Clase de laboratorio 05: Ensayos triaxiales Mecánica de Suelos y Geología Facultad de Ingeniería, Universidad de Buenos Aires 1 Lab 05 - ensayos triaxiales
Clase de laboratorio 05: Ensayos triaxiales
Mecánica de Suelos y GeologíaFacultad de Ingeniería, Universidad
de Buenos Aires
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Chapter 16 Unconsolidated -
Undrained Triaxial
Compression
This chapter provides background information on the Unconsolidated-Undrained (UU) triaxial compression test and detailed procedures to perform a UU test on an intact, fi ne-grained soil. The test provides a means of obtaining undrained stress-strain behavior and the undrained strength of an unconsolidated cylin-drical specimen in triaxial compression. A series of tests can be performed on companion specimens over a range of confi ning stress levels and the results interpreted to obtain the total stress parameters. Measurement of pore pres-sure during the test is discussed in the background section of this chapter. However, the laboratory instruction will be presented for a UU test as present-ed in ASTM D2850 Unconsolidated-Undrained Triaxial Compression Test on Cohesive Soils, which does not include pore pressure measurements.
In addition to UU testing, the laboratory experiment discusses preparing intact clay specimens for testing, introduces the details of a conventional triaxial cell, and provides the framework for the MIT stress path presentation of results.
S C O P E A N D S U M M A RY
Unconsolidated-Undrained Triaxial Compression 275Geotechnical Laboratory Measurements for Engineers John T. Germaine and Amy V. Germaine Copyright © 2009 by John Wiley & Sons, Inc.
Índice
• Introducción: el estado triaxial• Montaje de muestra• Mediciones & equipamiento • Etapas de un ensayo triaxial• Algunos resultados
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Introducción: el estado triaxial
Este ensayo sirve para:• reproducir en laboratorio el cambio de
estado tensional del terreno debido aprocesos constructivos
• medir parámetros de resistencia y rigidez del material (!´, $ , %& , ')La
b 05
-en
sayo
s tri
axia
les
3
)* 0 00 ), 00 0 )-
=)/ 0 00 )/ 00 0 )/
+)* − )/ 0 00 ), − )/ 00 0 )- − )/
Tensor de tensiones principales
Tensoresférico
Tensordesviador
MUESTRASUELO 1!
$!2.0 <
1!$"
< 2.5
Introducción: el estado triaxialLa
b 05
-en
sayo
s tri
axia
les
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)* 0 00 ), 00 0 )-
=)- 0 00 )- 00 0 )-
+)* − )- 0 00 ), − )- 00 0 )- − )-
Tensoresférico
Tensordesviador
FÁCIL DE APLICAR CON
AGUA A PRESIÓN
En estado triaxial:• )* , ), , )- ≠ 0
• 8* , 8, , 8- ≠ 0
• hay simetría de revolución
AGUA A PRESIÓN (:#)Tensor de tensiones
principales
Introducción: el estado triaxialLa
b 05
-en
sayo
s tri
axia
les
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Tensoresférico
Tensordesviador
PODEMOS APLICAR UNA TENSIÓN EN UNA SOLA
DIRECCIÓN CON UN PISTÓN
AGUA A PRESIÓN (:#)
• Tensor esférico: cambio de tamaño, no de forma
• Tensor desviador: cambio deforma, no de tamaño
)* 0 00 ; 00 0 ;
=)- 0 00 )- 00 0 )-
+)* − )- = )< 0 0
0 0 00 0 0
CARGA EN EL PISTÓN ()$)
Tensor de tensiones principales
Videos
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s Montaje muestras “arcillosas” (duración 6min) – EN CLASEhttps://www.youtube.com/watch?v=7Hh45k1gqjU
Montaje muestras “arenosas” (duración 11min) – EN CLASEhttps://www.youtube.com/watch?v=e2SOAW5casw
Muestras muy difíciles de saturar: flushing CO2 (duración 8min)https://www.youtube.com/watch?v=pKPW7pGjP0o
Deaireado de líneas de presión (duración 6min)https://www.youtube.com/watch?v=WU-g2KOXGXo
ADVERTENCIA: Los videos que aquí se presentan son a fines ilustrativos y tienen por único objetivo que el alumno/a visualice las etapas de ensayo. Por
consiguiente, no deben ser interpretados como material de aprendizaje previamente calificado.
