l05- ensayos triaxialesmaterias.fi.uba.ar/6408/l05- ensayos triaxiales.pdf · resultados de ensayos...

Clase de laboratorio 05: Ensayos triaxiales

Mecánica de Suelos y GeologíaFacultad de Ingeniería, Universidad

de Buenos Aires

1

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Chapter 16 Unconsolidated -

Undrained Triaxial

Compression

This chapter provides background information on the Unconsolidated-Undrained (UU) triaxial compression test and detailed procedures to perform a UU test on an intact, fi ne-grained soil. The test provides a means of obtaining undrained stress-strain behavior and the undrained strength of an unconsolidated cylin-drical specimen in triaxial compression. A series of tests can be performed on companion specimens over a range of confi ning stress levels and the results interpreted to obtain the total stress parameters. Measurement of pore pres-sure during the test is discussed in the background section of this chapter. However, the laboratory instruction will be presented for a UU test as present-ed in ASTM D2850 Unconsolidated-Undrained Triaxial Compression Test on Cohesive Soils, which does not include pore pressure measurements.

In addition to UU testing, the laboratory experiment discusses preparing intact clay specimens for testing, introduces the details of a conventional triaxial cell, and provides the framework for the MIT stress path presentation of results.

S C O P E A N D S U M M A RY

Unconsolidated-Undrained Triaxial Compression 275Geotechnical Laboratory Measurements for Engineers John T. Germaine and Amy V. Germaine Copyright © 2009 by John Wiley & Sons, Inc.

Índice

• Introducción: el estado triaxial• Montaje de muestra• Mediciones & equipamiento • Etapas de un ensayo triaxial• Algunos resultados

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Introducción: el estado triaxial

Este ensayo sirve para:• reproducir en laboratorio el cambio de

estado tensional del terreno debido aprocesos constructivos

• medir parámetros de resistencia y rigidez del material (!´, $ , %& , ')La

b 05

-en

sayo

s tri

axia

les

3

)* 0 00 ), 00 0 )-

=)/ 0 00 )/ 00 0 )/

+)* − )/ 0 00 ), − )/ 00 0 )- − )/

Tensor de tensiones principales

Tensoresférico

Tensordesviador

MUESTRASUELO 1!

$!2.0 <

1!$"

< 2.5

Introducción: el estado triaxialLa

b 05

-en

sayo

s tri

axia

les

4

)* 0 00 ), 00 0 )-

=)- 0 00 )- 00 0 )-

+)* − )- 0 00 ), − )- 00 0 )- − )-

Tensoresférico

Tensordesviador

FÁCIL DE APLICAR CON

AGUA A PRESIÓN

En estado triaxial:• )* , ), , )- ≠ 0

• 8* , 8, , 8- ≠ 0

• hay simetría de revolución

AGUA A PRESIÓN (:#)Tensor de tensiones

principales

Introducción: el estado triaxialLa

b 05

-en

sayo

s tri

axia

les

5

Tensoresférico

Tensordesviador

PODEMOS APLICAR UNA TENSIÓN EN UNA SOLA

DIRECCIÓN CON UN PISTÓN

AGUA A PRESIÓN (:#)

• Tensor esférico: cambio de tamaño, no de forma

• Tensor desviador: cambio deforma, no de tamaño

)* 0 00 ; 00 0 ;

=)- 0 00 )- 00 0 )-

+)* − )- = )< 0 0

0 0 00 0 0

CARGA EN EL PISTÓN ()$)

Tensor de tensiones principales

Videos

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s Montaje muestras “arcillosas” (duración 6min) – EN CLASEhttps://www.youtube.com/watch?v=7Hh45k1gqjU

Montaje muestras “arenosas” (duración 11min) – EN CLASEhttps://www.youtube.com/watch?v=e2SOAW5casw

Muestras muy difíciles de saturar: flushing CO2 (duración 8min)https://www.youtube.com/watch?v=pKPW7pGjP0o

Deaireado de líneas de presión (duración 6min)https://www.youtube.com/watch?v=WU-g2KOXGXo

ADVERTENCIA: Los videos que aquí se presentan son a fines ilustrativos y tienen por único objetivo que el alumno/a visualice las etapas de ensayo. Por

consiguiente, no deben ser interpretados como material de aprendizaje previamente calificado.

