METODOS PARA LA COMPRESION TRIAXIAL DE SUELOS
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COMPRESIÓN TRIAXIAL DE SUELOS COHESIVOS. ASTM D4767-20
1. Alcance y campo de aplicación
1.1 Este método de ensayo abarca la determinación de las relaciones resistencia y tensión-deformación unitaria de una muestra cilíndrica de un suelo cohesivo saturado intacto, reconstituido o remoldeado. Los especímenes se consolidan isotrópicamente y se cizallan en compresión sin drenaje a una velocidad constante de deformación axial (controlada por deformación).
1.2 Este método de ensayo prevé el cálculo de tensiones totales y efectivas, y la compresión axial mediante la medición de la carga axial, la deformación axial y la presión de poro-agua.
1.3 Este método de prueba proporciona datos útiles para determinar las propiedades de resistencia y deformación de suelos cohesivos como las envolventes de resistencia Mohr y el módulo de Young. Generalmente, tres especímenes se prueban con diferentes tensiones de consolidación efectivas para definir una envolvente de resistencia.
1.4 La determinación de los sobres de resistencia y el desarrollo de relaciones para ayudar a interpretar y evaluar los resultados de las pruebas están fuera del alcance de este método de ensayo y deben ser realizadas por un profesional cualificado y experimentado.
1.5 Todos los valores observados y calculados se ajustarán a las directrices para dígitos significativos y redondeo establecidos en la Práctica D6026.
1.5.1 Los métodos utilizados para especificar cómo se recopilan, calculan o registran los datos en esta norma se consideran el estándar de la industria. Además, son representativos de los dígitos significativos que generalmente deben conservarse. Los procedimientos utilizados no tienen en cuenta la variación material, la finalidad de la obtención de los datos, los estudios de propósito especial o cualquier consideración del uso final. Está fuera del alcance de este método de prueba considerar dígitos significativos utilizados en los métodos de análisis para el diseño de ingeniería.
1.6Unidades:los valores indicados en las unidades SI deben considerarse estándar. Los valores dados entre paréntesis se proporcionan únicamente para información y no se consideran estándar. La notificación de los resultados de los ensayos en unidades distintas de SI no se considerará inconformidad con este método de ensayo.
1.6.1 El sistema gravitacional de las unidades de pulgada-libra se utiliza cuando se trata de unidades de pulgada-libra. En este sistema, la libra (lbf) representa una unidad de fuerza (peso), mientras que la unidad de masa es. No se proporciona la unidad de, a menos que se trate de cálculos dinámicos (F – ma).
1.6.2 Es una práctica común en la profesión de ingeniería/construcción utilizar simultáneamente libras para representar tanto una unidad de masa (lbm) como de fuerza (lbf). Esto combina implícitamente dos sistemas separados de unidades; es decir, el sistema absoluto y el sistema gravitacional. Es científicamente indeseable combinar el uso de dos conjuntos separados de unidades de pulgada-libra dentro de un solo estándar. Como se ha indicado, este estándar incluye el sistema gravitacional de unidades de pulgada-libra y no utiliza/presenta la unidad de para la masa. Sin embargo, el uso de balanzas o básculas que registran libras de masa (lbm) o la densidad de registro en lb/pie3 no se considerará que no es conforme con esta norma.
1.6.3 Los términos densidad y peso unitario se utilizan a menudo indistintamente. La densidad es masa por unidad de volumen, mientras que el peso unitario es la fuerza por unidad de volumen. En esta densidad estándar se da sólo en unidades SI. Una vez determinada la densidad, el peso unitario se calcula en unidades SI o pulgadas-libra, o ambas.
1.7 Esta norma no pretende abordar todas las preocupaciones de seguridad, si las hay, asociadas con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer prácticas adecuadas de seguridad, salud y medio ambiente y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso.
1.8 Esta norma internacional se elaboró de conformidad con los principios internacionalmente reconocidos sobre normalización establecidos en la Decisión sobre principios para el desarrollo de normas, guías y recomendaciones internacionales emitida por el Comité de Obstáculos Técnicos al Comercio (OTC) de la Organización Mundial del Comercio.
2.Referencia
Normas ASTM
- D422 Método de prueba para el análisis de tamaño de partícula de suelos
- D653 Terminología relacionada con el suelo, la roca y los fluidos contenidos
- D854 Métodos de prueba para la gravedad específica de los sólidos del suelo por el picnómetro de agua
- D1587/D1587M Práctica para el muestreo de tubos de pared delgada de suelos de grano fino con fines geotécnicos
- D2166/D2166M Método de prueba para la resistencia de compresión no confinada del suelo cohesivo
- D2216 Métodos de prueba para la determinación de laboratorio del contenido de agua (humedad) del suelo y la roca por masa
- D2435/D2435M Métodos de prueba para las propiedades de consolidación unidimensionales de los suelos mediante la carga incremental
- D2850 Método de prueba para la prueba de compresión triaxial no consolución no lubricada en suelos cohesivos
- D3740 Práctica para requisitos mínimos para agencias involucradas en pruebas y/o inspección de suelo y roca como se utilizan en el diseño y la construcción de ingeniería
- D4220/D4220M Prácticas para la preservación y el transporte de muestras de suelo
- D4318 Métodos de prueba para el límite de líquido, límite de plástico e índice de plasticidad de los suelos
- D4753 Guía para evaluar, seleccionar y especificar saldos y masas estándar para su uso en pruebas de suelo, roca y materiales de construcción
- D6026 Práctica para el uso de dígitos significativos en datos geotécnicos
3.Aparatos para determinar la Compresión Triaxial en Suelos Cohesivos
3.1 El diagrama esquemático de un aparato conveniente de compresión triaxial para el desarrollo de ensayos consolidados – no drenados se muestra en la fig.1. Hay muchas otras configuración de equipo que son igualmente válidos. Los requisitos necesarios para que un equipo efectúe un buen ensayo se muestran en las siguientes secciones.
