ENSAYO TRIAXIAL
INTRODUCCION
El esfuerzo cortante en los suelos es el aspecto más importante de la ingeniería geotécnica. La capacidad de soporte de cimentaciones superficiales como profundas, la estabilidad de los taludes y el diseño de muros o paredes de retención, llevan implícito el valor de la resistencia al esfuerzo cortante.
Desde otro punto de vista, el diseño de los pavimentos, se ve influenciado de una forma indirecta por la resistencia al cortante de los suelos, ya sea en el análisis de la estabilidad de un talud o en el diseño de los muros de retención y de forma directa, a través del diseño de las fundaciones que soportan el pavimento, específicamente, en la subrasante.
Por consecuencia, tanto las estructuras como los taludes deben ser estables y seguros frente a un colapso total, cuando éstos sean sometidos a una máxima aplicación de cargas.
En la actualidad el uso de pruebas triaxiales en laboratorios de suelos, arroja resultados más precisos en la obtención de los parámetros de resistencia C y ϕ del suelo. Estas pruebas son de mayor confiabilidad al momento de determinar la resistencia del suelo y nos dan opción de conocer en forma más completa las características mecánicas de un suelo.
DEFINICION
La prueba de ensayo triaxial es uno de los métodos más confiables para determinar los parámetros de la resistencia al cortante.
En un ensayo triaxial, un espécimen cilíndrico de suelo es revestido con una membrana de látex dentro de una cámara a presión. La parte superior e inferior de la muestra tiene discos porosos, los cuales se conectan al sistema de drenaje para saturar o drenar el espécimen. En estas pruebas se pueden variar las presiones actuantes en tres direcciones ortogonales sobre el espécimen de suelo, efectuando mediciones sobre sus características mecánicas en forma completa. Los especímenes usualmente están sujetos a presiones laterales de un líquido, generalmente agua.
El agua de la cámara puede adquirir cualquier presión deseada por la acción de un compresor comunicado con ella. La carga axial se transmite al espécimen por medio de un vástago que atraviesa la parte superior de la cámara. La presión que se ejerce con el agua que llena la cámara es hidrostática y produce por lo tanto, esfuerzos principales sobre el espécimen, iguales en todas las direcciones, tanto lateral como axialmente. En las bases del espécimen actuará además de la presión del agua, el efecto transmitido por el vástago de la cámara desde el exterior.
Es usual llamar σ1, σ2 y σ3 a los esfuerzos principales mayor, intermedio y mínimo, respectivamente. En una prueba de compresión, la presión axial siempre es el esfuerzo principal mayor, σ1; los esfuerzos intermedios y menor son iguales (σ2 = σ3) y son iguales a la presión lateral.
TIPOS DE ENSAYO TRIAXIAL
Consolidado drenado (C.D.): se trata de confinar las 3 probetas a presiones diferentes y a continuación romper la muestra a través del pistón vertical. La rotura se realiza lentamente para corregir cualquier variación intersticial que pudiera inducir a la rotura con la presión de agua del exterior.
Consolidado no Drenado (C.U.): se diferencia del anterior en que una vez terminada la consolidación se cierra el drenaje de agua exterior. Esto permite conocer las tensiones efectivas en la probeta en todo momento.
No Consolidad y No Drenado (U.U.): sirve para determinar la resistencia de un suelo en condiciones de resistencia a corto plazo. La densidad, la adherencia y unión entre partículas permanece intactas independientemente del nivel de carga.
MATERIALES Y EQUIPOS
Dispositivo para medir la carga axial: Puede ser un anillo de carga o una celda de carga.
Pistón de carga axial: Pistón pasante a través de la parte superior de la cámara
Dispositivo de carga axial: Puede ser un gato de tornillo accionado por un motor eléctrico.
Cámara de compresión triaxial: Consiste de una placa base, superior separadas por un cilindro capaz de resistir la presión aplicada.
Dial de deformación axial: Debe tener una sensibilidad de 0.001pul, y un recorrido mínimo del 20% de la altura de la muestra
Tapa y base de la muestra: Serán usadas para prevenir el drenaje de la muestra, y tendrán el mismo diámetro inicial de la muestra
Dispositivo de control de presión: Será capaz de aplicar la presión a la cámara mediante una válvula conectada en la parte superior de la cámara.
