Ensayo Triaxial

Práctica 6

ENSAYO TRIAXIAL

6.1 INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

El objetivo fundamental de esta práctica es que el alumno se familiarice con la realización de ensayos triaxiales en suelos; es decir, que vea cómo se preparan las muestras, se colocan en el aparato, se saturan, se consolidan y se les aplican las condiciones de ensayo que se hayan establecido para cada caso. La descripción de los equipos a utilizar ya ha sido introducida en las clases teóricas de la asignatura.

Como complemento al trabajo en el Laboratorio, se deberán analizar una serie de ensayos reales llevados a cabo en el Laboratorio de Ingeniería del Terreno de la ETSICCP de la Universidad de La Coruña. Durante la realización de la práctica y del informe asociado a ella, se utilizarán las notaciones y conceptos introducidos en las clases teóricas.

6.2 CONCEPTOS BÁSICOS

El ensayo triaxial es utilizado habitualmente para determinar las propiedades resistentes y deformacionales de un suelo, cuando éste está sometido a un estado de tensiones tal que dos de las tensiones principales son iguales y donde los ejes principales de tensiones no giran.

El ensayo se realiza en una célula de pared transparente sobre muestras cilíndricas que, salvo que se adopten precauciones especiales, tienen una altura igual a dos veces su diámetro, colocadas dentro de una membrana de látex. Esta membrana va sujeta a dos cabezales sobre los que se apoyan las bases de la probeta, por medio de dos piedras porosas que permiten el drenaje del suelo.

Para realizar el ensayo se aplica una tensión, 1, en la dirección del eje del cilindro de suelo, lo cual se hace por medio de un motor que acciona el cabezal inferior en el que apoya la probeta. Simultáneamente se ejerce una presión hidrostática por medio de un fluido que llena la célula (generalmente agua), de tal forma que las otras dos tensiones principales, 2 y 3, permanezcan iguales. El procedimiento habitual consiste en aplicar la presión de célula isotrópica y constante y provocar la rotura de la muestra aumentando la tensión axial mediante el desplazamiento del cabezal inferior. Para completar el ensayo se rompen, al menos, tres probetas de terreno de las mismas características, con valores diferentes de 3.

En los ensayos se miden los siguientes parámetros:

Presión de cámara: 3.

Tensión desviadora: 1-3.

Deformaciones verticales y horizontales (estas últimas con menor frecuencia).

Volumen de líquido (en ensayos drenados).

Presión de poro (en ensayos no drenados).

Habitualmente se aplica una sobrepresión inicial al líquido intersticial (presión de cola), para favorecer la saturación de la muestra y conseguir que las presiones intersticiales sean siempre positivas, ya que si no, en los suelos con dilatancia positiva dichas presiones disminuirían y podrían llegar a ser negativas.

En general, el ensayo puede emplearse para el estudio de cualquier tipo de suelo, siempre que sea posible obtener o preparar muestras homogéneas. El tamaño máximo de las partículas no debe exceder 1/6 del diámetro de la muestra.

Los tipos de ensayo que pueden realizarse son:

Consolidado-drenado (Ensayo CD)

Consolidado-no drenado (Ensayo CU)

No consolidado-drenado (Ensayo UD)

No consolidado-no drenado (Ensayo UU)

La rotura de la muestra se puede alcanzar de dos maneras:

 Imponiendo una trayectoria de tensiones, lo que supone realizar una aplicación de cargas por incrementos, hasta producir la rotura de la muestra.

 Imponiendo una trayectoria de deformaciones a velocidad constante y midiendo las tensiones axiales resultantes en el cabezal superior.

En el ensayo triaxial consolidado-drenado (CD) la muestra previamente saturada y con el drenaje impedido se somete a compresión isotrópica (3), con lo que la presión de poro aumenta (uc). Posteriormente se abre el drenaje de manera que comience la disipación de la presión de poro (y por lo tanto la consolidación de la muestra). La presión de poro tenderá a cero y el cambio de volumen de suelo debido a la consolidación será igual al volumen drenado de agua. Tras la consolidación isotrópica y con el drenaje abierto se procede a incrementar progresivamente la tensión desviadora (d). La velocidad del ensayo debe ser calculada previamente de manera que u ≈ 0 en todo momento. Puesto que de esta manera las presiones de poro durante el ensayo se disiparán completamente, tenemos que:

Presión de cámara total y efectiva = 3 = 3‘

Tensión axial total y efectiva = 3 + d = 1 = 1‘

En el ensayo consolidado-no drenado (CU), el suelo saturado previamente también se consolida isotrópicamente. Una vez disipado por completo el exceso de presión de poro que se hubiera generado en la etapa anterior, se cierra la válvula de drenaje y se incrementan las tensiones desviadoras hasta la rotura de la muestra. Dado que ahora estamos impidiendo el drenaje, produciremos incrementos en las presiones de poro, ud. Por lo tanto, el estado tensional será, en cualquier instante:

Componente principal mayor de la tensión total = 3 + (d) = 1

Componente principal mayor de la tensión efectiva = 1 - (ud) = 1‘

Componente principal menor de la tensión total = 3

Componente principal menor de la tensión efectiva = 3 - (ud) = 3‘

Con lo que resulta evidente que: 1 - 3 = 1‘ - 3‘

Las normativas que contienen este ensayo son: BS 1377:1975 y ASTM D4767-88. Las normas ASTM están disponibles en la biblioteca de la Escuela.

Este es el momento de repasar la teoría

6.3 APARATOS Y MATERIAL NECESARIO

 Herramientas para preparar la muestra (Figura 6.1): cuchillos, espátulas, talladores, sierras etc. En arcillas se utilizan muestras inalteradas cuando se trata de formaciones naturales, o bien se preparan en moldes como el Harvard, análogo al del ensayo Proctor pero con mayor altura, etc. En arenas, las muestras suelen prepararse en un molde, aproximándose lo más posible a las condiciones de densidad “in situ”.

Figura 6.1 Preparación de las muestras para ser sometidas a ensayos triaxiales. Observar la membrana de látex que recubrirá la muestra una vez finalizado el tallado.

 También se necesitan membranas de látex (Figura 6.1) para recubrir las probetas una vez que están preparadas (Figura 6.2) y piedras porosas para

...