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GUÍA N° 3: TRIAXIAL UU FACULTAD INGENIERÍA CIVIL

ELABORADO POR VERSIÓN

CURSO INGENIERIA GEOTÉCNICA

GINO LLAMOCA 001

AMBIENTE LAB. DE MECÁNICA DE SUELOS

APROBADO POR JAVIER PIÉROLA FECHA DE APROBACIÓN 23/01/2020

1. LOGRO GENERAL DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE

Al término de la unidad, el estudiante determina los asentamientos producidos por la consolidación y la resistencia de los suelos. 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO



Determinar los parámetros de resistencia del suelo, como son ángulos de fricción y cohesión.

3. MATERIALES Y EQUIPOS 1. Molde y Anillo HM-3818.18 Compaction Mold-Two-Part, 1.875 Molde de compactación de dos partes. Moldes de aluminio de dos piezas con cierre de pinzas de cierre fácil. La combinación de placa base el pedestal proporciona una plataforma estable para el molde durante la producción que debe comprarse por separado. La relación entre la altura de la muestra y el diámetro es 2:1.

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2. MEMBRANA DE CAUCHO HM-4180.28 Látex Membrana, 70 mm (2.8”), 0.012” de espesor Las membranas de látex se usan para sellar las muestras de suelo triaxial dentro de las células triaxiales para las pruebas AASTM D2850 y D4767. Estas membranas están hechas de caucho de látex no poroso. Las longitudes de estas membranas varían según el diámetro de la muestra. Todas las membranas de látex tienen la longitud suficiente para cerrar la longitud total de la muestra, tanto la parte superior y la base del pedestal, como el disco, más el excedente suficiente para permitir la duplicación sobre las juntas toricas. 12 /paquete. Las membranas están disponibles en dos grosores: 0.012” y 0.025 de espesor.

3. PIEDRA POROSA Permite que el agua pueda ingresar a la muestra, son muy delicadas por ello se debe tener cuidado y siempre se coloca un circulo de vinilo para evitar que la piedra sufra daño.

4. PAPEL FILTRO Utilizados para separar el disco espaciador y el suelo en el molde CBR durante la operación de compactación o sobre la superficie superior del suelo cuando se completa la operación de compactación.

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5. CIRCULO DE VINILO Debido al material, este resiste a las fuerzas actuantes, evitando los agrietamientos y rajaduras.

6. GEL HM-4198 High Vacuum Grease Grasa de alto vacío. Es un medio efectivo para sellar las membranas de látex a los lados de la tapa superior.

7. BALANZA Sirve para medir el peso de la muestra. Presenta una precisión de 0.01 g.

8. PISON MANUAL Operando de forma manual, el pisón debe caer libremente en toda la superficie del espécimen. El mangulo guía tiene cuatro orificios de ventilación en cada extremo del manguito para liberar la presión de aire acumulada. Acero mecanizado, chapado para la resistencia al oxido. Presenta asa de bola de goma resistente.

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10. HM-2315 VOLUME CHANGE HM-2315 Automatic Volume Change Apparatus Sirve para medir el cambio de volumen de una muestra de suelo mediante el monitoreo de flujo de agua a través de la cámara de la unidad. El conjunto inferior contiene válvulas de cambio, que cuando se usan junto con el conjunto superior proporcionan una capacidad ilimitada. La unidad se puede usar con un transductor de tensión lineal, un indicador digital o como parte de un sistema automatizado.

Además, tiene los siguientes accesorios: Linear Strain Conversion Transducers (LSCT)

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Transducer Application Brackets

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11. HM-5020.3F Load Frame, Triaxial Loader, Elite Series, 3000 lbf (15kN) El cargador triaxial HM-5020 maneja pruebas triaxiales, que incluyen: UU, CU y CD triaxial y UC. Capacidad de carga de 3000 lbf (15 kN). Registrador de datos integral de 4 canales de Humboldt con control de pantalla táctil, que permite que el cuadro de carga se use como un dispositivo independiente capaz de un control completo de prueba y registro de datos. También puede ser controlado por una computadora en red en cualquier ubicación con acceso a la red. Especificaciones adicionales Capacidad de carga: 3000 lbf (15kN) Rango de velocidad – Pruebas: 0.00001 – 2.00000 in/min (0.00001 – 50.80000 mm/min Rango de velocidad: enfoque rápido: 2.1 in/min (55.0 mm/min) Canales de datos: 4 Tamaño de la platina/recorrido: 10” (254 mm) /4” (100 mm) Almacenamiento de datos: 100 pruebas y hasta 3000 lecturas por prueba. Despeje vertical de 27” (686 mm) Juego horizontal 11” (286 mm) Voltaje: 110 / 220V 50 / 60 Hz – 5.0 amps Peso neto: 120 lbs (54 kg) 12. FLEX PANEL HM 4150

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Esta es la pantalla digital, que le permite leer la celda actual. Presiones de base o superiores de hasta 5 celdas diferentes, dependiendo de su configuracion particular. Para leer una presion, levante la valvula de palanca, ubicado debajo del regulador. Para lo que desea comprobar la presion (indicada por la segunda flecha roja) y la presion se mostrara en la pantalla digital. Solamente se puede leer una linea a la vez.