3.2 El Dispositivo de Carga Axial.- El dispositivo de carga axial puede ser un gato de tornillo manejado por un motor eléctrico a través de una transmisión de engranajes, un dispositivo de carga hidráulica, o cualquier otro dispositivo de compresión con la suficiente capacidad para controlar y proporcionar la deformación axial (carga). La velocidad de avance del dispositivo de carga no se debe desviar más de ± 1% del valor seleccionado, la vibración debido al funcionamiento del dispositivo de carga será suficientemente pequeño para no causar cambios dimensionales en el espécimen o para producir cambios en la presión de agua de poros cuando las válvulas de drenaje están cerradas.
Nota Puede considerarse que un dispositivo de carga produce vibraciones bastante pequeñas si es que no hay ninguna onda visible en un vidrio con agua puesto en la plataforma de carga cuando el dispositivo está operando a la velocidad a la que se realiza la prueba ó ensayo.
3.3 El Dispositivo de Medición de Carga Axial.- El dispositivo de medición de carga axial será un anillo de carga, celda electrónica de carga, celda hidráulica de carga, o cualquier otro dispositivo de medición de carga capaz de brindar la exactitud prescrita en este párrafo y puede ser una parte del dispositivo de carga axial. El dispositivo medidor de carga axial será capaz de medir la carga axial con una exactitud de 1% de la carga axial de falla. Si el dispositivo de medición de carga se localiza dentro de la cámara de compresión triaxial, será insensible a las fuerzas horizontales y a la magnitud de la presión de cámara.
3.4 La Cámara de Compresión Triaxial.- La cámara de compresión triaxial tendrá una presión de cámara de trabajo igual a la suma del esfuerzo efectivo de consolidación y la contrapresión. Consistirá en un plato superior y un plato inferior separados por un cilindro. El cilindro puede construirse de cualquier material capaz de resistir la presión. Es recomendable usar un material transparente o un cilindro provisto de canales (huecos) para observar la conducta del espécimen. El plato superior tendrá una válvula de aire para permitir que el aire puede ser expulsado fuera de la cámara cuando se llene. El plato de base tendrá una entrada por donde ingresa el líquido de presión a la cámara y guías de entrada a la base del espécimen proporcionando la conexión al casquete (capa superior) y permitiendo la saturación y el drenaje del espécimen cuando se requiere.
3.5 Pistón de Carga Axial.- El pistón que atraviesa la parte superior de la cámara y su sello deben diseñarse para que la variación en la carga axial debido a la fricción no exceda 0.1% de la carga axial de falla y tenga una flexión lateral despreciable durante la carga. Nota 4 Se recomienda el uso de dos bolas encasilladas lineales para guiar el pistón a fin de minimizar la fricción y mantener la alineación.
Nota Un pistón con un diámetro mínimo igual a la sexta parte (1/6) del diámetro del espécimen se ha usado con éxito en muchos laboratorios para minimizar la flexión lateral.
3.6 Dispositivos de Control de Presión y Vacío.- Los dispositivos de control de presión de cámara y contrapresión serán capaces de aplicar y controlar presiones dentro de ±2 kPa (0.25 lb/in2 ) para presiones efectivas de consolidación menores de 200 kPa (28 lb/in 2 ) y dentro de ±1% para presiones efectivas de consolidación mayores que 200 kPa. El dispositivo de control de vacío será capaz de aplicar y controlar vacíos parciales dentro de ±2 kPa. El equipo puede consistir de Vasijas con Mercurio Autocompensado, Reguladores de Presión Neumáticos; Presión Neumática Combinada y Reguladores de Vacío, o cualquier otro dispositivo capaz de aplicar y controlar presiones ó vacíos parciales con las tolerancias requeridas. Estos ensayos pueden requerir de una duración de varios días, entonces una interface de aire/ agua no es recomendable para ningún sistema de cámara de presión o contrapresión.
3.7 Dispositivo Medidor de Presión y Vacío.- Los dispositivos medidores de la presión de cámara, contrapresión y vacío serán capaces de medir presiones ó vacíos parciales con las tolerancias que se dan en 3.6. Estos consistirán en Manómetros de Bourdon, Manómetros de Presión, Transducers de Presión Electrónicas ó cualquier otro dispositivo capaz de medir la presión ó el vacío parcial con la tolerancia indicada. Si los dispositivos se usan por separado para medir la presión de la cámara y la contrapresión, los dispositivos deben calibrarse simultáneamente y con la misma fuente de presión. Puesto que las presiones de cámara y contrapresión son tomados a mitad de altura del espécimen será necesario ajustar la calibración de los dispositivos para reflejar la cabeza hidráulica de fluidos en el sistema de presión de cámara y contrapresión (fig.1).
3.8 Dispositivo Medidor de Presión de Agua dentro de los Poros.- La presión de agua de poros del espécimen también se medirá con las tolerancias indicadas en 3.6. Durante el Corte No Drenado la presión de agua de poros será medida de tal manera que el agua que sale ó entra al espécimen sea mínimo. Para lograr éste requisito es necesario el empleo de un Transducer de Presión Electrónica ó de un Dispositivo de Indicación Neutro. Con un Transductor de Presión Electrónico la presión de agua de poros se lee directamente. Con un Dispositivo de Indicación Neutra la presión es controlada en forma continua y ajustada de tal manera que se mantenga un nivel constante de la interface de agua / mercurio en el dispositivo capilar calibrado. La presión requerida para prevenir el movimiento del agua es igual a la presión de agua de poros. Ambos dispositivos medidores tendrán una tolerancia de todas las partes ensambladas del sistema de medición de presión de agua de poros relativo al volumen total del espécimen, satisfaciendo el requisito siguiente:
Nota Para cumplir los requerimientos, la tubería entre el espécimen y el dispositivo de medición debe ser corto y de pared gruesa calibrada. Tubería de Acero Inoxidable, Termoplástico y Cobre se han usado con éxito.
