La ingeniería civil y la ingeniería geotécnica son ramas importantes de la ingeniería involucradas en la construcción y mantenimiento de infraestructura segura. Las pruebas triaxiales son una poderosa herramienta que permite a los ingenieros civiles y geotécnicos obtener información sobre la resistencia y otras propiedades del suelo y la roca de un material determinado. En esta publicación, analizo los conceptos básicos de las pruebas triaxiales, sus ventajas y consideraciones importantes al planificar dichas pruebas. Este artículo es sin duda una guía útil para ingenieros civiles y geotécnicos que quieran comprender mejor el desempeño de las pruebas triaxiales en su trabajo.
Las pruebas triaxiales se realizan transportando una muestra cilíndrica de suelo o roca en tres direcciones perpendiculares. La respuesta medida de la muestra a esta carga proporciona a los ingenieros información valiosa sobre la resistencia y otras propiedades del material. Debido a que las pruebas triaxiales se realizan en una muestra pequeña y controlada de material, son un método eficaz para obtener información sobre el comportamiento de estructuras más grandes del mundo real.
A partir de los datos de la prueba triaxial, se pueden determinar las propiedades básicas del material de la muestra, como el ángulo de resistencia al corte, la cohesión aparente y el ángulo de expansión. Para predecir cómo se comportaría el material en una aplicación de ingeniería más amplia, estos parámetros se utilizan en modelos computacionales.
El ensayo triaxial se puede utilizar para determinar los parámetros geotécnicos del suelo.
- Cohesión (c) del suelo
- Ángulo de fricción interna ( φ ')
- Resistencia al corte del suelo
- Rigidez del suelo
- Permeabilidad del suelo
Existen muchas ventajas al utilizar pruebas triaxiales en ingeniería. En primer lugar, son relativamente fáciles y rápidos de realizar. En segundo lugar, proporcionan resultados fiables y repetibles. Y en tercer lugar, se pueden utilizar para probar una amplia gama de materiales, desde suelos blandos hasta rocas duras.
También hay algunos aspectos importantes a considerar al planificar una prueba triaxial. En primer lugar, es importante seleccionar un tamaño de muestra adecuado. En segundo lugar, el experimento debe diseñarse para simular con precisión las condiciones de estrés encontradas en el campo. Y en tercer lugar, se debe tener cuidado para garantizar que el experimento se lleve a cabo en condiciones que minimicen el riesgo de falla de la muestra.
En general, las pruebas triaxiales son una herramienta poderosa que puede proporcionar información valiosa sobre la resistencia y el comportamiento de los materiales del suelo y las rocas. Al planificar una prueba triaxial, es importante seleccionar un tamaño de muestra apropiado, diseñar la prueba para simular con precisión las condiciones de carga encontradas en el campo y garantizar que la prueba se realice en condiciones que reduzcan el riesgo de falla de la muestra.
Aunque las pruebas triaxiales se usan más comúnmente para medir la resistencia de los materiales, también se pueden usar para medir otras propiedades como la compresibilidad, la deformación y la resistencia al corte de los suelos.
Tipos de pruebas triaxiales
Las pruebas triaxiales se utilizan para medir las propiedades de resistencia y deformación de la tierra, las rocas y otros materiales. Existen diferentes tipos de pruebas triaxiales, cada una diseñada para probar diferentes aspectos de las propiedades de un material. Estos ensayos se utilizan en diversas áreas, como la ingeniería geotécnica y la construcción, para analizar suelos y otros materiales y asegurar su integridad estructural.
- No consolidado – no drenado (UU)
- Consolidado – sin drenaje (CU)
- Consolidado – drenado (CD)
Sin consolidar: prueba triaxial sin drenaje
Las propiedades mecánicas del suelo se determinan sometiendo una muestra de suelo a diversas condiciones de estrés y drenaje en una prueba de compresión triaxial, no consolidada y drenada. En una celda triaxial, se aplica presión de un fluido confinado a la muestra saturada. Normalmente, la prueba utiliza tres muestras de la misma muestra de suelo sometidas a diferentes tensiones limitantes.
Las pruebas se realizan de acuerdo con ASTM D2850-15.
La resistencia resultante de medir la resistencia a la compresión de un suelo contra la tensión total utilizando este método de prueba depende de la presión creada en el fluido de los poros durante la carga. Este método de prueba evita que el líquido se filtre dentro o fuera de la muestra de suelo cuando se aplica tensión. Por lo tanto, la presión de los poros y la resistencia resultante son diferentes de las creadas en situaciones donde el drenaje es posible.
La resistencia al corte para una estructura no consolidada y sin drenaje es aplicable cuando la velocidad del movimiento de la carga es tan alta que no hay tiempo suficiente para que se produzca la consolidación durante el período de carga o cuando se puede reducir la presión de agua de los poros resultante.
Consolidado – prueba triaxial sin drenaje
La resistencia al corte del suelo se determina mediante una prueba de compresión no drenada consolidada de tres ejes. Antes de que se detecte la falla debido al aumento de la tensión principal primaria, se registra la presión de poros del suelo y el suelo se compacta en una celda triaxial bajo presión desde todos los lados.
La prueba de corte triaxial puede evaluar la tensión total y efectiva del suelo y determinar la resistencia al corte del suelo, incluida la cohesión y el ángulo de fricción interna.
Consolidado – ensayo triaxial deshidratado
La prueba de compresión triaxial drenada consolidada se realiza de la misma manera que la prueba no drenada consolidada, excepto que durante el corte la contrapresión todavía está asociada con la muestra, que se carga gradualmente lo suficiente para evitar el desarrollo de presiones de poro excesivas.
Ventajas de las pruebas triaxiales
- Podemos controlar las condiciones de drenaje.
- Por tanto, es fácil realizar los tres tipos de pruebas UU, CU y CD sin muchos problemas.
- Se pueden obtener resultados más precisos de la prueba.
- Distribución uniforme de la resistencia al corte en la superficie de la fractura.
- A partir del experimento, se puede determinar la variación en las tensiones del suelo y se puede investigar más a fondo el comportamiento del suelo.
Desventajas de las pruebas triaxiales
- Debido al alto nivel de equipamiento necesario, la prueba es comparativamente cara.
- Existen otros métodos comparativamente sencillos con los que se pueden determinar estos parámetros.
