informeCIU. - U

Universidad de Chile
Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas
Geomecánica CI4402-1
Informe:
Laboratorio CIU
Alumno:
Luca Mosciatti Jofre
Profesor
Cesar Pasten
Fecha
18-11-2013
Introducción
Este informe presenta la descripción y análisis del Ensayo de Compresión Triaxial
Isotrópicamente Consolidado en el caso No Drenado (CIU) realizado en el laboratorio de
Geomecánica el pasado 4 de Noviembre del 2013.
Este ensayo permite obtener los parámetros del suelo y la relación esfuerzo-deformación. De
todos los ensayos vistos, el CIU es el que da una de los mejores resultados, puesto que representa
de una manera más real la resistencia del suelo al esfuerzo de corte.
El CIU, al igual que el CID, consiste en cargar una muestra cilíndrica de suelo dentro de una
membrana, que se introduce en una cámara especial donde se le aplica una presión de
confinamiento (esto es una presión en todas las direcciones). Ya la muestra confinada se le aplica
una presión vertical.
Además, la diferencia con el CID, es que para este caso no se permite flujo del agua (no
drenado), esto implica que la muestra no presente un cambio volumétrico, por lo tanto presenta
presiones de poros que tienen como efecto un aumento o disminución de la resistencia al corte
del suelo.
Cabe destacar que para este informe, se ensayaron tres muestras del mismo suelo, pero con
diferente carga, para obtener la LEU (línea de estado último). La LEU representa la falla del suelo y
permite obtener el ángulo de fricción interna del suelo φ.
Metodología de Ensayo
El laboratorio consistió en su totalidad en la confección de la probeta para el ensayo,
lamentablemente no se pudo realizar la prueba debido a que toma bastante tiempo llevarla a
cabo.
Los pasos para su elaboración fueron los siguientes:
1. Para que no haya escurrimiento de agua se instala un geotextil en la base y cima de la
muestra, además como se trata de un ensayo no drenado, las válvulas deberán estar
cerradas.
2. Sobre el filtro, se sitúa el cilindro de bronce, al cual se le introduce una lamina de mica
para que la muestra no se pegue al cilindro para cuando haya que sacar la muestra del
cilindro. (Figura 1)
3. Ya todo armado, se fabrica la probeta. Se va formando por capas, cumpliendo que se
mantenga el DR esperado, en este caso 70%, para esto se compacta cada capa con una
estaca llegando así con cada capa a la altura marcada por la estaca.
4. Una vez ya la probeta fabricada, se cubre la muestra con un forro impermeable para que
no haya pérdida de agua por los costados. Luego se succiona desde una boquilla que tiene
el cilindro para que la lamina cubra perfectamente la probeta. (Figura 2)
5. Se saca la probeta del cilindro para cubrirla con una membrana, luego se monta una
corono y un geotextil que ayuda la compactación y disminuye las perdidas de material.
6. Finalmente se instala la probeta en el cilindro que posteriormente se llenará con agua
para alcanzar las presiones que requiera el ensayo. (Figura 3)
Figura 1.
Figura 2.
Figura 3.
Memoria de Cálculo
A continuación se presentan las principales ecuaciones que se utilizan a la hora de describir el
comportamiento del suelo por medio de los resultados que entrega el ensayo triaxial CIU.
𝑉𝑖 : 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙.
𝐻0 : 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙.
𝐷0 : 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝐼𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙.
