¿Como se hace una prueba triaxial no consolidada no drenada?

GEOTECNIA - LABORATORIO DE VÍAS TERRESTRES

¿CÓMO SE HACE UNA PRUEBA TRIAXIAL NO CONSOLIDADA NO DRENADA?

La resistencia al corte es el valor máximo o límite de esfuerzo que se le puede inducir a una masa de suelo antes de que falle. Es un parámetro variable, ya que depende de muchas circunstancias. Primero, la influencia del agua es muy importante, ya que además de ejercer una presión entre las partículas del suelo, también afecta el comportamiento físico del suelo.

Ahora sabemos que dependiendo del tipo de material, ya sea cohesivo o friccionante, intervienen diferentes factores que afectan la resistencia al corte. A continuación se hace una comparativa entre los suelos cohesivos y los friccionantes en este sentido:

Resistencia al corte en:
Suelos cohesivos	Suelos friccionantes
Depende de: Distribución de esfuerzos Trayectoria de esfuerzos  Velocidad de deformación Grado de saturación Relación de sobre-consolidación	Depende de: Forma de las partículas Granulometría Compacidad relativa Resistencia individual de las partículas Tamaño de las partículas
Condiciones particulares: Historia previa de consolidación Drenaje Sensibilidad de la estructura del suelo	Condiciones particulares: Dilatación por vibración Licuación de arenas

La teoría más ampliamente difundida, y utilizada en la actualidad como criterio de falla del suelo, se conoce como Teoría de Mohr-Coulomb. Esta teoría establece que los suelos fallan a lo largo de una superficie particular en la que la relación del esfuerzo tangencial al normal alcanza un cierto valor máximo. Lo anterior está en función del acomodo y de la forma de las partículas del suelo.

Las líneas de falla son curvas, y se le atribuyen al esfuerzo cortante. Además, se reconoce que la relación entre el esfuerzo tangencial y el normal no es constante. Existen otras teorías como la de Von Mises que supone que existe un esfuerzo tangencial octaédrico límite que define la resistencia de los materiales.

Equipo

• 1 Dispositivo de carga
• 1 Marco de carga
• 1 Anillo de carga
• 1 Deformímetro
• 1 Micrómetro
• 1 Juego de pesas
• 1 Cámara triaxial
• 1 Tanque de presión controlada
• Membranas impermeables
• 1 Equipo para labrar la muestra de forma inalterada (Usualmente un arco o navajas)
• 1 Marco guía para labrado
• Cápsulas de secado
• 1 Vernier
• 1 Horno de convección
• 1 Báscula con precisión de 0.1 gr
• Accesorios de laboratorio (espátulas, franelas, contenedores, etc.)

Figura 1. Cámara triaxial

Procedimiento

• Preparar la muestra, de manera que se obtenga un cilindro de aproximadamente 3.5 cm de diámetro y 8 cm de altura, para lo cual nos auxiliamos de algún instrumento de corte. A partir de la muestra inalterada, tomamos una porción que nos permita obtener la cantidad de material necesario para sacar la probeta completa.

Figura 2. Obtención de muestra

• Con el instrumento de corte, vamos rebajando sin alterar la muestra las paredes de la misma, hasta el punto de que se obtenga un cilindro uniforme de las dimensiones que tiene el marco guía o en su defecto el instrumento que utilicemos como patrón de la probeta. La probeta estará lista cuando las paredes del cilindro sean regulares, que no exista ningún fisuramiento, que las orillas sean uniformes y rectas, que los diámetros inferior, medio y superior sean aproximadamente iguales, y finalmente que tenga la altura adecuada para ser introducida en la cámara triaxial.

Figura 3. Muestras labradas

• Se obtienen los parámetros iniciales de la prueba, tomando dos testigos de la misma muestra que se utilizó para las probetas y determinar su contenido de agua. Se obtiene y se registra el peso de la tara + la muestra en su estado natural.

Figura 4. Peso de la muestra

• Se mide con el vernier y se registra la altura y el diámetro de la probeta. Con esto obtenemos el volumen y el contenido de agua inicial de la muestra.

