Ensayo Triaxial

1. Tema:

Ensayo triaxial y corte directo

2. Objetivo

• Analizar y comprender si el ensayo triaxial es lo mismo que el corte directo.

• Obtener parámetros del suelo y la relación esfuerzo -deformación a través de la determinación del esfuerzo cortante

3. Introducción

Todas las estructuras que diseña un ingeniero civil se apoyan sobre suelos o rocas.

El ensayo de compresión triaxial es sin lugar a duda el ensayo de rutina más usado para medir los parámetros de resistencia al corte de los suelos. Tiene varias ventajas respecto a otros ensayos, entre ellas, que permite simular en el laboratorio las condiciones de esfuerzos de un problema específico. La segunda ventaja es que permite controlar el drenaje del agua.

4. Marco teorico

4.1. Corte directo

Básicamente este consta de dos marcos que contiene a la muestra. El marco inferior es fijo, mientras que el superior puede desplazarse en forma horizontal. Las muestras a ensayar en este aparato de corte son de forma prismática tal como se indica.

Una vez que hemos recortado la muestra se la coloca dentro de la cavidad que forma los dos marcos, de tal manera que la mitad de su altura h quede comprendida en cada uno de ellos.

En la parte superior e inferior de la misma se coloca un colchón de arena para permitir el drenaje y para permitir un mejor asiento de la probeta, que como dijimos se recorta lo mejor posible de una “Dama” de suelo inalterado, y que en los casos de suelos cohesivos, no siempre se puede lograr una superficie perfectamente lisa.

Posteriormente sometemos a la probeta, a través de una placa de distribución de tensiones que se coloca en la parte superior de la misma, a la acción de una carga vertical “P1” que desarrolla una tensión normal sn1.

Donde A es el área de la probeta según un plano horizontal.

Una vez que la muestra ha consolidado bajo la acción de sn1 cosa que verificamos con las lecturas efectuadas en el comparador N° 1 procedemos a solicitar a la probeta con fuerzas horizontales constantes F.

Luego de cada aplicación de una fuerza F medimos las deformaciones horizontales d en el comparador N° 2. Cuando las deformaciones se detienen, tenemos un par de valores (F1; d1) que nos permiten obtener un punto en el gráfico. Repitiendo este procedimiento observaremos que para las restantes fuerzas horizontales F obtenemos deformaciones d que serán cada vez mayores hasta que para una fuerza F el marco superior llegará al límite de su desplazamiento mecánico lo que nos indicará que hemos alcanzado la rotura por corte de la muestra bajo la tensión normal sn1.

Es conveniente en la ejecución de este tipo de ensayo, ir disminuyendo los incrementos de la fuerza horizontal aplicada a medida que nos acercamos a la rotura, con el objeto de poder definir con mayor precisión la tensión de corte en rotura t. El par de valores (sn1; tr1) nos define un punto correspondiente a la curva de resistencia intrínseca (C.R.I.) del material ensayado. Por lo tanto si repetimos el procedimiento anteriormente descripto con dos probetas mas sobre las que aplicamos tensiones normales an2 y an3 obtendremos otros dos pares de valores (sn2; tr2) y (sn3; tr3) con los cuales podremos definir perfectamente la C.R.I. y a partir de ella obtener los parámetros de corte del material (c y f).

Este tipo de ensayo no es el más utilizado para determinar los parámetros del suelo, fundamentalmente porque adolece de los siguientes defectos:

a) No es fácil ni económico extraer muestras inalteradas de estratos, que pueden estar bajo la capa freática, con las medidas necesarias como para posteriormente poder recortar tres probetas cúbicas y ensayarlas. Es más fácil y económico extraer muestra inalterada cilíndrica a través de la ejecución de una perforación.

b) En los aparatos de corte tradicionales es prácticamente imposible poder manejar el drenaje del agua intersticial de la probeta cuando está siendo ensayada.

c) El desplazamiento relativo del marco superior con respecto al inferior, provoca una variación en el área de corte de la probeta que hace que la tensión normal aplicada sn se incremente.

4.2. Compresión triaxial

El ensayo de compresión triaxial, al igual que el ensayo de corte directo, permite al ingeniero obtener los parámetros de corte necesarios para calcular en la forma más aproximada posible la resistencia última de una masa de suelo que será sometida a solicitaciones por la construcción de alguna obra de ingeniería.

A diferencia del ensayo de corte directo, el ensayo de compresión triaxial, no fija a priori el plano de rotura de la muestra ensayada sino que permite que el mismo se genere en forma natural y adopte la orientación más desfavorable.

Por otra parte este tipo de ensayo nos permite controlar a voluntad el drenaje de la muestra como así también la velocidad de aplicación de las cargas. Por lo tanto podemos simular en la ejecución del ensayo, cualquier situación que se presente en la naturaleza como veremos más adelante.

Otra de las ventajas que presenta el ensayo de compresión triaxial con respecto al de corte directo es la utilización de probetas cilíndricas de tamaño variado, que son más fácil y económicas de obtener.

4.2.1. Cámara Triaxial

Para la ejecución de los distintos tipos de ensayos triaxiales se utiliza la misma cámara triaxial.

Esta cámara es totalmente desmontable y para la ejecución del ensayo se comienza a montar o armar a partir de la base.

Sobre dicha base colocamos, enroscándolo, el cabezal inferior cuyo diámetro es variable y depende del tamaño de la probeta a ensayar.

Los diámetros usados comúnmente son de 3,5 cm, 5,0 cm y 7,6 cm. Estos cabezales pueden ser ciegos o permeables. Los ciegos son por lo general metálicos, lisos y no permiten el drenaje de la muestra, los permeables en cambio tienen alojada en una cavidad una piedra porosa en forma de disco en la cara que esta en contacto con la probeta que permite, a través de conductos internos de la base, el drenaje de agua que ingresa o que expulsa la probeta cuando es ensayada.

Sobre el cabezal inferior se apoya en forma centrada la probeta cilíndrica a ensayar. Es conveniente que las mismas no sean demasiado esbeltas, ya que serían difíciles de manejar y pueden pandear cuando se ensayan. Por otra parte, tampoco conviene que sean

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