Montaje de una muestra autosostenida
• Colocación de piedras porosas sup. e inf. saturadas (drenaje)
• Colocación de cabezal
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Cabezal superior
Piedra porosa
Papel de filtro
Muestra
Montaje de una muestra autosostenida
• Colocación de la membrana de látex y O´rings para que sea válido ) = )´ + >
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Membrana
O´ring
Montaje de una muestra autosostenida
• Colocación de la parte superior de la cámara
• Alineamiento del pistón• Llenado de la cámara
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AGUA A PRESIÓN
Fabricación de muestras no cohesivas(dependiendo del valor !" inicial)
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Ishihara K., 1993
• Dry pluviation: vertido controlado en seco, 30% < !! < 70%• Wet pluviation: vertido controlado bajo agua, !! < 30%• Moist tamping: compactación en capas, en húmedo, amplio rango de !!
Laboratorio de Mecánica de Suelos!Laboratorio de Materiales y Estructuras!
Departamento de Estabilidad!Facultad de Ingeniería - UBA!
Figura 2.5: Componentes de una cámaratriaxial.
sayos drenados y no drenados.En la figura 2.5 se muestran los compo-
nentes de una cámara triaxial.Debido a la simetría axial y conocidos
los valores de ‡d y ‡c se obtienen en for-ma directa las tensiones principales radia-les ‡2 = ‡3 = ‡c y la tensión principal axial‡1 = ‡d + ‡c.
Se calculan las tensiones principales efec-tivas como ‡Õ
1 = ‡1 ≠ u y ‡Õ3 = ‡3 ≠ u.
2.6.2. Preparación de muestras
La etapa de preparación de la muestraconsiste en el armado de la probeta median-te un método preestablecido con el objetivode lograr las medidas y densidades desea-das. Los métodos de armado de mayor di-fusión son Dry Pluviation, Wet Pluviationy Moist Tamping [15] — figura 2.6 —.
En el Dry Pluviation se deja precipitarsuelo seco en el molde desde una altura de-terminada. Mediante un adecuado controlde la altura de caída y de la velocidad dellenado se logran densidades relativas del
Figura 2.6: Métodos de armado de mues-tras, extraída de [13].
orden del 30 % al 70 %. El rango de densi-dades alcanzables es limitado y es imposiblela obtención de muestras muy sueltas y muydensas.
El Wet Pluviation sigue los mismos prin-cipios que el Dry Pluviation con la excep-ción que se precipita el suelo seco en el mol-de lleno de agua para controlar la velocidadde deposición del material. Permite obtenermuestras con Dr menor al 30 %.
El Moist Tamping consiste en preparar lamuestra por capas con suelo cuya humedades del orden del 5 %. Debido a la existen-cia de una interfase entre agua y aire, sedesarrollan internamente fuerzas capilaresque permiten obtener un rango de densida-des muy bajas, imposibles de alcanzar conel suelo seco. La principal ventaja del méto-do es que permite obtener muestra de cual-quier densidad dado que se calcula a priorila cantidad de suelo húmedo que se va acolocar y compactar por capa. Como con-trapartida, al armar por capas, la homoge-neidad de la muestra es menor a la obtenidacon los métodos previamente mencionados.
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Dry pluviation Wet pluviationMoist tamping
Mediciones de presión
Medición de presión de poros y presión de cámara.Manómetros digitales, mecánicos, bureta.
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PRESIÓN DE CÁMARAPRESIÓN DE POROS
Mediciones de cambio de volumen
El cambio de volumen lo podemos calcular como:
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PRESIÓN DE CAMARAPRESION DE POROS
CAMBIO DE VOLUMEN
Potenciómetro
Δ@ = ABCDEóG H ΔI
"%&'(") Δ$
Mediciones de carga axial
• Celda de carga, aro dinamométrico, etc
• Descontar fricción de vástago en EXTERNA
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PRESIÓN DE CAMARAPRESION DE POROS
CAMBIO DE VOLUMEN
INTERNA
EXTERNA
Mediciones de deformación axial
• Reloj comparador, LDVT, potenciómetros
• Descontar otras deformaciones en EXTERNA
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PRESIÓN DE CÁMARAPRESIÓN DE POROS
CAMBIO DE VOLUMEN
LDVT
INTERNA
EXTERNA.