Figura 5. Medición de la muestra

• Se requiere conocer los parámetros de calibración del marco de carga. Para esto, se debe colocar el dispositivo de carga, el anillo de carga y el marco de carga para hacer un acomodo del sistema. Se coloca un micrómetro y se carga el dispositivo con todas las pesas para verificar que se haga la medición correctamente. Descargar el dispositivo después de haber verificado el funcionamiento de todo el sistema, y tomar la lectura inicial antes de colocar la primera carga. Colocar una pesa de 2 Kg en el dispositivo, esperar alrededor de un minuto a que la aguja del micrómetro deje de oscilar y tomar la siguiente lectura de la deformación respectiva al incremento de carga. Repetir el paso 5 incrementando la carga a 4 Kg, 6 Kg, 11 Kg, 21 Kg, 31 Kg, 41 Kg y 51 Kg, sucesivamente. Una vez tomada la lectura con 51 Kg, se comienza el proceso de descarga, en 41 Kg, 31 Kg, 21 Kg, 11 Kg, 6 Kg, 4 Kg y 2 Kg, tomando la lectura de deformación en cada medición. Se calcula la deformación y se grafican los valores obtenidos, relacionando carga con deformación para obtener la constante de deformación del anillo.

• Se monta el dispositivo triaxial, para esto es necesario primero tener el marco de carga centrado y nivelado. Posteriormente, se coloca la muestra cubierta por una membrana impermeable, sellada en los extremos, de manera que impida que el agua entre en la probeta. La muestra se acomoda de tal forma que reciba el pistón de forma perfectamente axial. El montaje del dispositivo de carga y del micrómetro se describe en el apartado de calibración.

Figura 6. Dispositivo de carga montado

• Se llena de agua la cámara, para poder aplicarle el esfuerzo de confinamiento mediante un tanque de presión controlada. Se le aplica un esfuerzo de confinamiento inicial de 0.50 kg/cm².

Figura 7. Dispositivo sujeto al esfuerzo de confinamiento

• Una vez verificado que el dispositivo se encuentra montado y el medidor de deformación se encuentra fijo y colocado adecuadamente, se toma la lectura inicial. En este caso, la prueba se hizo a esfuerzo controlado, es decir, se midió la deformación en intervalos de 5. Sin embargo, puede realizarse controlando la velocidad de deformación (normalmente de 1 mm por minuto) o controlando la deformación.

Figura 8. Proceso de carga y lectura de deformaciones

• En cada intervalo de 5 en el medidor del esfuerzo desviador, se toma una lectura de deformación. Esto se repite todas las veces que sea necesario hasta que la muestra falle.

Figura 9. Muestra fallada

• Se repite este procedimiento aumentando gradualmente el esfuerzo de confinamiento. En este caso, se aplicaron los esfuerzos de 0.5, 1.0 y 1.5 kg/cm², repitiendo las indicaciones de los cuatro pasos anteriores.

Figura 10. Repetición de la prueba a diferentes esfuerzos de confinamiento

• Se obtienen los parámetros finales de la prueba, tomando dos testigos de la misma muestra introducida en la cámara triaxial para determinar su contenido de agua. Se obtiene y se registra el peso de la tara + la muestra fallada. Se dibuja la forma en que falló la probeta.

Figura 11. Muestra fallada antes del secado

• Finalmente, se obtienen las gráficas de resistencia al corte, las gráficas de esfuerzo deformación y las gráficas de carga contra deformación unitaria.

¿Cómo se hace una prueba de Compactación AASHTO?

Geotecnia - Laboratorio de Vías Terrestres

¿Cómo se hace una prueba de Compactación AASHTO?

La compactación es el procedimiento de aplicar energía a los suelos o a los materiales suelto para eliminar espacios vacíos, aumentando así su densidad y en consecuencia, su capacidad de soporte y estabilidad entre otras propiedades. Fue desarrollada por Ralph Proctor en 1933, y estandarizada por AASHTO en las normas T-99 y T-180.

   Depende de 4 factores:

• Peso unitario seco
• Contenido de agua
• Tipo de suelo
• Energía de compactación

Para considerar que un suelo tiene 100% de compactación, la muestra de suelo debe tener un "Peso Volumétrico Seco Máximo" y haber alcanzado la "Humedad Óptima". La gráfica siguiente muestra esta condición.

