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ESTABILIDAD DE TALUDES
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Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez
INTEGRANTES DEL GRUPO:
LERMA COTACORA
SEMESTRE: VIII - B
MATERIA: LABORATORIO DE PAVIMENTOS
DOCENTE: HECTOR
FECHA DE ENTREGA: 12 – 12 – 13
Ingenieria Civil
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ENSAYO TRIAXIAL
(ASTM D7181 – 11, ASTM D4767 – 11, ASTM D2850)
(MTC E 131 – 2000, AASHTO T 296, AASHTO T 297-94) 1. Generalidades
Debido a que el suelo es un material tan complejo, ninguna prueba bastará
por si sola para estudiar todos los aspectos importantes del comportamiento es-
fuerzo-deformación.
El ensayo Triaxial constituye el método más versátil en el estudio de las pro-
piedades esfuerzo-deformación. Con este ensayo es posible obtener una gran va-
riedad de estados reales de carga.
Esta prueba es la más común para determinar las propiedades esfuerzo-
deformación. Una muestra cilíndrica de un suelo es sometida a una presión de
confinamiento en todas sus caras. A continuación se incrementa el esfuerzo axial
hasta que la muestra se rompe. Como no existen esfuerzos tangenciales sobre
las caras de la muestra cilíndrica, el esfuerzo axial y la presión de confinamiento,
son los esfuerzos principal mayor y principal menor respectivamente. Al incre-
mento de esfuerzo axial, se denomina esfuerzo desviador.
A diferencia del ensayo de corte directo, en el aparato de compresión triaxial
el plano de rotura de la muestra ensayada no está fijado a priori, sino que permite
que éste se genere de forma natural y adopte la orientación más desfavorable.
Además, en el aparato triaxial es posible controlar a voluntad el drenaje de la
muestra y la velocidad de aplicación de la carga, lo que permite reproducir cual-
quier situación presente en el suelo en su estado inalterado.
Los aparatos triaxiales tienen en común el que aplican sobre el contorno de la
muestra únicamente tensiones normales, es decir, tensiones principales. Entre
ellos destaca el que comúnmente se designa con el nombre de aparato triaxial,
que es realmente un aparato de compresión cilíndrica, pues permite aplicar una
tensión sobre el contorno lateral del cilindro, y otra distinta según su eje.
El ensayo se realiza en una cámara de pared transparente (cámara triaxial)
llena de líquido, en la que se coloca la probeta cilíndrica de suelo que, salvo que
se adopten precauciones especiales, tiene una altura igual a dos veces su diáme-
tro, forrada con una membrana de caucho. Esta membrana va sujeta a un pedes-
tal y a un cabezal sobre los que se apoyan los extremos de la probeta.
La primera, en la que la probeta de suelo es sometida a una presión hidrostá-
tica de fluido, con esfuerzos verticales iguales a los horizontales. Durante esta
etapa, se dice que la probeta es "consolidada" si se permite el drenaje del fluido
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de los poros. Alternativamente, si el drenaje no puede ocurrir se dice que la pro-
beta es "no consolidada“. En la segunda etapa, llamada de aplicación del Esfuer-
zo Desviador, se incrementan los esfuerzos verticales (desviadores) a través del
pistón vertical de carga, hasta la falla. En esta etapa el operador tiene también la
opción de permitir el drenaje y por lo tanto eliminar la presión neutra o mantener
la válvula correspondiente cerrada sin drenaje. Si la presión neutra es disipada se
dice que el ensayo es "drenado", en caso contrario se dice que el ensayo es "no
drenado“.
Así los ensayos triaxiales pueden ser clasificados en:
Consolidados-drenados (CD) o lentos (S). Se permite el drenaje durante todo el ensayo, y no se dejan generar presiones neutras aplicando los incrementos de carga en forma pausada durante le segunda etapa y esperando que el suelo se consolide con cada in-cremento.
Consolidados-no drenados (CU) o consolidados rápidos (RC). Se permite el drenaje durante la primera etapa solamente.
No consolidados-no drenados (UU) o rápidos (Q). Se impide el drenaje durante las dos etapas del ensayo.
La Resistencia al Esfuerzo Cortante de un suelo (τf ), en función de los es-
fuerzos totales, se determina usando la Ley de Coulomb:
τf = c + σ tan υ
Generalmente cada prueba se realiza con tres o cinco probetas de la misma
muestra de suelo, bajo esfuerzos confinantes distintos. La representación de los
resultados en el diagrama de Mohr está constituida por una serie de círculos, cu-
ya envolvente permite obtener los parámetros del suelo estudiado en el intervalo
de esfuerzos considerado.
