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ENSAYO DE COMPRENSION TRIAXIAL

AASHTO T125-66 ASTM 02434-68 Bowles, J. E. (1973), Manual de Laboratorio de Suelos en

Ingeniería, Highway Research Record No. 431, pp. 97-106.

1. MARCO TEORICO

En la actualidad existen dos modalidades de pruebas triaxiales; pruebas de compresión y pruebas de extensión, todo depende de si la muestra es varia en aumento o disminución su dimensión original de altura.

Las pruebas triaxiales se clasifican ademas por su forma de aplicación sobre el especimen en tres grupos, que son:

Prueba lenta; donde el especimen se le aplica un esfuerzo de compresión en pequeños incrementos, esperando siempre que en cada incremento el valor de Un=0, es decir que debemos esperar a que el suelo consolide y que la presión del agua sea cero.

Prueba Rápida - Consolidada; se le aplica al suelo un esfuerzo en pequeños incrementos y luego esperamos que Un=0 para después fallar el suelo en forma rápida aplicando el esfuerzo axial por completo.

Prueba Rápida; en esta prueba tanto la presión hidrostática como la carga axial son aplicadas sin permitir consolidación en la muestra. loS esfuerzos efectivos no se conocen bien, ni tampoco su distribución en ningun momento.

Las cámaras triaxiales modernas, como las del tipo aquí descrito, pueden usarse para medición de presión neutral durante la prueba, insertando, en la base de la bureta, un segmento corto de tubo capilar de lucita y conectando una línea de presión de aire al extremo superior de la bureta. Esta línea conduce a un sistema de válvulas de control y manómetros que permiten un buen ajuste de la presión neutral del agua intersticial.

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El único equipo que se describe en esta prueba es uno que fue originalmente diseñado en la universidad de Harvard y que ha sido utilizado comunmente en

otros laboratorios.

Este equipo consiste en una cámara de compresión triaxial que es formada por un cilindro de lucita, de unos 10 cm de diámetro exterior y unos 6 cm de espesor en su pared. Las bases de la camara son placas redondeadas de acero al cadmio, selladas respecto al cilindro de lucita perfectamente, por medio de goma o hule. Esta camara resiste a presiones internas hasta valores de alrededor de 7 Kg/cm2 , y con un factor de seguridad. Si las presiones interiores fueran aún mayores debera protegerse la camara con anillos de bronce o latón o con malla metálica; protegida de esta forma se pueden manejar presiones de hasta 10 Kg/cm2.

Tiene tambien un sistema de drenaje constituido por cuatro valvulas, un depósito de agua y una bureta calibrada. Para enviar la carga axial al especimen, el aparato posee un bastago en la parte superior que se conecta al marco movil.

Las pruebas se pueden realizar con esfuerzo controlado si se aplican las cargas a la mensula del marco móvil o con deformación controlada si se controla la velocidad de deformación.

Para la prueba de esfuerzo controlado mediremos la deformación con un micrómetro o extensómetro colocado sobre el marco de carga.

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SATURACIÓN DEL APARATO.

Antes de comenzar la prueba debemos llenar todas las tuberías, válvulas y piedras porosas con agua. El procedimiento que se utiliza para este paso es el siguiente:

Desarmar y limpiar la cámara y todas las líneas, procurando cerrar todas las válvulas.

Fijar el cabezal de lucita, interior a la camara , en un soporte y pongase su piedra porosa sobre el .

Coloquese una seccion corta de membrana de hule ( de unos 5 cms de longitud y el mismo diametro que la piedra porosa) sobre la base y la otra sobre le cabezal de la lucita.

Llenese con agua estas secciones de la membrana y tambien el deposito de agua de reserva de la bureta.

Apliquese una succion conveniente en el extremo superior de la bureta y abranse las valvulas a y b. Mantengase la succion, anadiendo agua a la membrana de la base de lucita segun se necesite, hasta que no se vean burbujas en la linea. Cierrese la valvula b.

Repitase la etapa 5) accionando ahora la valvula c, en lugar de la b.