Figura 1. Gráfica de Contenido de Agua vs Densidad Seca

La prueba consiste en compactar el suelo en varias capas, dentro de un molde de dimensiones y forma específicas, por medio de golpes de un pisón el cual se deja caer desde una altura prefijada. Las diferencias entre la prueba Proctor estándar y modificada radican principalmente en el proceso de compactación y la energía aplicada, los cuales se comparan en la siguiente tabla:

Tabla N° 1 Características de la prueba

Proctor	Capacidad del molde	Peso del Pisón	Altura de Pisón	N° de capas	Energía de compactación
Estándar	0.94 lts	2.5 kg	30.5 cm	3	6 kg/cm2
Modificada	0.94 lts	4.5 kg	45.7 cm	5	27.2 kg/cm2

En algunos laboratorios estas pruebas sufren modificaciones ya que se considera que ciertos equipos producen una compactación más grande, o más efectiva; por lo que se ha modificado la energía de compactación.

Equipo

• 1 Molde estándar de compactación
• 1 Extensión del molde
• 1 Pisón estándar de 2.5 kg
• 1 Guía metálica del pisón de 30.5 cm de altura de caída
• 1 Regla recta metálica
• 1 Balanza de 20 Kg
• 1 Balanza de precisión de 0.01 g
• 1 Malla N° 4
• 1 Bandeja
• 1 Gato hidráulico, placa y marco para desmoldar
• Accesorios de laboratorio (probeta, piseta, espátulas, cápsulas, etc.)

Figura 2. Equipo necesario

Procedimiento

• Preparar la muestra, primero se criba el material por la malla N° 4, de tal manera que se obtengan 3 Kg. Este material se deja secar extendiéndolo en el suelo o en una superficie libre de contaminación.

Figura 3. Preparación de la muestra

• Se pesa una bandeja limpia y se le adicionan 3 Kg del material preparado, y se homogeniza.
• Se determina y se registra el peso del molde estándar Proctor, y se corroboran las dimensiones del cilindro mediante un vernier u otro instrumento de precisión. Con esto obtenemos el peso y el volumen del molde.
• Se le adiciona al material un porcentaje proporcional conocido del agua, hasta obtener una mezcla de suelo ligeramente húmeda que se desmorone cuando se aprieta con la mano. Homogeneizar la muestra y dividirla en porciones por cada capa que se utilizará en la prueba de compactación, en este caso 3.

Figura 4. Humedecimiento de la muestra

• El molde se coloca en un soporte, en el cual se ajustará para evitar la pérdida o salida del material. Se le coloca una extensión, y se ajusta de la misma forma al soporte.

Figura 5. Molde con extensión

• Una vez sujeto adecuadamente el molde, se le introduce una porción de material suficiente para formar una capa de material no compacto, de acuerdo con el número de capas que se van a introducir. Con el pisón y la guía, se le aplican 25 golpes buscando que se vaya aplicando alrededor de la muestra, de manera que se vaya compactando uniformemente. Finalmente escarificar la superficie compactada.

Figura 6. Compactación con pisón

• Repetir esta operación otras dos veces, es decir, hasta que se obtengan las tres capas compactadas, de manera que rebasen ligeramente el límite del molde sin extensión.
• Cuidadosamente se retira la extensión del molde, y con la regla metálica se enrasa la muestra en la parte superior del molde.

Figura 7. Enrasado de la muestra

• Se retira el molde con la muestra compacta y se pesan ambas en la báscula de 20 Kg, se registra este peso.

Figura 8. Peso de la muestra

• Con la ayuda de un gato hidráulico y una placa base, se retira la muestra del molde y se coloca en la bandeja, se toman dos testigos de la parte media del cilindro y se les determina el contenido de humedad.
• Disgregar y homogeneizar la muestra de nuevo, para obtener una muestra uniforme a la cual se le adicionará otra porción proporcional de agua, y se repite esta prueba; probando en cada ocasión la compactación de la muestra con humedad mayor. Se obtienen 5 puntos de contenido de humedad diferentes.

Figura 9. Muestra disgregada y homogeneizada