1.

INTRODUCCION:

El ensayo de compresión triaxial o también llamada triaxial de corte, consiste en la

aplicación de esfuerzos verticales y horizontales a una muestra de suelo; a través del
esfuerzo desviador y la presión de confinamiento. Esto se realiza gracias a la cámara
de confinamiento, la cual mantiene la celda triaxial llena de agua, además de una
presión de pistón la cual aplica una carga a la muestra hasta que esta falle.

Este ensayo es importante; ya que en obras se va a requerir aquella resistencia del

suelo para saber si es capaz de soportar diversas cargas de estructuras como: carga
de cimentaciones superficiales, la estabilidad de taludes naturales o de origen humano
o de carga de pilotes y pozos perforados, etc. Y a partir de dichos parámetros diseñar
mi estructura. No obstante; se presentarían fallas por deslizamiento superficial y/o
fallas por falta de capacidad de carga en el terreno.

El principal objetivo de este ensayo es obtener los parámetros de resistencia cortante

y la relación esfuerzo- deformación, a través de la determinación del esfuerzo de corte
del suelo. Se debe realizar por lo menos tres ensayos para obtener las circunferencias
de Mohr que van a representar los esfuerzos de falla de cada muestra y mediante una
envolvente tangente a los 3 círculos (“envolvente de falla de Mohr- Coulomb”) obtener
los esfuerzos de falla axial y cortante del suelo; además del ángulo de fricción interna
y cohesión del suelo.

El ensayo de compresión triaxial tiene 3 tipos según el control de drenaje; tanto el

ensayo triaxial consolidado drenado (CD), donde se consolida en primer lugar bajo
una presión de confinamiento, de esta forma llegar al estado efectivo; su principal
ventaja es que permite determinar la deformación volumétrica dentro de la muestra.
El ensayo triaxial consolidado no drenado (CU), es tipo más común ya que es más
rápido y te permite hallar la presión de poros útil para saber el comportamiento del
suelo cuando se satura. Por último el ensayo triaxial no consolidado no drenado (UU);
es el ensayo más rápido y su uso es para suelos cohesivos (“arcillas”); su principal
desventaja es no obtener el esfuerzo efectivo del suelo.

2. REVISION BIBLIOGRAFICA:
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2.1. Implicancias de la Ley de Mohr-Coulomb

Esta teoría sostiene que un material falla debido a una combinación crítica de esfuerzo
normal y esfuerzo cortante, y no de cualquier esfuerzo máximo normal o cortante solo.
Por lo tanto la relación funcional entre el esfuerzo normal y el esfuerzo cortante en un
plano de falla se expresa.

τ=f(θ)

La envolvente de falla definida por la anterior ecuación es una curva. Para la mayoría
de los problemas de mecánica de suelos, es suficiente para aproximarse al esfuerzo
cortante sobre el plano de falla como una función lineal del esfuerzo normal mediante
un ajuste de mínimos cuadrados para que tenga esta tendencia lineal. Esta relación
puede escribirse como

τ = c + σ n * Tan (φ)

La ecuación anterior se denomina criterio de falla de Mohr Coulomb. En el suelo

saturado, el esfuerzo normal total en un punto es la suma del esfuerzo efectivo y la
presión de poros.

σ =σ ´+u

El esfuerzo efectivo σ ´lo realizan los sólidos de suelo. Por lo tanto, para aplicar la
ecuación a la mecánica de suelos, es necesario reescribirla como

τf = c´ + (σ-u) Tan ( φ ) = c´+ σ ´ Tan ( φ )

Es por ello que la importancia de la envolvente de falla se puede explicar de la

siguiente manera: si el esfuerzo normal y el esfuerzo cortante sobre un plano en una
masa de suelo son tales que se grafican como en el punto A la falla se produce a lo
largo de ese plano, en un estado estable. Si el esfuerzo normal y el esfuerzo cortante
sobre el plano se grafican como en el punto B significa que la falla se producirá a lo
largo de ese plano, encontrándose el suelo en un estado crítico o de falla. Un estado
de esfuerzo sobre un plano representado por el punto C no puede existir porque su
gráfica está por encima de la envolvente de falla, y la falla de corte en un terreno se
había producido ya, este estado de falla es imposible. Los puntos mencionados están
en la figura 2.1.