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2. Método de prueba de compresión triaxial consolidado - drenado de Suelos 2.1 Alcance
Este método de ensayo cubre la determinación en relación de la fuerza y
tensión-deformación de una muestra cilíndrica de suelo ya sea alterado o
inalterado. Las muestras se consolidan y cizallan en compresión con dre-
naje a una velocidad constante de deformación axial (tensión controlada)
Este método de ensayo proporciona para el cálculo de tensiones principa-
les y de compresión axial mediante la medición de la carga axial, la defor-
mación axial, y cambios volumétricos.
Este método de ensayo proporciona datos útiles en la determinación de
resistencia y deformación propiedades tales como envolvente de Mohr.
Generalmente, tres muestras se prueban a diferentes tensiones de conso-
lidación efectiva para definir una envolvente de falla
Si este método de ensayo se utiliza en suelo cohesivo, una prueba puede
tardar semanas en completarse.
La determinación de la envolvente de falla y el desarrollo de las relaciones
de ayuda a la hora de interpretar y evaluar los resultados de la prueba es-
tán fuera del ámbito de aplicación de este método de ensayo y deben ser
realizados por un calificado, con experiencia profesional.
Todos los valores observados y calculados deberán ajustarse a las direc-
trices para los dígitos significativos y redondeo establecido en D6026.
Los métodos utilizados para especificar cómo se recogen los datos, calcu-
lados o registrados en esta norma se consideran el estándar de la indus-
tria. Además, ellos son representativos de las cifras significativas que ge-
neralmente debe ser retenidos. Los procedimientos utilizados no tienen en
cuenta las variaciones del material, el propósito de la obtención de los da-
tos, estudios de propósito especial o cualquier consideración sobre el uso
final. Está más allá del alcance de este método de prueba para considerar
dígitos significativos utilizados en los métodos de análisis para el diseño de
ingeniería.
Unidades de los valores indicados en unidades SI deben ser considerados
como los estándares. Las unidades pulgada-libra figuran entre paréntesis
son conversiones matemáticas, que se proporcionan únicamente con fines
informativos y no se consideran estándar. Notificación de los resultados de
la prueba en unidades distintas de la SI no se considerará como no con-
formidad con este método de ensayo.
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Esta norma puede involucrar materiales peligrosos, operaciones y equipos.
Esta norma no pretende considerar todos los problemas de seguridad, si
los hay, asociados con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta
norma establecer prácticas de seguridad y salud y determinar la aplicabili-
dad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso.
2.2 Características:
Es lento
Fácil de hacer
Es el más utilizado
La velocidad de ensayo no debe permitir presiones de poros superiores a
50% de la presión de confinamiento.
Se gasta mucho tiempo para encontrar la resistencia a esfuerzos efectivos
para un rango de presiones de consolidación.
Se requiere ensayar varias muestras.
Los resultados son útiles para estabilidad de taludes en corte.
2.3 Importancia y Uso
La resistencia al corte de un suelo saturado en compresión triaxial depen-
de de las tensiones aplicadas, el tiempo de consolidación, la velocidad de
deformación, y el historial de tensión experimentado por el suelo.
En este método de ensayo, las características de corte se miden en las
condiciones drenadas y son aplicables a las condiciones donde los suelos
han sido consolidadas por integración global en virtud de las tensiones
normales existentes y los cambios normales de tension bajo condiciones
drenadas similares a los del método de prueba de campo.
La resistencia al corte determinado a partir de este método de ensayo se
puede expresar en términos de tensión eficaz porque una velocidad de de-
formación o la tasa de aplicación de la carga lo suficientemente lento como
para permitir la disipación de la presión de poro durante el corte se utiliza
para minimizar las condiciones de exceso de presión de poros. La resis-
tencia al corte puede aplicarse a las condiciones de campo donde puede
ocurrir el drenaje completo (condiciones drenadas), y las condiciones de
esfuerzo de campo son similares a los del método de ensayo.
La resistencia al corte determinado a partir de la prueba se utiliza común-
mente en la estabilidad del terraplén análisis, cálculos de la presión de la
tierra, y diseño de la cimentación.
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2.4 Expresión grafica
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 incremen-
to en el esfuerzo efectivo es igual al incremento del esfuerzo total (Δσ’ = Δσ).
Se utiliza la válvula C para vigilar la presión de poros, con la válvula A 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 deter-
minar 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 esfuer-
zo desviador mostrada en la Figura 6.56.
Figura 6.57. Deformación vertical en función al esfuerzo desviador en un ensayo triaxial CD.
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Obteniendo de la curva mostrada en la Figura 6.56 el esfuerzo desvia-
dor 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 [6.42]
El esfuerzo principal menor efectivo de falla (σ'3)f, será el esfuerzo isotró-pico 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 (Figura 6.57).
