Clase5-EnsayosdeLaboratorio-TriaxialPermeabilidad

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Clase N°5
Ensayos de Laboratorio en la Ingeniería Geotécnica, 
Ejecución e Interpretación de Resultados
M.Sc. Camilo Morales
cimorales@uc.cl
@cmorales
mailto:cimorales@uc.cl
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Contenidos
1. Ensayo Triaxial
2. Ensayos de Permeabilidad
M.Sc. Camilo Morales 2 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
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1. Ensayo Triaxial
M.Sc. Camilo Morales 3 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
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M.Sc. Camilo Morales 4 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
Condiciones en campo
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Equipo
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M.Sc. Camilo Morales 6 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
¿Qué controlamos? ¿Qué medimos?
• Contra presión (CP)
• Presión de Cámara (PC)
• Carga vertical (axial)
• Desplazamientos (axial y radial)
• Cambio de volumen
• Presión de poros
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M.Sc. Camilo Morales 7 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
Etapas del ensayo
1. Preparación de la muestra y montaje
2. Saturación
3. Consolidación (Isotrópica o Edométrica)
4. Descarga (opcional)
5. Corte
6. Interpretación
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M.Sc. Camilo Morales 8 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
1. Preparación de la muestra y montaje
Paso 1Contra 
Presión
Imperial College London®
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M.Sc. Camilo Morales 9 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
1. Preparación de la muestra y montaje
Paso 1
O-Ring
Imperial College London®
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M.Sc. Camilo Morales 10 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
1. Preparación de la muestra y montaje
Paso 3
Imperial College London®
3 pasos para separar el molde
Aplicar succión acá
Paso 4
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1. Preparación de la muestra y montaje
Paso 5
Imperial College London®
3 pasos para separar el molde
Se arma la muestra
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M.Sc. Camilo Morales 12 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
1. Preparación de la muestra y montaje
Paso 6
Imperial College London®
Se coloca el cap
Muestra lista
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1. Preparación de la muestra y montaje
Imperial College London®
Paso 7
𝑒 =
𝑉𝑇𝐺𝑠𝜌𝑤 −𝑀𝑠
𝑀𝑠
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1. Preparación de la muestra y montaje
Imperial College London®
Si la muestra es inalterada se debe tallar hasta llegar a las dimensiones 
necesarias
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2. Saturación
𝜎′𝑟 = 𝐶𝑃 − 𝐵𝑃
𝑢
¿Cuánto es el 𝜎′𝑟?
En general:
𝑢 = 𝐵𝑃 + ∆𝑢
Donde:
𝑢 : presión de poros
∆𝑢 : exceso de presión 
de poros
𝜎′𝑟
Imperial College London®
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2. Saturación
Imperial College London®
Carga Axial
Presión axial 𝜎′𝑎 = 𝐶𝑃 +
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎
Á𝑟𝑒𝑎
− 𝐵𝑃
Presión de Celda (kPa)
𝑝′ =
1
3
𝜎′1 + 𝜎
′
2 + 𝜎
′
3
=
𝜎′1 + 2𝜎
′
3
3
= 𝑝 − 𝑢 =
𝑞
3
+ 𝜎′3
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3. Consolidación
Isotrópico (K=1)
Anisotrópica (K) – Deformación lateral cero 
• Normalmente consolidado (NC)
• Sobre consolidado (OC)
4. Descarga
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3. Consolidación
Isotrópico Isotrópico 
Anisotrópico 
Presión in situ 
Presión in situ Presión in situ 
Anisotrópico Anisotrópico 
Hinchamiento
4. Descarga
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5. Corte
Formas de aplicación de corte
Condición de drenaje
Compresión
Extensión (1)
Extensión (2)
Drenado
No drenado
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Drenaje
Durante la fase de carga desviadora, es posible permitir o bloquear el drenaje
Triaxial CID (ASTM D7181)
• Con drenaje
• Baja velocidad de deformación
• Los cambios de volumen de la 
muestra corresponden al volumen de 
agua entrante o saliente
Triaxial CIU (ASTM D4767)
• Sin drenaje
• En la fase de carga (corte) el volumen 
de la muestra permanece constante
• La presión de poros varía en función 
de la presión que ejerza el 
reordenamiento de las partículas en 
los vacíos saturados
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Tensiones 𝑞 = 𝜎1− 𝜎3=
𝐹
𝐴
𝑝 =
𝜎1 + 2𝜎3
3
𝑝′ =
𝜎′1 + 2𝜎
′
3
3
= 𝑝 − 𝑢 =
𝑞
3
+ 𝜎′3
Deformación Radial
Deformación Volumétrica
Deformación de corte
𝜀𝑟 = 𝜀3 =
∆𝐷
𝐷0
𝜀𝑣 =
∆𝑉
𝑉0
= 𝜀1 + 2𝜀3
𝜀𝑞 =
2
3
(𝜀1 − 𝜀3)
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5. Corte
Compresión drenada Extensión (1) drenada Extensión (2) drenada
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Correcciones
Área Correcciones por espesor de 
geomembrana y papel filtro 
Se utiliza cuando no hay instrumentación de 
deformación radial para calcular el cambio de 
área con la deformación axial
La compresión se asume (+)
𝜀𝑎 (+) la muestra se acorta
𝜀𝑣 (+) el volumen disminuye
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M.Sc. Camilo Morales 24 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
Complicaciones
Carga no vertical Correcciones por espesor de 
geomembrana y papel filtro 
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M.Sc. Camilo Morales 25 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
6. Interpretación de la data
