simulacion TRIAXIAL

SIMULACION ENSAYO TRIAXIAL

Narvez Guzmn, Mauricio Alejandro [email protected], Luna Chavarro, Mara Paula [email protected] Nacional de Colombia - Sede Bogot13Universidad Nacional de Colombia Sede Bogot. Narvez Mauricio, Luna Mara Paula. Simulacin Consolidacin

Resumen: En el presente informe de laboratorio se encuentran y analizan los resultados de la simulacin del ensayo de Triaxial a travs del programa GeoSim, el cual brinda la posibilidad de recrear algunos de los ensayos ms importantes dentro de la mecnica de suelos, con el fin de familiarizar a los estudiantes con las caractersticas y parmetros obtenidos en un ensayo real de triaxial, convirtiendo esta herramienta informtica en una importante ayuda didctica y pedaggica en el aprendizaje y conocimiento de algunos parmetros de este ensayo tales como la envolvente de falla, la cohesin, y conceptos como exceso de presin de poros, esfuerzo axial, esfuerzo cortante, entre otros.

Abstract: In this report are shoed and analyzed the outcomes of the Triaxial Test using GeoSim program, which gives the possibility of simulate some of the more important test for soils mechanics, pretending to familiarize the students with the parameters obtained in the test, making this informatics tool in a didactic support in the process of learning of some parameters as cohesion, failure envelope, pore pressure, axial stress, shear stress, and others.

Palabras Clave: suelo, axial, cortante, incremento de esfuerzos, esfuerzo, deformacin, presin de poros. I. INTRODUCCIONEl esfuerzo de falla de un suelo saturado en el ensayo de compresin triaxial depender de los esfuerzos aplicados, el tiempo de consolidacin, la velocidad de deformacin, y la historia tensional del suelo. Usando la presin de agua de los poros, la cual es generada por el programa, los parmetros de resistencia al corte pueden ser determinados en trminos de esfuerzos efectivos.Se repite el proceso con tres simulaciones de muestras isotrpicamente consolidadas para luego llevarla a corte por compresin.En este informe, se analizan las simulaciones de los siguientes ensayos:

Tipo TriaxialConsolidacinDrenaje

UUNo ConsolidadoNo Drenado

CDConsolidadoDrenado

CUConsolidadoNo Drenado

Tabla 1. Tipos de ensayos de triaxial.

CD (consolidado drenado): Se aplica la carga de compresin lentamente para permitir que las presiones de poros de disipen. La tasa de deformacin axial se mantiene constante. El objetivo es permitir a la muestra consolidarse totalmente ante los esfuerzos a los que es sometida. El ensayo toma mucho tiempo, y ms si se ensayan materiales con baja permeabilidad (como las arcillas). Se utiliza para analizar estabilidad de taludes en cortes. CU(consolidado no drenado): Las caractersticas de corte son medidas bajo condiciones no drenadas y la muestra debe estar totalmente saturada. Midiendo la presin de poros en la muestra, se puede determinar aproximadamente el esfuerzo drenado-consolidado. Resulta til para problemas de construccin por etapas.UU (no consolidado no drenado): Las cargas se aplican rpidamente y no se permite a la muestra consolidar durante el ensayo. La muestra se comprime a una velocidad constante. Se utiliza para problemas de estabilidad de terraplenes.

II. METODOLOGIA

Atendiendo las recomendaciones y la metodologa propuestas en la gua de laboratorio de simulacin de prueba de triaxial, se debe seleccionar la opcin de Triaxial Test, para luego proceder a elegir el tipo de ensayo que se desea simular (UU, CU, CD). Una vez hecha esta eleccin, se prosigue a hacer el Parameter Study, el cual nos solicita introducir datos ya sean de medidas de magnitud o esfuerzos o presiones. Paso seguido, se prosigue con el Testing.Primero se lleva a cabo el ensayo CU (consolidado no drenado) con el material Vicksburg Buckshot Clay, el cual arroja los siguientes resultados bajo las condiciones de cell pressure y back pressure mostradas (Anexo I. Material: Vicksburg Buckshot Clay. A.):

Grfica 1. Cell Pressure.