Figura 6.58. Envolvente de falla para un suelo Tipo I en un ensayo triaxial CD.
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3. Método de prueba de compresión triaxial consolidado - no drenado de Sue-los 3.1 Alcance
Este método de ensayo cubre la determinación de la fuerza y esfuerzo-
deformación relaciones de una muestra cilíndrica de cualquier suelo cohe-
sivo saturado alterado, inalterado o remodelado. Las muestras son isotró-
picamente consolidadas y cizalladas en la compresión sin drenaje a una
velocidad constante de deformación axial (esfuerzo controlado).
Este método de ensayo proporciona para el cálculo de esfuerzos totales y
efectivos, y la compresión axial mediante la medición de la carga axial, la
deformación axial, y la presión de poros.
Este método de ensayo proporciona datos útiles en la determinación de las
propiedades de resistencia y deformación de suelos cohesivos tales como
envolvente de falla de Mohr y el módulo de Young. Generalmente, tres
muestras se prueban a diferentes esfuerzos de consolidación efectiva para
definir un envolvente de falla.
La determinación de las envolventes de falla y el desarrollo de las relacio-
nes de ayuda a la hora de interpretar y evaluar los resultados de la prueba
están fuera del ámbito de aplicación de este método de ensayo y deben
ser realizados por un calificado, con experiencia profesional.
Todos los valores observados y calculados deberán ajustarse a las direc-
trices para los dígitos significativos y redondeo establecido en D6026 Prác-
tica.
Los métodos utilizados para especificar cómo se recogen los datos, calcu-
lados o registrados en esta norma se consideran el estándar de la indus-
tria. Además, ellos son representativos de las cifras significativas que ge-
neralmente debe ser retenidos. Los procedimientos utilizados no tienen en
cuenta la variación del material, el propósito de la obtención de los datos,
estudios de propósito especial o ninguna consideración de uso final. Está
más allá del alcance de este método de prueba para considerar dígitos
significativos utilizados en los métodos de análisis para el diseño de inge-
niería.
Unidades de los valores indicados en unidades SI deben ser considerados
como los estándares. Las unidades pulgada-libra figuran entre paréntesis
son conversiones matemáticas que se proporcionan únicamente con fines
informativos y no se consideran estándar. Notificación de los resultados de
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la prueba en unidades distintas del SI no se considerará como una no con-
formidad con este método de ensayo.
Es una práctica común en la profesión de ingeniería / construcción de utili-
zar simultáneamente libras para representar tanto una unidad de masa
(lbm) y de la fuerza (lbf). Esto combina implícitamente dos sistemas sepa-
rados de las unidades; es decir, el sistema absoluto y el sistema gravita-
cional. Es científicamente deseable combinar el uso de dos sistemas sepa-
rados de unidades pulgada-libra dentro de una única norma. Como se ha
dicho, esta norma incluye el sistema gravitacional de unidades pulgada-
libra y no utiliza / presentar la unidad babosa para la masa. Sin embargo,
el uso de saldos o escalas de grabación libras de masa (lbm) o la densidad
de grabación en lbm / ft3 no se considerará como una no conformidad con
esta norma.
La densidad términos y unidad de peso se usan indistintamente. La densi-
dad es la masa por unidad de volumen mientras que el peso unidad es la
fuerza por unidad de volumen. En esta densidad estándar se da sólo en
unidades del SI. Después de la densidad ha sido determinada, la unidad
de peso se calcula en SI o en unidades pulgada-libra, o ambos.
3.2 Características
Este ensayo también denominado ensayo consolidado rápido (R), consta de
tres etapas (saturación, consolidación y compresión). Primeramente la probe-
ta es saturada completamente de agua, luego incrementando la presión de
cámara es consolidada, esta etapa lleva al suelo a un estado prescrito de vo-
lumen y de presión de poros, a partir del cual se pueden medir con exactitud
los siguientes cambios de volumen o de presión de poros que ocurrirán du-
rante el ensayo. Finalmente cuando se ha disipado el exceso de presión de
poros al valor de la contrapresión original σ3 se cierran las válvulas de drena-
je para empezar la compresión, donde la probeta llegará al punto cedente sin
drenado. Cuanto mayor sea la presión de cámara σ3 mayor será el esfuerzo
desviador necesario para producir la falla.
La duración de la etapa de consolidación depende al tipo de suelo y al tama-
ño de la probeta, en algunos casos esta etapa puede durar hasta 48 horas;
mientras que la etapa de compresión puede durar de 10 minutos hasta 2 ho-
ras.
