Informe Ensayo Triaxial PDF

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ensayo compartido por los alumnos de la UTP....

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INGENIERIA CIVIL “ENSAYO TRIAXIAL” INTEGRANTES: HUAYTA QUISPE, MOHAMET

1623803

MAMANI VILLALBA, JORGE ENRIQUE

1627739

TOLEDO VILCA, KENNY DONOVAN

1620223

CURSO: INGENIERIA GEOTECNICA

PROFESOR: ING. CHRISTIAN CLAUDE ELESCANO MUÑOZ CICLO VII - 2021

ENSAYO PRUEBA TRIAXIAL – INGENIERA CIVIL

INDICE 1. Introducción .............................................................................................................. 3 2. Objetivos de la práctica. ........................................................................................... 3 Objetivos Generales: ................................................................................................................................. 3 Objetivos específicos: ............................................................................................................................... 3

3. Ensayos realizados................................................................................................... 4 Prueba lenta - Prueba con consolidación y con drenaje (CD). .................................................................. 4 Definición. ............................................................................................................................................. 4 Procedimiento....................................................................................................................................... 4 Normas utilizadas.................................................................................................................................. 4 Prueba rápida – Prueba con consolidación y sin drenaje (CU). ................................................................ 4 Definición. ............................................................................................................................................. 4 Procedimiento....................................................................................................................................... 5 Normas utilizadas.................................................................................................................................. 5 Prueba rápida - Prueba sin consolidación y sin drenaje (UU)................................................................... 5 Definición. ............................................................................................................................................. 5 Procedimientos. .................................................................................................................................... 5 Normas utilizadas.................................................................................................................................. 6 Materiales para los tres ensayos (CD, CU, UU). ........................................................................................ 6 Equipo: .................................................................................................................................................. 6 Espécimen. ............................................................................................................................................ 8

4. Cálculo de resultados obtenidos ............................................................................... 8 5. Análisis y evaluación de resultados ........................................................................ 11 6. Comentarios y conclusiones ................................................................................... 14 7. Anexos.................................................................................................................... 15 gráficos: ................................................................................................................................................... 15 Formulas utilizadas: ................................................................................................................................ 16

8. Referencias Bibliográficas ...................................................................................... 17

ING. CHRISTIAN CLAUDE ELESCANO MUÑOZ

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1. Introducción Como estudiantes de Ingeniera Civil es importante conocer la mayoría de ensayos posibles que podemos realizar dentro de nuestro campo de acción. Como ya lo hemos podido ir viendo a lo largo de nuestra preparación académica, cada uno de estos son sumamente importantes. En este informe presentaremos todo lo relacionado a “La prueba de ensayo triaxial”, que es uno de los métodos más confiables para poder determinar los parámetros de resistencia al corte. El ensayo triaxial, es un ensayo que nos permite controlar las tensiones principales, el drenaje y la presión intersticial, lo cual conduce al conocimiento del comportamiento básico del suelo y de las características que se utilizaran posteriormente en el diseño. El ensayo triaxial clásico consiste en someter a una probeta cilíndrica, preparada con una relación altura-diámetro de dos y que se encuentra confinada por medio de una presión hidráulica constante, a una carga vertical creciente hasta producir su rotura. Esta carga debe crecer con velocidad constante, que se suele aplicar por medio de una prensa de velocidad controlada. A lo largo de todo el proceso de carga, hasta la rotura, se miden las deformaciones producidas en la probeta por las cargas correspondientes, de manera que se pueden obtener los datos necesarios para dibujar la relación Tensiones-Deformaciones a lo largo de todo el proceso. Todo esto se repite con tres probetas iguales, cambiando únicamente en cada caso la presión de confinamiento. Con los resultados así obtenidos, se efectúa la construcción gráfica de los correspondientes círculos de Mohr estableciendo seguidamente en primera aproximación, la mejor envolvente de dichos círculos, que nos permitirá determinar los valores de la cohesión "e" y del ángulo de rozamiento interno.