Grfica 2. Back pressure.

Grfica 3. Simulacin ensayo CU para Vicksburg Buckshot Clay.

Grfica 4. Resultados triaxial CU para Vicksburg Buckshot Clay.

Ahora, de acuerdo con las instrucciones a seguir, para el mismo material, se hace una variacin de los valores de presin de confinamiento, Presin de la celda (cell pressure), contra-presin de la celda (back pressure) y la presin de celda y contrapresin. Se obtienen los siguientes resultados:

Grfica 5. Cambio de presin de confinamiento de 49 KPa a 147 KPa (los dems parmetros del espcimen son constantes [lmite lquido, ndice de plasticidad, etc.]).

Al cambiar la presin de confinamiento, el simulador cambia automticamente la presin de celda (cell pressure), debido a que la resta entre la presin de celda y la contra presin de celda debe ser equivalente a la presin de confinamiento para evitar la consolidacin de la muestra durante el ensayo, es por esto que el programa cambia automticamente los valores de presin de celda y contra-presin, evitando as errores en el desarrollo del ensayo. Adems, se observa que los resultados de deformacin axial, esfuerzo desviador y presin de poros son constantes si la presin de confinamiento es la misma (es decir, en el caso de presin de confinamiento de 49 KPa, a pesar de que se modifique la presin de celda o la contra-presin, los datos seguirn siendo los mismos de la grfica 5.).

A continuacin se muestran los valores de tres probetas (grfica 4, 5 y 6) bajo diferentes presiones de confinamiento, necesarias para trazar tres crculos de Mohr y as graficar la envolvente de falla del material y por consiguiente, encontrar la cohesin y el ngulo (Anexo I).

Grfica 6. Cambio de presin de confinamiento de 147 KPa a 294 KPa.

Triaxial CU: Vicksburg Buchshot Clay

Muestra123

Presin de confinamiento (Kpa)49147294

Presin de celda (Kpa)119217664

Contra-presin de celda (Kpa)707090

Tabla 2. Cambio de presin de confinamiento,

Ahora se cambia de tipo de ensayo y de material.Se hace un ensayo CD (consolidado drenado), y se cambia de presin de confinamiento para al menos dos profundidades para obtener la envolvente de falla. A continuacin se mostrarn los resultados de la simulacin para slo una presin de confinamiento, sin embargo, se pueden apreciar los resultados para todos los cambios de presiones en el Anexo II.

Grfica 7. Resultados para Ottawa Sand a una presin de confinamiento de 100 KPa, cell pressure de 170 Kpa y back cel pressure de 70 KPa.

Por ltimo, se hace un ensayo UU (no confinado no drenado),con el material Soft Clay siguiendo las mismas instrucciones que para los dos materiales anteriores, con una presin de celda de 75 KPa y una contra-presin de 70 KPa. A continuacin se mostrarn los resultados de la simulacin para slo una presin de confinamiento, sin embargo, se pueden apreciar los resultados para todos los cambios de presiones en el Anexo III.

Grfica 8. Resultados para Soft Bothkennar Clay.

III. Resultados

A continuacin se muestran los crculos de Mohr obtenidos a partir de los resultados obtenidos en la simulacin. 1=Presin de confinamieto+Presin desviador. 3= Presin de confinamiento.

Para Vicksburg Buckshot Clay:Crculo3 (Kpa)1 (Kpa)

149169,6

2147312

3294530,2

Tabla 3. Datos cculos de mohr para Vicksburg Buckshot Clay. Con estos valores se obtiene la siguiente grfica de crculos de Mohr.

Grfica 9. Crculo de Mohr para Vicksburg Buchshot Clay.

Vicksburg Buckshot Clay

Cohesin40,17

ngulo 11

Tabla 3. Resultados para Vicksburg Buchshot Clay.