El objetivo del ensayo es determinar los parámetros efectivos c' y Φ', ya que
estos gobiernan la resistencia al corte del suelo y determinar también algunas
características respecto al cambio de volumen y rigidez del suelo. Para dibu-
jar el círculo de esfuerzos de Mohr que condicionará la envolvente de falla
deben determinarse los esfuerzos principales σ1 y σ3, para lo cual se reco-
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lectan periódicamente los valores de los deformímetros que controlan el anillo
de carga y la deformación vertical (DL) de la probeta durante la compresión y
también la presión poros en la probeta.
Con el área corregida A de la probeta puede determinarse el esfuerzo des-
viador que actúa en la probeta. Midiendo el exceso de presión de poros
Δu durante la etapa de compresión, se puede determinar el parámetro A de
Skempton que será:
3.3 Importancia y Uso La resistencia al corte de un suelo saturado en compresión triaxial depen-
de de las tensiones aplicadas, el tiempo de consolidación, la velocidad de deformación, y la historia estrés experimentado por el suelo.
En este método de ensayo, las características de corte se miden en condi-ciones no drenadas y es aplicable a las condiciones de campo donde los suelos que han sido consolidadas por integración global bajo un conjunto de tensiones se someten a un cambio en la tensión sin tiempo para una mayor consolidación a tener lugar (condición no drenada), y las condicio-nes de esfuerzo de campo son similares a aquellos en el método de ensa-yo.
Utilizando la presión de poro medido durante la prueba, la resistencia al
corte determinado a partir de este método de ensayo se puede expresar en términos de los esfuerzos efectivos. Esta resistencia a al corte se puede aplicar a las condiciones donde puede ocurrir el drenaje completo (condi-ciones drenadas).
La resistencia al corte determina a partir de la prueba de expresarse en
términos de tensiones totales (condiciones no drenadas) o tensiones efec-tivas (condiciones drenadas) se utiliza comúnmente en la estabilidad del terraplén análisis, cálculos de la presión de la tierra, y diseño de la cimen-tación.
No obstante las declaraciones de precisión y sesgo contenidas en este mé-
todo de ensayo. La precisión de este método de ensayo depende de la competencia del personal que realice y la idoneidad de los equipos y las instalaciones utilizadas.
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3.4 Expresión grafica Se grafica el esfuerzo desviador σd en función a la deformación vertical e,
también el exceso de presión de poros y el parámetro A de Skempton, como
se muestra en la Figura 6.54. La curva que corresponde al esfuerzo desvia-
dor de falla ()f tendrá un valor pico o crítico según al Tipo de suelo donde al-
guno de estos se considerará el instante de falla, para este instante de falla
se tendrá un valor del exceso de presión de poros y del coeficiente A.
Figura 6.55. Deformación vertical en función a d, u y A en un triaxial CU en suelo Tipo II.
Figura 6.56. Envolvente de falla para un suelo Tipo II en un ensayo triaxial CU.
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La presión que se aplicó en la celda para consolidación será el esfuerzo prin-cipal menor σ3, por lo cual el esfuerzo efectivo principal menor y mayor en la falla será:
Teniendo los esfuerzos principales puede entonces graficarse el círculo de esfuerzo de Mohr, se realizan como mínimo tres ensayos para trazar una
adecuada envolvente de falla. Con el parámetro puede describirse caracte-rísticas particulares del suelo, los rangos de variación de este parámetro para los diversos suelos se presentan en la tabla 6.5.
Tabla 6.4. Rango de valores de A en la falla para diversos suelos.
En este ensayos la resistencia al corte permanece prácticamente constante para un intervalo grande de los valores de presión de menores que la presión de sobreconsolidación. Las arcillas NC muestran una resistencia adicional con respecto a la obtenida, esta es atribuible a los mismos efectos de sobre-consolidación, estos efectos son comparativamente mayores a los del ensayo drenado debido a que se impide el drenaje. En los casos de obras que están sobre depósitos de arcilla en las cuales el tiempo de construcción se extiende por tiempo razonablemente largo, puede suponerse que al final de la cons-trucción se habrá producido algún grado de consolidación. Si en ese momen-to las solicitaciones de corte que se generan tienen magnitud suficiente para producir la falla, ésta se producirá rápidamente sin drenaje adicional. Este comportamiento se modela en el ensayo consolidado no drenado, en el cual la muestra se consolida bajo la presión de cámara y luego se lleva a la ruptu-ra aumentando el esfuerzo desviador sin permitir el drenaje. Este ensayo es aplicado en muestras alteradas e inalteradas de arcilla y también en arena y grava.
