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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA
MECANICA DE SUELOS II-EC 513-J
INFORME DE LABORATORIO N°3:
“ENSAYO TRIAXIAL”
Integrantes:
 TORRES DÍAZ, Euler Steve 20161051K
 AYQUIPA ROBLES, Angielo 20131054A
 SILVA ESPINOZA, Christian Angel 20161108B
 SALAS LOAIZA, Edwin Darrell 20164034J
 RODRIGUEZ EPQUIN, Cristian 20162517C
 YAURIMO PONCE, Samuel 20161117A
 TACAS GUILLÉN, Jimmy Miguel 20162527I
Docente:
Ing. CARRERA CONCHA, Engelbert
2019 – I
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Departamento Académicode Geotecnia
EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 1
CONTENIDO
1. Introducción.....................................................................................................................2
2. Objetivos de la práctica ...................................................................................................3
3. Descripción de los equipos..............................................................................................4
4. Descripción del procedimiento del ensayo ......................................................................8
5. Normas, valores típicos, alcance y posibles factores que conlleven al error del ensayo
13
6. Cuestionario...................................................................................................................18
1.- Compare el ensayo triaxial mencionando ventajas, desventajas y limitaciones con
respecto a los ensayos para determinar es esfuerzo de corte, anteriores. .............................18
2.- Usted tiene que realizar un estudio de suelos en la selva para un puente, después de
realizar las perforaciones obtuvo una muestra inalterada de la arcilla blanda existente en el
lecho del río, como usted es el encargado de los ensayos de laboratorio tiene que solicitar
en ensayo apropiado para determinar los parámetros de corte del suelo, ¿qué tipo de ensayo
solicitaría? Describa el ensayo y justifique su respuesta. .....................................................20
3.- ¿Se podrá realizar el ensayo triaxial en suelos granulares? Explique brevemente. ........21
7. Análisis de los datos ......................................................................................................26
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1. INTRODUCCIÓN
El ENSAYO TRIAXIAL es un ensayo complejo 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 (σ1), sin modificar la presión lateral aplicada (σ3), hasta que se produzca la
falla. Realizando por lo menos 3 pruebas, con presiones laterales diferentes.
El esfuerzo cortante en los suelos es el aspecto más importante de la ingeniería geotécnica.
La capacidad de soporte de cimentaciones superficiales como profundas, la estabilidad de
los taludes y el diseño de muros o paredes de retención, llevan implícito el valor de la
resistencia al esfuerzo cortante.
Desde otro punto de vista, el diseño de los pavimentos se ve influenciado de una forma
indirecta por la resistencia al cortante de los suelos, ya sea en el análisis de la estabilidad de
un talud o en el diseño de los muros de retención y de forma directa, a través del diseño de
las fundaciones que soportan el pavimento, específicamente, en la subrasante. Por
consecuencia, tanto las estructuras como los taludes deben ser estables y seguros frente a un
colapso total, cuando éstos sean sometidos a una máxima aplicación de cargas.
El esfuerzo cortante de un suelo se ha definido como la última o máxima resistencia que el
suelo puede soportar. Específicamente, se ha expresado como la resistencia interna que
ofrece la masa de suelo por área unitaria para resistir la falla al deslizamiento a lo largo de
cualquier plano dentro de él. El esfuerzo cortante puede ser determinado de muchas
maneras, algunos de los ensayos más comunes inclinadas son la veleta (ASTM D 4648),
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ensayos de penetración estándar - SPT (ASTM D 1586), así como algunos otros tipos de
penetrómetros, los cuales en su mayoría no evitan los problemas asociados con la alteración
de la muestra debido a su extracción en el campo, sin dejar de lado que ofrecen información
sumamente importante. Sin embargo, muchos de esos métodos determinan la resistencia al
cortante indirectamente a través de correlaciones. Por otra parte, en el laboratorio existe una
serie de ensayos que usualmente se realizan dentro del ámbito de la ingeniería para evaluar
las propiedades de resistencia de cada material que conforma el subsuelo. Entre estos se
pueden citar la resistencia a la compresión uniaxial (ASTM D 2166), corte directo (ASTM
D 3080 y ASTM D 6528) y los ensayos de compresión triaxial (ASTM D 4767 y ASTM D
2850).
2. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA
 Obtener parámetros del suelo y la relación esfuerzo vs deformación a través de la
determinación del esfuerzo cortante.
 Obtener el gráfico en el que se dibujan los círculos de Mohr que representan los
esfuerzos de falla de cada muestra y trazando una tangente o envolvente a estos, 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 serán
consolidado no drenado (CU), no consolidado no drenado (UU) o consolidado
drenado (CD)).
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3. DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS
Con el fin de realizar los diversos ensayos triaxiales, un equipo triaxial completo requiere
diferentes elementos que lleven a cabo la adquisición de datos, aplicación de carga,
medición de cambios de volumen, saturación de especímenes, entre otras funciones. A
continuación, se caracterizan de forma breve cada uno de ellos y la función que cumplen.
3.1 Panel Triaxial
Es el sistema conformado por válvulas y reguladores mediante los cuales se administra el
flujo de aire y agua desairada entre los equipos para la realización del ensayo triaxial. Cada
panel posee 3 válvulas de distribución, reguladores de aire y salidas de medición de presión
para 3 presiones (ver Figura).
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Fig. Panel de Control
3.2 Equipo automático de cambio de volumen
El equipo de cambio de volumen (aparato) realiza su función comprimiendo un pistón
sellado contra un dispositivo de precisión en la cámara de calibración, de tal forma que un
movimiento lineal del pistón es exactamente proporcional al cambio de volumen de agua
que se da en la cámara de calibración (ver Figura 3). El pistón está conectado a un medio de
medición externo, un transductor de desplazamiento lineal, adecuado para el sistema de
adquisición de datos permitiendo que los cambios de volumen de la muestra sean
desplegados y registrados directamente en centímetros cúbicos.
La unidad está conectada a un panel de control con cambio de volumen y regulador de flujo
(by pass valves) usados para medir la saturación y cambios de volumen mayores a 100 cc.
