XERO_CID. - U

En este laboratorio se ensayaron dos muestras de suelo (arcilla), ambas con una densidad
relativa del 70%, uno con presión de confinamiento de 1 [Kg/cm2] y el otro con una presión de
confinamiento de 2 [Kg/cm2]. Así se podrá obtener las variaciones que sufren dichas muestras al
ser ensayadas. En particular se observará la variación de los parámetros que definen el
comportamiento del suelo, así como también la variación que tiene la trayectoria de tensiones
para llegar a la falla en función de la presión de confinamiento, las diferencias que se producen al
ensayar suelos sueltos o densos y también la variación del volumen y deformaciones unitarias para
cada caso antes mencionado. Al obtener estas diferencias se podrá saber las ventajas y
desventajas del ensayo, como también para qué tipo de construcciones es útil realizar el mismo.
Resultados.
Los datos generales de las dos probetas ensayadas son:
Tabla N°1 Datos generales probeta 1.
Presión de confinamiento [Kg/cm2}]
2
Densidad Relativa
[%]
70
Diámetro medio probeta
Altura media
Peso
Área
[cm]
[cm]
[g]
[cm2]
5,04
10
329,04
19,95
Tabla N°2 Datos generales probeta 2.
Presión de confinamiento [Kg/cm2}]
1
Densidad Relativa
[%]
70
Diámetro medio probeta
Altura media
Peso
Área
[cm]
[cm]
[g]
[cm2]
5,04
10
305,37
19,95
Los datos utilizados para el ensayo en cada probeta fueron:
Tabla N°3 Datos utilizados para la probeta 1.
BP
P. Cam
3
P.de Poros
+3
[kg/cm2] [kg/cm2] [kg/cm2]
2
2,1
4
u
[kg/cm2]
2
u+u
3
u
B=u/3


[kg/cm2] [kg/cm2] [kg/cm2]
3,87
1,9
1,87
0,98
Tabla N°4 Datos utilizados para la probeta 2.
BP
P. Cam
3
P.de Poros
+3
[kg/cm2] [kg/cm2] [kg/cm2]
1
1,1
2
u
[kg/cm2]
1
u+u
3
u
[kg/cm2] [kg/cm2] [kg/cm2] B=u/3
1,9
0,9
0,9
100,00
Del laboratorio se obtuvieron los siguientes resultados para cada probeta:
Tabla N°5 Resultados obtenidos para la probeta 1.
Deformación Def. unitaria ∆Volumen Vol. corregido Área corregida Tensión
q
p
[cm3]
[%]
[cm3]
[cm2]
[Kgf/cm2]
[mm]
0
0
0
199,50
19,95
0,000
-1,050 1,400
-0,2
0,1
0,001
203,70
19,97
1,071
-0,515 1,757
-0,3
0,2
0,002
205,90
19,99
1,426
-0,337 1,875
-0,35
0,3
0,003
207,11
20,01
1,730
-0,185 1,977
-0,4
0,4
0,004
208,32
20,03
1,982
-0,059 2,061
-0,45
0,5
0,005
209,53
20,05
2,234
0,067 2,145
-0,5
0,6
0,006
210,74
20,07
2,460
0,180 2,220
-0,6
0,7
0,007
212,96
20,09
2,661
0,280 2,287
-0,65
0,8
0,008
214,18
20,11
2,860
0,380 2,353
-0,7
0,9
0,009
215,41
20,13
3,035
0,467 2,412
-0,7
1
0,01
215,63
20,15
3,183
0,542 2,461
-0,75
1,5
0,015
217,73
20,25
3,820
0,860 2,673
-0,75
2
0,02
218,84
20,36
4,251
1,076 2,817
-0,6
2,5
0,025
216,90
20,46
4,578
1,239 2,926
-0,5
3
0,03
215,96
20,57
4,802
1,351 3,001
-0,3
3,5
0,035
212,94
20,67
4,974
1,437 3,058
-0,15
4
0,04
210,93
20,78
5,071
1,485 3,090
0,1
4,5
0,045
206,82
20,89
5,142
1,521 3,114
0,3
5
0,05
203,70
21,00
5,212
1,556 3,137
0,7
6
0,06
197,38
21,22
5,301
1,600 3,167
1,2
7
0,07
188,78
21,45
5,339
1,620 3,180
1,65
8
0,08
181,07
21,69
5,329
1,615 3,176
2,15
9
0,09
172,10
21,92
5,271
1,586 3,157
2,6
10
0,1
164,04
22,17
5,190
1,545 3,130
3
11
0,11
156,91
22,42
5,110
1,505 3,103
3,4
12
0,12
149,63
22,67
5,052
1,476 3,084
3,8
13
0,13
142,18
22,93
4,951
1,425 3,050
4,1
14
0,14
136,87
23,20
4,828
1,364 3,009
4,35
15
0,15
132,61
23,47
4,728
1,314 2,976
4,6
16
0,16
128,25
23,75
4,608
1,254 2,936
4,8
17
0,17
124,99
24,04
4,490
1,195 2,897
5
18
0,18
121,65
24,33
4,394
1,147 2,865
5,2
19
0,19
118,22
24,63
4,278
1,089 2,826
5,3
20
0,2
117,21
24,94
4,205
1,053 2,802
5,3
21
0,21
118,69
25,25
4,153
1,026 2,784
Tabla N°6 Resultados obtenidos para la probeta 2.