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4. Método de prueba de compresión triaxial no consolidado - no drenado de Suelo. 4.1 Alcance
Este método de ensayo cubre la determinación de las relaciones de fuerza
y esfuerzo-deformación de una muestra cilíndrica de cualquiera de suelo
cohesivo alterada o inalterada. Las muestras se someten a una presión de
fluido de confinamiento en una cámara triaxial. No se permite el drenaje de
la muestra durante el ensayo. La muestra se corta en la compresión sin
drenaje a una velocidad constante de deformación axial (esfuerzo contro-
lado).
Este método de ensayo proporciona datos para determinar las propieda-
des de resistencia sin drenar y la relación esfuerzo-deformación de los
suelos. Este método de ensayo proporciona para la medición del total de
las tensiones aplicadas a la muestra, es decir, las tensiones no se corrigen
para la presión de agua de los poros.
La determinación de la resistencia a compresión simple de suelos cohesi-
vos está cubierto por la norma ASTM D 2166.
La determinación de la fuerza consolidada, sin drenaje de suelos cohesi-
vos con medición de la presión de poro está cubierto por la norma ASTM D
4767.
Los valores indicados en unidades SI deben ser considerados como el es-
tándar. Los valores indicados en unidades pulgada-libra y entre paréntesis
son aproximadas.
Esta norma no pretende considerar todos los problemas de seguridad, si
los hay, asociados con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer prácticas de seguridad y salud y determinar la aplicabili-dad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso.
4.2 Características
A este ensayo se lo denomina también ensayo rápido (Q) donde no se permi-
te en ningún momento el drenaje. La probeta no es consolidada, por lo tanto
no se disipa la presión de poros durante la aplicación de la presión isotrópica
de cámara s3 en la etapa de saturación.
Después de establecer la presión de confinamiento en la cámara, se conecta
la prensa para aplicar la carga axial, se deben tomar lecturas de los deformí-
metros de deformación y de carga a intervalos regulares, de este último hasta
que se produzca la falla o hasta que la deformación alcance un valor conside-
rable (aproximadamente 20%). El incremento del esfuerzo desviador es bas-
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tante rápido, lo que permite que no se disipe la presión de poros y los resul-
tados puedan solo expresarse en términos de esfuerzo total. La duración del
ensayo es de 10 a 15 minutos.
Este ensayo se usa para determinar el parámetro de resistencia no drenado
cu y es adecuado para arcillas saturadas. En condiciones no drenadas, los
suelos saturados presentan un esfuerzo de corte crítico que tiende a mante-
nerse constante para cualquier valor del esfuerzo normal. Un aumento en el
esfuerzo axial ocasiona un aumento semejante en la presión de poros, por lo
tanto el esfuerzo efectivo normal permanece constante. En una serie de en-
sayos no drenados efectuados bajo esfuerzos desviadores diferentes en pro-
betas saturadas con el mismo suelo, los círculos de esfuerzos de Mohr para
la combinación de esfuerzos de falla describirán la envolvente de falla no
drenada como se muestra en la Figura 6.53. La intersección de la envolvente
con el eje de corte define el valor de la cohesión no drenada del suelo (cu).
Este parámetro de resistencia del suelo aparentemente es constante. Sin
embargo, se deben notar dos condiciones importantes relacionadas con cual-
quier valor observado de cu. Primero el valor es relevante sólo para una ma-
sa de suelo sin drenado y segundo que el valor solo corresponde para un de-
terminado contenido de humedad y volumen específico, por lo que se obten-
drá un valor distinto para un diferente contenido de humedad y volumen es-
pecífico.
4.3 Significado y Uso En este método de ensayo, la resistencia a la compresión de un suelo es
determinado en función de la tensión total, por lo tanto, la fuerza resultante
depende de la presión desarrollada en el fluido de poro
durante la carga. En este método de ensayo, no se permite el flujo de flui-
do desde o hacia la muestra de suelo como se aplica la carga, por lo tanto,
la presión de poro resultante, y por lo tanto la fuerza, difiere de que se
desarrollaron en el caso en que se puede producir el drenaje.
Si las muestras de prueba están 100% saturados, la consolidación
no puede ocurrir cuando se aplica la presión de confinamiento ni durante
No se permite la porción de corte de la prueba desde el drenaje.
Por lo tanto, si varias muestras del mismo material se ponen a prueba,
y si todos ellos son aproximadamente el mismo contenido de agua y
relación de vacíos cuando se ponen a prueba, tendrán aproximadamente
la misma resistencia al corte sin drenaje. La envolvente de rotura de Mohr
por lo general será una línea recta horizontal en toda la gama
de las tensiones de confinamiento aplicadas a las muestras si los especí-
menes están totalmente saturados.
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Si las muestras de ensayo están parcialmente saturados o compactado,
donde el grado de saturación es menor que
100%, la consolidación puede ocurrir cuando la presión de confinamiento
es aplicado durante el corte, a pesar de que no está permitido el drenaje.