Fig. Dispositivo de cambio de volumen
3.3 Prensa Triaxial
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La prensa triaxial consiste en un marco de dos columnas con una viga transversal móvil
(marco de carga) y una base que contiene la unidad de empuje mecánico, el motor eléctrico,
los componentes electrónicos y los controles (ver Figura 4). La acción de carga es realizada
por un motor (stepper motor) de alta resolución. La unidad de sincronización que maneja el
motor es controlada por un microprocesador. Mediante este microprocesador es posible
obtener un desplazamiento predeterminado de la unidad de carga (empuje), constante
durante el ensayo, cualquiera que sea la fuerza de resistencia.
La velocidad y la dirección se preestablecen a través de controles localizados en el panel
frontal.
Las especificaciones técnicas de este dispositivo se encuentran a continuación:
Fig. Prensa Triaxial
3.4 Blader
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Es una cámara constituida por un cilindro de bandas de plexiglás, una placa base, una placa
superior y una membrana de hule que trabaja como interface aire/agua.
El blader es el encargado de transferir la presión del aire al agua, de forma inmediata,
evitando que el aire comience a disolverse. La presión máxima de funcionamiento del
blader es de 1000 kPa.
Figura 5. Blader
3.5 Cámara triaxial
Está conformada por una cámara de bandas de metacrilato que permiten una presión
máxima de funcionamiento de 2000 KPa, una base con cinco conexiones, de las cuales dos
son para presión de poro, dos para contrapresión y una para presión de cámara. A su vez
cuenta con un pistón de carga instalado mediante un sistema de baja fricción. Es en la
cámara triaxial en donde se somete al espécimen a las condiciones específicas de esfuerzos
de los ensayos.
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Figura. Cámara Triaxial
4. DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO
- Obtención de la muestra. - Se busca una muestra inalterada a ser moldeada a la forma
del equipo contenedor de la muestra, sin embargo, cuando no se tienen muestras
inalteradas, se procede a remoldear la muestra.
- Procedimiento para muestras inalteradas. - Se pueden obtener de bloques inalterados,
donde se perfila la muestra hasta obtener el diámetro final, o mediante tubos de pared
delgada, donde solo se cortarán las superficies planas.
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- Procedimiento para muestras remoldeadas. -
Muestra de suelo no cohesivo. Se acopla la placa base inferior a la base de la cámara
triaxial y se monta la membrana de caucho de diámetro apropiado en la placa de carga de
base, utilizando para sellar la unión, bandas de caucho o sellos de aro. Dentro de la
membrana, se coloca la piedra porosa inferior y se instala el moldeador de muestra
alrededor de la membrana. Si es posible, se utiliza un expansor de membrana en vez del
moldeador para hacer más fácil el proceso.
Se deposita cuidadosamente la arena dentro de la membrana, utilizando un compactador,
para mantener la forma y densidad de la muestra. Una vez alcanzada la altura de la probeta,
se colocan la piedra porosa y la placa base superior, enrollando hacia esta última la parte de
membrana que queda fuera del molde, sellándola de la misma forma que en la parte
inferior. Con un pequeño nivel, se debe verificar que la placa base superior se encuentre
totalmente horizontal.
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Se realizan las conexiones de las placas base a la base de la cámara triaxial y se aplica un
vacío de 200 a 250 mm. de mercurio a la muestra. Se retira el molde o el expansor de
membrana y se examina que la membrana de caucho no presente filtraciones, de lo
contrario tendrá que prepararse una nueva muestra. Finalmente, se determinan 4 medidas de
altura de la probeta, separadas aproximadamente cada 90º y lecturas de diámetro en la parte
superior, media e inferior.
Muestra de suelo cohesivo. La compactación de las probetas se realiza en los moldes de
compactación Harvard miniatura, siguiendo un procedimiento similar al utilizado en el
ensayo Proctor, pero empleando un pisón miniatura. Se preparan dos o tres muestras que
cumpla con la relación L/D (2 < L/D < 3) y una vez terminada, con un cuchillo se
escuadran sus extremos y se determinan las medidas de altura y diámetro.
Luego se fija la membrana al expansor de membrana, dejando una holgura de ± 3 mm. con
respecto al diámetro de la probeta y se lubrica suavemente el interior de la membrana para
facilitar la colocación de la muestra. Se podrá utilizar vaselina de petróleo, polvo de teflón
o sólo humedecer con agua para la lubricación.
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Se acopla la placa base inferior a la base de la cámara triaxial y se coloca la piedra porosa.
Se coloca el conjunto del expansor y la membrana de caucho sobre la placa y se inserta la
muestra dentro de ella. Se realiza la fijación inferior, se colocan la piedra porosa y la placa
base superior, sellando el excedente de membrana hacia la placa y se verifica el nivel de
ésta.
Finalmente, se retira el expansor de membrana y se realizan las conexiones de las placas
base a la base de la cámara triaxial. Para estos suelos no se aplica vacío para verificar
posibles filtraciones.
- Aplicación de presiones. Se coloca el tubo de cristal sobre la base de la cámara triaxial,
logrando un sello completamente hermético y se la lleva a la máquina de compresión,
haciendo un ligero contacto entre la barra de carga de la máquina y el pistón de carga de la
cámara.
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Posteriormente, se aplica una presión de confinamiento (σ3) predeterminada, por medio de
aire comprimido, abriendo luego la válvula de salida o drenaje para verificar que no exista
presión de aire (que indicaría que existen filtraciones en la muestra por lo que se tendría
que volver a iniciar).
Ante el contacto entre el pistón de la cámara y la barra de carga de la máquina al aplicar σ3,
el lector de carga habrá registrado cierta medición, por lo que deberá llevarse a cero.
Se ajusta el lector de deformación, se determina la velocidad de carga de la máquina (0,5 a
12,5 mm/min) y se prende ésta, tomando simultáneamente las lecturas de deformación,
tiempo y carga, en las siguientes divisiones del lector de deformación: 5, 15, 25, 50 y de
aquí en adelante cada 50 o 100 divisiones hasta que suceda uno de los siguientes casos:
- la carga aplicada disminuye,
- la carga aplicada se mantiene constante por 4 lecturas o
- la deformación sobrepasa el 20% de la deformación unitaria previamente calculada.