https://www.youtube.com/watch%3Fv=7Hh45k1gqjU

https://www.youtube.com/watch%3Fv=e2SOAW5casw

https://www.youtube.com/watch%3Fv=pKPW7pGjP0o

https://www.youtube.com/watch%3Fv=WU-g2KOXGXo

Montaje de una muestra autosostenida

• Colocación de piedras porosas sup. e inf. saturadas (drenaje)

• Colocación de cabezal

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Cabezal superior

Piedra porosa

Papel de filtro

Muestra


• Colocación de la membrana de látex y O´rings para que sea válido ) = )´ + >

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Membrana

O´ring


• Colocación de la parte superior de la cámara

• Alineamiento del pistón• Llenado de la cámara

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AGUA A PRESIÓN

Fabricación de muestras no cohesivas(dependiendo del valor !" inicial)

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Ishihara K., 1993

• Dry pluviation: vertido controlado en seco, 30% < !! < 70%• Wet pluviation: vertido controlado bajo agua, !! < 30%• Moist tamping: compactación en capas, en húmedo, amplio rango de !!

Laboratorio de Mecánica de Suelos!Laboratorio de Materiales y Estructuras!

Departamento de Estabilidad!Facultad de Ingeniería - UBA!

Figura 2.5: Componentes de una cámaratriaxial.

sayos drenados y no drenados.En la figura 2.5 se muestran los compo-

nentes de una cámara triaxial.Debido a la simetría axial y conocidos

los valores de ‡d y ‡c se obtienen en for-ma directa las tensiones principales radia-les ‡2 = ‡3 = ‡c y la tensión principal axial‡1 = ‡d + ‡c.

Se calculan las tensiones principales efec-tivas como ‡Õ

1 = ‡1 ≠ u y ‡Õ3 = ‡3 ≠ u.

2.6.2. Preparación de muestras

La etapa de preparación de la muestraconsiste en el armado de la probeta median-te un método preestablecido con el objetivode lograr las medidas y densidades desea-das. Los métodos de armado de mayor di-fusión son Dry Pluviation, Wet Pluviationy Moist Tamping [15] — figura 2.6 —.

En el Dry Pluviation se deja precipitarsuelo seco en el molde desde una altura de-terminada. Mediante un adecuado controlde la altura de caída y de la velocidad dellenado se logran densidades relativas del

Figura 2.6: Métodos de armado de mues-tras, extraída de [13].

orden del 30 % al 70 %. El rango de densi-dades alcanzables es limitado y es imposiblela obtención de muestras muy sueltas y muydensas.

El Wet Pluviation sigue los mismos prin-cipios que el Dry Pluviation con la excep-ción que se precipita el suelo seco en el mol-de lleno de agua para controlar la velocidadde deposición del material. Permite obtenermuestras con Dr menor al 30 %.

El Moist Tamping consiste en preparar lamuestra por capas con suelo cuya humedades del orden del 5 %. Debido a la existen-cia de una interfase entre agua y aire, sedesarrollan internamente fuerzas capilaresque permiten obtener un rango de densida-des muy bajas, imposibles de alcanzar conel suelo seco. La principal ventaja del méto-do es que permite obtener muestra de cual-quier densidad dado que se calcula a priorila cantidad de suelo húmedo que se va acolocar y compactar por capa. Como con-trapartida, al armar por capas, la homoge-neidad de la muestra es menor a la obtenidacon los métodos previamente mencionados.

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Dry pluviation Wet pluviationMoist tamping

Mediciones de presión

Medición de presión de poros y presión de cámara.Manómetros digitales, mecánicos, bureta.

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PRESIÓN DE CÁMARAPRESIÓN DE POROS

Mediciones de cambio de volumen

El cambio de volumen lo podemos calcular como:

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PRESIÓN DE CAMARAPRESION DE POROS

CAMBIO DE VOLUMEN

Potenciómetro

Δ@ = ABCDEóG H ΔI

"%&'(") Δ$

Mediciones de carga axial

• Celda de carga, aro dinamométrico, etc

• Descontar fricción de vástago en EXTERNA

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PRESIÓN DE CAMARAPRESION DE POROS

CAMBIO DE VOLUMEN

INTERNA

EXTERNA

Mediciones de deformación axial

• Reloj comparador, LDVT, potenciómetros

• Descontar otras deformaciones en EXTERNA

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PRESIÓN DE CÁMARAPRESIÓN DE POROS

CAMBIO DE VOLUMEN

LDVT

INTERNA

EXTERNA.