(Ovalle, 2014)
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M.Sc. Camilo Morales 26 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
6. Interpretación de la data
(Ovalle, 2014)
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M.Sc. Camilo Morales 27 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
6. Interpretación de la data
(Ovalle, 2014)
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M.Sc. Camilo Morales 28 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
6. Interpretación de la data
(Ovalle, 2014)
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M.Sc. Camilo Morales 29 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
6. Interpretación de la data
(Ovalle, 2014)
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M.Sc. Camilo Morales 30 Ensayos de Laboratorio en Ingeniería Geotécnica
6. Interpretación de la data
(Verdugo, 1993)
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6. Interpretación de la data
(Verdugo, 1996)
Verdugo & Ishihara (1996)
Dilata Contrae
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http://www.cmgi.cl/publicaciones-web/verdugo/the%20steady%20state%20of%20sandy%20soils.pdf
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6. Interpretación de la data
Parámetro de estado (Ψ)
From Taborda (2020)
Been & Jefferies (1985) proponen el Parámetro de Estado 
(Ψ) el cual incluye el efecto de e y p’
Ψ=e-ecs
Mas denso que el 
crítico
Mas suelto que el 
crítico
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2. Ensayos de Permeabilidad
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Flujo en medios granulares
Energía mecánica por unidad
de peso = carga hidráulica (H)Con z como elevación sobre el datum y g
como la aceleración de gravedad
Altura de elevación o carga potencial
Con v como la velocidad del fluido
Carga de movimiento o altura de velocidad
Con u presión en el fluido y γ como la
densidad del fluido
Carga de presión o Altura de presión
Si un piezómetro se coloca en un suelo saturado, el nivel medido sobre un datum al cual el agua se eleva, es la 
carga total
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Flujo en medios granulares
• Ley de Darcy
i
• K es la conductividad hidráulica o
permeabilidad. Es una medida de la
resistencia a fluir del agua en un medio
granular.
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Flujo en medios granulares
• Factores que afectan la permeabilidad
o Viscosidad del fluido
o Tamaño y continuidad de los vacíos, los cuales a la vez son función de:
▪ Tamaño y forma de las partículas de suelo
▪ Densidad (cantidad de vacíos)
▪ Estructura del suelo.
o Presencia de discontinuidades
• Medición de permeabilidad
o Ensayos de carga constante (suelos muy permeables)
o Carga variable (suelos poco permeables)
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Saturación del suelo
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Permeabilidad Saturada
1. Permeámetro de carga constante (pared rígida)
2. Permeámetro de carga variable (pared rígida)
3. Permeámetro de pared flexible Suelos poco permeables
Suelos poco permeables
Suelos permeables
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Permeabilidad Saturada
Permeámetros de pared rígida
En este dispositivo, la celda cilíndrica que contiene la muestra de suelo tiene paredes
rígidas, generalmente hechas de metal o plástico rígido.
La carga aplicada en el permeámetro de pared rígida no afecta el volumen de la
muestra de suelo, ya que las paredes rígidas no se deforman con la carga.
Este tipo de permeámetro es adecuado para suelos granulares y suelos que no
experimentan cambios de volumen significativos, como arenas y gravas, ya que las
paredes rígidas mantienen el confinamiento constante durante la prueba.
En un permeámetro de pared rígida, el confinamiento no se ajusta durante la prueba y
se mantiene constante
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Permeabilidad Saturada
1. Permeámetro de carga constante (pared rígida)
o Se mantiene constante la carga total H (m)
o Caudal de descarga Q (m3)
o Muestra de largo L (m)
o Sección transversal de la muestra A (m2)
o Tiempo de medición t (s)
o La ley de Darcy entrega k (m/s)
𝑘 =
𝐿
Δ𝐻
𝑄
𝐴𝑡
Δ𝐻 es la pérdida de 
carga
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Permeabilidad Saturada
2. Permeámetro de carga variable (pared rígida)
1. El agua fluye hacia la muestra mediante un tubo delgado de
área a
2. Sección transversal de la muestra A
3. Se mide la tasa de descenso del agua en el tubo delgado
4. Se mantiene la carga total constante en la base de la
muestra
5. Se aplica la ley de Darcy
Paso 1
𝑎
𝑑ℎ
𝑑𝑡
= −𝐴
ℎ
𝑙
𝑘
Paso 2
𝑑ℎ
ℎ
= −
𝐴𝑘
𝑎𝑙
𝑑𝑡
Paso 3
න
ℎ0
ℎ1 𝑑ℎ
ℎ
= −
𝐴𝑘
𝑎𝑙
න
𝑡0
𝑡1
𝑑𝑡
Paso 4
𝑘 =
𝑎𝑙
𝐴 𝑡1 − 𝑡0
ln
ℎ0
ℎ1
Paso 5
𝑘 =
2.3 𝑎𝑙
𝐴 𝑡1 − 𝑡0
l𝑜𝑔
ℎ0
ℎ1
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Permeabilidad Saturada
3. Permeámetro de pared flexible (pared rígida)
o Al aplicar una carga a la celda, las paredes
flexibles se deforman y presionan la
muestra de suelo, lo que permite medir la
permeabilidad bajo diferentes condiciones
de confinamiento.
o Este tipo de permeámetro es adecuado
para suelos que pueden experimentar
cambios de volumen significativos, como
arcillas y suelos finos, ya que las paredes
flexibles pueden acomodar estos cambios
sin alterar las condiciones de
confinamiento.
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Clase N°5
Ensayos de Laboratorio en la Ingeniería Geotécnica, 
Ejecución e Interpretación de Resultados
¡Muchas Gracias!
@cmorales
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