Llenese bien el deposito de reserva de la bureta y repitase la etapa 5), accionando ahora la valvula d.

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PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

La prueba de ensayo triaxial es uno de los métodos más confiables para determinar los parámetros de la resistencia al cortante. En un ensayo triaxial, un espécimen cilíndrico de suelo es revestido con una membrana de látex dentro de una cámara a presión. La parte superior e inferior de la muestra tiene discos porosos, los cuales se conectan al sistema de drenaje para saturar o drenar el espécimen. En estas pruebas se pueden variar las presiones actuantes en tres direcciones ortogonales sobre el espécimen de suelo, efectuando mediciones sobre sus características mecánicas en forma completa. Los especímenes usualmente están sujetos a presiones laterales de un líquido, generalmente agua. El agua de la cámara puede adquirir cualquier presión deseada por la acción de un compresor comunicado con ella. La carga axial se transmite al espécimen por medio de un vástago que atraviesa la parte superior de la cámara.

La presión que se ejerce con el agua que llena la cámara es hidrostática y produce por lo tanto, esfuerzos principales sobre el espécimen, iguales en todas las direcciones, tanto lateral como axialmente. En las bases del espécimen actuará además de la presión del agua, el efecto transmitido por el vástago de la cámara desde el exterior. Es usual llamar σ1 , σ2 y σ3 a los esfuerzos principales mayor, intermedio y mínimo, respectivamente. En una prueba de compresión, la presión axial siempre es el esfuerzo principal mayor, σ1 ; los esfuerzos intermedios y menor son iguales (σ2 = σ3 ) y son iguales a la presión lateral. 4. Tipos de pruebas triaxiales 4.1 Prueba lenta - Prueba con consolidación y con drenaje (CD) 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. 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. 4.2 Prueba rápida – Prueba con consolidación y sin drenaje (CU) En este tipo de

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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.

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

2. PROCEDIMIENTO

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La muestra se humedece hasta llegar a un contenido de humedad optimo , obtenido del ensayo de proctor , se deja curar la muestra ya humedecida en nuestro caso igual al 25%

Se coloca la muestra en nuestro molde ya armado y de esta manera se va agregando , hasta lograr que la altura se considerable

Después de ello , se debe compactar la muestra , luego , le sacamos del molde tomamos sus dimensiones

Se le coloca un preservativo a la muestra para que este pueda distribuir uniformemente la fuerza que se le |aplicara.

Ensayar la muestra

3. DATOS DE LABORATORIO

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Del ensayo de compresión triaxial obtenemos los siguientes datos.

PRESION(10 PSI) 0.702 Kg/cm2 L0 (cm) 8.94 D (cm ) 3.56 A0 (cm2) 9.95

20 0.02 41 9.36 0.002 0.998 9.98 0.9440 0.04 102 20.08 0.004 0.996 10.00 2.0160 0.06 172 29.33 0.007 0.993 10.02 2.9380 0.08 215 34.22 0.009 0.991 10.04 3.41100 0.1 261 39.94 0.011 0.989 10.07 3.97120 0.12 298 45.60 0.013 0.987 10.09 4.52140 0.14 324 50.40 0.016 0.984 10.11 4.98160 0.16 353 56.71 0.018 0.982 10.14 5.60180 0.18 376 62.48 0.020 0.980 10.16 6.15200 0.2 391 66.62 0.022 0.978 10.18 6.54220 0.22 399 68.94 0.025 0.975 10.20 6.76240 0.24 406 71.04 0.027 0.973 10.23 6.95260 0.26 411 72.58 0.029 0.971 10.25 7.08280 0.28 415 73.83 0.031 0.969 10.28 7.18300 0.3 419 75.10 0.034 0.966 10.30 7.29320 0.32 423 76.39 0.036 0.964 10.32 7.40340 0.34 428 78.02 0.038 0.962 10.35 7.54360 0.36 430 78.69 0.040 0.960 10.37 7.59380 0.38 434 80.03 0.043 0.957 10.40 7.70400 0.4 437 81.04 0.045 0.955 10.42 7.78420 0.42 440 82.07 0.047 0.953 10.44 7.86440 0.44 444 83.45 0.049 0.951 10.47 7.97460 0.46 446 84.15 0.051 0.949 10.49 8.02480 0.48 449 85.20 0.054 0.946 10.52 8.10500 0.5 451 85.91 0.056 0.944 10.54 8.15520 0.52 453 86.62 0.058 0.942 10.57 8.20540 0.54 455 87.33 0.060 0.940 10.59 8.24560 0.56 457 88.05 0.063 0.937 10.62 8.29580 0.58 459 88.77 0.065 0.935 10.64 8.34600 0.6 460 89.13 0.067 0.933 10.67 8.35620 0.62 461 89.50 0.069 0.931 10.70 8.37640 0.64 461 89.50 0.072 0.928 10.72 8.35660 0.66 461 89.50 0.074 0.926 10.75 8.33680 0.68 461 89.50 0.076 0.924 10.77 8.31

