Ensayo Triaxial CD​

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Ensayo Triaxial CD​

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https://www.humboldtmfg.com/triaxial-cells-3.html

ENSAYO TRIAXIAL​

• ¿Por qué es importante?​
• ​Es uno de los métodos más confiables disponibles para determinar los parámetros de resistencia cortante. ​
• Es utilizada para la investigación y las pruebas convencionales​.
• Proporciona información sobre el comportamiento esfuerzo-deformación del suelo (a diferencia de la prueba de corte directo).
• Proporciona condiciones de esfuerzo más uniformes (a diferencia de la prueba de corte directo) al hacer su concentración de esfuerzos a lo largo del plano de falla. ​
• Proporciona más flexibilidad en términos de la trayectoria de carga.
• Normativa​
• ASTM D 4186 “Ensayo triaxial consolidado drenado”

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https://anddes.com/laboratorio-geotecnico

ENSAYO TRIAXIAL​

Consideraciones:

• Se realizan tres tipos estándar de pruebas triaxiales: Prueba consolidada-drenada o prueba drenada (prueba CD), Prueba consolidada-no drenada (prueba CU) y Prueba no consolidada-no drenada o prueba no drenada (prueba UU).​
• Se utiliza una muestra de suelo de 38 mm de diámetro y 76 mm de largo.​
• La muestra está encerrada por una fina membrana de hule y se coloca dentro de una cámara cilíndrica de plástico que por lo general se llena con agua o glicerina. ​
• La muestra es sometida a una presión de confinamiento por la compresión del fluido en la cámara. (Observe que el aire se utiliza a veces como un medio de compresión). ​
• Para causar la falla cortante en la muestra se aplica esfuerzo axial a través de un pistón de carga vertical (a veces llamado esfuerzo desviador). ​
• El esfuerzo es sumado en una de dos maneras: Aplicación de pesos muertos o presión hidráulica en incrementos iguales hasta que la muestra falla o Aplicación de la deformación axial a una velocidad constante por un reductor o prensa hidráulica de carga (prueba de deformación controlada).

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ENSAYO CONSOLIDADO DRENADO (CD)​

• La muestra se somete primero a una presión de confinamiento envolvente, σ_3, por la compresión del fluido de la cámara.
• A medida que se aplica presión de confinamiento, la presión de agua intersticial de la muestra aumenta por μc.
• Este aumento en la presión del agua intersticial puede expresarse en forma de un parámetro adimensional:

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• Donde:
• B: Parámetro de Skempton para la presión de poro (Skempton, 1954)
• Nota: Para suelos blandos saturados B es aproximadamente igual a 1; sin embargo, para los suelos rígidos saturados la magnitud de B puede ser inferior a 1.

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(a) Muestra bajo presión de confinamiento en la cámara (b) Aplicación del esfuerzo desviador Fuente: Braja M. Das

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• Black y Lee (1973) dieron los valores teóricos de B para distintos tipos de suelo a saturación completa, como se observa en la siguiente tabla:

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Fuente: Braja M. Das

ENSAYO CONSOLIDADO DRENADO (CD)​

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• Cuando la conexión al drenaje se mantiene abierta, el exceso de presión de agua intersticial se disipa, lo que ocasiona la consolidación. Con el tiempo, μc=0.
• En el suelo saturado el cambio en el volumen de la muestra (∆Vc), se puede obtener a partir del volumen drenado de agua intersticial. Entonces el esfuerzo desviador, ∆σd, en la muestra se incrementa lentamente.

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Cambios de volumen de la muestra causados por la cámara de presión de confinamiento. Fuente: Braja M. Das

ENSAYO CONSOLIDADO DRENADO (CD)​

• La conexión de drenaje se mantiene abierta y la lenta aplicación del esfuerzo desviador permite la disipación completa de cualquier presión de agua intersticial que haya desarrollado (∆μc=0).
• En la grafica, se muestra una gráfica típica de la variación del esfuerzo desviador contra arena suelta y arcilla normalmente consolidada.