2. Objetivos de la práctica. Objetivos Generales:  

Conocer cuál es la utilidad que se le da a los ensayos triaxiales CD y CU, y sabes diferenciar cuando debemos aplicar cada uno de ellos. Determinar los parámetros de resistencia del suelo, como son ángulo de fricción y la cohesión.

Objetivos específicos: 

Obtener la gráfica de circulo de Mohr.

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3. Ensayos realizados Prueba lenta - Prueba con consolidación y con drenaje (CD). Definición. La característica fundamental de la prueba es que los esfuerzos aplicados al espécimen son efectivos. Se permite el drenaje durante todo el ensayo y no se dejan generar presiones neutras aplicando los incrementos de carga de forma pausada durante esta etapa. 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. Procedimiento.    



Se aplica la presión de confinamiento dentro de la cámara ( 𝜎′3). Se aplica tensión desviadora ( 𝜎𝑑) hasta alcanzar la tensión de ruptura (𝜎′1) de la muestra. Dibujamos en círculo de Mohr de las 03 pruebas y unimos las tangentes. Esa recta tangente la envolvente de falla. Se aplica la presión de confinamiento ( 𝜎3) y se consolida la muestra. Se permite en todo el ensayo que escape agua intersticial manteniendo las válvulas siempre abierta, para que la muestra drene. El manómetro siempre marcará cero. 2. Incrementar lentamente la tensión desviadora (𝜎𝑑) hasta que la muestra de suelo se rompe. Las tensiones principales de rotura son: 𝝈𝟏𝑰 y 𝝈𝟑𝑰 .

Normas utilizadas. Ensayo-triaxial-ntp-339-164-astm-d-2850.

Prueba rápida – Prueba con consolidación y sin drenaje (CU). Definición. 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

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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. Procedimiento.    



Se aplica la presión de confinamiento dentro de la cámara (𝜎′3). Se aplica tensión desviadora ( 𝜎𝑑) hasta alcanzar la tensión de ruptura (𝜎′1) de la muestra. Dibujamos en círculo de Mohr de las 03 pruebas y unimos las tangentes. Esa recta tangente la envolvente de falla. Se aplica la presión de confinamiento (𝜎3) y se consolida la muestra. Se mantiene la válvula cerrada, y con el manómetro podemos medir la presión de agua intersticial (𝑢𝐼). 2. Incrementar lentamente la tensión desviadora (𝜎𝑑) hasta que la muestra de suelo se rompe. Las tensiones totales principales de rotura son: 𝝈𝟏𝑰 y 𝝈𝟑𝑰; y la poropresión en la falla será: 𝒖𝑰.

Normas utilizadas. Ensayo-triaxial-ntp-339-164-astm-d-2850.

Prueba rápida - Prueba sin consolidación y sin drenaje (UU). Definición. 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 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. 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. Procedimientos.  Se aplica la presión de confinamiento dentro de la cámara (𝜎′3).  Se aplica tensión desviadora ( 𝜎𝑑) hasta alcanzar la tensión de ruptura (𝜎′1) de la muestra.  Dibujamos en círculo de Mohr de las 03 pruebas y unimos las tangentes. Esa recta tangente la envolvente de falla.

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 

Sirve para conocer que ocurre cuando la carga se aplica rápidamente sin dar tiempo a consolidar ni a drenar. En este caso se mantiene la válvula cerrada y se aplica la carga rápidamente. Así se obtienen las tensiones totales y no se puede medir las poropresiones. Las tensiones principales de rotura son: 𝝈𝟏𝑰 y 𝝈𝟑𝑰.