3.9 Dispositivo Medidor de Cambio de Volumen.- El volumen de agua que entra ó sale del espécimen se medirá con una exactitud dentro de ± 0.05% del volumen total del espécimen. El dispositivo medidor de volumen es normalmente una bureta conectada a la contrapresión pero puede ser cualquier otro dispositivo que reúna los requerimientos de exactitud. El dispositivo debe ser capaz de resistir la contrapresión máxima.
Nota Para cumplir los requerimientos, la tubería entre el espécimen y el dispositivo de medición debe ser corto y de pared gruesa calibrada. Tubería de Acero Inoxidable, Termoplástico y Cobre se han usado con éxito.
3.10 Indicador de Deformación.- La Deformación Vertical del espécimen es usualmente determinado del desplazamiento de pistón que actúa en la parte superior del espécimen. El desplazamiento del pistón se medirá con una exactitud de por lo menos 0.25% de la altura inicial del espécimen. El Indicador de Deformación tendrá un rango de por lo menos 20% de la altura inicial del espécimen y puede ser un Indicador de Dial, un Transformador Diferencial de Variable Lineal (LVDT), Extensómetro ú otro dispositivo de medición que reúna los requisitos de exactitud y rango.
3.11 Casquete y Base del Espécimen.- El casquete y la base del espécimen se diseñarán para proporcionar drenaje desde ambos extremos del espécimen. Ellos se construirán de un material, no corrosivo, impermeable y rígido; cada uno tendrá, excepto para la provisión de drenaje, una superficie circular plana de contacto con los discos porosos y una sección transversal circular. Es recomendable que la masa del casquete del espécimen y el disco poroso superior sea lo más mínimo como sea posible. Sin embargo, la masa puede ser máximo el 10% de la carga axial de falla. Si la masa es mayor que 0.5% de la carga axial de falla que se ha aplicado y mayor que 50 g. (0.1lb), la carga axial debe ser corregida para la masa del casquete superior del espécimen y del disco poroso superior. El diámetro del casquete y la base debe ser igual al diámetro inicial del espécimen. La base del espécimen se conectarán a la cámara de compresión triaxial para prevenir el movimiento lateral ó inclinando y el casquete del espécimen será diseñado tal que la excentricidad del contacto casquete/pistón relativo al eje vertical del espécimen no exceda 1.3 mm (0.05 in.) El extremo del pistón y el área de contacto del casquete del espécimen se diseñarán para que la inclinación del casquete del espécimen durante la prueba sea mínima. La superficie cilíndrica de la base y el casquete del espécimen que contacta la membrana para formar un sello sera lisa y libre de rasgados ó rayaduras.
3.12 Discos Porosos.- Dos discos porosos rígidos serán usados para proporcionar el drenaje a los extremos de espécimen. El coeficiente de permeabilidad de los discos será aproximadamente igual al de una arena fina (1×10-4 cm /s (4×10-5 in./ s)). Los discos serán periódicamente limpiados por ultrasonido ó hervido y cepillado y se chequearán para determinar si ellos están atorados.
3.13 Tiras de Papel Filtro y Discos.- Las tiras de papel de filtro son usados por muchos laboratorios para disminuir el tiempo requerido para las pruebas. Los discos de Papel de Filtro de un diámetro igual al diámetro del espécimen pueden ser colocados entre los discos porosos. Si se usan tiras del filtro o discos, ellos serán de un tipo que no se disuelva en el agua. El coeficiente de permeabilidad del papel de filtro no debe ser menos de 1×10-5 cm/s (4×10-6) para una presión normal de 550 kPa (80 lb/in.2 ). Para evitar la tensión circular, las tiras de filtro deben cubrir no mas de 50% de la periferia del espécimen. Las cajas de tiras de filtro similar a los mostrados en fig. 2 se han usado con éxito por muchos laboratorios.
3.14 Membrana de Caucho.- La membrana de caucho que se emplea para encasillar el espécimen proporcionará protección contra las fugas. Las membranas serán cuidadosamente inspeccionados antes de ser usados y si cualquier falla o defecto son evidentes, la membrana será desechado. Para ofrecer una restricción mínima al espécimen, el diámetro de la membrana estará entre 90 y 95% del espécimen. El grosor de la membrana no excederán 1% del diámetro del espécimen. La membrana será sellada a la base y el casquete del espécimen con los anillos “O” de caucho para que el diámetro interior no sujeto a esfuerzo esté entre 75 y 85% del diámetro del casquete y base, o por otros medios que proporcione una sellado adecuado. Una ecuación para corregir la diferencia de esfuerzo principales (esfuerzo desviador) para el efecto de rigidez de la membrana se da en.
3.15 Válvulas.- Los cambios de volumen originados por abrir y cerrar las válvulas pueden producir medidas inexactas de cambios de volumen y presión de agua de poros. Por esta razón, las válvulas en el sistema de drenaje del espécimen serán del tipo que produce cambios mínimos de volumen debido a su funcionamiento. Se puede asumir que una válvula produce un cambio mínimo de volumen si al abrir ó cerrar la válvula en un sistema de presión de agua de poros, cerrado y saturado no induce a un cambio de presión mayor que 0.7 kPa (±0.1 lb/in.2 ).Todas las válvulas deben ser capaces de soportar las presiones aplicadas sin fuga.
Nota Las válvulas de bola proporcionan característica mínimas en el cambio del volumen; cualquier otro tipo de válvula que tenga características convenientes de cambio de volumen mínimo puede ser usado.
3.16 Dispositivos Medidores de el Tamaño del Espécimen.- Los dispositivos para determinar el diámetro y la altura del espécimen medirán las dimensiones respectivas hasta ± 0.1% de la dimensión total y se construirán de tal manera que su uso no perturbe al espécimen.
Nota Cintas para medir la circunferencia son recomendables más que los calibradores para medir el diámetro.