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Gráfica del esfuerzo desviador contra deformación en la dirección vertical para arena suelta y arcilla normalmente consolidada Fuente: Braja M. Das

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• En la grafica, se muestra una gráfica similar para la arena y la arcilla densa sobreconsolidada.

Gráfica de esfuerzo desviador contra deformación en la dirección vertical de la arena y la arcilla densa sobreconsolidada. Fuente: Braja M. Das

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• El cambio de volumen de las muestras, ∆Vd, debido a la aplicación del esfuerzo desviador en distintos tipos de suelo se muestran en las siguientes graficas:

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Cambio de volumen en arena densa y arcilla sobreconsolidada durante la aplicación del esfuerzo desviador.​ Fuente: Braja M. Das

Cambios de volumen en la arena suelta y arcilla normalmente consolidada durante la aplicación del esfuerzo desviador​ Fuente: Braja M. Das

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• Debido a que la presión de agua intersticial durante el ensayo es completamente disipada, se tiene:
• Esfuerzo de confinamiento total y efectivo: σ3=σ′3
• Esfuerzo efectivo total y axial en la falla: σ3+(∆μd )f= σ1= σ′1
• En una prueba triaxial, σ′1 es el esfuerzo efectivo principal mayor en la falla y σ′3 es el esfuerzo efectivo principal menor en la falla.

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Falla de una muestra durante una prueba triaxial consolidada-drenada https://dit.upv.es/es/component/content/article?id=27:ensayos-de-suelos

ENSAYO CONSOLIDADO DRENADO (CD)​

• Pueden llevarse a cabo varias pruebas sobre muestras similares mediante la variación de la presión de confinamiento.
• Con los esfuerzos principales mayores y menores de falla para cada prueba, se pueden extraer los círculos de Mohr y se pueden conseguir las envolventes de falla.
• A continuación, la figura 09 muestra el tipo de esfuerzo efectivo de la envolvente de falla que se puede obtener para pruebas en arena y arcilla normalmente consolidada.
• Las coordenadas del punto de tangencia de la envolvente de falla con un círculo de Mohr (es decir, el punto A) dan los esfuerzos (normal y cortante) en el plano de falla de esa muestra de prueba.
• El ángulo de fricción ɸ^′ disminuye con el aumento de índice de plasticidad

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Esfuerzo efectivo de la envolvente de falla a partir de pruebas de drenaje en arena y arcilla normalmente consolidada Fuente: Braja M. Das

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• La sobreconsolidación resulta cuando una arcilla se consolida inicialmente en la cámara bajo una presión envolvente de σc(= σ′c) y se le permite abultarse a medida que la presión de la cámara se reduce a σ3(= σ′3).
• La envolvente de falla obtenida a partir de pruebas triaxiales drenadas sobre esas muestras de arcilla sobreconsolidada muestra dos ramas distintas (ab y bc, figura 10).
• La parte ab tiene una pendiente más plana con una ordenada en la cohesión, y la ecuación de resistencia cortante de esta rama se puede escribir como:

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• La parte bc de la envolvente de falla representa una etapa normalmente consolidada del suelo y resulta de la ecuación

ENSAYO CONSOLIDADO DRENADO (CD)​

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Esfuerzo efectivo de la envolvente de falla para arcilla sobreconsolidada​ Fuente: Braja M. Das

• Nota: En un suelo arcilloso, una prueba triaxial consolidada-drenada puede tardar varios días en completarse. Se necesita tiempo para aplicar esfuerzo desviador a un ritmo muy lento para asegurar el drenado completo de la muestra de suelo (tipo de prueba triaxial CD comúnmente poco usada).

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• Objetivo general:
• Determinar los parámetros de fricción y cohesión del suelo e interpretar los resultados del ensayo triaxial CD.
• Objetivo específico:
• Aplicar el método del círculo de Mohr.​
• Obtener los parámetros del suelo ɸ, c y.
• Elaborar las curvas esfuerzo desviador-deformación unitaria.

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Configuración típica de celdas para ensayo triaxial CD https://www.humboldtmfg.com/triaxial-cells-3.html

MATERIALES​

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• Molde de compactación

• Celda triaxial

• Implementos para la preparación de muestras

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MATERIALES​

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• Marco de carga

• Controlador de presión

• Compresor

• Panel de distribución

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ENSAYO CONSOLIDADO DRENADO (CD)​

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• ¿Cómo funciona?