Ensayo 1

LDTL1-CC

LDTL2-CC

FL-AC

0

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200

300

400

500

600

700

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 mm

Carg

a (N

)

EXTERNA

INTERNA

Equipo triaxial semiautomático del LMS

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CARGA AXIAL

CAMBIO DE VOLUMEN

PRESIÓN DE CÁMARA

DEFORMACIÓN AXIL EXTERNA

PRESIÓN NEUTRA

Equipo triaxial semiautomático del LMS

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PÓRTICO DE CARGA

SOFTWARE DE VISUALIZACIÓN

HARDWARE ADQUISICIÓN DE

DATOS

Etapas del ensayo: 1º - saturación

• El aire atrapado genera errores de medición

• Necesitamos eliminar las burbujas de aire presentes en la muestra o disolverlas en el agua

• Ley de Henry: ; = J%&' H K(

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Δ)~0

∆ℎ~0

)*+'

- = 300/012* = 320/01

- = 300/01

0~0

Etapas del ensayo: 1º - saturación

¿Cómo lo verificamos?• Medimos el parámetro

• Si L+,-./012 > 95%, se asume que la muestra está saturada

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Δ)~0)*+'

L+,-./012 =Δ>034.52

Δ)*

- = 400/012* = 420/01

- = 400/01

0~0 ∆ℎ~0

Etapas del ensayo: 2º - consolidación

Incrementamos la presión de cámara )* para permitir que la muestra consolide isotrópicamente

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Δ) > 0

0~0

- = 500/012* = 700/01

)´- = 700KQR − 500KQR = 200KQR

Sin esta etapa, haríamos un ensayo Q

∆ℎ > 0

Etapas del ensayo: 3º - ruptura o corte

Aumentamos la carga en el pistón a velocidad constante

20

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Δ)- = 500/012* = 700/01

válvulas abiertas: Ensayo Sválvulas cerradas: Ensayo R´

)<! =QS

A 8T− Δ)UVWW8*! =

Δℎ

1Y

Este valor se debe corregir por la rigidez de membrana y el papel de filtro

0 > 0 ∆ℎ > 0

Modo de falla en ruptura

21

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Muestra granular densa Muestra cohesiva preconsolidada

• Giro del cabezal superior• El plano de falla ocurre en cualquier dirección (ensayo axilsimétrico)• En muestras densas o compactas, la zona de falla se localiza en una

región de la muestra (banda de corte)

inicio inicio finfin

Corrección de área en la falla (78)

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@,-")': volumen a fin de consolidación

El área inicial de la muestra es diferente al área al momento de la falla o ruptura• Ensayo Q:

– @Y = ![\ = AYℎY = ASℎY 1 − 8*S → AS =_"

*à#!

• Ensayo R:

– AS =b!$%&'//!

$%&'

*à#!

• Ensayo S:

– AS =b!$%&'//!

$%&'

*à#!(1 − 8dS)

ℎ,-")': altura a fin de consolidación

8.: deformación volumétrica

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Pampeano inalterado y remoldeado

TERRENO

ELIMINACIÓN DE NÓDULOS

CALCÁREOS

SLURRY (BARRO)

EXTRACCIÓN

EXTRACCIÓN

MOLDEADOY SECADO

INCORPORACIÓN DE AGUA

MUESTRA“INALTERADA”

MUESTRA“REMOLDEADA”

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ENSAYO S

ENSAYO R

ENSAYO R

ENSAYO R

!+[%]

%=' /[()*]

%=' /[()*]

!+[%]24

+[()*]

Resultados de ensayos triaxiales S y R´(Pampeano remoldeado, OCR=1)

(Tasso N., 2019. Tesis LMS)

e =6 sin $

3 − sin($)~1.3 → $ = 32º

6 = 8 9 :´

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ENSAYO R

ENSAYO RENSAYO R

!+[%]