3.17 Registradores.- El comportamiento del espécimen puede grabarse manualmente o con grabadoras digitales electrónicas. Si se usan registradores electrónicos, será necesario calibrar los dispositivos de medición a través del registrador usando las entradas conocidas de acuerdo a las normas estandars.
3.18 Extractor de Muestra.- Los extractores de muestra serán capaces de empujar el núcleo de suelo afuera del tubo a una velocidad uniforme en la misma dirección de desplazamiento como ingresó la muestra en el tubo y con la perturbación mínima de la muestra. Si el núcleo de suelo no se empuja verticalmente debe tenerse cuidado, para evitar el esfuerzo de flexión debido a la gravedad. Las condiciones de tiempo en el momento de sacar la muestra pueden dictar la dirección de salida, pero la preocupación principal es minimizar el grado de perturbación.
3.19 Cronómetro.- Dispositivo controlador de tiempo que indica el tiempo transcurrido durante la prueba, aproximado al segundo más cercano, se usará para obtener los datos de consolidación.
3.20 Balanza.- Una balanza conforme a los requerimiento de la Especificación D-4753 con una precisión (no estimación) de 0.1% de la masa de ensayo.
3.21 Dispositivo Desaireador de Agua.- La cantidad de gas (aire) usado para saturar el espécimen se disminuirá hirviendo, calentando y rociando dentro de un vacío, o por cualquier otro método que satisfaga los requisitos para saturar el espécimen dentro de los límites impuesto por la disponibilidad de la contrapresión máxima y tiempo para realizar la prueba.
3.22 Ambiente de Prueba.- La consolidación y la parte de corte de la prueba se efectuará en un ambiente dónde las fluctuaciones de temperatura sean menores que ± 4 °C (± 7.2 °F) y no hay ningún contacto directo con la luz solar.
3.23 Dispositivos Adicionales.- El corte de espécimen y las herramientas de corte incluyendo una sierra de alambre, caja de ingletes, torno vertical de corte, moldes para preparar el espécimen compactado, membrana, expandidor de anillos “O”, latas para el contenido de humedad y hojas de datos se proporcionarán como requeridos.
Nota Si se encuentran partículas sobredimensionadas en el espécimen, puede realizarse después un análisis de tamaño de partículas en el espécimen de acuerdo con el Método de Ensayo D-422 para confirmar la observación visual y los resultados se proporcionarán con el Informe del ensayo.
4. Acondicionamiento de la Muestra de Ensaye Para Compresión Triaxial en Suelos Cohesivos
4.1 Tamaño del Espécimen.- El espécimen será cilíndrico y tendrá un diámetro mínimo de 33 mm (1.3 pulgadas). El promedio de la altura y el promedio del diametro estara en una relación que estará entre 2 y 2.5. Una medida individual de altura o diámetro no variará en más de 5% del valor promedio. El tamaño de las partícula más grande será más pequeño que 1/6 del diámetro del espécimen. Si, después de realizar un ensayo se encuentra, basado en la observacion visual, que las partículas sobredimensionadas están presentes, esta información se deberá indicar en el Informe de Datos.
4.2 Espécimenes Inalterados.- Prepare el espécimen inalterado (natural) de las muestras grandes ó de muestras aseguradas de acuerdo con la Práctica D-1587 ú otros procedimientos aceptados de tubo muestreador inalterado. Las muestras se conservarán y transportarán de acuerdo con las prácticas para las muestras de Grupo C en la Práctica D-4220. Especímenes obtenidos por tubo muestreador pueden ser ensayados sin arreglos salvo el corte en los extremos de la superficie plana perpendicular al eje longitudinal del especimen, previendo que las característica del suelo sean tales que ninguna perturbación significante resulte del muestreo. Manejar cuidadosamente el especimen para minimizar perturbaciones, cambios en la sección circular ó cambios en el contenido de agua. Si compresión ó cualquier otro tipo de perturbación significante fuese causado por el dispositivo de extrusión, corte el tubo muestreador a lo largo ó corte el tubo en secciones convenientes para facilitar la salida del espécimen con la perturbación mínima. Preparar los especimenes en un ambiente como un cuarto cuya alta humedad esté controlada y dónde el contenido de agua del suelo es mínimo. El retiro de piedritas y/ó del material desmenuzado resultante del corte así como el llenado de los huecos en la superficie del espécimen con suelo remoldeado obtenido de los recortes debe efectuarse con cuidado. Si la muestra puede ser arreglado con perturbación minima, un torno de corte vertical puede usarse para reducir el espécimen al diámetro requerido. Después de obtener el diámetro requerido, ponga el espécimen en una caja de inglete y corte el espécimen a la altura final con una sierra de alambre ú otro dispositivo conveniente. Recortar las superficies con una regla de acero. Realice uno (1) ó más determinaciones de contenido de agua hasta que satifagan el material de acuerdo con el método D2216.
Determine la masa y dimensiones del espécimen usando los dispositivos descritos en 3.16 y 3.20. Un mínimo de tres medidas de altura (separados 120°) y por lo menos tres medidas del diámetro; en cuarto de altura se efectuarán para determinar el promedio de altura y diámetro de espécimen.
4.3 Espécímenes Compactados.- Los suelos requeridos para especímenes compactados serán mezclados varias veces con agua suficiente para producir el contenido de agua deseado en el suelo. Se agregará agua al material en un recipiente cerrado por lo menos 16 horas previas a la compactación. Los espécimenes compactados pueden ser preparados compactando el material en por lo menos seis capas usando un molde partido de sección tranversal circular cuyas dimensiones requeridas están enumeradas en 4.1.