Luego que falle la muestra, apagar la máquina, soltar la presión del equipo y remover la
muestra, para realizar 2 a 3 ensayos adicionales, con diferente presión (σ3).
- Variaciones en el procedimiento según alternativa de ensayo.
En un ensayo triaxial UU, la válvula de drenaje se mantiene cerrada en todo el ensayo y
antes de que la muestra tenga posibilidades de consolidarse. El ensayo comienza
inmediatamente aplicada la presión de confinamiento. Este procedimiento no podrá
realizarse para un suelo cohesivo 100% saturado.
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- En un ensayo triaxial CU, se mantiene la válvula de drenaje abierta al aplicar la presión
de confinamiento. Al terminar la consolidación, se cierra la válvula y se aplica la presión
axial (σ1).
- En un ensayo triaxial CD, se mantiene la válvula de drenaje abierta durante todas las
fases del ensayo. La presión axial deberá ser aplicada a una velocidad más baja que las
anteriores, de modo de evitar que los resultados se vean afectados por la presión de poros.
- En caso de saturar la muestra para ensayarla, una vez aplicada la presión de confinamiento
se abre la válvula de paso. Este proceso es lento, especialmente en suelos cohesivos, donde
es posible aplicar una presión positiva menor que σ 3 (ejemplo σ 3 / 2) al recipiente que
contiene el agua, de modo de acelerar la saturación.
5. NORMAS, VALORES TÍPICOS, ALCANCE Y POSIBLES FACTORES QUE
CONLLEVEN AL ERROR DEL ENSAYO
Las referencias normativas para la realización del ensayo las encontramos en AASHTO
T234-70, ASTM D2850-70, ASTM (1949-50), Ensayos Triaxiales de Suelos y Mezclas
Bituminosas, STP No. 106. Y ASCE (1960) Conferencia de Investigación Sobre suelos
cohesivos, Boulder, Colorado, Proceedings.
VALORES TÍPICOS
Prueba triaxial consolidada drenada.
El aumento de presión de agua intersticial puede expresarse en forma de un parámetro
adimensional:
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𝐵 =
𝑢𝐶
𝜎3
Donde B = parámetro de Skempton para la presión de poros (1954).
Para suelos blandos saturados B es aproximadamente igual a 1; sin embargo, para suelos
rígidos saturados, B puede ser menor que 1.
Ángulo de fricción de esfuerzo efectivo para suelos cohesivos
Valores teóricos de B a saturación completa
Tipo de suelo Valores teóricos
Arena blanda normalmente consolidada 0.9998
Arenas blandas ligeramente sobre consolidadas y limos 0.9988
Arcillas duras sobreconsolidadas y arenas 0.9877
Arenas muy densas y arcillas muy duras a altas presiones de
confinamiento
0.9130
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El ángulo de fricción disminuye con el aumento de índice de plasticidad. SU valor
disminuye a entre 37º-38º para índices de plasticidad alrededor del 5% y de 10º a 25º para
índices de plasticidad alrededor de 100%.
Prueba consolidada no drenada.
En este caso, el parámetro de presión de poros de Skempton es:
𝐴̅ = 𝐴𝑓
̅̅̅ =
(∆𝑢𝑑)𝑓
(∆𝜎𝑑)𝑓
Donde los valores de 𝐴𝑓
̅̅̅ en la mayoría de los suelos de arcilla son los siguientes:
- Arcillas normalmente consolidadas: 0,5 a 1.
- Arcillas sobre consolidadas: -0,5 a 0.
Prueba no consolidada no drenada.
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La condición inicial en este tipo de prueba es que la envolvente de falla es una recta
horizontal (𝜙 = 0).
FACTORES DE ERROR
Entre los principales factores de error encontramos a la alteración de la muestra. Una
muestra alterada debe ser remoldada a sus condiciones iniciales, sin embargo, no se logra
recrear al 100% su estado in situ. De la misma forma, el traslado de las muestras inalteradas
puede verse afectado por factores externos, caídas o golpes de transporte, que confinan la
muestra alterando su densidad, humedad o calor que disminuya la humedad natural de la
muestra. Estos factores queden disminuidos con muestras lo más representativas posibles.
Además, existen otros factores analizados por Fell (1987). Indica una serie de errores
comunes que se cometen en el manejo del ensayo Triaxial:
a) Ensayo a un nivel muy alto de esfuerzos
La envolvente del círculo de Mohr tiene una forma curva y si se trabaja con niveles altos de
esfuerzos se puede sobreestimar la resistencia para el caso real de esfuerzos menores; por
ejemplo, para esfuerzos de confinamiento entre 100 y 400 kPa, las resistencias se pueden
sobreestimar hasta en un 300 %. Por lo tanto, es importante que el ensayo Triaxial se
realice al nivel de esfuerzos de confinamiento reales en el talud analizado.
b) Saturación incompleta
Comúnmente, las muestras inalteradas no son ensayadas con saturación total debido a que
por gravedad es difícil obtener la saturación. El resultado es un aumento en el valor de la
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resistencia de laboratorio, comparativamente con la resistencia real en campo, para el caso
saturado.
c) Ensayo a una rata muy alta de deformación
Las ratas altas de deformación no permiten disipar la presión de poros en el ensayo
consolidado drenado.
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6. CUESTIONARIO
1.- Compare el ensayo triaxial mencionando ventajas, desventajas y limitaciones con
respecto a los ensayos para determinar es esfuerzo de corte, anteriores.
COMPARACIÓN ENTRE ENSAYOS DE CORTE DIRECTO Y TRIAXIAL
VENTAJAS DE ENSAYO TRIAXIAL
VENTAJAS DE ENSAYO DE CORTE
DIRECTO
 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 son las
tensiones principales y es posible
realizar control sobre las tensiones y
deformaciones.
 Las condiciones de drenaje pueden
ser controladas y es posible una gran
 El ensayo es relativamente rápido y
fácil de llevar a cabo.
 El principio básico es fácilmente
compresible.
 La preparación de la muestra no es
complicada.