%=' /[()*]

%=' /[()*]

!+[%]25

+[()*]

Resultados de ensayos triaxiales R´(Pampeano inalterado, OCR>1)

OCR = 1

OCR >1OCR >1

(Tasso N., 2019. Tesis LMS)

Resultados de ensayos triaxiales S(arena monogranular, reconstituída)

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0

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100

150

200

250

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350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

σσσσd (kPa)

εεεε1 (%)

σ!3= 100 kPa, Dr = 86,7 %σ!3= 106 kPa, Dr = 44,7 %σ!3= 103 kPa, Dr = 13.4 %

(a) Curva tensión - deformación.

-3,5-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,50,00,51,01,52,02,53,03,5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

ΔΔΔΔV (cm3)

εεεε1 (%)


(b) Curva variación de volumen vs deformación.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200 250 300

q (kPa)

p´ (kPa)


φφφφc = 34,8º

(c) Curva tensión desviadora vs presión media efectiva.

Figura 3.11: Ensayos triaxiales CIDC para ‡Õ3 w 100 kPa en arena TecPlata.

23



0

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150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

σσσσd (kPa)

εεεε1 (%)



-3,5-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,50,00,51,01,52,02,53,03,5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

ΔΔΔΔV (cm3)

εεεε1 (%)



0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200 250 300

q (kPa)

p´ (kPa)


φφφφc = 34,8º



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0

50

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200

250

300

350

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σσσσd (kPa)

εεεε1 (%)



-3,5-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,50,00,51,01,52,02,53,03,5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

ΔΔΔΔV (cm3)

εεεε1 (%)



0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200 250 300

q (kPa)

p´ (kPa)


φφφφc = 34,8º



23

(Ezama I. et al, 2012. Tesis LMS)

6 = 8 9 :´

• m0~85% → opIR[Rq[\ (↑ ∆@)• m0~45 u 13% → !vq[wR![pxR% ↓ ∆@• >! ≠ 0KQR (\I Rz>R \%[á R ;w\%póq)• ∆> = 0 (\q%Ruv% |)• ∆} = 3∆;´

Resultados de ensayos triaxiales R´(arena monogranular, reconstituída)

Lab

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27 (Ezama I. et al, 2012. Tesis LMS)

• m0~84% → ↓ ∆>• m0~55 u 3% → ↑ ∆>• >! ≠ 0KQR (\I Rz>R \%[á R ;w\%póq)• ∆@ = 0 (\q%Ruv% ~´)• m1~ 3% → ∆}~0 → Ip!>R!póq �>\%[wR



0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

σσσσd (kPa)

εεεε1 (%)

σ!3= 90 kPa, Dr = 84,1 %σ!3= 105 kPa, Dr = 55,7 %σ!3= 120 kPa, Dr = 2,5 %


-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

ΔΔΔΔu (kPa)

εεεε1 (%)σ!3= 120 kPa, Dr = 2,5%σ!3= 105 kPa, Dr = 55,7 %σ'3= 90 kPa, Dr = 84,1 %

(b) Curva variación de presión neutra vs deformación.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800

q (kPa)

p´ (kPa)



Figura 3.13: Ensayos triaxiales no drenados para ‡Õ3 w 100 kPa en arena TecPlata.

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0

100

200

300

400

500

600

700

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1000

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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

σσσσd (kPa)

εεεε1 (%)



-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

ΔΔΔΔu (kPa)



0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800

q (kPa)

p´ (kPa)




25



0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

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1300

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

σσσσd (kPa)

εεεε1 (%)



-350

-300

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-200

-150

-100

-50

0

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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

ΔΔΔΔu (kPa)



0

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400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800

q (kPa)

p´ (kPa)




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6 = 8 9 :´

Bibliografía

• Normas ASTM – American Society of Testing Materials– D 2850: Ensayo triaxial no consolidado-no drenado– D 4767: Ensayo triaxial consolidado-no drenado– D 7181: Ensayo triaxial consolidado-drenado

• Jean-Pierre Bardet – Experimental Soil Mechanics.• Germaine – Geotechnical Laboratory Measurements for Engineers.• Bishop & Henkel - The measurement of soil properties in the triaxial

test.

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