Ensayo 1
LDTL1-CC
LDTL2-CC
FL-AC
0
100
200
300
400
500
600
700
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 mm
Carg
a (N
)
EXTERNA
INTERNA
Equipo triaxial semiautomático del LMS
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CARGA AXIAL
CAMBIO DE VOLUMEN
PRESIÓN DE CÁMARA
DEFORMACIÓN AXIL EXTERNA
PRESIÓN NEUTRA
Equipo triaxial semiautomático del LMS
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PÓRTICO DE CARGA
SOFTWARE DE VISUALIZACIÓN
HARDWARE ADQUISICIÓN DE
DATOS
Etapas del ensayo: 1º - saturación
• El aire atrapado genera errores de medición
• Necesitamos eliminar las burbujas de aire presentes en la muestra o disolverlas en el agua
• Ley de Henry: ; = J%&' H K(
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Δ)~0
∆ℎ~0
)*+'
- = 300/012* = 320/01
- = 300/01
0~0
Etapas del ensayo: 1º - saturación
¿Cómo lo verificamos?• Medimos el parámetro
• Si L+,-./012 > 95%, se asume que la muestra está saturada
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Δ)~0)*+'
L+,-./012 =Δ>034.52
Δ)*
- = 400/012* = 420/01
- = 400/01
0~0 ∆ℎ~0
Etapas del ensayo: 2º - consolidación
Incrementamos la presión de cámara )* para permitir que la muestra consolide isotrópicamente
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Δ) > 0
0~0
- = 500/012* = 700/01
)´- = 700KQR − 500KQR = 200KQR
Sin esta etapa, haríamos un ensayo Q
∆ℎ > 0
Etapas del ensayo: 3º - ruptura o corte
Aumentamos la carga en el pistón a velocidad constante
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Δ)- = 500/012* = 700/01
válvulas abiertas: Ensayo Sválvulas cerradas: Ensayo R´
)<! =QS
A 8T− Δ)UVWW8*! =
Δℎ
1Y
Este valor se debe corregir por la rigidez de membrana y el papel de filtro
0 > 0 ∆ℎ > 0
Modo de falla en ruptura
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Muestra granular densa Muestra cohesiva preconsolidada
• Giro del cabezal superior• El plano de falla ocurre en cualquier dirección (ensayo axilsimétrico)• En muestras densas o compactas, la zona de falla se localiza en una
región de la muestra (banda de corte)
inicio inicio finfin
Corrección de área en la falla (78)
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@,-")': volumen a fin de consolidación
El área inicial de la muestra es diferente al área al momento de la falla o ruptura• Ensayo Q:
– @Y = ![\ = AYℎY = ASℎY 1 − 8*S → AS =_"
*`a#!
• Ensayo R:
– AS =b!$%&'//!
$%&'
*`a#!
• Ensayo S:
– AS =b!$%&'//!
$%&'
*`a#!(1 − 8dS)
ℎ,-")': altura a fin de consolidación
8.: deformación volumétrica
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Pampeano inalterado y remoldeado
TERRENO
ELIMINACIÓN DE NÓDULOS
CALCÁREOS
SLURRY (BARRO)
EXTRACCIÓN
EXTRACCIÓN
MOLDEADOY SECADO
INCORPORACIÓN DE AGUA
MUESTRA“INALTERADA”
MUESTRA“REMOLDEADA”
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ENSAYO S
ENSAYO R
ENSAYO R
ENSAYO R
!+[%]
%=' /[()*]
%=' /[()*]
!+[%]24
+[()*]
Resultados de ensayos triaxiales S y R´(Pampeano remoldeado, OCR=1)
(Tasso N., 2019. Tesis LMS)
e =6 sin $
3 − sin($)~1.3 → $ = 32º
6 = 8 9 :´
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ENSAYO R
ENSAYO RENSAYO R
!+[%]
%=' /[()*]
%=' /[()*]
!+[%]25
+[()*]
Resultados de ensayos triaxiales R´(Pampeano inalterado, OCR>1)
OCR = 1
OCR >1OCR >1
(Tasso N., 2019. Tesis LMS)
Resultados de ensayos triaxiales S(arena monogranular, reconstituída)
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Laboratorio de Mecánica de Suelos!Laboratorio de Materiales y Estructuras!