 El principio puede aplicarse a
suelos granulares y a otros
materiales que serían muy caras de
ensayar por otros medios.
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variedad de condiciones de prueba.
DESVENTAJAS DE ENSAYO
TRIAXIAL
DESVENTAJAS DE ENSAYO DE
CORTE DIRECTO
 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
 La muestra está obligada a fallar en
un plano predeterminado.
 No puede medirse la presión de
poros
 No es posible determinar el módulo
de elasticidad ni el de la relación de
Poisson.
 Las deformaciones aplicadas están
limitadas por recorrido máximo de la
caja.
 El área de contacto entre las dos
medidas de la muestra disminuye a
medida que se realiza el ensayo.
 No es posible controlar el drenaje de
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la muestra.
2.- Usted tiene que realizar un estudio de suelos en la selva para un puente, después de
realizar las perforaciones obtuvo una muestra inalterada de la arcilla blanda existente
en el lecho del río, como usted es el encargado de los ensayos de laboratorio tiene que
solicitar en ensayo apropiado para determinar los parámetros de corte del suelo, ¿qué
tipo de ensayo solicitaría? Describa el ensayo y justifique su respuesta.
Solución:
Si estuviera en ese caso solicitaría en laboratorio el Ensayo Triaxial (Prueba rápida – Sin
consolidación y sin drenaje (UU)). Además, estos ensayos aplican también en arcillas
blandas.
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
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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, enmarcando la
realización del ensayo dentro del concepto de resistencia para suelos cohesivos saturados,
en donde se expresan los resultados en términos de esfuerzos totales. 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.
Este ensayo permite determinar la capacidad portante al inicio de la construcción de una
obra y puesto que el contexto de la situación es la de muestras luego de las perforaciones
respectivas, se concluye que el más conveniente es el Ensayo Triaxial (Prueba rápida – Sin
consolidación y sin drenaje (UU)).
Si hubiera estado en campo un ensayo in situ adecuado para esta situación sería el “Ensayo
de corte con veleta”.
3.- ¿Se podrá realizar el ensayo triaxial en suelos granulares? Explique brevemente.
Rpta:
Los ensayos consolidados drenados se utilizan esencialmente en suelos granulares (arenas),
sin embargo, se puede aplicar en suelos finos, pero los ensayos que requieran tiempos
prolongados del orden de semanas.
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La característica fundamental de la prueba es que los esfuerzos aplicados al espécimen son
efectivos.
Primeramente, se aplica al suelo una presión hidrostática, manteniendo abierta la válvula de
comunicación con la bureta y dejando transcurrir el tiempo necesario para que haya
consolidación completa bajo la presión actuante.
Cuando el equilibrio estático interno se haya restablecido, todas las fuerzas exteriores
estarán actuando sobre la fase sólida del suelo, es decir, producen esfuerzos efectivos, en
tanto que los esfuerzos neutrales en el agua corresponden a la condición hidrostática. La
muestra se lleva a la falla a continuación aplicando la carga axial en pequeños incrementos,
cada uno de los cuales se mantiene el tiempo necesario para que la presión en el agua, en
exceso de la hidrostática, se reduzca a cero.
En un primer lugar se aplica una presión de cámara (σc) y una presión intersticial (u0),
dejando que la muestra drene libremente. Los incrementos tensionales aplicados de forma
instantánea darán lugar a una cierta distribución inicial de tensiones efectivas e
intersticiales. Al permitir el drenaje, los excesos de presión intersticial generados se irán
disipando paulatinamente en función de la permeabilidad del suelo, hasta alcanzar la
consolidación completa.
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Fig. Esquema de un ensayo triaxial
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Fig. Aplicación de la fase desviadora del ensayo triaxial
Complementariamente, la reducción de volumen originada por el incremento isótropo de
tensiones efectivas puede medirse en el sistema de control de drenaje. Así, partiendo de la
muestra saturada, el volumen de agua expulsado será igual a la disminución de volumen de
la muestra. Una vez finalizada la consolidación puede dar comienzo a la fase de corte o
desviadora. Para ello se mantienen invariantes la presión de cámara y la presión intersticial
de la fase anterior, y se imprime una velocidad ascendente a la célula impidiendo el
desplazamiento vertical de la probeta mediante el pistón. Dado que el ensayo se realiza con
drenaje, se selecciona una velocidad lo suficientemente lenta como para asegurar que los
excesos de presión intersticial generados se van disipando de forma continua. En todo el
proceso se mide el incremento de tensión vertical (∆σ1=∆σ́1), la variación de volumen de
la muestra (∆V) y el acortamiento axial producido (ε1). La diferencia (σ1−σ3=∆σ) se
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denomina desviador, y representa el doble de la tensión tangencial en cada momento del
ensayo. Se suelen representar en este tipo de ensayos las curvas (∆σ́1, ε1) y (∆V, ε1). En un
ensayo completo se rompen tres probetas preparadas de la misma forma, aplicando a cada
una tensión efectiva isótropa de consolidación crecientes en la primera fase. En cada ensayo
la rotura se alcanza con una tensión vertical σ1=σ́1 diferente, mayor cuanto más elevada sea
la presión efectiva de cámara inicial. Por tanto, en un diagrama (σ́, τ), se podrán dibujar tres
círculos de Mohr en tensiones efectivas (Figura 2.21), que resulta sencillo dado que:
a) La tensión principal menor es igual a la presión efectiva de consolidación de la
primera fase (σc − u).
b) El diámetro del círculo es el desviador en rotura (σ1−σ3) f=∆σ1f. Los círculos
tienen, aproximadamente, una tangente común. Trazando la tangente común a los
tres círculos se obtiene la envolvente de rotura en tensiones efectivas, de la que
resulta inmediato deducirlos parámetros de resistencia al corte del suelo (ć, φ́).
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Fig. Círculos de Mohr en rotura de ensayos CD (tensiones efectivas)
7. ANÁLISIS DE LOS DATOS
 Esfuerzo desviador vs. Deformación. Señale el esfuerzo máximo.
 Grafique los círculos de Mohr en esfuerzos totales y halle los parámetros de resistencia
 Grafique la trayectoria de esfuerzos totales, halle el valor de “a” y “α”.