Deformación
[mm]
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
∆Volumen Vol. corregido Área corregida Tensión
q
p
[cm3]
[cm3]
[cm2]
[Kgf/cm2]
0
199,50
19,95
0,000
-0,550 0,733
-0,1
201,70
19,97
1,561
0,231 1,254
-0,2
203,90
19,99
1,918
0,409 1,373
-0,25
205,11
20,01
2,242
0,571 1,481
-0,35
207,32
20,03
2,467
0,684 1,556
-0,4
208,53
20,05
2,641
0,771 1,614
-0,4
208,74
20,07
2,870
0,885 1,690
-0,4
208,95
20,09
3,020
0,960 1,740
-0,4
209,16
20,11
3,156
1,028 1,785
-0,4
209,37
20,13
3,287
1,093 1,829
-0,4
209,58
20,15
3,381
1,140 1,860
-0,2
206,59
20,25
3,736
1,318 1,979
0,1
201,54
20,36
3,918
1,409 2,039
0,5
194,39
20,46
4,030
1,465 2,077
0,85
188,19
20,57
4,086
1,493 2,095
1,2
181,93
20,67
4,123
1,512 2,108
1,6
174,57
20,78
4,124
1,512 2,108
2
167,12
20,89
4,107
1,504 2,102
2,35
160,65
21,00
4,104
1,502 2,101
3,1
146,44
21,22
4,065
1,482 2,088
3,75
134,08
21,45
4,013
1,456 2,071
4,35
122,52
21,69
3,965
1,433 2,055
4,9
111,81
21,92
3,897
1,398 2,032
5,5
99,75
22,17
3,816
1,358 2,005
5,9
91,91
22,42
3,741
1,320 1,980
6,4
81,62
22,67
3,670
1,285 1,957
6,7
75,67
22,93
3,584
1,242 1,928
7
69,59
23,20
3,494
1,197 1,898
7,3
63,37
23,47
3,414
1,157 1,871
7,4
61,75
23,75
3,370
1,135 1,857
7,5
60,09
24,04
3,295
1,097 1,832
7,65
57,17
24,33
3,156
1,028 1,785
7,7
56,65
24,63
3,038
0,969 1,746
7,7
57,36
24,94
3,000
0,950 1,733
Def. unitaria
[%]
0
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0,008
0,009
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,11
0,12
0,13
0,14
0,15
0,16
0,17
0,18
0,19
0,2
Estos datos se obtuvieron con las formulas que siguen, además los datos de deformación,
carga y tensión se hicieron partir de cero. Los datos en “bruto” del experimento se muestran en
los anexos.

Para el cálculo de los parámetros p y q se usó las siguientes expresiones:
P=
𝜎1 +2∗𝜎3
2
(1)
𝜎1 −𝜎3
2
(2)
Q=
Con: 𝜎1 : Tensión aplicada
𝜎3 : Presión de cámara

Para el cálculo de la tensión se usó:
𝜎=
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎
𝐴𝑐
(3)
Con:
𝜎: Tensión
𝐴𝑐 : Área corregida
𝐴𝑐 =
Con:
𝐴𝑟𝑒𝑎𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
1−𝜀
(4)
Dónde: 𝜀 ∶Deformación unitaria
La deformación unitaria se obtiene de:
𝜀=
𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎
𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑎𝑙
(5)
Con los datos obtenidos de las tablas N° 5 y N°6 se obtienen los siguientes gráficos.
Gráfico N° 1: Diagrama q-p para ambas probetas.
Diagrama p-q
2
q [Kgf/cm2]
1.5
1
0.5
Probeta
N°1
0
-0.5
0
1
2
-1
-1.5
p [Kgf/cm2]
3
4
Así, a partir del gráfico anterior se puede obtener la línea de estado último:
Gráfico N° 2: Obtención Línea de estado último.
De los gráficos anteriores se observa que para los suelos ensayados, la probeta N°1 falla a
un q= 1,62 [Kgf/cm2] y la probeta N°2 a un q= 1,512 [Kgf/cm2].
Gráfico N° 3: Tensión normal versus Deformación unitaria.
Tensión v/s Def. Unitaria.
Tensión [Kgf/cm2]
6
5
4
3
Probeta N°1
2
Probeta N°2
1
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Deformación Unitaria [%]
Del gráfico anterior se observa la deformación máxima alcanzada por el suelo de la
probeta N°1 es cercana a 0,22. Así mismo se observa para el suelo de la probeta N°2 tiene una
deformación igual a 0,2.
