Ensayo Triaxial Consolidado Drenado
(CD)Alumno: Niels Elías Figueroa Alegre
Código: 13160161
Introducción
Hay tres tipos de ensayos triaxiales y cada uno de ellos sirven para medir parámetros parecidos que reflejan la resistencia al esfuerzo cortante; en caso de los ensayos CU y UU son para materiales arcillosos de baja permeabilidad mientras que el ensayo CD sirve para suelos arenosos con mayor permeabilidad.
Criterios de Mohr-Coulomb
Dicha teoría afirma que un material falla debido a una combinación crítica de esfuerzo normal y esfuerzo cortante, y no solo por la presencia de un esfuerzo máximo normal o bien de un esfuerzo máximo cortante.
La envolvente
La falla es representada por una línea envolvente curva, que se le relaciona con esta ecuación:
Relación entre el estado de un suelo y la envolvente: Falla
Ensayo Triaxial con drenaje
A este ensayo se lo conoce también como ensayo lento (S). El drenaje se permite en las dos últimas etapas, de este modo se tiene una consolidación bajo la presión de cámara y el exceso de presión de poros se disipa durante “la aplicación lenta del esfuerzo desviador”.
Etapas del Procedimiento
En la primera etapa se satura la muestra completamente de agua, en la segunda esta es consolidada bajo una presión isotrópica de cámara y en la tercera etapa se aplica una carga axial, que va incrementándose a un ritmo suficientemente lento para que no se presente un incremento en la presión de poros. Con un drenado total y una velocidad adecuada, se asegura que la presión de poros en la muestra permanezca constante, entonces el incremento en el esfuerzo efectivo es igual al incremento del esfuerzo total (Δσ’(esfuerzo efectivo) = Δσ(esfuerzo total)).
Se utiliza la válvula para vigilar la presión de poros, con la válvula y las lecturas de los deformímetro que controlan la carga y la deformación vertical se mide el cambio de volumen de la probeta. El objetivo del ensayo es determinar los parámetros de resistencia efectivos c' y Φ' del suelo.
Para determinar los esfuerzos principales y dibujar el círculo de esfuerzo de Mohr se procede de la misma manera que para el caso del ensayo UU, entonces se grafica la variación de la deformación vertical respecto al esfuerzo desviador.
Grafico de la relación entre la deformación vertical y el esfuerzo Obteniendo de la curva mostrada en la figura anterior el esfuerzo
desviador de falla (σd)f que puede ser el valor pico o crítico, se determina el esfuerzo principal mayor con la expresión:
(σ'1)f = (σ'3)f + (σd)f
Envolvente de falla para un suelo Tipo I en un ensayo triaxial CD.
El esfuerzo principal menor efectivo de falla (σ'3)f, será el esfuerzo isotrópico aplicado en la cámara para la consolidación de la probeta. Para trazar la envolvente de falla y determinar los parámetros de resistencia efectivos, se deben trazar tres círculos como se muestra en la figura siguiente:
Ensayo Triaxial - CD (en suelos granulares) Curva esfuerzo-deformación y cambio volumétrico
La relación de vacíos inicial tiene una gran influencia sobre las curvas esfuerzo-deformación y sobre el cambio de volumen que experimenta la muestra.
Ensayo Triaxial - CD (en suelos cohesivos)
Curva esfuerzo-deformación y cambio volumétrico
La curva esfuerzo-deformación de una arcilla sobre consolidada es similar al de una arena densa, mientras que la de una arcilla normalmente consolidada es similar al de una arena suelta.
Teoría de falla Mohr-Coulomb
Se trazan círculos de Mohr en el estado de falla para distintas presiones de confinamiento (varios ensayos sobre el mismo tipo de material, pero con distintas presiones de confinamiento).
La línea tangente a los círculos se denomina envolvente de falla.
Formulas:
Ensayo Triaxial – CD
Cambio volumétrico
Equipo para el ensayo: Esquema
Proceso: Fases de un proceso CD
Maquina triaxial: Componentes Panel Triaxial : Es el sistema conformado por válvulas y reguladores
mediante los cuales se administra el flujo de aire y agua desaireada 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
Equipo automatico 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.
Equipo automatico de cambio de volumen
Prensa triaxial
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.