El espécimen puede ser comprimido a la densidad deseada ya sea por: (1) apisonando cada capa hasta que la masa acumulada de suelo colocado en el molde se comprima a un volumen conocido; ó (2) ajustando el número de capas, el número de golpes por capa y la fuerza por apisonado. La parte superior de cada capa será escarificado al momento de agregar la próxima capa. El pisón usado para comprimir el material tendrá un diametro igual o menos que la ½ del diámetro del molde. Después de formar el espécimen, con los extremos perpendiculares al eje longitudinal, sacar el molde y determinar la masa y dimensiones del espécimen usando los dispositivos descritos en 3.16 y 3.20. Prepare (1) o mas determinaciones de contenido de agua sobre el material excedente empleado para preparar el espécimen de acuerdo con el Método de la prueba D-2216.
Nota Es común que el peso unitario del espécimen después de sacarlo del molde sea menor que el valor basado en el volumen del molde. Esto ocurre como resultado de la expansión del espécimen después de retirarle el confinamiento lateral causado por el molde.
5 Montaje de la muestra para Compresión Triaxial en Suelos no Cohesivos
5.1 Preparación.- Antes de efectuar el montaje del espécimen en la cámara del triaxial, haga las
preparaciones siguientes:
5.1.1 Inspeccione la membrana de Caucho para ver fallas, agujeros de alfiler y/o goteras.
5.1.2 Coloque la membrana en el expandidor luego la membrana, si será enrollado en el espécimen, enrolle la membrana en el casquete y la base.
5.1.3 Chequear que los discos porosos y tuberías de drenaje del espécimen no esten obstruidos permitiendo el pase del aire ó agua a través de las líneas apropiadas.
5.1.4 Juntar el sistema de control de presión, medidor de volumen y el dispositivo medidor de presion de agua de poros a la base de la cámara.
5.2 Dependiendo de si la parte de saturación del ensayo comenzará con un sistema del drenaje húmedo o seco, el montaje del espécimen empleará el método apropiado, como sigue en 5.2.1 o 5.2.2. El método de montaje seco es muy recomendado para los espécimenes con saturación inicial menor a 90%. El método de montaje seco saca aire al momento de agregar contrapresión (back-pressure) y disminuye la necesidad de contrapresion (back-pressure) para alcanzar un porcentaje de saturación adecuado.
Nota Se recomienda que el método de montaje seco se use para espécimen de suelos que se expanden apreciablemente cuando entran en contacto con el agua. Si el método de montaje húmedo es usado para algunos suelos será necesario obtener las dimensiones del espécimen después que el especimen se ha montado. En esos casos será necesario determinar un doble espesor de membrana, ó de las tiras de papel de filtro húmedas (si se usan), y la altura combinada del casquete, base y los discos porosos (incluso el espesor de discos del filtro si ellos se usan) para que los valores apropiados puedan ser restados de las medidas.
5.2.1 Método de Montaje Húmedo:
5.2.1.1.- Llene las lineas de drenaje del espécimen y el dispositivo medidor de presión de agua dentro del poro con agua desaireada.
5.2.1.2.- Saturar los discos porosos hirviéndolos en agua para por lo menos 10 minutos y permitiendo que enfríe a temperatura ambiente.
5.2.1.3.- Poner un disco poroso saturado en la base del espécimen y después de limpiar todo el agua libre del disco, ponga el espécimen encima del disco. Luego, ponga otro disco poroso en la capa superior del especimen, chequee que la capa superior del espécimen, espécimen, y los discos porosos estén centrados a la base del espécimen.
Nota Si se emplean los discos de papel filtro, serán sumergidos en agua antes de ser colocados en el especímen.
5.2.1.4.- Si se usa tiras de papel filtro ó una caja de papel filtro (fig.2) serán saturados en agua antes de ser colocados encima del especímen. Para evitar esfuerzos tangenciales no se cubrirán más del 50% en la periferia del espécimen con las tiras verticales de papel de filtro.
5.2.1.5.- Continuar con 5.3.
5.2.2. Método de Montaje Seco:
5.2.2.1.-Secar el sistema de drenaje del espécimen, esto puede lograrse permitiendo pasar un flujo de aire seco al momento de montar el espécimen.
5.2.2.2.- Secar los discos porosos en un horno y luego colocar los discos en un desecador para enfriarlo a la temperatura ambiente al momento de montar el especimen.
5.2.2.3.- Poner un disco poroso seco en la base del especimen. Luego, ponga un disco poroso seco en la capa superior del especimen. Chequear que la capa superior, discos porosos y especíimen estén centrados en la base del especímen.
Nota Si se desea, pueden colocarse discos de papel filtro entre el disco poroso y el especímen.
5.2.2.4.- Si se usan tiras de papel filtro ó una caja de papel filtro (fig.2), puede colocarse la caja ó tiras en pedazos pequeños de cinta en la parte inferior y superior.
5.3.- Poner la membrana de caucho alrededor del espécimen y luego sellar la capa de base con dos anillos “O” de caucho a cada extremo. Una capa delgada de grasa de silicona en las superficies verticales del casquete y la base ayudarán al sellado de la membrana. Si se usa papel de filtro no aplicará la grasa a las superficies en contacto con el papel de filtro.
5.4.- Encajar la línea de drenaje de la parte superior y verificar la alineacion del espécimen y el casquete (capa) del espécimen. Si se emplea el método de montaje seco aplique un vacio parcial de aproximadamente 35 kPa (5 lb / in.2) (no exceder el esfuerzo de consolidación) al espécimen a través de la línea de drenaje superior, previo chequeo de la alineación. Si hay alguna excentricidad,
suelte el vacío parcial, alinear el espécimen y el casquete, y luego vuelva a aplicar el vacío parcial.
Si se emplea el método de montaje húmedo se puede chequear y ajustar el alineamiento del espécimen y el casquete del espécimen sin el uso de un vacío parcial.
6.Procedimiento para determinar Compresión Triaxial en Suelos Cohesivos
6.1 Previo a la Saturación.- Después de ensamblar la cámara triaxial, realice las siguientes operaciones:
6.1.1 Poner el pistón de carga axial en contacto con el casquete del espécimen en forma gradual para permitir el asentamiento apropiado y la alineación del pistón con el casquete. Durante este procedimiento, tener cuidado para no aplicar una carga axial al espécimen que exceda de 0.5% de la carga axial estimada de falla. Cuando el pistón esté en contacto, grabe la lectura del Indicador de Deformación.