2
 Figura 2.1 - criterio de falla
El valor de c (cohesión) para la arena y limo inorgánico es igual a cero. Para arcillas
normalmente consolidadas, c´ se puede aproximar a 0. Las arcillas sobreconsolidadas
tienen valores de c´ mayores que 0. El ángulo de fricción φ´, se refiere a veces como
el ángulo de fricción drenado.

Para las arcillas normalmente consolidadas, el ángulo de fricción φ´ varía

generalmente entre 20 y 30. Para arcillas sobreconsolidadas no cementadas, con una
presión de pre consolidación aproximadamente menor a 1000 kg/m2, la magnitud de
c´ está en el intervalo de 5 a 15 kN/m2

2.2. Inclinación del plano de falla causado por cortante:

Como lo establecen los criterios de falla de Mohr coulomb, la falla por cortante se
producirá cuando el esfuerzo cortante de un plano alcance el valor dado de la ecuación
( τf = c´ + (σ-u) Tan ( φ ) = c´+ σ ´ Tan ( φ ) ) . Para determinar la inclinación del plano
de falla respecto al plano principal mayor, consulte la figura 2.2 donde σ1 y σ3 los
esfuerzos eficaces principales mayor y menor. El plano de falla EF forma un ángulo θ
con el plano principal mayor. Para determinar el ángulo σ y la relación entre σ´1 y σ´3,
que es una representación del círculo de mohr para el estado de esfuerzo. En la figura
2.2 fgh es la envolvente de falla definida por la relación τ = c + σ n * Tg ( φ ). La línea
radial ab define el plano principal mayor y la línea radial define el plano de falla. Se
puede demostrar <bad= 2θ= 90 + φ o

θ= 45 + φ´/2

3
 Figura 2.2 - inclinación del plano de falla

2.3. Ensayo triaxial consolidada drenada:

La muestra se debe someter primero a una presión de confinamiento envolvente σ3,

por la compresión del fluido de la cámara. A medida que se aplica presión de
confinamiento, la presión de agua intersticial de la muestra aumenta por µc.

Cuando la conexión al drenaje se mantiene abierta por el exceso de presión de agua

intersticial se disipa, y por lo tanto se va a producir la consolidación. Con el tiempo, µc
será igual a 0. En el suelo saturado el cambio en el volumen de la muestra (V c) que
tiene lugar durante la consolidación se puede obtener a partir del volumen drenado de
agua intersticial a un ritmo muy lento. La conexión de drenaje se mantiene abierta y
lenta a la aplicación de esfuerzo desviador permite la disipación completa de cualquier
presión de agua intersticial que haya desarrollado.

El cambio de volumen de las muestras que se produce debido a la aplicación de

esfuerzo desviador en distintos tipos de suelo

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2.4. Ensayo triaxial consolidada no drenada:

En esta prueba la muestra de suelo saturado primero es consolidada por una presión
envolvente σ3 del fluido en la cámara, que resulta en drenaje. Después de que la
presión de poro generada por la aplicación de la presión de confinamiento se disipa
completamente se incrementa el esfuerzo desviador; en la muestra para provocar falla
de corte. Durante esta fase de la prueba la línea de drenaje de la muestra se mantiene
cerrada. Dado que no se permite el drenaje, la presión de poro, se incrementara.
Durante la prueba se hacen mediciones Δσd y Δµd.

A diferencia de la prueba con consolidación y drenaje, Los esfuerzos principales

totales y efectivos no son los mismos en la prueba consolidada-no drenada.

Para determinar los parámetros de resistencia cortante se pueden hacer en varias

muestras similares con diferentes presiones de confinamiento.