Departamento de Estabilidad!Facultad de Ingeniería - UBA!
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σσσσd (kPa)
εεεε1 (%)
σ!3= 100 kPa, Dr = 86,7 %σ!3= 106 kPa, Dr = 44,7 %σ!3= 103 kPa, Dr = 13.4 %
(a) Curva tensión - deformación.
-3,5-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,50,00,51,01,52,02,53,03,5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
ΔΔΔΔV (cm3)
εεεε1 (%)
σ!3= 100 kPa, Dr = 86,7 %σ!3= 106 kPa, Dr = 44,7 %σ!3= 103 kPa, Dr = 13.4 %
(b) Curva variación de volumen vs deformación.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 50 100 150 200 250 300
q (kPa)
p´ (kPa)
σ!3= 100 kPa, Dr = 86,7 %σ!3= 106 kPa, Dr = 44,7 %σ!3= 103 kPa, Dr = 13.4 %
φφφφc = 34,8º
(c) Curva tensión desviadora vs presión media efectiva.
Figura 3.11: Ensayos triaxiales CIDC para ‡Õ3 w 100 kPa en arena TecPlata.
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σσσσd (kPa)
εεεε1 (%)
σ!3= 100 kPa, Dr = 86,7 %σ!3= 106 kPa, Dr = 44,7 %σ!3= 103 kPa, Dr = 13.4 %
(a) Curva tensión - deformación.
-3,5-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,50,00,51,01,52,02,53,03,5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
ΔΔΔΔV (cm3)
εεεε1 (%)
σ!3= 100 kPa, Dr = 86,7 %σ!3= 106 kPa, Dr = 44,7 %σ!3= 103 kPa, Dr = 13.4 %
(b) Curva variación de volumen vs deformación.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 50 100 150 200 250 300
q (kPa)
p´ (kPa)
σ!3= 100 kPa, Dr = 86,7 %σ!3= 106 kPa, Dr = 44,7 %σ!3= 103 kPa, Dr = 13.4 %
φφφφc = 34,8º
(c) Curva tensión desviadora vs presión media efectiva.
Figura 3.11: Ensayos triaxiales CIDC para ‡Õ3 w 100 kPa en arena TecPlata.
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σσσσd (kPa)
εεεε1 (%)
σ!3= 100 kPa, Dr = 86,7 %σ!3= 106 kPa, Dr = 44,7 %σ!3= 103 kPa, Dr = 13.4 %
(a) Curva tensión - deformación.
-3,5-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,50,00,51,01,52,02,53,03,5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
ΔΔΔΔV (cm3)
εεεε1 (%)
σ!3= 100 kPa, Dr = 86,7 %σ!3= 106 kPa, Dr = 44,7 %σ!3= 103 kPa, Dr = 13.4 %
(b) Curva variación de volumen vs deformación.
0
50
100
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200
250
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350
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0 50 100 150 200 250 300
q (kPa)
p´ (kPa)
σ!3= 100 kPa, Dr = 86,7 %σ!3= 106 kPa, Dr = 44,7 %σ!3= 103 kPa, Dr = 13.4 %
φφφφc = 34,8º
(c) Curva tensión desviadora vs presión media efectiva.
Figura 3.11: Ensayos triaxiales CIDC para ‡Õ3 w 100 kPa en arena TecPlata.
23
(Ezama I. et al, 2012. Tesis LMS)
6 = 8 9 :´
• m0~85% → opIR[Rq[\ (↑ ∆@)• m0~45 u 13% → !vq[wR![pxR% ↓ ∆@• >! ≠ 0KQR (\I Rz>R \%[á R ;w\%póq)• ∆> = 0 (\q%Ruv% |)• ∆} = 3∆;´
Resultados de ensayos triaxiales R´(arena monogranular, reconstituída)
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27 (Ezama I. et al, 2012. Tesis LMS)
• m0~84% → ↓ ∆>• m0~55 u 3% → ↑ ∆>• >! ≠ 0KQR (\I Rz>R \%[á R ;w\%póq)• ∆@ = 0 (\q%Ruv% ~´)• m1~ 3% → ∆}~0 → Ip!>R!póq �>\%[wR
Laboratorio de Mecánica de Suelos!Laboratorio de Materiales y Estructuras!
