Ensayos triaxiales para suelos 1. Introducción.El esfuerzo cortante en los suelos es el aspecto más importante de la la ingeniería geotécnica. La capacidad de soporte de cimentaciones superciales como profundas, 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. esde otro punto de vista, el diseño de los pavimentos, se ve in!uenciado de una forma indirecta por la resistencia al cortante de los suelos, ya sea en el análisis de la l a estabilidad de un talud o en el diseño de los muros de retención y de forma directa. El esfuerzo cortante de un suelo se "a denido como la #ltima o má$ima resistencia %ue el suelo puede soportar. Especícamente, se "a e$presado como la resistencia interna %ue ofrece la masa de suelo por área unitaria para resistir la falla al deslizamiento a lo largo de cual%uier plano dentro de él. El esfuerzo cortante puede ser determinado de muc"as maneras, algunos de los ensayos más comunes inclinadas son la veleta &'()* ++-, ensayos de penetración estándar / (0) &'()* 12-, así como algunos otros tipos de penetrómetros, los cuales en su mayoría no evitan los problemas asociados con la alteración de la muestra debido a su e$tracción en el campo, sin de3ar de lado %ue ofrecen información sumamente importante. (in embargo, muc"os de esos métodos determinan la resistencia al cortante indirectamente a través de correlaciones. 2. Criterios de Falla Falla Mohr-Coulomb .*o"r &1455 presentó una teoría sobre la ruptura de los materiales. ic"a teoría arma %ue un material falla debido a una combinación crítica de esfuerzo normal y esfuerzo cortante, y no solo por la presencia de un esfuerzo má$imo normal o bien de un esfuerzo má$imo cortante. 0or lo cual, la relación entre un esfuerzo normal y un esfuerzo cortante sobre un plano de falla se e$presa en la Ecuación 1. 6f 7f&8 ónde9 6f 7 esfuerzo cortante sobre el plano de falla 8 7 esfuerzo normal sobre el plano de falla La envolvente de falla denida por la ecuación es una línea curva. 0ara la mayoría de los problemas de mecánica de suelos, es suciente apro$imar el esfuerzo cortante cortante sobre el plano de falla como una función lineal del esfuerzo normal :4;, lo cual se conoce como el
6f 7< >8 tan ? onde9 c 7 co"esión ? 7 ángulo de fricción interna En la @igura 1 se observa, %ue si el esfuerzo normal y el esfuerzo cortante sobre un plano en una masa de suelo son tales %ue son representados por el punto ', entonces no ocurrirá una falla cortante a lo largo de ese plano. (i el esfuerzo normal y el esfuerzo cortante sobre un plano son representados por el punto A &sobre la envolvente de falla, entonces ocurrirá una falla de cortante a lo largo de ese plano. Bn estado de esfuerzo ubicado en el punto < no e$iste, por%ue %ueda por arriba de la envolvente de falla y la falla cortante ya "abría ocurrido en el suelo.
3. Prueba riaxial .La prueba de ensayo tria$ial es uno de los métodos más conables para determinar los parámetros de la resistencia al cortante. En un ensayo tria$ial, un espécimen cilíndrico de suelo es revestido con una membrana de láte$ dentro de una cámara a presión. La parte superior e inferior de la muestra tiene discos porosos, los cuales se conectan al sistema de drena3e 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 su3etos a presiones laterales de un lí%uido, generalmente agua. El agua de la c ámara puede ad%uirir cual%uier presión deseada por la acción de un compresor comunicado con ella. La carga a$ial se transmite al espécimen por medio de un vástago %ue atraviesa la parte superior de la cámara.
La presión %ue se e3erce con el agua %ue llena la cámara es "idrostática y produce por lo tanto, esfuerzos principales sobre el espécimen, iguales en todas las direcciones, tanto lateral como a$ialmente. En las bases del espécimen actuará además de la presión del agua, el efecto transmitido por el vástago de la cámara desde el e$terior. Es usual llamar 81 , 8= y 8C a los esfuerzos principales mayor, intermedio y mínimo, respectivamente. En una prueba de compresión, la presión a$ial siempre es el esfuerzo principal mayor, 81 D los esfuerzos intermedios y menor son iguales &8= 7 8C y son iguales a la presión lateral !. ipos de pruebas triaxiales .!.1 Prueba lenta - Prueba con consolidación y con drena"e #C$%.La característica fundamental de la prueba es %ue los esfuerzos aplicados al espécimen son efectivos. 0rimeramente se aplica al suelo una presión "idrostática, manteniendo abierta la válvula de comunicación con la bureta y de3ando transcurrir el tiempo necesario para %ue "aya consolidación completa ba3o la presión actuante.
En este tipo de prueba no se permite en ninguna etapa la consolidación de la muestra. La válvula de comunicación entre el espécimen y la bureta permanece siempre cerrada impidiendo el drena3e. En primer lugar, se aplica al espécimen una presión "idrostática y de inmediato, se falla el suelo con la aplicación rápida de la carga a$ial. Los esfuerzos efectivos en esta prueba no se conocen bien. El ensayo BB es usualmente llevado a cabo sobre especímenes de arcilla, enmarcando la realización del ensayo dentro del concepto de resistencia para suelos co"esivos saturados, en donde se e$presan los resultados en términos de esfuerzos totales. La envolvente de falla para los criterios de *o"r del esfuerzo total se convierte en una línea "orizontal, con una condición de ? 7 5 &ángulo de fricción y 6f 7
). M&*uina triaxial ' +aboratorio de ,eotecnia ' +anamme(C.).1 Componentes de la m&*uina triaxial.
).3 E*uipo autom&tico de cambio de olumen
El e%uipo de cambio de volumen &aparato realiza su función comprimiendo un pistón sellado contra un dispositivo de precisión en la cámara de calibración, de tal forma %ue un movimiento lineal del pistón es e$actamente proporcional al cambio de volumen de agua %ue se da en la cámara de calibración &ver @igura C. El pistón está conectado a un medio de medición e$terno, un transductor de desplazamiento lineal, adecuado para el sistema de ad%uisición de datos permitiendo %ue los cambios de volumen de la muestra sean desplegados y registrados directamente en centímetros c#bicos. La unidad está conectada a un panel de control con cambio de volumen y regulador de !u3o &by pass valves usados para medir la saturación y cambios de volumen mayores a 155 cc.
).! Prensa riaxial
La prensa tria$ial consiste en un marco de dos columnas con una viga transversal móvil &marco de carga y una base %ue contiene la unidad de empu3e mecánico, el motor eléctrico, los componentes electrónicos y los controles &ver @igura +. La acción de carga es realizada por un motor &stepper motor de alta resolución. La unidad de sincronización %ue mane3a el motor es controlada por un microprocesador. *ediante este microprocesador es posible obtener un desplazamiento predeterminado de la unidad de carga &empu3e, constante durante el ensayo, cual%uiera %ue sea la fuerza de resistencia.
La velocidad y la dirección se preestablecen a través de controles localizados en el panel frontal. Las especicaciones técnicas de este dispositivo se encuentran a continuación9