2.5. Ensayo no consolidada-no drenada:

Durante la aplicación de la presión de cámara σ3, no está permitido el drenaje de la

muestra de suelo. La muestra de prueba se corta para que falle por aplicación del
esfuerzo desviador, sin que permita el drenaje. Dado que el drenaje no está
permitido en ningún momento, la prueba puede realizarse con mayor rapidez.
Debido a la aplicación de la presión de confinamiento de la cámara, la presión de
agua intersticial en la muestra de suelo se incrementara en µc. Habrá un aumento
adicional de la presión de agua intersticial, debido a la aplicación del esfuerzo
desviador. Por lo tanto, la presión total del agua intersticial en la muestra, en
cualquier etapa de aplicación de esfuerzo desviador, se puede quedar como:

µ = µc + Δµd

Por lo general la prueba consolidada-no drenada se lleva a cabo en muestras de arcilla

y depende de un concepto de resistencia muy importante para suelos cohesivos
saturados. El esfuerzo axial adicional de falla es prácticamente el mismo,
independientemente de la presión de confinamiento de la cámara. Este resultado se
muestra en la (Figura 2.3). La envolvente de falla para los círculos de Mohr del

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esfuerzo total se convierte en una recta horizontal y por lo tanto se denomina condición
φ =0

Figura 2.3 – Envolvente de falla total y efectiva

La razón para la obtención del mismo esfuerzo axial añadido, independientemente de

la presión de confinamiento, es la siguiente: si la muestra de arcilla se consolida a una
presión σ3 y luego se corta para que la falla no permita drenaje, entonces las
condiciones de esfuerzo total en la falla pueden ser representadas por el cirulo P de
Morh en la (Figura 2.3).

La presión de poro desarrollada en la muestra de falla es igual (Δµd )f. Por lo tanto,
los esfuerzos principales efectivos mayor y menor en la falla son

σ´1 = (σ3 + (Δ σ d )f) - (Δµd )f = σ1 - (Δµd )f

σ´3 = σ3 – (Δµd )f

Q es el círculo de Mohr del esfuerzo efectivo dibujado con los esfuerzos principales
precedentes. Observe que los diámetros de los círculos P y Q son los mismos. Por lo
tanto el circulo de Mohr efectivo seguirá siendo Q debido a la resistencia es una
función del esfuerzo efectivo

3. MATERIALES

 Vernier: Nos permite medir las dimensiones de la muestra de suelo.

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 Figura 3.1 - Vernier para medición de dimensiones

 Dispositivo de carga axial: Un gato de tornillo accionado por un motor

eléctrico. Las cargas se aplican siempre desde el exterior y se transmiten al
espécimen por medio de un vástago. La fricción que actué por el vástago
puede llegar a ser de importancia, por lo que es conveniente medir las cargas
dentro de la cámara; sin embargo hay cámaras con un usual diseño a base
de cojinetes con bolas que reducen la fricción del vástago y permiten que la
carga que actúa sobre la muestra y se transmita casi en su totalidad.

Figura 3.2 – Dispositivo de carga axial

 Cámara de compresión triaxial: Elaborada por un cilindro de lucita, de 10 cm

de diámetro exterior un espesor de 6 mm; su base está constituido de dos

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 placas redondas de acero, selladas perfectamente al cilindro de lucita por
medio de hule. Este cilindro tiene un soporte de 1700 kpa. Su principal
función es contener la muestra y el fluido de confinamiento durante el ensayo.
La tapa de la cámara es impermeable, además por norma debe ejercer una
presión menor a 1 kpa que genera carga axial y distorsionaría los cálculos.

 La válvula de purga: Es el dispositivo encargado en el drenaje del ensayo;

esta válvula nos permite realizas los otros tipos de ensayo según control de
drenaje, como el no consolidado no drenado. Se encuentra en la parte
superior de la cámara de presión.

Figura 3.3 – Cámara de presión y la válvula de purga

 Dispositivo de medición de carga axial: Consiste en un anillo de carga capaz

de medir la aproximación de 1.1 N o valores de 1% de la carga anticipada,
cuando se aplique un anillo de carga, se encontrara montado en la parte
exterior de la cámara de presión. También se puede utilizar una celda
electrónica para medir las cargas axiales aplicadas a la muestra. Dicha celda
se deberá colocar en el interior de la cámara triaxial, se necesitara de los
siguientes aparatos. Amplificador, fuente de potencia, puente de balanceo y
voltímetro.