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Estos son los reguladores y los indicadores de cuadrante para ajustar el aire y el vacio. Presionar las presiones al FlexPanel. El regulador de presion de suministro de aire se utiliza para ajustar las presiones de aire de entrada de un compresor de aire. Se puede configurar de 2-150 psi (14 – 1000 kpa), y se meustra la presion de aire resultante en el manometro sobre el regulador. El ajuste del regulador debe configurarse al menos 5 psi (35 kpa) por debajo de la presion mas baja proveniente del compresor de aire. El regulador inferior controla la presion de vacio suministrada al FlexPanel, asi como a la Seccion 4 del panel de control. Un externo. Se requiere una bomba de vacio para suministrar vacio al panel de control. El medidor sobre el regulador muestra el vacio regulado. Esta seccion controla el tanque de agua desaireado. La valvula superior tiene dos lineas de entrada. Uno esta conectado a una bomba de vacio y el otro a una baja regulador de presion, menos de 5 psi, que ha sido preajustado en la fabrica. La salida va a la parte superior del tanque de agua sin aire. La valvula inferior tienen dos lineas de entrada. Uno va a un desague o un contenedor para recoger residuos liquidos y el otro esta conectado a un suministro de agua (agua del grifo o permeado especial). La salida esta conectada a la parte inferior del recipiente con agua desairada. Esta seccion controla las fuentes de agua, aire comprimido y vacio. La valvula superior se puede configurar para suministrar agua del grifo o agua sin aire a la conexión rapida ubicada debajo de ella. La valvula inferior suministra una presion de aire y vacio regulado a la conexión rapida debajo de ella. La presion del aire es suministrada por el mismo regulador que suministra aire al tanque de agua sin aire y el vacio esta regulado por el vacio regulador.

4. PAUTAS DE SEGURIDAD

4.1 MANEJO DE RESIDUOS -

Una vez culminada la sesión de laboratorio, el papel generado en la práctica será segregado y almacenado en el tacho de color azul. Esta acción la ejecutara los usuarios del laboratorio (alumnos y docentes).

4.2 RECOMENDACIONES DE SEGURIDAD -

-

Todos los equipos deben ser maniobrados bajo la estricta supervisión del docente del curso. Se debe asistir a cada sesión con calculadoras y con una copia de la guía correspondiente al ensayo. Es de carácter obligatorio el uso de protectores oculares, guardapolvo y zapatos de seguridad. Según el protocolo de seguridad de los laboratorios de Ingeniería Civil que se encontrará en su plataforma virtual. No estará permitido cargar computadoras portátiles, celulares u otro objeto en el laboratorio. No estará permitido ingerir alimentos o bebidas. Será responsabilidad del alumno o grupo dejar en orden y limpio los materiales y/o insumos que utilicen.

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4. FUNDAMENTO

INTRODUCCION Su principal finalidad 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 más 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. Alcanzado ese estado de equilibrio, se aumenta la presión normal o axial (σ 1). sin modificar la presión lateral aplicada (σ 3), hasta que se produzca la falla. Realizando por lo menos 3 pruebas, compresiones laterales diferentes. en un gráfico se dibujan los círculos de Mohr que representan los esfuerzos de falla de cada muestra y trazando una tangente o envolvente a éstos, se determinan los parámetros ϕ y c del suelo. Dependiendo del tipo de suelo y las condiciones en que este trabajará, las alternativas para realizar el ensayo FORMULAS Si bien es cierto este ensayo se usa para determinar el parámetro de resistencia no drenado c y es adecuado para arcillas saturadas. En condiciones no drenadas, los suelos saturados presentan un esfuerzo de corte critico que tiende a mantenerse constante para cualquier valor del esfuerzo normal. Un aumento en el esfuerzo axial ocasiona un aumento semejante en la presión de poros. por lo tanto, el esfuerzo efectivo normal permanece constante. En una serie de ensayos no drenados efectuados bajo esfuerzos desviadores diferentes en probetas saturadas con el mismo suelo, los círculos de esfuerzos de Mohr para la combinación de esfuerzos de falla describirán la envolvente de falla no drenada como se muestra en la Figura a. La intersección de la envolvente con el eje de corte define el valor de la cohesión no drenada del suelo (c u). Este parámetro de resistencia del suelo aparentemente es constante. Sin embargo, se deben notar dos condiciones importantes relacionadas con cualquier valor observado de cu. Primero el valor es relevante sólo para una masa de suelo sin drenado y segundo que el valor solo corresponde para un determinado contenido de humedad y volumen específico. por lo que se obtendrá unos valores distintos para un diferente contenido de humedad y volumen específico.