6.1.2 El llenado de la cámara con líquido se efectuará con mucho cuidado para evitar el entrampamiento de aire ó dejando un espacio vacio en la cámara.
6.2 Saturación.- El objetivo de la fase de saturación de la prueba es llenar todos los huecos del espécimen con agua ó permitiendo la expansión del espécimen. La saturación se efectúa normalmente aplicando la contrapresion al agua dentro de los poros del especimen, conduciendo aire interior en la solución saturando al sistema por: (1) aplicación de vacío al espécimen y al sistema de drenaje seco (líneas, discos porosos, dispositivo de presion de poros, tiras de filtro ó caja y discos) y permitiendo que el agua desaireada recorra y fluya a través del sistema y el espécimen mientras se mantiene el vacío; ó (2) saturacion del sistema de drenaje por ebullición de los discos porosos en el agua y permitiendo el flujo de agua en el sistema previo al montaje del espécimen. Debe notarse que la colocación de aire dentro de la solución es una funcion tanto del tiempo como de la presión. Además, eliminando bastante aire como sea posible antes de aplicar la contrapresión, disminuirá la cantidad de aire que tendrá que ser colocado dentro de la solución y también disminuira la contrapresion requerida para la saturación. Además, el aire que simplemente permanece en el espécimen y el sistema de drenaje previo a la aplicación de la contrapresión, ingresará mucho más rápido en la solucion si se usa agua desaireada para la saturación. El uso de agua desaireada también disminuirá el tiempo y contrapresión requerida para la saturación.
Muchos procedimientos han sido desarrollados para lograr la saturación. Se sugiere los siguiente procedimientos:
6.2.1Empezando con el Sistema de Drenaje Inicialmente Seco.- Incremente el vacío parcial que actúa encima del espécimen hasta el máximo vacio posible. Si el esfuerzo efectivo de consolidación bajo la cual serán determinadas las fuerzas es menor que el vacío parcial máximo, aplique un vacio parcial más bajo a la cámara. La diferencia entre el vacío parcial aplicado al espécimen y la cámara nunca debe exceder el esfuerzo efectivo de consolidación para el ensayo y no debe ser menor a 35 kPa (5 lb / in.2 ) para permitir el flujo a través de la muestra.
Aproximadamente después de 10 min, permita que el agua desaireada se filtre (percole) desde la parte inferior hasta la parte superior del especimen bajo un vacío diferencial menor de 20 kPa (3 lb / in.2 ).
6.2.1.1 Siempre debe haber un esfuerzo efectivo positivo de por lo menos 13 kPa (2 lb / in. 2) en la parte inferior del espécimen durante esta parte del procedimiento. Cuando aparece agua en la bureta conectada a la parte superior del espécimen, cierre la válvula en la parte inferior del espécimen y llene la bureta con agua desaireada. Luego, reduzca el vacío que actúa encima del espécimen a través de la bureta de presión atmosférica incrementando simultáneamente la presión de la cámara en una cantidad igual. Este proceso debe desarrollarse gradualmente para que la diferencia entre la medida de presión de poros en la parte inferior del espécimen y la presión de poros encima del especimen sean iguales. Cuando la presión de poros en la parte inferior del especimen está estabilizado, proceda con la contrapresión del agua de poros dentro del especimen como se ha descrito en 6.2.3. Para verificar la igualdad, cierre las válvulas de drenaje del espécimen y mida el cambio de presión de poro hasta que esté estable. Si el cambio es menor que 5 % de la presion de la cámara, puede asumirse que la presión de poro está estabilizada.
6.2.2 Empezando con el Sistema de Drenaje Inicialmente Saturado.- Después de llenar la bureta conectada a la parte superior del espécimen con el agua desaireada aplique una presión de cámara de 35 kPa (5 lb / in.2 ) ó menos y abre las válvulas de drenaje del espécimen. Cuando la presión de poros en la parte inferior del espécimen está estable, según el método descrito en 6.2.1, o cuando la lectura de la bureta se estabiliza, puede comenzar la aplicación de contrapresión al agua de poros del especímen.
6.2.3 Aplicando Contrapresión.- Simultáneamente incremente la presion de la cámara y contrapresión en pasos con válvulas de drenaje abiertas hacia el especimen; para que el agua desaireada de la bureta conectada a la parte superior é inferior del espécimen pueda fluir dentro del espécimen. Para evitar pre-esfuerzos no deseados del espécimen mientras se aplica la contrapresión, las presiones deben ser aplicadas incrementándose con tiempos adecuados de incremento para permitir la igualdad de la presión de poros por todo el espécimen. El tamaño de cada incremento puede ir de 35 kPa (5 lb / in.2 ) hasta 140 kPa (20 lb / in.2 ), dependiendo de la magnitud del esfuerzo efectivo de consolidación que se desea y el porcentaje de saturación del espécimen previo a la adición de incremento. La diferencia entre la presión de la cámara y la contrapresión no debe exceder de 35 kPa a menos que sea necesario controlar la expansión del espécimen durante el procedimiento. La diferencia entre la presión de cámara y la contrapresion también debe permanecer dentro de ± 5% cuando las presiones son aumentadas dentro de ± 2% cuando las presiones son constantes. Para verificar la igualdad después de la aplicación de un incremento de la contrapresion ó después que el valor total de la contrapresion a sido aplicado, cerrar las válvulas de drenaje del espécimen y mida el cambio en la presion de poros durante el intervalo de un (1) minuto. Si el cambio en la presión de poros es menor que 5% de la diferencia entre la presión de la cámara y la contrapresion, otro incremento de contrapresión puede puede agregarse ó puede tomarse una medida del parámetro de presión de poros B (vea 6.2.4) para determinar si la saturación está completa. Se considerará que los espécimenes están saturados si el valor de B es igual o mayor que 0.95 ó si B se mantiene igual con adición de incrementos de contrapresión.