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 Figura 3.4 – Dispositivo de medición de carga axial

 Dispositivo de desaireación de agua: Mediante el uso de una compresora

retirar el aire del agua que se va a usar para la presión de confinamiento.

Figura 3.5 – dispositivo de control de presión

 Pistón de carga: Adherido a la tapa y se une a la villa que tiene el anillo de

carga; con la función de evitar el momento de carga axial

Figura 3.6 – pistón de carga en la cámara de presión

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 Deformímetro vertical: Función de medir las deformaciones verticales de la
muestra 1div = 0.01 mm.

Figura 3.7 – Deformímetro para Lvi

 Bomba de vacío: Se utilizara para la preparación de la muestra, se usa para

moldear la muestra.

Figura 3.8 – bomba de vacío

 Membrana de jebe: No tiene el mismo diámetro que la muestra (espesor

de 3mm); el diámetro es de 90 a 95 % del diámetro de la muestra; por lo
que se debe soldar con los anillos de jebe para evitar que ingrese aire a la
membrana.

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 Figura 3.9 – Membrana de jebe

 Piedras porosas: Encargada para evitar la filtración de agua sobre la

cámara.

Figura 3.10 – Piedras porosas

 Papel filtro

Figura 3.11 – papel filtro para ensayo triaxial CD

4. METODOLOGIA DEL ENSAYO

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4.1. Preparación de la muestra:

 En este ensayo trabajamos con una muestra ya preparada

.
 Procedimos a tomar las dimensiones de la muestra de suelo (altura,
diámetro) y pesar la muestra húmeda para obtener su contenido de
humedad.

 Se debe de recordar que las dimensiones de la muestra de suelo, van a

depender de la forma de la cámara del equipo triaxial. Para este ensayo se
trabajó con una muestra de suelo sometida a una presión de confinamiento
de 15 kPa.

 Se deben de preparar 3 muestras como mínimo para que se puedo obtener

los parámetros de resistencia del suelo.

4.2. Procedimiento del ensayo:

 Mediante el uso de una bomba de vacío se retira el contenido de aire del

agua que se usara en la celda triaxial para la presión de confinamiento.

 Se coloca la membrana de jebe en un molde con el fin de retirar los vacíos

que se pudiesen generar si le coloco la membrana de jebe directamente a
la muestra de suelo, esto debido a que dicha membrana de jebe es de 90 a
95% del diámetro de la muestra.

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 Después de esto procedemos a colocarle las piedras porosas debajo y
encima de la muestra de suelo, la cual ya se debe encontrar sobre la base
de la celda triaxial, también se colocara el papel filtro encima de la muestra.
No se debe olvidar de colocarle los anillos de jebe con la membrana, con la
finalidad de que la muestra quede sellada.

 Luego se procede a ensamblar los demás componentes de la celda triaxial,

colocando finalmente la celda triaxial y asegurando que los tornillos estén
bien ajustados para que no se escape el agua de la celda.

 De este modo se procede a llevar la celda ya ensamblada para montarla al

equipo de corte triaxial, primero colocando el pistón de carga dentro de la
cámara de confinamiento, hasta que esta quede encajada dentro de la
celda.

 Luego en función de qué tipo de ensayo triaxial según el control de drenaje

que se esté realizando se procede a llenar la celda con el agua desairada,
esta saturación debe ser lenta. Mediante el equipo de control presión le
aplicamos la presión de confinamiento deseada. En caso que estemos
frente a un ensayo consolidado-drenado (CU) se deberá de abrir la válvula
de purga y permitir el drenado.

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 Iniciado el ensayo, se deberá de programar la velocidad de la carga axial
que para este ensayo fue de 0.5 mm/min. Se debe colocar en 0 la medición
de las deformaciones, para que iniciado el ensayo se empiece a anotar las
deformaciones verticales. El ensayo concluye cuando la muestra de suelo
halla fallado.

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