Normas utilizadas. Ensayo-triaxial-ntp-339-164-astm-d-2850

Materiales para los tres ensayos (CD, CU, UU). Equipo:  Dispositivos de Carga Axial. El dispositivo de compresión axial puede ser un gato manejado por un motor eléctrico a través de un engranaje, una plataforma de balanza equipada con un yugo con gato desviador de carga, un aparato de carga muerta, un dispositivo de carga hidráulico o neumático, o cualquier otro dispositivo de compresión con suficiente capacidad y control para proporcionar la velocidad de carga.  Dispositivo de Medición de Carga Axial. El dispositivo de medición de carga axial puede ser un anillo de carga, una celda de carga electrónica o hidráulica, o cualquier otro dispositivo de medición de carga, capaz de producir la precisión y puede ser una parte del dispositivo de carga axial.  Dispositivo de Mantenimiento y Medición de la Presión de Celda. El dispositivo de mantenimiento y medición de la presión de celda deberá ser capaz de aplicar y controlar la presión de celda. Este dispositivo puede consistir de un reservorio conectado a la celda triaxial y llenado parcialmente con el fluido de celda (usualmente agua), con la parte superior del reservorio conectado a un surtidor de aire comprimido, la presión del gas siendo controlada por un regulador de presión y medida por un manómetro, transductor de presión electrónico o cualquier otro dispositivo capaz de medir con la tolerancia prescrita.  Celda de Compresión Triaxial. Se deberá proveer un aparato en el que el espécimen cilíndrico, encerrado por una membrana sellada en la tapa y en la base del espécimen, pueda ser colocado y sujeto a una presión hidrostática constante. El aparato deberá incluir un buje y pistón alineados con los ejes del espécimen, a través de los cuales la carga del dispositivo de carga axial pueda ser transmitida al espécimen, para que este espécimen sea comprimido axialmente entre la tapa y la base.  Tapa y Base del Espécimen. Deberán usarse una tapa y base impermeable y rígida para impedir el drenaje del espécimen. La tapa y la base del espécimen deberán ser construidas de un

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material impermeable anticorrosivo, y cada una deberá tener una superficie plana circular de contacto con el espécimen y una sección transversal circular. La superficie cilíndrica de la tapa y la base del espécimen que contacta la membrana para formar un sello deberá ser lisa y libre de ralladuras. Indicador de Deformación. El indicador de deformación deberá ser un dial indicador graduado, teniendo un rango de al menos el 20% de la altura inicial del espécimen de prueba, u otro dispositivo de medición que cumpla estos requerimientos de precisión y rango. Membranas de Caucho. La membrana de caucho utilizada para encerrar el espécimen deberá proveer una protección confiable contra las fugas. Las membranas deberán ser examinadas cuidadosamente antes de usarse, y si son evidentes algunos defectos o agujeros, la membrana deberá ser descartada. Aparatos Diversos. Accesorios y herramientas de tallado de especímenes, un expansor de membrana, aparato de remoldeo, latas de contenido de humedad (agua), y hojas de datos como sean requeridos.

Imagen 1: Equipo ensayo triaxial.

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Espécimen.  Espécimen de prueba.

Imagen 2: Espécimen ensayo triaxial.

4. Cálculo de resultados obtenidos a) Explique en qué casos o para que tipo de proyectos puedo usar los ensayos CD y los ensayos CU. Primero tenemos que tener en cuenta que 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 ensayo se puede medir las variaciones de volumen dentro de la muestra, y esto se da debido a que el agua contenida en la muestra es drenada lentamente, lo que causa un reacomodo de las partículas sólidas del suelo. Estamos hablando de que el ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO DRENADO, es el ensayo más completo y que está sujeto a las condiciones reales que puede sufrir un suelo, sería recomendable que se haga en todos los proyectos, pero como es un ensayo que toma semanas y demasiado costoso, pues lo aplicaría en construcciones de gran envergadura, como pueden ser: Capacidad de soporte de cimentaciones: Para poder llevar a cabo la construcción de una gran estructura sobre una cimentación es necesario conocer la capacidad de resistir los esfuerzos cortantes al que estará sometido de manera temporal o permanente. Terrenos de Fundación: ya que los terrenos de fundación generalmente es un suelo compuesto de materiales pésimos como suelo fino, limoso o arcilloso susceptible de saturación, que generalmente se sustituye por materiales granulares y para pavimentos. La carga completa que soportara el suelo no le permite una buena consolidación, por estas condiciones es necesario aplicar un ensayo triaxial CD.