Por lo tanto, si varias muestras parcialmente saturados de la
mismo material se prueban a diferentes esfuerzos de confinamiento, que
no tendrá la misma resistencia al corte sin drenaje. Por lo tanto, la
envolvente de Mohr para triaxial no drenada no consolidada
pruebas en suelos parcialmente saturados generalmente es curva.
La fuerza triaxial no drenada no consolidada es aplicable
a las situaciones en las que se asumieron las cargas que tenga lugar de
manera rápidamente que no hay tiempo suficiente para el agua intersticial
inducida la presión se disipe y la consolidación que se produzca durante el
período de carga (es decir, el drenaje no se produce).
Las resistencias a la compresión se determinaron utilizando este procedi-
miento no puede aplicarse en los casos en que las condiciones de carga
en el campo diferir significativamente de los utilizados en este método de
ensayo.
4.4 Expresión grafica
Figura 6.53. Envolvente de falla no drenado resultante del triaxial UU.
Para poder dibujar el círculo de Mohr de esfuerzos es indispensable de-
terminar los esfuerzos principales σ1 y σ3. Durante el ensayo triaxial (UU),
se recolectan periódicamente valores de los deformímetros que controlan
el anillo de carga y la deformación de la probeta (DL). La deformación ver-
tical e, es calculada con la siguiente expresión:
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Dónde: 𝜀 = Deformación vertical del espécimen de suelo.
𝛥𝐿 = Deformación del espécimen registrado por el deformímetro.
𝐿𝑜 = Longitud inicial del espécimen de suelo.
La carga P que transmite el vástago a la probeta de suelo es el producto de la medida que registra el deformímetro ubicado en el anillo de carga multiplicado por el factor de calibración del anillo, es decir:
P = (Lectura del deformímetro)·(Factor de calibración del anillo). Durante la comprensión el área transversal del espécimen de suelo cambia
por lo cual debe ser corregida, se utiliza la siguiente expresión:
Dónde:
A = Área transversal corregida.
e = Deformación vertical del espécimen de suelo.
A0 = Área transversal inicial del espécimen de suelo
Figura 6.54. Deformación vertical en función al esfuerzo desviador en un ensayo triaxial
UU.
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El esfuerzo desviador sd, que actúa en el espécimen de suelo, será:
La Figura 6.54 muestra la variación de la deformación vertical e en función
al esfuerzo desviador, según al Tipo de suelo la curva presentará un valor
del esfuerzo desviador de falla (σd)f que será el valor pico (σd)p o el crítico
(σd)cr según al caso, donde cualquiera de estos podrá tomarse como el
instante de falla. Según la ecuación [6.28] el esfuerzo principal mayor σ1,
será:
El esfuerzo principal menor en la falla (s3)f, es la presión de registrada en
la cámara triaxial al momento de la falla. Teniendo los esfuerzos principa-
les se grafica el círculo de Mohr de esfuerzos. Aunque basta con obtener
un círculo de esfuerzo, es conveniente realizar diversos ensayos (como
mínimo 3) para trazar la envolvente de falla con la cual puede determinar-
se el parámetro de resistencia no drenado.
5. Diferencias 5.1 Entre los ensayos triaxial consolidado no drenado y consolidado dre-
nado.
Primeramente definiremos lo que se entiende por ensayos triaxiales
consolidados, en estos tipos de ensayo el espécimen se consolida primera-
mente bajo una presión de confinamiento, así el esfuerzo llega a ser efecti-
vo, es decir, la presión de cámara queda actuando sobre la fase sólida del
suelo.
En un ensayo C.U. (consolidado no drenado), la muestra es llevada a
la falla por rápido incremento de la carga axial, de manera que no exista
cambio de volumen. El hecho esencial de este tipo de ensayos es no permitir
ninguna consolidación durante el periodo de falla con la aplicación de la carga
axial, esto se logra fácilmente en una cámara de compresión Tria-
xial cerrando la válvula de salida de las piedras porosas de la bureta (válvula
que conecta el interior de la muestra de suelo con el exterior de la cámara de
compresión).
Se podría pensar que todo esfuerzo desviador fuera tomado por el
agua de los vacíos del suelo en forma de presión intersticial, ello no ocurre
así y se sabe que parte de esa presión axial es tomada por la parte sólida del
suelo, pero en una prueba de compresión Triaxial la muestra puede defor-
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marse lateralmente y, por lo tanto, su estructura toma esfuerzos cortantes
desde el principio.
En el ensayo C.D. (consolidado drenado), la diferencia esencial con respecto
al ensayo anterior corresponde al hecho de abrir la válvula de la bureta, esto con
el propósito de desalojar el agua contenida en los poros de la muestra de suelo
que se esta ensayando, además se cuenta el hecho de que las velocidades de
aplicación de la carga son mucho mas lentas que en el ensayo C.U.