6.3 Consolidacion.- El objetivo de la fase de consolidación en la prueba, es permitir que el especímen logre un equilibrio en un estado drenado al esfuerzo efectivo de consolidación para lo cual se requiere una determinada fuerza. Durante la consolidacion, los datos son obtenidos para ser usados en la determinación de cuando la consolidación está completa y para calcular la velocidad de deformación para ser usado en la parte de corte de la prueba.
6.4 Corte.- Durante el corte, la presión de cámara se mantendrá constante mientras avance el pistón de carga axial contra el casquete del espécimen usando el criterio de carga de la deformación axial controlada. Durante el corte no se permite el drenaje del espécimen.
6.5 Remoción de la muestra:
cuando el corte este completo, quitar la carga axial y reducir la presión de cámara y contrapresión a cero.
7.Expresion de Resultados
7.1Propiedades Iniciales del Espécimen.- Usando la masa seca del espécimen total, calcule y grabe el contenido de agua inicial, el volumen de sólidos, relación de vacíos inicial, porcentaje de saturación inicial y el peso seco unitario inicial. Calcule el volumen del espécimen de los valores medidos en 4.2 ó 4.3. Calcule el volumen de sólidos dividiendo la masa seca del espécimen entre la gravedad específica de los sólidos y dividiendo por la densidad del agua. Calcule la relación de vacíos dividiendo el volumen de vacíos entre el volumen de sólidos dónde el volumen de vacíos es asumido como la diferencia entre el volumen del espécimen y el volumen de los sólidos. Calcule la densidad seca dividiendo la masa seca del espécimen entre el volumen del espécimen.
7.2Propiedades del Espécimen Después de la Consolidación.- Calcule la altura del espécimen y el área después de la consolidación
COMPRESIÓN TRIAXIAL DE SUELOS NO COHESIVOS. ASTM D7181-2020
1. Alcance y campo de aplicación
1.1 Este método de ensayo abarca la determinación de las relaciones resistencia y tensión-deformación unitaria de una muestra cilíndrica de suelo intacto o reconstituido. Los especímenes se consolidan y cortan en compresión con drenaje a una velocidad constante de deformación axial (controlada por deformación).
1.2 Este método de ensayo prevé el cálculo de tensiones principales y compresión axial mediante la medición de la carga axial, la deformación axial y los cambios volumétricos.
1.3 Este método de prueba proporciona datos útiles para determinar las propiedades de resistencia y deformación, como las envolventes de resistencia Mohr. Generalmente, tres especímenes se prueban con diferentes tensiones de consolidación efectivas para definir una envolvente de resistencia. Las tensiones deben ser especificadas por el ingeniero que solicita la prueba. Se requiere una prueba en una nueva muestra para cada tensión de consolidación.
1.4 Si este método de ensayo se utiliza en suelo cohesivo, una prueba puede tardar semanas en completarse.
1.5 La determinación de los sobres de resistencia y el desarrollo de relaciones para ayudar a interpretar y evaluar los resultados de las pruebas están fuera del alcance de este método de ensayo y deben ser realizadas por un profesional cualificado y experimentado.
1.6 Todos los valores observados y calculados se ajustarán a las directrices para dígitos significativos y redondeo establecidos en la Práctica D6026.
1.6.1 Los procedimientos utilizados para especificar cómo se recopilan, calculan o registran los datos en esta norma se consideran el estándar de la industria. Además, son representativos de los dígitos significativos que generalmente deben conservarse. Los procedimientos utilizados no tienen en cuenta las variaciones materiales, la finalidad de la obtención de los datos, los estudios de propósito especial o cualquier consideración para los objetivos del usuario; y es práctica común aumentar o reducir los dígitos significativos de los datos notificados para que sean proporcionales a estas consideraciones. Está fuera del alcance de este estándar de prueba considerar dígitos significativos utilizados en los métodos de análisis para el diseño de ingeniería.
1.7 Unidades: los valores indicados en las unidades SI deben considerarse estándar. Las unidades de pulgada-libra dadas entre paréntesis son conversiones matemáticas, que se proporcionan únicamente con fines informativos y no se consideran estándar. La notificación de los resultados de los ensayos en unidades distintas de SI no se considerará no conforme con este método de ensayo.
1.7.1 El sistema gravitacional de las unidades de pulgada-libra se utiliza cuando se trata de unidades de pulgada-libra. En este sistema, la libra (lbf) representa una unidad de fuerza (peso), mientras que la unidad de masa es. No se proporciona la unidad de, a menos que se trate de cálculos dinámicos (F – ma).
1.7.2 Es una práctica común en la profesión de ingeniería/construcción utilizar simultáneamente libras para representar tanto una unidad de masa (lbm) como de fuerza (lbf). Esto combina implícitamente dos sistemas separados de unidades: es decir, el sistema absoluto y el sistema gravitacional. Es científicamente indeseable combinar el uso de dos conjuntos separados de unidades de pulgada-libra dentro de un solo estándar. Como se ha indicado, este estándar incluye el sistema gravitacional de unidades de pulgada-libra y no utiliza/presenta la unidad de para la masa. Sin embargo, el uso de balanzas o básculas que registran libras de masa (lbm) o la densidad de registro en lb/pie3 no se considerará que no cumple con esta norma.
1.7.3 Los términos densidad y peso unitario se utilizan a menudo indistintamente. La densidad es masa por unidad de volumen, mientras que el peso unitario es la fuerza por unidad de volumen. En esta densidad estándar se da sólo en unidades SI. Una vez determinada la densidad, el peso unitario se calcula en unidades SI o pulgadas-libra, o ambas.