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Estabilidad de taludes: En taludes, el suelo que los compone se encuentra bajo la acción de la gravedad y por su peso, tienden a deslizarse, ya sea por la filtración, o escurrimiento del agua, la cual actúa como una carga sobre el suelo, también es necesario realizar el ensayo triaxial para determinar la capacidad del suelo a la saturación y el soporte de su propio peso y de las demás cargas. En cambio, 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 términos de esfuerzos totales y esfuerzos efectivos, podemos aplicarla en cualquier tipo de proyecto, pero siempre será más recomendable el ensayo triaxial CD. b) Para dan a continuación los resultados de dos pruebas triaxiales consolidada drenada (CD) realizadas en una muestra de suelo: Prueba I: 𝜎3 = 69 kPa ∆𝜎𝑑 (𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎) = 213 kPa Prueba II: 𝜎3 = 120 kPa ∆𝜎𝑑 (𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎) = 258.7 kPa Se pide: (a) trazar los círculos y envoltoria de falla de Mohr-Coulomb; (b) determinar los parámetros de resistencia c’ y 𝜙′; (c) a partir de los parámetros de resistencia obtenidos, ¿a qué tipo de suelo pertenece? Justifique.

DATOS PRUEBA prueba 1 Prueba 2 𝜎 𝜎

𝜎 Radio Centro

282

378.7

213 69 106.5 175.5

258.7 120 129.35 249.35

Cuadro de datos 1.

Parametros resistencia. 𝜙 c

19 52

Cuadro de parámetros de resistencia obtenidos.

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Grafica Circulo de Mohr y Envolvente.

c) Una prueba triaxial consolidada no drenada (CU) fue sometida sobre un espécimen de arcilla normalmente consolidada con una presión de confinamiento en la cámara de 140 kPa. El espécimen fallo cuando el esfuerzo desviador fue de 126 kPa, y la poropresión en ese instante de falla fue de 76.3 kPa. Determinar el (i) ángulo de fricción consolidado – no drenado y (ii) ángulo de fricción drenado.

DATOS ENSAYO CU PRUEBA prueba 1 (Kpa) 𝜎 266 𝜎 189.7 𝜎

126 𝜎 𝜎

Radio Centro

140 63.7 76.3 63 126.7

Tabla de datos ensayo consolidado no drenado.

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Parametros resistencia. 𝜙 c

30 0

Cuadro de parámetros de resistencia obtenidos.

Grafica Circulo de Mohr y envolvente..

5. Análisis y evaluación de resultados 

Análisis de pregunta 1: Explique en qué casos o para que tipo de proyectos puedo usar los ensayos CD y los ensayos CU.

Como pudimos notar esta es una pregunta netamente teórica, pero donde todos estos conocimientos tienen que ser plasmados en la práctica, como profesionales tenemos que analizar cuando debemos de realizar un ensayo CD y un ensayo CU, también tener en cuenta que el ensayo CD es un ensayo más real, pero a la vez más largo y también costoso. 

Análisis de pregunta 2: Para dan a continuación los resultados de dos pruebas triaxiales consolidada drenada (CD) realizadas en una muestra de suelo: Prueba I: 𝜎3 = 69 kPa ∆𝜎𝑑 (𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎) = 213 kPa

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Prueba II: 𝜎3 = 120 kPa ∆𝜎𝑑 (𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎) = 258.7 kPa Se pide: (a) trazar los círculos y envoltorio de falla de Mohr-Coulomb; (b) determinar los parámetros de resistencia c’ y 𝜙′; (c) a partir...