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  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA MECANICA DE SUELOS II-EC 513-J INFORME DE LABORATORIO N°3: “ENSAYO TRIAXIAL” Integrantes:  TORRES DÍAZ, Euler Steve 20161051K  AYQUIPA ROBLES, Angielo 20131054A  SILVA ESPINOZA, Christian Angel 20161108B  SALAS LOAIZA, Edwin Darrell 20164034J  RODRIGUEZ EPQUIN, Cristian 20162517C  YAURIMO PONCE, Samuel 20161117A  TACAS GUILLÉN, Jimmy Miguel 20162527I Docente: Ing. CARRERA CONCHA, Engelbert 2019 – I
  • 2. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 1 CONTENIDO 1. Introducción.....................................................................................................................2 2. Objetivos de la práctica ...................................................................................................3 3. Descripción de los equipos..............................................................................................4 4. Descripción del procedimiento del ensayo ......................................................................8 5. Normas, valores típicos, alcance y posibles factores que conlleven al error del ensayo 13 6. Cuestionario...................................................................................................................18 1.- Compare el ensayo triaxial mencionando ventajas, desventajas y limitaciones con respecto a los ensayos para determinar es esfuerzo de corte, anteriores. .............................18 2.- Usted tiene que realizar un estudio de suelos en la selva para un puente, después de realizar las perforaciones obtuvo una muestra inalterada de la arcilla blanda existente en el lecho del río, como usted es el encargado de los ensayos de laboratorio tiene que solicitar en ensayo apropiado para determinar los parámetros de corte del suelo, ¿qué tipo de ensayo solicitaría? Describa el ensayo y justifique su respuesta. .....................................................20 3.- ¿Se podrá realizar el ensayo triaxial en suelos granulares? Explique brevemente. ........21 7. Análisis de los datos ......................................................................................................26
  • 3. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 2 1. INTRODUCCIÓN El ENSAYO TRIAXIAL es un ensayo complejo 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 (σ1), sin modificar la presión lateral aplicada (σ3), hasta que se produzca la falla. Realizando por lo menos 3 pruebas, con presiones laterales diferentes. El esfuerzo cortante en los suelos es el aspecto más importante de la ingeniería geotécnica. La capacidad de soporte de cimentaciones superficiales como profundas, la estabilidad de los taludes y el diseño de muros o paredes de retención, llevan implícito el valor de la resistencia al esfuerzo cortante. Desde otro punto de vista, el diseño de los pavimentos se ve influenciado de una forma indirecta por la resistencia al cortante de los suelos, ya sea en el análisis de la estabilidad de un talud o en el diseño de los muros de retención y de forma directa, a través del diseño de las fundaciones que soportan el pavimento, específicamente, en la subrasante. Por consecuencia, tanto las estructuras como los taludes deben ser estables y seguros frente a un colapso total, cuando éstos sean sometidos a una máxima aplicación de cargas. El esfuerzo cortante de un suelo se ha definido como la última o máxima resistencia que el suelo puede soportar. Específicamente, se ha expresado como la resistencia interna que ofrece la masa de suelo por área unitaria para resistir la falla al deslizamiento a lo largo de cualquier plano dentro de él. El esfuerzo cortante puede ser determinado de muchas maneras, algunos de los ensayos más comunes inclinadas son la veleta (ASTM D 4648),
  • 4. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 3 ensayos de penetración estándar - SPT (ASTM D 1586), así como algunos otros tipos de penetrómetros, los cuales en su mayoría no evitan los problemas asociados con la alteración de la muestra debido a su extracción en el campo, sin dejar de lado que ofrecen información sumamente importante. Sin embargo, muchos de esos métodos determinan la resistencia al cortante indirectamente a través de correlaciones. Por otra parte, en el laboratorio existe una serie de ensayos que usualmente se realizan dentro del ámbito de la ingeniería para evaluar las propiedades de resistencia de cada material que conforma el subsuelo. Entre estos se pueden citar la resistencia a la compresión uniaxial (ASTM D 2166), corte directo (ASTM D 3080 y ASTM D 6528) y los ensayos de compresión triaxial (ASTM D 4767 y ASTM D 2850). 2. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA  Obtener parámetros del suelo y la relación esfuerzo vs deformación a través de la determinación del esfuerzo cortante.  Obtener el gráfico en el que se dibujan los círculos de Mohr que representan los esfuerzos de falla de cada muestra y trazando una tangente o envolvente a estos, 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 serán consolidado no drenado (CU), no consolidado no drenado (UU) o consolidado drenado (CD)).
  • 5. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 4 3. DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS Con el fin de realizar los diversos ensayos triaxiales, un equipo triaxial completo requiere diferentes elementos que lleven a cabo la adquisición de datos, aplicación de carga, medición de cambios de volumen, saturación de especímenes, entre otras funciones. A continuación, se caracterizan de forma breve cada uno de ellos y la función que cumplen. 3.1 Panel Triaxial Es el sistema conformado por válvulas y reguladores mediante los cuales se administra el flujo de aire y agua desairada entre los equipos para la realización del ensayo triaxial. Cada panel posee 3 válvulas de distribución, reguladores de aire y salidas de medición de presión para 3 presiones (ver Figura).