Otra de las diferencias notables entre los dos ensayos, es que durante el en-
sayo C.D. se pueden medir las variaciones de volumen dentro de la muestra, es
decir, las variaciones de volumen que experimenta el índice de vacíos, esto se
debe a que el agua contenida en ellos comienza a salir lentamente, lo que permi-
te un reacomodo de las partículas sólidas del suelo.
5.2 entre los ensayos triaxial consolidado no drenado y consolidado dre-nado.
Básicamente se reduce a la diferencia entre esfuerzo total y efectiva.
En términos simplificados, resistencia al corte es proporcional a la tensión
efectiva (estrés no total). Estrés Superior efectiva producirá resistencia al corte
superior. En la prueba de CU está consolidando muestras a diferentes tensiones
efectivas por lo que la muestra consolidada a la tensión efectiva más alta le dará
una mayor resistencia al corte, y una línea trazada entre los círculos de Mohr le
dará un ángulo de fricción.
Con la prueba UU, sin consolidación está ocurriendo lo que no está aumen-
tando la tensión efectiva. El aumento de la tensión de confinamiento es tomada
por el agua en lugar de la tierra. Estás agregando tensión total en lugar de la ten-
sión efectiva, por lo que la resistencia al corte no aumenta con el aumento de lí-
mite de tensión.
Hay muchos matices pero esta es la idea básica.
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6. Ventajas, desventajas y limitaciones del ensayo triaxial a. Ventajas
i. La distribución de la tensión en el plano de falla es uniforme.
ii. La muestra es libre de fallar en el plano más débil
iii. Hay un control completo sobre el drenaje.
iv. Los cambios de presión de poro y los cambios volumétricos pueden medirse directamente.
v. El estado de esfuerzos en todas las etapas intermedias para la falla es conocida. El círculo de Mohr se puede extraer en cualquier etapa de corte
vi. Esta prueba es adecuada para el trabajo de investigación precisa y el aparato adaptable a las necesidades especiales, como prueba de la ex-tensión y ensayos para diferentes trayectorias de tensiones.
b. Desventajas
i. El aparato es complicado, voluminoso y costoso.
ii. La prueba de drenaje tiene lugar un período más largo en comparación
con una prueba de corte directo.
iii. No es posible determinar el área de la sección transversal de la muestra en tensiones más grandes, como la suposición de que la muestra per-manece cilíndrica no se sostiene bien.
iv. Las condiciones de deformación en la muestra no son uniformes debido
a la limitación por fricción producida por la tapa de carga y el disco pe-destal. Esto conduce a la formación de las zonas muertas en cada ex-tremo de la muestra.
v. La consolidación de la muestra en la prueba es isotrópica, mientras que
en el campo, la consolidación es generalmente anisotrópico.
c. Limitaciones
Algunas limitaciones de los ensayos de compresión Triaxial son:
En algunos casos de arcilla el tamaño de la muestra puede tener
importantes efectos sobre la resistencia medida.
Se deben confeccionar o tomar muestras de diámetros que repre-
senten adecuadamente grietas y discontinuidades en una muestra
de suelo.
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7. Procedimientos y cálculos
EQUIPO
Cámara triaxial
Máquina de compresión triaxial
Membrana de caucho
Molde metálico
Compresor de aire
Bomba de vacío
Balanza de precisión, aproximación 0,1 gr
Calibrador
Aro-sello de caucho
Tallador de muestras, cuchillas y sierras
Equipo para determinar el contenido de humedad
PROCEDIMIENTO a. El suelo a utilizarse se prefiere que sea inalterado, en cuyo caso se debe
tallar por lo menos tres especimenes cilíndricos, teniendo muy en cuenta su estratificación y evitando destruir la estructura original del suelo.
b. Si la muestra es alterada, se procede a preparar los especimenes compac-tándose la muestra con una determinada energía, de acuerdo con las con-diciones técnicas impartidas.
c. Las dimensiones de los especimenes dependen del tamaño de la máquina triaxial a emplearse; debiendo tomar en cuenta que la altura de la muestra debe ser el doble del diámetro, (Se toman las medidas de los especimenes preparados).
d. El momento de preparar los especimenes se debe tomar muestra para de-
terminar el contenido de humedad.
e. Pesamos el primer espécimen y lo colocamos en la base de la cámara triaxial, utilizando una piedra porosa entre la muestra y dicha base.
f. Colocamos la membrana de caucho en el espécimen, utilizando un aparato especial para ello.
g. Colocamos la cabeza de plástico usando una piedra porosa entre la cabe-za y el espécimen.