Figura a Para poder dibujar el Circulo de Mohr de esfuerzos es indispensable determinar los esfuerzos principales σ1 y σ3. Durante el ensayo triaxial (UU), se recolectan periódicamente valores de los deformimetros que controlan el anillo de carga y la deformación de la probeta (DL). La deformación vertical e, es calculada con la siguiente expresión:

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Donde: ε = Deformación vertical del espécimen de suelo ΔL = Deformación del espécimen registrado por el deformimetro L0 = Longitud inicial del espécimen de suelo La carga P que transmite el vástago a la probeta de suelo es el producto de la medida que registra el deformimetro ubicado en el anillo de carga multiplicado por el factor de calibración de anillo, es decir: P = (Lectura del deformimetro) * (Factor de calibración del anillo) Durante la comprensión el área transversal del espécimen de suelo cambia por lo cual debe ser corregida, se utiliza la siguiente expresión:

Donde: A = Área transversal corregida. ԑ = Deformación vertical del espécimen de suelo. A0 = Área transversal inicial del espécimen de suelo

El esfuerzo desviador Sd, que actúa en el espécimen de suelo será:

La figura b muestra la variación de la deformación vertical e en función al esfuerzo desviador, según al Tipo de suelo la curva presentará un valor del esfuerzo desviador de falla (σd)f queserá el valor pico (σd)p o el crítico (σd)cr según al caso, donde cualquiera de estos podrá tomarse como el instante de falla. El esfuerzo principal mayor será:

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El esfuerzo principal menor en la falla (s3)f, es la presión de registrada en la cámara triaxial al momento de la falla. Teniendo los esfuerzos principales se grafica el círculo de Mohr de esfuerzos. Aunque basta con obtener un círculo de esfuerzo, es conveniente realizar diversos ensayos (como mínimo 3) para trazar la envolvente de falla con la cual puede determinarse el parámetro de resistencia no drenado.

5. PROCEDIMIENTO (DESARROLLO DE LA PRACTICA)

5.1 PREPARACION DE (03) MUESTRAS 1. El suelo Características Arcilloso Muestra alterada (3 especímenes) Color oscuro con tonalidades de color marrón Procedencia: Distrito de Carabayllo, presentan suelos blandos y arenosos. En caso de podría provocar la amplificación del movimiento.

un sismo esto

2. El molde y anillo (MOLD & BASE PEDESTAL HM- 3818.28) En esta etapa primero se debe preparar el molde, juntar las 2 piezas más la base, atornillar y asegurar. Además, revisar que este molde esté libre de impurezas y/o superficies que no pertenezcan al suelo de prueba.

Una vez ya colocada la muestra de forma proporcionada, es decir, por capas ya se debe apisonar por 25 veces, nuevamente se coloca el suelo y se compacta hasta llenar todo el cilindro de forma continua y uniforme. Del mismo modo paras las tres muestras. Una vez moldeada la probeta, pesar y medir el diámetro y la altura de la misma, obteniendo “Po”, “Do” y “Ho” correspondientemente.

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5.2 INSTALACIÓN A. Con el espécimen encerrado en la membrana de caucho, la cual está sellada a la tapa y a la base del espécimen y ubicado en la celda, ensamble la celda triaxial. Lleve el pistón de carga axial en contacto con la tapa del espécimen varias veces, para permitir el asentamiento y alineamiento apropiado del pistón con la tapa.

B. Durante este procedimiento, cuide de no aplicar al espécimen un esfuerzo desviador que exceda del 0.5% de la resistencia a la compresión estimada. Si el peso del pistón es suficiente para aplicar un esfuerzo desviador que exceda del 0.5% de la resistencia a la compresión estimada, el pistón deberá estar fijado por encima de la tapa del espécimen después de chequear el asentamiento y el alineamiento y dejarlo fijado hasta la aplicación de la presión de la celda. C. Coloque la celda en posición en el dispositivo de carga axial. Cuide la alineación del dispositivo de carga axial, el dispositivo de medición de carga axial, y la celda triaxial, para prevenir la aplicación de una fuerza lateral al pistón durante la prueba. Fije el dispositivo de mantenimiento y medición de presión, y se usa un líquido de confinamiento, llene la celda hasta un nivel predeterminado.