Otros aparatos.-Cuchillo de moldeo, perfilador de muestras, recipientes para determinar el contenido de humedad, anillos de caucho, equipo compactador, piedras porosas y papel filtro.
Membrana de caucho
Calibrador
balanza
IMPORTANCIA
Determinar el Ángulo de Rozamiento Interno y la Cohesión del suelo, que permitan establecer su Resistencia al Corte, aplicando a las probetas esfuerzos verticales y laterales que tratan de reproducir los esfuerzos a los que está sometido el suelo en condiciones naturales.
TIPO DE OBRA
LAS MUESTRAS PUEDEN SER INALTERADAS O REMOLDEADAS.
MUESTRAS INALTERADAS
PROCEDIMIENTO
El suelo a utilizarse se prefiere que sea inalterado, en cuyo caso se debe tallar por lo menos tres especímenes cilíndricos, teniendo muy en cuenta su estratificación y evitando destruir la estructura original del suelo. Si la muestra es alterada, se procede a preparar los especímenes compactándose la muestra con una determinada energía, de acuerdo con las condiciones técnicas impartidas. Las dimensiones de los especímenes dependen del tamaño de la máquina triaxial a emplearse; debiendo tomar en cuenta que la altura de la muestra debe ser el doble del diámetro, (Se toman las medidas de los especímenes preparados).
El momento de preparar los especímenes se debe tomar muestra para determinar el contenido de humedad.
Pesamos el primer espécimen y lo colocamos en la base de la cámara triaxial, utilizando una piedra porosa entre la muestra y dicha base.
Colocamos la membrana de caucho en el espécimen, utilizando un aparato especial para ello.
Colocamos la cabeza de plástico usando una piedra porosa entre la cabeza y el espécimen.
Aseguramos la membrana con ligas tanto en la parte superior como en la inferior.
En el caso de realizar en ensayo triaxial en un triaxial Soiltest, conectamos la cabeza de plástico en el tubo espiral que sale de la base y que se utiliza para el drenaje de la muestra.
Colocamos la cámara con su tapa, asegurándonos que estén bien colocados los empaques y seguidamente apretamos los tornillos que sujetan la cámara uniformemente.
Introducimos el pistón en el hueco de la cabeza de plástico.
Centramos el brazo de carga con el pistón y colocamos el dial de las deformaciones en cero.
Si la muestra no se encuentra saturada, será necesario saturarla, salvo introducciones contrarias al respecto, para lo cual abrimos las válvulas de saturación permitiendo que el agua fluya desde la base a través de la muestra.
Aplicamos presión al tanque de almacenamiento de la glicerina o agua y luego abrimos las válvulas que permiten el paso de la glicerina o agua a la cámara; la presión lateral introducida serán las indicadas anteriormente.
En estas condiciones aplicamos el tipo de triaxial solicitado; llegando en cualquier caso a aplicar la carga hasta romper la muestra; anotándose las lecturas de las deformaciones axiales y de la carga aplicada.
Unas vez terminadas el ensayo se reduce la presión y se devuelve la glicerina o agua al tanque de almacenamiento, se seca la cámara y luego a la muestra con mucho cuidado con el objeto de graficar la fractura y además determinar la humedad.
Todo este proceso lo repetimos con los demás especimenes, utilizando presiones laterales diferentes.
CALCULO
Se determina el área representativa inicial de la probeta (Ao) mediante la siguiente expresión:
Dónde:
As = Área superior, calculada con el diámetro superior promedio
Am = Área media, calculada con el diámetro medio promedio
Ai = Área inferior, calculada con el diámetro inferior promedio
El volumen de la probeta (V), se determina de la siguiente manera:
V = Ao * h
Los pesos específicos húmedo y seco, se calculan mediante las siguientes expresiones:
Las deformaciones para cada lectura del dial de cargas, se obtienen durante el ensayo.
EJEMPLO DE APLICACIÓN
Con los siguientes datos obtenidos en un ensayo triaxial se pide calcular el ángulo de rozamiento interno y la cohesión del suelo.
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFIA
BOWLES, Joseph E. Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil. Editorial McGraw Hill Inc. USA. 1978. 2da. Edición.
www.unalmed.edu.co/~geotecni/GG-17.pdf.
www.ingenieracivil.com/.../ensayo-de-cbr.htm.
MECANICA DE SUELOS APLICADA
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