  • 6. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 5 Fig. Panel de Control 3.2 Equipo automático de cambio de volumen El equipo de cambio de volumen (aparato) realiza su función comprimiendo un pistón sellado contra un dispositivo de precisión en la cámara de calibración, de tal forma que un movimiento lineal del pistón es exactamente proporcional al cambio de volumen de agua que se da en la cámara de calibración (ver Figura 3). El pistón está conectado a un medio de medición externo, un transductor de desplazamiento lineal, adecuado para el sistema de adquisición de datos permitiendo que los cambios de volumen de la muestra sean desplegados y registrados directamente en centímetros cúbicos. La unidad está conectada a un panel de control con cambio de volumen y regulador de flujo (by pass valves) usados para medir la saturación y cambios de volumen mayores a 100 cc. Fig. Dispositivo de cambio de volumen 3.3 Prensa Triaxial
  • 7. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 6 La prensa triaxial consiste en un marco de dos columnas con una viga transversal móvil (marco de carga) y una base que contiene la unidad de empuje mecánico, el motor eléctrico, los componentes electrónicos y los controles (ver Figura 4). La acción de carga es realizada por un motor (stepper motor) de alta resolución. La unidad de sincronización que maneja el motor es controlada por un microprocesador. Mediante este microprocesador es posible obtener un desplazamiento predeterminado de la unidad de carga (empuje), constante durante el ensayo, cualquiera que sea la fuerza de resistencia. La velocidad y la dirección se preestablecen a través de controles localizados en el panel frontal. Las especificaciones técnicas de este dispositivo se encuentran a continuación: Fig. Prensa Triaxial 3.4 Blader
  • 8. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 7 Es una cámara constituida por un cilindro de bandas de plexiglás, una placa base, una placa superior y una membrana de hule que trabaja como interface aire/agua. El blader es el encargado de transferir la presión del aire al agua, de forma inmediata, evitando que el aire comience a disolverse. La presión máxima de funcionamiento del blader es de 1000 kPa. Figura 5. Blader 3.5 Cámara triaxial Está conformada por una cámara de bandas de metacrilato que permiten una presión máxima de funcionamiento de 2000 KPa, una base con cinco conexiones, de las cuales dos son para presión de poro, dos para contrapresión y una para presión de cámara. A su vez cuenta con un pistón de carga instalado mediante un sistema de baja fricción. Es en la cámara triaxial en donde se somete al espécimen a las condiciones específicas de esfuerzos de los ensayos.
  • 9. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 8 Figura. Cámara Triaxial 4. DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO - Obtención de la muestra. - Se busca una muestra inalterada a ser moldeada a la forma del equipo contenedor de la muestra, sin embargo, cuando no se tienen muestras inalteradas, se procede a remoldear la muestra. - Procedimiento para muestras inalteradas. - Se pueden obtener de bloques inalterados, donde se perfila la muestra hasta obtener el diámetro final, o mediante tubos de pared delgada, donde solo se cortarán las superficies planas.
  • 10. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 9 - Procedimiento para muestras remoldeadas. - Muestra de suelo no cohesivo. Se acopla la placa base inferior a la base de la cámara triaxial y se monta la membrana de caucho de diámetro apropiado en la placa de carga de base, utilizando para sellar la unión, bandas de caucho o sellos de aro. Dentro de la membrana, se coloca la piedra porosa inferior y se instala el moldeador de muestra alrededor de la membrana. Si es posible, se utiliza un expansor de membrana en vez del moldeador para hacer más fácil el proceso. Se deposita cuidadosamente la arena dentro de la membrana, utilizando un compactador, para mantener la forma y densidad de la muestra. Una vez alcanzada la altura de la probeta, se colocan la piedra porosa y la placa base superior, enrollando hacia esta última la parte de membrana que queda fuera del molde, sellándola de la misma forma que en la parte inferior. Con un pequeño nivel, se debe verificar que la placa base superior se encuentre totalmente horizontal.
  • 11. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 1 0 Se realizan las conexiones de las placas base a la base de la cámara triaxial y se aplica un vacío de 200 a 250 mm. de mercurio a la muestra. Se retira el molde o el expansor de membrana y se examina que la membrana de caucho no presente filtraciones, de lo contrario tendrá que prepararse una nueva muestra. Finalmente, se determinan 4 medidas de altura de la probeta, separadas aproximadamente cada 90º y lecturas de diámetro en la parte superior, media e inferior. Muestra de suelo cohesivo. La compactación de las probetas se realiza en los moldes de compactación Harvard miniatura, siguiendo un procedimiento similar al utilizado en el ensayo Proctor, pero empleando un pisón miniatura. Se preparan dos o tres muestras que cumpla con la relación L/D (2 < L/D < 3) y una vez terminada, con un cuchillo se escuadran sus extremos y se determinan las medidas de altura y diámetro. Luego se fija la membrana al expansor de membrana, dejando una holgura de ± 3 mm. con respecto al diámetro de la probeta y se lubrica suavemente el interior de la membrana para facilitar la colocación de la muestra. Se podrá utilizar vaselina de petróleo, polvo de teflón o sólo humedecer con agua para la lubricación.
  • 12. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 1 1 Se acopla la placa base inferior a la base de la cámara triaxial y se coloca la piedra porosa. Se coloca el conjunto del expansor y la membrana de caucho sobre la placa y se inserta la muestra dentro de ella. Se realiza la fijación inferior, se colocan la piedra porosa y la placa base superior, sellando el excedente de membrana hacia la placa y se verifica el nivel de ésta. Finalmente, se retira el expansor de membrana y se realizan las conexiones de las placas base a la base de la cámara triaxial. Para estos suelos no se aplica vacío para verificar posibles filtraciones. - Aplicación de presiones. Se coloca el tubo de cristal sobre la base de la cámara triaxial, logrando un sello completamente hermético y se la lleva a la máquina de compresión, haciendo un ligero contacto entre la barra de carga de la máquina y el pistón de carga de la cámara.
  • 13. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 1 2 Posteriormente, se aplica una presión de confinamiento (σ3) predeterminada, por medio de aire comprimido, abriendo luego la válvula de salida o drenaje para verificar que no exista presión de aire (que indicaría que existen filtraciones en la muestra por lo que se tendría que volver a iniciar). Ante el contacto entre el pistón de la cámara y la barra de carga de la máquina al aplicar σ3, el lector de carga habrá registrado cierta medición, por lo que deberá llevarse a cero. Se ajusta el lector de deformación, se determina la velocidad de carga de la máquina (0,5 a 12,5 mm/min) y se prende ésta, tomando simultáneamente las lecturas de deformación, tiempo y carga, en las siguientes divisiones del lector de deformación: 5, 15, 25, 50 y de aquí en adelante cada 50 o 100 divisiones hasta que suceda uno de los siguientes casos: - la carga aplicada disminuye, - la carga aplicada se mantiene constante por 4 lecturas o - la deformación sobrepasa el 20% de la deformación unitaria previamente calculada. Luego que falle la muestra, apagar la máquina, soltar la presión del equipo y remover la muestra, para realizar 2 a 3 ensayos adicionales, con diferente presión (σ3). - Variaciones en el procedimiento según alternativa de ensayo. En un ensayo triaxial UU, la válvula de drenaje se mantiene cerrada en todo el ensayo y antes de que la muestra tenga posibilidades de consolidarse. El ensayo comienza inmediatamente aplicada la presión de confinamiento. Este procedimiento no podrá realizarse para un suelo cohesivo 100% saturado.