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D. Ajuste el dispositivo de mantenimiento y medición de presión, a la presión de la celda deseada, y aplique la presión al fluido de la celda. Si el dispositivo de medición de la carga axial es colocado afuera de la celda triaxial, la presión de la celda producirá sobre el pistón una fuerza hacia arriba que reaccionará contra el dispositivo de carga axial.

E. En este caso comience la prueba con el pistón ligeramente sobre la tapa del espécimen y antes que el pistón esté en contacto con la tapa del espécimen, mida y registre la fricción inicial del pistón y empuje hacia arriba producido por la presión de la celda y después corrija la carga axial medida, o ajuste el dispositivo de medición de carga axial para compensar por la fricción y el empuje.

F. Si el dispositivo de medición de carga axial es colocado dentro de la celda, no será necesario corregir o compensar por la fuerza de levantamiento actuante sobre el dispositivo de carga axial o por la fricción del pistón. En ambos casos requiere la lectura inicial de indicador de deformación cuando el pistón contacte la tapa del espécimen.

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G. Usando, Deformaciones Controladas, Aproximadamente 10 minutos después de la aplicación de la presión de celda (Nota 2), comience a aplicar la carga axial, de modo de producir deformaciones axiales a una velocidad de aproximadamente 1%/minuto para materiales plásticos y 0.3%/minuto para materiales frágiles que consigan un esfuerzo desviador máximo a aproximadamente 3 a 6% de la deformación. A estas velocidades, el tiempo transcurrido para llegar al esfuerzo desviador máximo será de aproximadamente 15 a 20 minutos. Registre los valores de la carga-deformación para: 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 y 0.5% de la deformación; luego para incremento del 0.5% de deformación hasta 3%; y posteriormente para cada 1%. Tome las lecturas suficientes para definir la curva esfuerzo- deformación; por ello, un mayor número de lecturas podrían ser necesarios en las etapas de la prueba, así como cuando se aproxima la falla. Continúe la carga hasta el 15% de la deformación, excepto que la carga pueda suspenderse cuando el esfuerzo desviador haya descendido hasta el 20% o cuando el 5% de la deformación axial ocurre después de un pico máximo en el esfuerzo desviador. H. Usando Esfuerzos Controlados: Incremento de Carga. - Antes de la prueba, estime la carga axial de falla del espécimen. Esta estimación puede ser hecha en base a la experiencia con material similar o a través del uso de un dispositivo de corte o penetración sobre una porción no utilizada de muestra. Aproximadamente a 10, minutos después de la aplicación de la presión de celda, coloque una carga axial inicial sobre el espécimen, igual a un décimo o a un quinceavo de la carga axial de falla estimada. Lea el dial de deformación cada 0.5 minutos. Cuando el cambio de la velocidad del dial de deformación sea menor que 0.01 pulg (0.3 mm) en 1 minuto, coloque otro incremento de carga sobre el espécimen igual al incremento de carga precedente. Repita este proceso hasta la falla o hasta el 15% de la deformación axial. El incremento de carga puede ser dividido en la mitad para las dos o tres cargas finales, para definir más completamente la curva esfuerzo-deformación cerca a la falla. Lea y registre la deformación previa a cada incremento de carga. Si llegara a ser obvio durante el desarrollo de la prueba que más de 15 o menos de 10 incrementos de carga serán requeridos para que falle el espécimen, ajuste los incrementos de carga convenientemente. I.

Velocidad de Esfuerzos Controlada. - Estime la resistencia a la compresión del espécimen antes de la prueba. Aproximadamente 10 minutos después de la aplicación de la presión de celda, comience a aplicar la carga axial a una velocidad constante tal que el esfuerzo desviador máximo será desarrollado en aproximadamente 15 minutos. Lea y registre los valores de carga y deformación a valores de deformación iguales a los dados en 7.2. Detenga la carga del espécimen al 15% de la deformación o cuando el esfuerzo desviador haya descendido al 20% o cuando el 5% de la deformación ocurra después de un pico máximo del esfuerzo desviador.

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5.3 ENSAYO DE COMPRESIÓN Después de hacer la respectiva instalación se calibra el FlexPanels HM-4150.3F, el cual es una solución precisa y fácil de utilizar para controlar aire comprimido, agua, agua desaireada y vacío sin necesidad de utilizar interfaces de vejiga de aire/agu...