Ahora pasamos al anlisis de resultados del material Ottawa Sand para un ensayo CD (consolidado drenado).

Crculo3 (Kpa)1 (Kpa)

1100392,6

2233872,7

Tabla 4. Datos cculos de mohr para Ottawa Sand.

Con estos valores se obtiene la siguiente grfica de crculos de Mohr.

Grfica 10. Crculo de Mohr para Ottawa Sand.


Cohesin5,7

ngulo 35

Tabla 5. Resultados para Ottawa Sand.Por ltimo, los resultados para un ensayo UU (no consolidado no drenado) para una muestra de Soft Bothkennar Clay.

Crculo3 (Kpa)1 (Kpa)

1526,5

22277,4

334111

Tabla 6. Datos cculos de mohr para Soft Bothkennar Clay.

Con estos valores se obtiene la siguiente grfica de crculos de Mohr.

Grfica 11. Crculo de Mohr para Soft Bothkennar Clay.


Cohesin0,88

ngulo 34

Tabla 3. Resultados para Soft Bothkennar Clay.

III. CONCLUSIONES

1. En el estudio de la mecnica de suelos se debe considerar que la aplicacin de presiones no es unidimensional en la vida real, es por esto que se utiliza el laboratorio de compresin triaxial, para tener una idea del comportamiento que tendr el material que se ensaya en campo, determinar su envolvente de falla, su cohesin, el comportamiento de los esfuerxos efectivos ante la aplicacin de carga que se relaciona directamente con el exceso de presin de poros (que es medido durante el ensayo). 2. El ensayo de consolidacin triaxial nos muestra el comportamiento de una muestra de suelo que soporta esfuerzo axial y de corte. 3. Con el fin de no aplicar consolidacin a la muestra cuando el ensayo es no consolidado, la presin de celda y la contra-presin son ajustadas automticamente por el simulador para que su diferencia sea (respectivamente) igual a la presin de confinamiento que soporta el material In situ.4. Teniendo en cuenta los resultados de cohesin obtenidos, podemos notar cmo los dos primeros materiales son una muestra bastante cercana a lo que la teora expone. Esto es, entonces, explicacin de que la cohesin de Vicksburg Buckshot Clay (40,17) es mucho mayor a la de Ottawa Sand (5,7), porque se espera que la arena tenga valores de cohesin cercanos al 0. 5. Para la tercera muestra, Soft Bothkennar Clay, se tiene una cohesin de 0,88, lo cual resulta particular, ya que en condiciones normales se espera que una arcilla, dada su granulometra y permeabilidad, presente ms cohesin entre partculas, sin embargo, debe considerarse el hecho de que por lo general, en los ensayos UU suelen obtenerse ngulos ms bajos (tiende a cero cuando S=100%). 6. El taller propuesto, teniendo en cuenta que es con fines pedaggicos, resulta un engorroso y extenso, y se convierte en una actividad repetitiva y mecnica.

IV. BIBLIOGRAFIA

T. William Lambe (M.I.T.) y Robert. V.Whitman (M.I.T.) (1979) Mecnica de suelos. 1ra edicin. John Wiley & Sons. Augusto J. Leoni (U.N.L.P.). Geotecnia I Resistencia al corte. Jaime Suarez Daz. Resistencia al esfuerzo cortante.

Anexo i. Datos CD vicksburg buckshot clay.CIUC test: Vicksburg Buckshot Clay

Presin de confinamiento= 49 Kpa

No.Axial Strain (%)Deviator Stress (kPa)Pore pressure (kPa)