  • 14. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 1 3 - En un ensayo triaxial CU, se mantiene la válvula de drenaje abierta al aplicar la presión de confinamiento. Al terminar la consolidación, se cierra la válvula y se aplica la presión axial (σ1). - En un ensayo triaxial CD, se mantiene la válvula de drenaje abierta durante todas las fases del ensayo. La presión axial deberá ser aplicada a una velocidad más baja que las anteriores, de modo de evitar que los resultados se vean afectados por la presión de poros. - En caso de saturar la muestra para ensayarla, una vez aplicada la presión de confinamiento se abre la válvula de paso. Este proceso es lento, especialmente en suelos cohesivos, donde es posible aplicar una presión positiva menor que σ 3 (ejemplo σ 3 / 2) al recipiente que contiene el agua, de modo de acelerar la saturación. 5. NORMAS, VALORES TÍPICOS, ALCANCE Y POSIBLES FACTORES QUE CONLLEVEN AL ERROR DEL ENSAYO Las referencias normativas para la realización del ensayo las encontramos en AASHTO T234-70, ASTM D2850-70, ASTM (1949-50), Ensayos Triaxiales de Suelos y Mezclas Bituminosas, STP No. 106. Y ASCE (1960) Conferencia de Investigación Sobre suelos cohesivos, Boulder, Colorado, Proceedings. VALORES TÍPICOS Prueba triaxial consolidada drenada. El aumento de presión de agua intersticial puede expresarse en forma de un parámetro adimensional:
  • 15. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 1 4 𝐵 = 𝑢𝐶 𝜎3 Donde B = parámetro de Skempton para la presión de poros (1954). Para suelos blandos saturados B es aproximadamente igual a 1; sin embargo, para suelos rígidos saturados, B puede ser menor que 1. Ángulo de fricción de esfuerzo efectivo para suelos cohesivos Valores teóricos de B a saturación completa Tipo de suelo Valores teóricos Arena blanda normalmente consolidada 0.9998 Arenas blandas ligeramente sobre consolidadas y limos 0.9988 Arcillas duras sobreconsolidadas y arenas 0.9877 Arenas muy densas y arcillas muy duras a altas presiones de confinamiento 0.9130
  • 16. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 1 5 El ángulo de fricción disminuye con el aumento de índice de plasticidad. SU valor disminuye a entre 37º-38º para índices de plasticidad alrededor del 5% y de 10º a 25º para índices de plasticidad alrededor de 100%. Prueba consolidada no drenada. En este caso, el parámetro de presión de poros de Skempton es: 𝐴̅ = 𝐴𝑓 ̅̅̅ = (∆𝑢𝑑)𝑓 (∆𝜎𝑑)𝑓 Donde los valores de 𝐴𝑓 ̅̅̅ en la mayoría de los suelos de arcilla son los siguientes: - Arcillas normalmente consolidadas: 0,5 a 1. - Arcillas sobre consolidadas: -0,5 a 0. Prueba no consolidada no drenada.
  • 17. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 1 6 La condición inicial en este tipo de prueba es que la envolvente de falla es una recta horizontal (𝜙 = 0). FACTORES DE ERROR Entre los principales factores de error encontramos a la alteración de la muestra. Una muestra alterada debe ser remoldada a sus condiciones iniciales, sin embargo, no se logra recrear al 100% su estado in situ. De la misma forma, el traslado de las muestras inalteradas puede verse afectado por factores externos, caídas o golpes de transporte, que confinan la muestra alterando su densidad, humedad o calor que disminuya la humedad natural de la muestra. Estos factores queden disminuidos con muestras lo más representativas posibles. Además, existen otros factores analizados por Fell (1987). Indica una serie de errores comunes que se cometen en el manejo del ensayo Triaxial: a) Ensayo a un nivel muy alto de esfuerzos La envolvente del círculo de Mohr tiene una forma curva y si se trabaja con niveles altos de esfuerzos se puede sobreestimar la resistencia para el caso real de esfuerzos menores; por ejemplo, para esfuerzos de confinamiento entre 100 y 400 kPa, las resistencias se pueden sobreestimar hasta en un 300 %. Por lo tanto, es importante que el ensayo Triaxial se realice al nivel de esfuerzos de confinamiento reales en el talud analizado. b) Saturación incompleta Comúnmente, las muestras inalteradas no son ensayadas con saturación total debido a que por gravedad es difícil obtener la saturación. El resultado es un aumento en el valor de la
  • 18. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 1 7 resistencia de laboratorio, comparativamente con la resistencia real en campo, para el caso saturado. c) Ensayo a una rata muy alta de deformación Las ratas altas de deformación no permiten disipar la presión de poros en el ensayo consolidado drenado.
  • 19. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 1 8 6. CUESTIONARIO 1.- Compare el ensayo triaxial mencionando ventajas, desventajas y limitaciones con respecto a los ensayos para determinar es esfuerzo de corte, anteriores. COMPARACIÓN ENTRE ENSAYOS DE CORTE DIRECTO Y TRIAXIAL VENTAJAS DE ENSAYO TRIAXIAL VENTAJAS DE ENSAYO DE CORTE DIRECTO  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 son las tensiones principales y es posible realizar control sobre las tensiones y deformaciones.  Las condiciones de drenaje pueden ser controladas y es posible una gran  El ensayo es relativamente rápido y fácil de llevar a cabo.  El principio básico es fácilmente compresible.  La preparación de la muestra no es complicada.  El principio puede aplicarse a suelos granulares y a otros materiales que serían muy caras de ensayar por otros medios.