Departamento de Estabilidad!Facultad de Ingeniería - UBA!
0
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400
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1000
1100
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1300
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
σσσσd (kPa)
εεεε1 (%)
σ!3= 90 kPa, Dr = 84,1 %σ!3= 105 kPa, Dr = 55,7 %σ!3= 120 kPa, Dr = 2,5 %
(a) Curva tensión - deformación.
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
ΔΔΔΔu (kPa)
εεεε1 (%)σ!3= 120 kPa, Dr = 2,5%σ!3= 105 kPa, Dr = 55,7 %σ'3= 90 kPa, Dr = 84,1 %
(b) Curva variación de presión neutra vs deformación.
0
200
400
600
800
1000
1200
0 200 400 600 800
q (kPa)
p´ (kPa)
σ!3= 90 kPa, Dr = 84,1 %σ!3= 105 kPa, Dr = 55,7 %σ!3= 120 kPa, Dr = 2,5 %
(c) Curva tensión desviadora vs presión media efectiva.
Figura 3.13: Ensayos triaxiales no drenados para ‡Õ3 w 100 kPa en arena TecPlata.
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Departamento de Estabilidad!Facultad de Ingeniería - UBA!
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σσσσd (kPa)
εεεε1 (%)
σ!3= 90 kPa, Dr = 84,1 %σ!3= 105 kPa, Dr = 55,7 %σ!3= 120 kPa, Dr = 2,5 %
(a) Curva tensión - deformación.
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
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ΔΔΔΔu (kPa)
εεεε1 (%)σ!3= 120 kPa, Dr = 2,5%σ!3= 105 kPa, Dr = 55,7 %σ'3= 90 kPa, Dr = 84,1 %
(b) Curva variación de presión neutra vs deformación.
0
200
400
600
800
1000
1200
0 200 400 600 800
q (kPa)
p´ (kPa)
σ!3= 90 kPa, Dr = 84,1 %σ!3= 105 kPa, Dr = 55,7 %σ!3= 120 kPa, Dr = 2,5 %
(c) Curva tensión desviadora vs presión media efectiva.
Figura 3.13: Ensayos triaxiales no drenados para ‡Õ3 w 100 kPa en arena TecPlata.
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Laboratorio de Mecánica de Suelos!Laboratorio de Materiales y Estructuras!
Departamento de Estabilidad!Facultad de Ingeniería - UBA!
0
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
σσσσd (kPa)
εεεε1 (%)
σ!3= 90 kPa, Dr = 84,1 %σ!3= 105 kPa, Dr = 55,7 %σ!3= 120 kPa, Dr = 2,5 %
(a) Curva tensión - deformación.
-350
-300
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-150
-100
-50
0
50
100
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ΔΔΔΔu (kPa)
εεεε1 (%)σ!3= 120 kPa, Dr = 2,5%σ!3= 105 kPa, Dr = 55,7 %σ'3= 90 kPa, Dr = 84,1 %
(b) Curva variación de presión neutra vs deformación.
0
200
400
600
800
1000
1200
0 200 400 600 800
q (kPa)
p´ (kPa)
σ!3= 90 kPa, Dr = 84,1 %σ!3= 105 kPa, Dr = 55,7 %σ!3= 120 kPa, Dr = 2,5 %
(c) Curva tensión desviadora vs presión media efectiva.
Figura 3.13: Ensayos triaxiales no drenados para ‡Õ3 w 100 kPa en arena TecPlata.
25
6 = 8 9 :´
Bibliografía
• Normas ASTM – American Society of Testing Materials– D 2850: Ensayo triaxial no consolidado-no drenado– D 4767: Ensayo triaxial consolidado-no drenado– D 7181: Ensayo triaxial consolidado-drenado
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