𝐻0
∆𝑉
1−(
)
3 ∙ 𝑉𝑖
𝐷0
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =
∆𝑉
1 − (3 ∙ 𝑉 )
𝑖
𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑉𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙
𝜖𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙 =
𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =
Á𝑟𝑒𝑎 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎: 𝐴𝑐 =
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎
𝐴𝑐
′
′
𝜎1 = 𝜎𝑐 + ∆𝜎 − ∆𝑢
𝜎3′ = 𝜎𝑐′ − ∆𝑢
𝐴𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛
1 − 𝜖𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙
∆𝜎 =
𝜎1′ + 2 ∙ 𝜎3′ ∆𝜎
=
+ 𝜎𝑐′ − ∆𝑢
3
3
𝜎1′ −𝜎3′
∆𝜎
𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑟𝑡𝑒: 𝑞 ′ =
=
2
2
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑀𝑒𝑑𝑖𝑎 𝐸𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 ∶ 𝑝′ =
Resultados del laboratorio
Ahora presentamos los graficos obtenidos del ensayo. Estos son los graficos de corte vs
deformación axial, variación de presión de poros vs deformación axial, Δσ vs deformación axial y
finalmente q vs p que es el que nos permite determinar la LEU (línea de estado ultimo).
En los graficos se trabajo con tres muestras, donde se trabajo con una presión de cámara de 4,
2 y 1 [kgf/cm2] respectivamente y con una densidad relativa del 70%.
Corte v/s Deformación Axial
10
q [kgf/cm^2]
8
6
4
Muestra 1
2
Muestra 2
Muestra 3
0
-2
0
0.05
-4
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Deformación Axial [-]
Grafico 1. Corte vs Deformación Axial
∆Presión de Poros v/s Deformación Axial
∆Presión de Poros[kgf/cm^2]
0.015
0.01
0.005
0
-0.005
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Series1
Series2
-0.01
Series3
-0.015
-0.02
-0.025
0.35
Deformación Axial [-]
Grafico 2. Presión de poros vs Deformación Axial
Gráfico q v/s p
10
8
y = 1.1649x
q [kgf/cm2]
6
Muestra 1, p'
4
Muestra 2, p'
2
LEU residual
0
0.000
-2
-4
Muestra 3, p'
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
Linear (LEU residual)
p [kgf/cm2]
Grafico 3. q vs p
Como podemos apreciar, la ecuación de la recta para LEU es y = 1,1649x de donde se
desprende el valor del ángulo de fricción interna 𝜙.
𝑡𝑔(𝜙) = 1,1649
Resolviendo la ecuación anterior obtenemos:
𝜙 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑔 (1,1649)
𝜙 = 49,36 ° ( [𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠])
Análisis y Discusión de Resultados.
Corte
Como se ve en el grafico, de las tres muestras ensayadas, se aprecia que a mayor precion de
cámara alcanza una mayor resistencia. También cabe destacar que el comportamiento de los tres
ensayos es bastante parecida, esto se debe principalmente porque se trata de la misma muestra
de suelo para los tres ensayos.
Presion de poros
La particularidad que posee el ensayo no drenado es que sus válvulas se encuentran cerradas, por
lo que no hay traspaso de agua al exterior, con lo que la carga aplicada a la muestra es tomada en
parte por el suelo y otra por el agua. El estado no drenado implica también una variación nula en
el volumen.
Del grafico, se puede ver que nuevamente las muestras muestran un comportamiento similar
entre ellas, donde primero hay un aumento de la presión para luego ir disminuyendo. Esto se debe
a que al principio el agua absorbe toda la carga que se aplica inicialmente y luego la va
“traspasando” al suelo.
Nuevamente, a mayor carga, la presión de poros es mayor.
Conclusiones.
Una de las características del CIU es que al no permitir drenaje del agua representa fielmente asi el
comportamiento a corto plazo de un suelo arcilloso sometido a distintas cargas..
Durante el ensayo se midió la deformación, la carga y la presión de poros del suelo; con estos
datos fue posible la construcción de las curvas de presión de poros versus deformación, corte
versus deformación y el gráfico P versus Q.
Cabe destacar que los parámetros calculados para cada muestra se realizaron con la resistencia
última.
Al analizar los gráficos se obtuvo que las muestras corresponden a un suelo denso, además la
muestra con mayor presión de cámara alcanza una mayor resistencia.
Finalmente, se debe señalar que es muy probable que se cometió un error en algún calculo para la
confeccion del grafico p vs q de donde se saca el LEU poruqe dio bastante feo y un angulo φ muy
grande (