1.8 Esta norma puede implicar materiales, operaciones y equipos peligrosos. Esta norma no pretende abordar todas las preocupaciones de seguridad, si las hay, asociadas con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer prácticas adecuadas de seguridad, salud y medio ambiente y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso.
1.9 Esta norma internacional se elaboró de conformidad con los principios internacionalmente reconocidos sobre normalización establecidos en la Decisión sobre principios para el desarrollo de normas, guías y recomendaciones internacionales emitida por el Comité de Obstáculos Técnicos al Comercio (OTC) de la Organización Mundial del Comercio.
2. Referencia
Normas ASTM
- D653 Terminología relacionada con el suelo, la roca y los fluidos contenidos
- D854 Métodos de prueba para la gravedad específica de los sólidos del suelo por el picnómetro de agua
- D1587 Práctica para el muestreo de tubos de pared delgada de suelos de grano fino con fines geotécnicos
- D2216 Métodos de prueba para la determinación de laboratorio del contenido de agua (humedad) del suelo y la roca por masa
- D2435 Métodos de prueba para las propiedades de consolidación unidimensionales de los suelos mediante la carga incremental
- D2487 Práctica para la Clasificación de Suelos con Fines de Ingeniería (Sistema Unificado de Clasificación del Suelo)
- D3740 Práctica para requisitos mínimos para agencias involucradas en pruebas y/o inspección de suelo y roca como se utilizan en el diseño y la construcción de ingeniería
- D4220 Prácticas para la preservación y el transporte de muestras de suelo
- D4318 Métodos de prueba para el límite de líquido, límite de plástico e índice de plasticidad de los suelos
- D4753 Guía para evaluar, seleccionar y especificar saldos y masas estándar para su uso en pruebas de suelo, roca y materiales de construcción
- D4767 Método de prueba para la prueba de compresión triaxial no escuchada consolidada para suelos cohesivos
- D6026 Práctica para el uso de dígitos significativos en datos geotécnicos
- D6913 Métodos de prueba para la distribución de tamaño de partícula (Gradación) de suelos mediante el análisis de tamiz
- D7263 Métodos de ensayo para la determinación de laboratorio de densidad (peso unitario) de los especímenes de suelo
- D7928 Método de prueba para la distribución de tamaño de partícula (Gradación) de suelos de grano fino utilizando el análisis de sedimentación (hidrómetro) [/bg_collapse]
3.Aparato para determinar la Compresión Triaxial en Suelos no Cohesivos
3.1 Los requisitos para el equipo necesario para realizar Las pruebas satisfactorias se dan en las siguientes secciones. Ver Fig. 1
Figura 1 Diagrama esquemático de un aparato triaxial drenado consolidado típico
3.2 Dispositivo de carga axial
3.3 Dispositivo de medición de carga axial
3.4Cámara de compresión triaxial
3.5Pistón de carga axial
3.6Dispositivos de control de presión y vacío
3.7Dispositivos de medición de presión y vacío
3.8Dispositivo de medición de cambio de volumen
3.9Indicador de deformación
3.10Base y tapa de muestra
311Discos porosos
3.12Tiras de papel de filtro y disco
3.13Membrana de caucho
3.14Valvulas
3.15Dispositivos de medición del tamaño de la muestra
3.16Registradores de datos
3.17Temporizador
3.18Equilibrador
3.19Dispositivo de desaireación de agua
3.20Entorno de prueba
3.21Aparatos varios
4.Procedimiento para Compresión Triaxial en Suelos Cohesivos
dónde:
∆u = cambio en la presión de poro de la muestra que ocurre cuando como resultado de un cambio en la presión de la cámara cuando el las válvulas de drenaje de muestras están cerradas, y
∆σcp = cambio de presión isotrópica en la presión de la cámara.
4.2.4.1 Cierre las válvulas de drenaje de la muestra, registre el poro presión y aumente la presión de la cámara. Comúnmente, un aumento de 70 kPa (10 lbf / in.2 ) se utiliza.
4.2.4.2 Después de aproximadamente 2 min, determine y registre la valor máximo de la presión de poro inducida. Para muchos muestras, la presión de los poros puede disminuir después de la inmediata respuesta y luego aumentar ligeramente con el tiempo. Si esto ocurre, Los valores de ∆u deben trazarse con el tiempo y el asintótico presión de poro utilizada como el cambio en la presión de poro. Un gran aumento de ∆u con el tiempo o valores de ∆u mayores que ∆σ3 indican una fuga de fluido de la cámara en la muestra. Decreciente Los valores de ∆u con el tiempo pueden indicar una fuga en esa parte del sistema de medición de la presión intersticial ubicado fuera del cámara.
4.3 Isotrópico de consolidación (CID): el objetivo del La fase de consolidación de la prueba es permitir que la muestra alcance equilibrio en un estado drenado en la consolidación efectiva estrés para el que se requiere una determinación de resistencia. Durante consolidación, los datos se obtienen para su uso en la determinación de cuándo la consolidación es completa y para calcular una tasa de tensión para ser utilizado para la parte de corte de la prueba.
4.4 Consolidación anisotrópica (CAD): si es necesario, La muestra se puede cargar con el dispositivo de carga axial. Esta etapa sigue el isotrópico consolidación y requiere tanto la cámara como la muestra las líneas de drenaje están abiertas durante la consolidación anisotrópica. Algunos equipos pueden requerir la interacción activa del operador para mantener la carga constante antes de la etapa de carga axial. Cuando se ha alcanzado la tensión vertical especificada, la carga axial es Permanece constante.
4.5 Cizalla: durante la cizalla, la presión de la cámara se mantendrá constante mientras avanza el pistón de carga axial hacia abajo contra la tapa de la muestra utilizando deformación axial controlada como el criterio de carga. Se permite el drenaje de la muestra durante cizalla, y los cambios de volumen se leerán en la bureta. La falla se alcanza lentamente para que el exceso de presión de poro sea disipado en condiciones de drenaje.