Gráfico N° 4: Cambio volumétrico versus Deformación unitaria.
Cambio volumétrico - Def. Unitaria.
Cambio Volumétrico [cm3]
10
8
6
Probeta N°1
4
Probeta N°2
2
0
-2
0
0.05
0.1
0.15
Def. Unitaria [%]
0.2
0.25
Comentarios y Conclusiones.
De los ensayos realizados se obtuvo gráficos que dan cuenta de distinta forma del
comportamiento de los suelos ensayados. Del gráfico q-p se observa la trayectoria de tensiones
hasta llegar a la falla para ambas muestras, así como también la obtención de la línea de estado
último (LEU). Ambos suelos parten desde una tensión de cámara pero se observa que tienen
prácticamente las mismas tensiones de falla (1,62 [Kgf/cm2] y 1,512 [Kgf/cm2] para suelo suelto,
probeta N°1 y N°2 respectivamente), lo cual no resulta para nada extraño ya que ambas muestras
son del mismo suelo y tienen la misma densidad relativa. Esta pequeña diferencia se debe a la
dependencia exclusiva del confinamiento. La muestra de la probeta N°1 se encuentra con un
confinamiento mayor por lo cual se obtiene, para esta muestra, una resistencia mayor.
También se observa del gráfico tensión-deformación la forma que tiene dicho gráfico. Se
observa la tendencia de llegar a una resistencia residual para ambas probetasra el suelo más
suelto (cercana a 8,4 [kgf/cm^2]), así como la tendencia del suelo denso de pasar por una
resistencia peak (cercana a 3,3 [kgf/cm^2]) antes de llegar a su resistencia residual (igual a 2,5
[kgf/cm^2]). Si ambos suelos se hubiesen ensayado con igual presión de confinamiento se hubiese
obtenido que ambos suelos lleguen a una misma tensión residual, lo cual no se obtiene por las
razones antes planteadas.
Se puede ver también la diferencia en el ángulo de fricción del suelo que se obtiene lo cual
es atribuible a la diferencia de densidades que poseen las muestras. Otra clara muestra de la
diferencia de densidades se puede observar también en el gráfico cambio volumétricodeformación unitaria, desde el cual se puede apreciar a simple vista que el suelo mas suelto es el
que posee un mayor cambio de volumen a medida que se deforma llegando a un volumen de
deformación cercano a 4 [cm^3], obteniéndose un caso opuesto (menor cambio volumétrico en
función de las deformaciones) para el suelo más denso, obteniendo este último una variación de
volumen máxima igual a 0,4 [cm^3].
Especial énfasis se debe poner al momento de llegar a la falla. De la tabla de valores es
posible observar que la carga aplicada a la muestra de suelo suelta (DR=40%) sigue aumentando
(aunque en pequeñas proporciones), siendo que se esperaba que al momento de llegar a la falla
esta se mantuviese constante. Lo anterior puede atribuirse a la imperfección que posee la
realización de los ensayos, como también a la existencia de la membrana ya que podría existir el
caso que el suelo haya dejado de tomar carga pero esta sea tomado por la membrana que cubre la
probeta ensayada.
De la realización del ensayo triaxial para la obtención de parámetros importantes del suelo
es importante rescatar la obtención de la tensión de falla, pero principalmente la obtención de las
trayectorias de tensiones las cuales no se podían obtener con los ensayos realizados en las
sesiones anteriores (ensayo corte simple y ensayo compresión no confinada).
La realización de este ensayo no sería de mucha utilidad si es que se tratase de suelos granulares
como arenas, ya que estos no poseen la capacidad de adherirse para formar probetas como las
formadas para este ensayo. Así mismo, es importante destacar que este ensayo no permite la
obtención de la tensión de corte de falla. Si bien se conoce la relación existente entre los gráficos
tensión de corte-tensión normal y p-q, así como la relación entre el valor del ángulo alfa y el
mismo de fricción del suelo, fi, es posible entonces conocer dicho parámetro. Además es conocida
la tensión normal de falla. Sin embargo como el ensayo es a base de suelos finos no es posible
conocer entonces conocer la expresión para el cálculo de la tensión de corte debido a que no es
conocida la cohesión del suelo.
A pesar de lo anterior, se podría encontrar la tensión de corte máxima con la ayuda del
círculo de Mohr.
Mirando lo netamente relacionado con resultados, cabe destacar la confirmación de la
menor resistencia de suelos con menor presión de confinamiento (presión de cámara) en
comparación con muestras sometidas a una presión de cámara mayor para muestras iguales de
suelo inalteradas. Esto último se menciona de forma casi simbólica ya que es sabido que es
complicado (casi imposible) obtener muestras de suelo inalteradas desde el estado natural a
laboratorio.