  • 20. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 1 9 variedad de condiciones de prueba. DESVENTAJAS DE ENSAYO TRIAXIAL DESVENTAJAS DE ENSAYO DE CORTE DIRECTO  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  La muestra está obligada a fallar en un plano predeterminado.  No puede medirse la presión de poros  No es posible determinar el módulo de elasticidad ni el de la relación de Poisson.  Las deformaciones aplicadas están limitadas por recorrido máximo de la caja.  El área de contacto entre las dos medidas de la muestra disminuye a medida que se realiza el ensayo.  No es posible controlar el drenaje de
  • 21. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 2 0 la muestra. 2.- Usted tiene que realizar un estudio de suelos en la selva para un puente, después de realizar las perforaciones obtuvo una muestra inalterada de la arcilla blanda existente en el lecho del río, como usted es el encargado de los ensayos de laboratorio tiene que solicitar en ensayo apropiado para determinar los parámetros de corte del suelo, ¿qué tipo de ensayo solicitaría? Describa el ensayo y justifique su respuesta. Solución: Si estuviera en ese caso solicitaría en laboratorio el Ensayo Triaxial (Prueba rápida – Sin consolidación y sin drenaje (UU)). Además, estos ensayos aplican también en arcillas blandas. 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
  • 22. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 2 1 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, enmarcando la realización del ensayo dentro del concepto de resistencia para suelos cohesivos saturados, en donde se expresan los resultados en términos de esfuerzos totales. 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. Este ensayo permite determinar la capacidad portante al inicio de la construcción de una obra y puesto que el contexto de la situación es la de muestras luego de las perforaciones respectivas, se concluye que el más conveniente es el Ensayo Triaxial (Prueba rápida – Sin consolidación y sin drenaje (UU)). Si hubiera estado en campo un ensayo in situ adecuado para esta situación sería el “Ensayo de corte con veleta”. 3.- ¿Se podrá realizar el ensayo triaxial en suelos granulares? Explique brevemente. Rpta: Los ensayos consolidados drenados se utilizan esencialmente en suelos granulares (arenas), sin embargo, se puede aplicar en suelos finos, pero los ensayos que requieran tiempos prolongados del orden de semanas.
  • 23. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 2 2 La característica fundamental de la prueba es que los esfuerzos aplicados al espécimen son efectivos. Primeramente, se aplica al suelo una presión hidrostática, manteniendo abierta la válvula de comunicación con la bureta y dejando transcurrir el tiempo necesario para que haya consolidación completa bajo la presión actuante. Cuando el equilibrio estático interno se haya restablecido, todas las fuerzas exteriores estarán actuando sobre la fase sólida del suelo, es decir, producen esfuerzos efectivos, en tanto que los esfuerzos neutrales en el agua corresponden a la condición hidrostática. La muestra se lleva a la falla a continuación aplicando la carga axial en pequeños incrementos, cada uno de los cuales se mantiene el tiempo necesario para que la presión en el agua, en exceso de la hidrostática, se reduzca a cero. En un primer lugar se aplica una presión de cámara (σc) y una presión intersticial (u0), dejando que la muestra drene libremente. Los incrementos tensionales aplicados de forma instantánea darán lugar a una cierta distribución inicial de tensiones efectivas e intersticiales. Al permitir el drenaje, los excesos de presión intersticial generados se irán disipando paulatinamente en función de la permeabilidad del suelo, hasta alcanzar la consolidación completa.
  • 24. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 2 3 Fig. Esquema de un ensayo triaxial
  • 25. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 2 4 Fig. Aplicación de la fase desviadora del ensayo triaxial Complementariamente, la reducción de volumen originada por el incremento isótropo de tensiones efectivas puede medirse en el sistema de control de drenaje. Así, partiendo de la muestra saturada, el volumen de agua expulsado será igual a la disminución de volumen de la muestra. Una vez finalizada la consolidación puede dar comienzo a la fase de corte o desviadora. Para ello se mantienen invariantes la presión de cámara y la presión intersticial de la fase anterior, y se imprime una velocidad ascendente a la célula impidiendo el desplazamiento vertical de la probeta mediante el pistón. Dado que el ensayo se realiza con drenaje, se selecciona una velocidad lo suficientemente lenta como para asegurar que los excesos de presión intersticial generados se van disipando de forma continua. En todo el proceso se mide el incremento de tensión vertical (∆σ1=∆σ́1), la variación de volumen de la muestra (∆V) y el acortamiento axial producido (ε1). La diferencia (σ1−σ3=∆σ) se
  • 26. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 2 5 denomina desviador, y representa el doble de la tensión tangencial en cada momento del ensayo. Se suelen representar en este tipo de ensayos las curvas (∆σ́1, ε1) y (∆V, ε1). En un ensayo completo se rompen tres probetas preparadas de la misma forma, aplicando a cada una tensión efectiva isótropa de consolidación crecientes en la primera fase. En cada ensayo la rotura se alcanza con una tensión vertical σ1=σ́1 diferente, mayor cuanto más elevada sea la presión efectiva de cámara inicial. Por tanto, en un diagrama (σ́, τ), se podrán dibujar tres círculos de Mohr en tensiones efectivas (Figura 2.21), que resulta sencillo dado que: a) La tensión principal menor es igual a la presión efectiva de consolidación de la primera fase (σc − u). b) El diámetro del círculo es el desviador en rotura (σ1−σ3) f=∆σ1f. Los círculos tienen, aproximadamente, una tangente común. Trazando la tangente común a los tres círculos se obtiene la envolvente de rotura en tensiones efectivas, de la que resulta inmediato deducirlos parámetros de resistencia al corte del suelo (ć, φ́).
  • 27. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académicode Geotecnia EC 513 J | ENSAYO TRIAXIAL 2 6 Fig. Círculos de Mohr en rotura de ensayos CD (tensiones efectivas) 7. ANÁLISIS DE LOS DATOS  Esfuerzo desviador vs. Deformación. Señale el esfuerzo máximo.  Grafique los círculos de Mohr en esfuerzos totales y halle los parámetros de resistencia  Grafique la trayectoria de esfuerzos totales, halle el valor de “a” y “α”.