Prensa triaxial
Blader
Es una cámara constituida por un cilindro de bandas de plexiglass, una placa base, una placa superior y una membrana de hule que trabaja como interface aire/agua. La membrana de hule está fijada a la placa base mediante un collar plástico.
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.
Camara 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
Camara Triaxial
Transductores
Transductores
Los transductores se encargan de transformar una señal eléctrica en una magnitud física, la cual, en este caso, es enviada al dataloger para así poder registrar tanto las presiones a las que está sometido el espécimen como las deformaciones que sufre durante el ensayo.
Para la automatización del ensayo triaxial se requieren transductores lineales, los cuales miden desplazamientos (ver Figura 7ª), y transductores de presión (ver Figura 7b) cuyas características se mencionan a continuación:
Transductores
Dataloger El DATALOG, es una nueva serie de los Universal Data Loggers,
con 8 canales de micro-procesamiento para la adquisición de datos provenientes de las señales eléctricas de los transductores
Este se encarga de registrar datos en tiempo real y almacenarlos, brindando la posibilidad de transferir dichos registros a la computadora. Mediante este, también se realiza la calibración de los transductores, lo cual se lleva a cabo mediante comparación con mediciones de instrumentos de precisión.
Por medio del Datalog se pueden realizar dos tipos de calibración:
Dataloger
Calibración lineal
Usada generalmente, esta asume una relación lineal entre la señal de salida eléctrica (o digital) del transductor y la fuerza aplicada (presión, desplazamiento, temperatura, etc.). En este caso se establece un factor de calibración para mostrar el registro o los datos directamente en la unidad física seleccionada.
- Calibración polinomial
En esta la relación, carga aplicada no es directamente proporcional a la salida eléctrica (o digital) pero puede ser expresada mediante una ecuación polinomial de segundo o tercer grado.
Dataloger
La unidad está construida de un contenedor plástico con una cubierta metálica interior, a prueba de perturbación electromagnética de alta frecuencia. Está equipado con un teclado de policarbonato anti-ralladuras con 16 teclas y una pantalla gráfica monocromática.
En la parte posterior del panel se localizan:
-8 conectores hembra para conectar los transductores.
-Puerto serie RS232.
-Puerto serie RS485/CAN.
-Fuente de alimentación.
-Interruptor principal y conectores auxiliares.
Equipo secundario
Bomba de vacio
Compresor
Deposito auxiliar de aire
Tanque de almacenamiento de agua destilada
Manometro de presión
Buretas de cambio de volumen
Ensayos previos
Ejecución de Ensayos
Ejecución de Ensayos
Ejecución de Ensayos
Ejecución de Ensayos
Resultados
Resultados
Resumen Resultados
OBSERVACIONES CONDICIONES
Prueba de CD o una prueba lenta es una de las condiciones de la prueba de corte de laboratorio. Las otras dos condiciones son la prueba UU y prueba de CU. UU prueba tiene una baja resistencia al corte. Mientras que en CU se extrae la humedad debido a la presión alta.
Prueba de CD es comparativamente más lentos que otros. Se utiliza únicamente para los fines de búsqueda. Se requiere más tiempo y dinero que otros métodos. En esta prueba se produce la consolidación del suelo bajo carga normal y el drenaje se permite durante la consolidación.
DRENAJE
Al finalizar el proceso de consolidación, las condiciones de drenaje se debe permitir al mismo tiempo la tensión normal se incrementa a un ritmo tal que no la presión de poro se desarrolla. Así, los parámetros resultantes de la resistencia al corte en términos de tensiones efectivas.
PROBLEMAS
En la escala de ingeniería parámetros CD se utilizan en los problemas que la estabilidad a largo plazo de las laderas de suelo arcilloso
CONCLUSIONES:
La resistencia de un suelo es el mayor esfuerzo al que puede ser sometido.
La geometría de la mayoría de los problemas geotécnicos es de tal manera que prácticamente todo el suelo se encuentra en compresión.
Aún cuando el suelo pueda fallar debido a la aplicación de grandes esfuerzos de compresión, el suelo falla realmente al corte.
Muchos problemas geotécnicos requieren de una evaluación de la resistencia al corte del suelo, tales como: taludes, presas de tierra, fundaciones de estructuras, muros de contención, etc.
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