1000

20,597,426,5

31111,229

41,5119,222,2

52119,917,2

62,5120,613,8

73120,510,4

83,5120,58,7

94119,77

104,5118,24,5

115116,74,5

125,51163,7

136114,53,7

146,5113,72,9

157112,22

167,5111,42,1

178110,71,2

188,5109,20,4

199108,41,3

209,5106,90,5

2110106,90,5

2210,5105,40,5

2311105,30,5

2411,5103,80,5

2512103,10,6

2612,5102,30,6

2713100,80,6

2813,5100,80,6



1000

20,5145,563,1

31162,968,3

41,516570,9

52164,371,7

62,5162,873,5

73162,774,3

83,516275,2

94161,275,2

104,5159,777

115158,277

125,5156,778,7

136156,778,7

146,5154,478,8

157153,778,8

167,5153,678,8

178152,178,8

188,5150,678,9

199149,978,9

209,5149,178,9

2110147,680,6

2210,5147,679

2311146,179

2411,5144,679,9

2512144,579

2612,514379,9

271314379,9



1000

2197,897,2

3221,1122

4228,3135,7

5233,4145,1

6234,8150,2

7236,2155,3

8236,2158,8

9236,1161,4

10235,4163,9

11233,9165,7

12233,1167,4

13233,1168,3

14232,3169,2

15230,8170

16230169,2

17229,3169,2

18228,5170,1

19227,7171

20226,9171

21224,7171

22224171,1

23222,5171,9

24221172

25220,2172

26218,7172,9

27217,2172,9

28215,7172,9

29214,2172,9

ANEXO II. RESULTADOS CU OTTAWA SAND.Material: Ottawa Sand


No.Axial Strain (%)Deviator Stress (kPa)Volumetric Strain (%)

1000

20,19,70,1

30,329,10,2

40,649,80,4

51680,6

61,590,70,8

72,1115,61

82,8141,91,2

93,6164,51,4

104,5184,81,4

115,5204,81,5

126,6222,11,5

137,8238,21,4

149,1250,71,4

1510,5260,11,3

1612269,61,2

1713,6279,61

1815,3286,80,8

1917,1291,40,6

2019292,60,4

2121292,60,2

2223,1289,90

2325,3285,9-0,3

2427,6279,3-0,4


No.Axial Strain (%)Deviator Stress (kPa)Volumetric Strain (%)

1000

20,124,90

30,374,60,2

40,6139,70,3

51203,30,5

61,5266,70,7

72,1327,40,8

82,8384,81

93,6424,31,2

104,5460,81,3

115,5489,71,3

126,6518,61,3

137,8542,21,2

149,1567,71,2

1510,5583,41,1

1612596,80,9

1713,6610,10,8

1815,3623,70,6

1917,1630,70,5

2019634,80,4

2121639,70,3

2223,16300,2

2325,3620,60

2427,6609,5-0,2

2530592,9-0,3

ANEXO III. RESTULTADOS UU SOFT BOTHKENNAR CLAY.Material: Soft Bothkennar Clay

Presin de cofinamiento= 5 Kpa


10,13,61,4

20,16,41,9

30,38,52,3

40,510,92,8

50,6132,9

60,814,92,9

70,916,12,9

81,117,63,1

91,318,62,9

101,519,22,8

111,720,12,9

121,920,72,5

132,221,12

142,421,42,1

152,621,42,1

162,921,51,5

173,221,51,5

183,421,51,5

193,721,30,9

20420,70,6

214,320,70,6

224,620,70,6

234,920,50,4

245,220,20,2

255,520,20,2

265,820,30,1



10,16,72,6

20,112,14,2

30,216,96

40,321,57,4

50,325,18,3

60,429,39,5

70,433,310,7

80,537,211,4

90,739,311,7

100,742,312,5

110,844,512,6

120,946,612,6

1314912,6

141,150,812,4

151,252,412,4

161,353,612,3

171,454,512,1

181,555,412

191,655,411,2

201,754,810,8

211,854,210,1



10,18,53,6

20,215,46,7

30,321,29,4

40,427,211,8

50,433,314,2

60,537,815,9

70,642,917,4

80,748,118,6

90,853,819,6

10158,720,4

111,264,721,3

121,368,121,1

131,570,821,1

141,672,620,8

151,873,920,6

161,975,120,5

172,17620,1

182,376,619,5

192,47719,2

202,67719,1

212,876,718,3

22376,117

233,275,215,5

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