Area corregida (cm2)

Esfuerzo desviador (Kgf/cm2)

Lectura de deformacion

Deformacion de la muestra

(cm)

Lectura de carga

Valor de carga (Kgf)

Deformacion unitaria

1-Deformacion

unitaria

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PRESION(40 PSI) 2.812 Kg/cm2 L0 (cm) 8.72 D (cm ) 3.81 A0 (cm2) 11.40

20 0.02 10 3.25 0.002 0.998 11.43 0.2840 0.04 50 11.09 0.005 0.995 11.45 0.9760 0.06 90 18.17 0.007 0.993 11.48 1.5880 0.08 150 26.70 0.009 0.991 11.51 2.32

100 0.1 250 38.48 0.011 0.989 11.53 3.34120 0.12 350 56.01 0.014 0.986 11.56 4.85140 0.14 390 66.33 0.016 0.984 11.59 5.72160 0.16 424 76.71 0.018 0.982 11.61 6.61180 0.18 455 87.33 0.021 0.979 11.64 7.50200 0.2 480 96.56 0.023 0.977 11.67 8.28220 0.22 497 103.10 0.025 0.975 11.70 8.81240 0.24 514 109.80 0.028 0.972 11.72 9.37260 0.26 527 114.99 0.030 0.970 11.75 9.79280 0.28 536 118.61 0.032 0.968 11.78 10.07300 0.3 547 123.04 0.034 0.966 11.81 10.42320 0.32 555 126.27 0.037 0.963 11.84 10.67340 0.34 560 128.28 0.039 0.961 11.86 10.81360 0.36 565 130.29 0.041 0.959 11.89 10.96380 0.38 571 132.70 0.044 0.956 11.92 11.13400 0.4 577 135.10 0.046 0.954 11.95 11.31420 0.42 577 135.10 0.048 0.952 11.98 11.28440 0.44 578 135.50 0.050 0.950 12.01 11.29460 0.46 579 135.90 0.053 0.947 12.04 11.29480 0.48 580 136.30 0.055 0.945 12.07 11.30500 0.5 580 136.30 0.057 0.943 12.09 11.27520 0.52 579 135.90 0.060 0.940 12.12 11.21540 0.54 578 135.50 0.062 0.938 12.15 11.15

1-Deformacion

unitaria

Area corregida

(cm2)

Esfuerzo desviador (Kgf/cm2)

Lectura de deformacion

Deformacion de la muestra

(cm)

Lectura de carga

Valor de carga (Kgf)

Deformacion unitaria

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0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

GRÁFICO ESFUERZO VERTICAL vs. DEFORMACION

DEFORMACIÓN (cm)

ESFU

ERZO

VER

TICA

L (Kg

/cm

2)

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

- Se obtuvo un ángulo de fricción igual a 13.39°

- La cohesión promedio de 1.868

- Se recomienda tener un buen control al momento de realizar el Ensayo, como:

Cubrir con papel aluminio los especímenes.

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