¿Cómo hacer una prueba triaxial?

Las pruebas triaxiales son un método de laboratorio fundamental en ingeniería geotécnica utilizada para evaluar la resistencia al corte y al comportamiento de deformación del suelo en condiciones de estrés controlado. Este artículo explica el propósito de una prueba triaxial, el equipo esencial y la configuración, los diferentes tipos de pruebas triaxiales y cómo analizar y aplicar los resultados de las pruebas de manera efectiva.

Comprender el propósito de una prueba triaxial

Las pruebas triaxiales simulan las condiciones de estrés in situ para determinar cómo se comportan los suelos cuando se someten a cargas variables. Los objetivos principales son:

• Determine los parámetros de resistencia al corte ¹ : como la resistencia al corte no drenada (Sᵤ), la cohesión (C) y el ángulo de fricción interna (φ).
• Establecer relaciones de tensión-deformación ² : proporcionar datos sobre la rigidez del suelo y las características de deformación.
• Mida la respuesta a la presión de los poros ³ : Registro de cambios en la presión del agua de los poros durante la carga, lo cual es crucial para evaluar el estrés efectivo.

Estos parámetros son esenciales para el diseño de base seguro, el análisis de estabilidad de la pendiente y otras aplicaciones geotécnicas.

Equipo clave y requisitos de configuración

Una prueba triaxial realizada adecuadamente se basa en un aparato bien calibrado. Los componentes clave incluyen:

Los requisitos de configuración adicionales incluyen:

• Preparación de la muestra ⁴ : Las muestras de suelo cilíndrica (a menudo 2: 1 relación de altura a diámetro) deben ser no perturbadas o remolcadas, asegurando la uniformidad.
• Membrana de sellado ⁵ : Se utiliza una membrana flexible para encasar la muestra y evitar la fuga de fluidos.
• Calibración : todos los sensores y dispositivos de carga deben calibrarse para garantizar mediciones precisas.

Diferentes tipos de pruebas triaxiales explicadas

Las pruebas triaxiales se pueden clasificar en varios tipos, cada una adecuada para condiciones específicas del suelo:

1. Prueba no drenada (UU) no consolidada (UU)⁶

   • Descripción : La muestra del suelo se prueba inmediatamente sin consolidación bajo presión de confinamiento.
   • Uso : evaluación rápida de la resistencia al corte no drenada, ideal para evaluaciones preliminares del sitio.

2. Prueba consolidada sin drenaje (Cu)⁷

   • Descripción : El suelo se consolida primero bajo una presión de confinamiento dada con drenaje permitido, luego corte sin drenaje.
   • Uso : proporciona mediciones detalladas de la resistencia al corte y la respuesta a la presión de los poros, lo que permite un análisis de estrés efectivo.

3. Prueba de drenado consolidado (CD)⁸

   • Descripción : El espécimen se consolida y luego se corta lentamente con el drenaje permitido en todo momento.
   • Uso : adecuado para suelos con mayor permeabilidad; produce parámetros de estrés efectivos en condiciones completamente drenadas.

Cada tipo de prueba genera diferentes ideas sobre el comportamiento del suelo, desde respuestas rápidas sin drenar hasta efectos de consolidación a largo plazo.

Análisis y aplicación de resultados de las pruebas

Después de realizar una prueba triaxial, los datos recopilados se analizan para extraer parámetros clave del suelo:

• Curvas de tensión-deformación : trazar el estrés del desviador (σ₁-σ₃) contra la tensión axial muestra la rigidez del suelo, la resistencia máxima y el comportamiento posterior al pico.

• Respuesta a presión de poros : monitorear cómo los cambios de presión de poro durante la carga ayuda a calcular tensiones efectivas.

• Criterios de falla : el punto de estrés máximo del desviador se usa típicamente para definir la resistencia al corte no drenada del suelo, a menudo expresada como:

  [s_u = \ frac {\ sigma_1 - \ sigma_3} {2}]

• Parámetros de Mohr-Coulomb : al probar muestras bajo varias presiones de confinamiento, se puede construir una envoltura de falla para determinar la cohesión (c) y el ángulo de fricción (φ).

Tabla: Ejemplo de interpretación de datos de una prueba de CU

Estos análisis guían el diseño de cimientos, pendientes y estructuras de retención de la tierra al garantizar que el comportamiento del suelo se modele con precisión en las condiciones de campo esperadas.

Conclusión

Realizar una prueba triaxial implica preparar cuidadosamente una muestra de suelo, usar un aparato calibrado con precisión y seleccionar el método de prueba apropiado (UU, Cu o CD) basado en las condiciones del suelo. Analizar los datos resultantes de tensión -deformación y presión de poros proporciona información esencial sobre la resistencia al corte y el comportamiento de deformación del suelo. Esta información es vital para diseñar estructuras geotécnicas seguras y eficientes, lo que hace que la prueba triaxial sea una herramienta indispensable en la ingeniería geotécnica moderna.