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Sistema de control de presión FlaxPanels, configuración de 3 celdas https://www.humboldtmfg.com/triaxial-cells-3.html

PROCEDIMIENTO​

• Fase 1: Datos iniciales de la muestra​
• Determinar datos iniciales como: humedad, peso específico, densidad, clasificación de suelo, entre otros.​

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Muestra alterada https://mecanicadesuelosmx.com.mx/

Muestra inalterada https://www.youtube.com/watch?v=feOniQkAWXI

PROCEDIMIENTO​

• Fase 2: Preparación de la probeta
• Armar el molde la probeta y fijarlos debidamente.​
• Calcular previamente la cantidad de muestra.​
• Rellenar el molde en capas, compactar con el pisón y ranurar con una espátula cada capa.​

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Llenado en capas https://www.youtube.com/watch?v=feOniQkAWXI​

Compactado de capa https://www.youtube.com/watch?v=feOniQkAWXI​

Ranurado de capa​ https://www.youtube.com/watch?v=feOniQkAWXI​

PROCEDIMIENTO​

• Fase 2: Preparación de la probeta
• Limpiar el molde y enrazar la superficie de la probeta.​
• Retirar el molde cuidadosamente, colocar la piedra porosa y papel de filtro, en la base y sobre la muestra.​
• Colocar el molde de la membrana previamente armada por fuera de la probeta.​

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Colocado de la membrana en la probeta​ https://www.youtube.com/watch?v=feOniQkAWXI​

Enrazado de superficie https://www.youtube.com/watch?v=feOniQkAWXI​

Colocado de piedra porosa y papel filtro​ https://www.youtube.com/watch?v=feOniQkAWXI​

PROCEDIMIENTO​

• Fase 3: Ensayo de probeta y recolección de datos
• Colocar la probeta en la base de la celda triaxial y fijar la membrana en ambos extremos con 2 juntas tóricas (o´ring).​
• Colocación de la grasa en la base.​
• Ingreso de agua en la parte exterior.

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Llenado de agua en la parte externa de la probeta. https://www.youtube.com/watch?v=feOniQkAWXI​

Colocado de probeta en la celda​ https://www.youtube.com/watch?v=feOniQkAWXI​

Colocado de grasa en la base​​ https://www.youtube.com/watch?v=feOniQkAWXI​

Celda triaxial con probeta incluida​ https://www.youtube.com/watch?v=feOniQkAWXI​

PROCEDIMIENTO​

• Fase 3: Ensayo de probeta y recolección de datos
• Retirar el aire interno de la probeta y saturar la muestra (panel triaxial). Duración aproximada de 20 minutos.​
• Ingresar una presión externa y revisar cuanto cambio la presión interna de la probeta. Si la presión externa es igual a interna, entonces la probeta está saturada (parámetro de Skempton).​
• Colocar las condiciones de consolidación mediante el panel de control (presión de cámara, esfuerzo axial y presión de poros) y medir la consolidación generada (verificar el agua desplazada en la celda-panel triaxial). ​
• Graficar la envolvente de falla con los datos de esfuerzo axial, presión de poros y deformación.

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Falla de la probeta en el marco de carga​ https://www.youtube.com/watch?v=feOniQkAWXI

VENTAJAS Y DESVENTAJAS ​

• Ventajas
• Es el ensayo triaxial mas completo. ​
• Se mide la variación de volumen de la muestra.​
• Resultados útiles para estabilidad de taludes.​
• Aplicable para resistencias a largo plazo.​
• Permite medir la presión de poros.​
• La carga se aplica permitiendo a la muestra drenar.​
• Desventajas
• En suelos arcillosos es lento, ya que tarda varios días en realizarse.​
• Se debe considerar un tamaño de muestra considerable con las características y condiciones naturales del suelo.
• Es un tipo de ensayo triaxial que requiere de sumo cuidado y capacitación técnica adecuada para obtener datos confiables.

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