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h. Aseguramos la membrana con ligas tanto en la parte superior como en la inferior.En el caso de realizar en ensayo triaxial en un triaxial Soiltest, co-nectamos la cabeza de plástico en el tubo espiral que sale de la base y que se utiliza para el drenaje de la muestra.
i. Colocamos la cámara con su tapa, asegurándonos que estén bien coloca-
dos los empaques y seguidamente apretamos los tornillos que sujetan la cámara uniformemente.
j. Introducimos el pistón en el hueco de la cabeza de plástico.
k. Centramos el brazo de carga con el pistón y colocamos el dial de las de-formaciones en cero.Si la muestra no se encuentra saturada, será necesa-rio saturarla, salvo introducciones contrarias al respecto, para lo cual abri-mos las válvulas de saturación permitiendo que el agua fluya desde la ba-se a través de la muestra.
l. Aplicamos presión al tanque de almacenamiento de la glicerina o agua y
luego abrimos las válvulas que permiten el paso de la glicerina o agua a la cámara; la presión lateral introducida serán las indicadas anteriormente.
m. En estas condiciones aplicamos el tipo de triaxial solicitado; llegando en
cualquier caso a aplicar la carga hasta romper la muestra; anotándose las lecturas de las deformaciones axiales y de la carga aplicada.
n. Una vez terminado el ensayo se reduce la presión y se devuelve la gliceri-
na o agua al tanque de almacenamiento, se seca la cámara y luego a la muestra con mucho cuidado con el objeto de graficar la fractura y además determinar la humedad.
o. Todo este proceso lo repetimos con los demás especimenes, utilizando
presiones laterals diferentes.
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EJEMPLO DE CALCULO
Con los siguientes datos obtenidos en un ensayo triaxial se pide calcular el ángulo de rozamiento
interno y la cohesión del suelo.
PRIMER ENSAYO
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SEGUNDO ENSAYO
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TERCER ENSAYO
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TERCER ENSAYO
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Con los datos de Esfuerzo Desviador y Deformación Unitaria, se procede a
trazar la curva Esfuerzo vs. Deformación para cada probeta, como se mues-
tra a continuación:
Entonces se obtiene el valor del Esfuerzo Máximo de Rotura, que nos permiti-
rá graficar los Círculos de Morh para cada probeta y determinar υ y c como
se muestra a continuación:
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Finalmente se muestran una tabla que contiene los datos de c y 𝜑 y además el resto de valores de-
ducidos del gráfico como son el Esfuerzo Normal y el Esfuerzo Tangencial:
8. Interpretación de datos
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4.1 APLICACIONES: EN FUNDACIONES
Para fundaciones colocadas en terrenos arcillosos, la condición inmediatamente
después de completar la construcción, es casi siempre la más crítica. Esto es
porque la carga completa es aplicada al terreno y éste no ha tenido tiempo para
ganar la resistencia adicional por consolidación. Por estas condiciones la resis-
tencia al corte es determinada por pruebas al corte Triaxial. Para pequeños pro-
yectos sobre los cuales el gasto de un programa de ensayos no se justifica, la
capacidad de carga en suelos de arcilla saturada se puede calcular con el ensa-
yo C.N.C.
ESTABILLIDAD EN TALUDES:
En cualquier caso de construcción de taludes, sean estos hechos por la mano
del hombre o formados naturalmente en faldas de montaña o bordes de río, se
tiene por resultado componentes gravitacionales del peso que tienden a movili-
zar el suelo desde un nivel mas alto hasta uno mas bajo. La filtración puede ser
una causa muy importante para movilizar el suelo cuando el agua esta presente,
estas fuerzas variantes producen esfuerzos cortantes en la masa del suelo, y
ocurrirá movimiento, a menos que la resistencia al corte sobre cada posible
superficie de falla a través de la masa sea mayor que el esfuerzo actuante.
EMPUJES:
Al proyectarse estructuras de sostenimiento, debe asegurarse solamente que no
solo se produzca el colapso o falla. Desplazamientos de varios centímetros no
suelen tener importancia, siempre que se asegure que no se producirán repenti-
namente desplazamientos mas grandes. Por ello el método para el proyecto de
estructuras de retención suele consistir en estudiar las condiciones que existirán
en una condición de falla, introduciendo factores de seguridad convenientes, pa-
ra evitar el colapso.
Una solución completa y exacta para un caso activo o pasivo de equilibrio limite,
debe cumplir las siguientes condiciones:
Cada punto del terreno debe estar en equilibrio.
La condición de falla Mohr - Coulomb debe cumplirse en todos los pun-
tos. Los esfuerzos al interior de la masa deben estar en equilibrio con los ex-
teriores.
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