en la grfica estos valores fueran negativos donde se refleja que el esqueleto del suelo soporta toda la carga.

    Grfico 5:

    Un mtodo para dibujar el estado de esfuerzos consiste en graficar:

    El signo de q se toma positivo si 1 forma un ngulo menor o igual que 45 con la vertical. Este mtodo equivale a

    representar un solo punto del crculo de Mohr que va a ser el punto ms alto.Esto permite representar los distintos y sucesivos estados de esfuerzos que existen en una muestra de suelo al

    cargarla. Se unen los puntos p y q para representar la trayectoria de esfuerzos

    Para la siguiente ilustracin se tiene como ejemplo una muestra la cual se le incrementa 1 manteniendo 3constantes para representar la grfica p Vs q.

    A partir de los datos obtenidos en el ensayo se tienen los parmetros de resistencia al corte:

    a= 30 kPa = 26.5

    = 29.9

    C = 34.6 kPa

    A

    B

    C

    D

    E

    p

    qA

    B

    C

    D

    E

    Trayectoria de esfuerzos

  • 5/21/2018 Ensayo Triaxial Cu Final

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    Comparacin diagrama p-q y crculo de Mohr para esfuerzos efectivos

    La utilizacin de cualquiera de estos dos mtodos sugieren resultados similares, la diferencia radica en la facilidad quetiene el diagrama p-q para representar todos los estados de esfuerzos efectivos para una misma muestra de suelo, sin

    embargo, es necesaria la utilizacin del crculo de Mohr para determinar la magnitud de los esfuerzos principales apartir de un determinado estado de esfuerzos.

    Si bien se dijo anteriormente que los resultados deban ser similares, se puede observar que los datos obtenidos apartir de los grficos son:

    Cohesin (kPa) ngulo de friccin

    Diagrama p q 34,6 29,9

    Crculo de Mohr 21,1 30

    Observamos que el dato obtenido del ngulo de friccin es muy similar, pudiendo decir que el valor se ajusta muy bienpara ambos grficos, sin embargo, no se puede afirmar lo mismo con la cohesin donde se presenta un error del 60%aproximadamente, error que puede atribuirse a apreciacin visual en los grficos.

  • 5/21/2018 Ensayo Triaxial Cu Final

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    APLICACIONESLa aplicabilidad de este ensayo triaxial, bajo la modalidad consolidado - no drenado, se da en obras como

    cimentaciones, estabilidad de taludes y muros de contencin.

    Conocer las propiedades de resistencia al corte de un suelo, proporciona la capacidad de abordar problemas prcticos

    diversos en relacin con el suelo.

    CONCLUSIONES

    - Bajo cualquier modalidad del ensayo triaxial ser posible determinar la resistencia al corte del suelo y losparmetros: ngulo de friccin y cohesin.

    - Cuando se realiza un ensayo para determinar el esfuerzo cortante de un suelo se obtiene resultados referidosen trminos de esfuerzos totales, donde se incluye tanto esfuerzos intragranulares como intersticiales.

    gracias a este equipo podemos medir estas presiones de poros obteniendo los parmetros de esfuerzosefectivos ( y c), los cuales ayudarn a determinar el esfuerzo cortante que puede soportar solo elesqueleto granular ante una carga y no los que puede asumir con el agua.

    - Es importante definir la modalidad del ensayo triaxial de acuerdo con las condiciones que se tengan en campoy los requerimientos del proyecto; para el caso de la modalidad consolidado no drenado, las condicionesdeben ser construcciones en las que las cargas exteriores varen a una velocidad mayor que la necesaria para

    disipar las presiones intersticiales.- El diagrama p-q es un grfico auxiliar muy til para representar los estados de esfuerzos en un punto, y la

    trayectoria de esfuerzos es de gran ayuda para la representacin de cambios en el estado de esfuerzos.

    BIBLIOGRAFA

    - http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/triaxial.pdf- http://www.slideshare.net/santitrujillo1/ensayo-triaxial- http://www.galeon.com/geomecanica/cap13.pdf- http://www.galeon.com/geomecanica/cap12.pdf- Gonzlez Vallejo, Luis I. Ingeniera geolgica, Madrid, Pearson educacin S.A, 2004. Pg 78-79- Das, Braja M. Fundamentos de ingeniera geotcnica, California, impreso en Mxico, Thomson learning, 2001.

    Pg 212 -224- Lambe, William. Mecnica de suelos, Mxico; Limusa, 2009. Pg. 137 175.- Peck, Ralph B. Ingeniera de cimentaciones, Mxico, Limusa Wiley, 2009. Pg. 113 133.

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