Prueba triaxial 101: Una guía completa de la teoría a la práctica

Ya sea que sea un ingeniero geotécnico, un estudiante que ingrese al campo o simplemente es curioso sobre la mecánica del suelo, es esencial comprender la prueba triaxial . Es uno de los métodos de laboratorio más utilizados para evaluar la fuerza del suelo, el comportamiento de tensión-deformación y la deformación en condiciones simuladas en el suelo. Esta guía lo guía a través de todo, desde la teoría hasta la ejecución práctica, sin jerga, solo claridad.

Comprender los conceptos básicos: ¿Qué es una prueba triaxial?

La prueba triaxial es un método de laboratorio de mecánica del suelo utilizado para determinar la resistencia al corte ¹ y las características de deformación ² del suelo. Simula condiciones de estrés del mundo real que el suelo experimenta debajo de las estructuras, pendientes o terraplenes.

Conceptos clave:

• Estrés axial (σ₁): estrés vertical aplicado a la muestra del suelo.
• Estrés de confinamiento (σ₃): presión aplicada por igual en todos los lados (estrés radial).
• Presión de agua de poro (U): presión interna en los huecos del suelo, especialmente relevantes en suelos saturados.

Una muestra de suelo cilíndrica, encerrada en una membrana de látex , se coloca dentro de una cámara triaxial . La presión se aplica en etapas controladas para observar cómo el suelo falla o se deforma .

Dimensiones de muestra de prueba típica:

Esta prueba proporciona información sobre el estrés efectivo , la cohesión y el ángulo de fricción , todos los cuales son cruciales para un diseño geotécnico seguro.

Tipos de pruebas triaxiales: UU, CU y CD explicados

Dependiendo de las condiciones de drenaje ³ y si la muestra se consolida, hay tres tipos principales de pruebas triaxiales:

1. Prueba de uu (no sólida)

• No hay drenaje durante la configuración o el cizallamiento.
• Rápido y simple.
• Mide solo el estrés total .
• Adecuado para arcillas suaves en carga a corto plazo.

2. Prueba de CU (consolidada sin drenaje)

• El suelo se consolida bajo presión de confinamiento, pero no se permite que drenen durante el corte .
• Presión de poro medida⁴.
• Útil para un análisis de estrés efectivo.

3. Prueba de CD (drenado consolidado)

• Consolidación y drenaje completos durante ambas etapas.
• Utilizado para a largo plazo .
• Toma más tiempo pero proporciona una ruta de estrés completa.

Cada método proporciona una visión diferente según el tipo de suelo y el escenario de ingeniería .

Desde la configuración hasta la ejecución: el procedimiento de prueba paso a paso

Realizar una prueba triaxial requiere atención al detalle y la calibración. Aquí hay un flujo de trabajo general utilizado en laboratorios:

Procedimiento paso a paso:

1. Preparación de muestra

   • Recorte la muestra cilíndrica a las dimensiones estándar.
   • Encasa en membrana de látex y lugar entre piedras porosas.

2. Montaje en células triaxiales

   • Selle la muestra dentro de la cámara.
   • Conecte líneas de drenaje (para pruebas de Cu/CD) y sensores.

3. Etapa de consolidación (solo Cu/CD)

   • Aplicar presión de confinamiento (σ₃).
   • Permitir que la muestra consolide con el tiempo.

4. Escenario

   • Aumentar el estrés axial (σ₁) a una velocidad controlada.
   • Registre la tensión, la carga y la presión de los poros (si corresponde).

5. Punto de falla

   • Identificar el estrés máximo del desviador o la tensión crítica.
   • Continuar o detener dependiendo del diseño de la prueba.

Instrumentos clave utilizados:

• Marco de carga (carga axial)
• Célula triaxial (presión de confinamiento)
• Transductores de presión (presión de poro)
• LVDTS (sensores de desplazamiento)
• Sistema de adquisición de datos

Interpretación de resultados: rutas de estrés, sobres de falla e información de datos

Una vez que se completa la prueba, los datos revelan cómo se comporta el suelo bajo diferentes rutas de carga. El objetivo es comprender sus parámetros de resistencia ⁵ , comportamiento de drenaje ⁶ y mecanismos de falla ⁷ .

Resultados clave:

• Estrés del desviador (σ₁ - σ₃): determina la fuerza máxima.
• Presión de poro (U): se utiliza para calcular el estrés efectivo.
• Tensión axial (%): mide cuánto deformó la muestra.

Gráficos de salida:

• Curva de tensión-deformación : muestra rigidez y resistencia máxima.
• Presión de poros versus tensión : indica respuesta de drenaje.
• Círculo de Mohr y envoltura de falla : calcula la cohesión (c) y el ángulo de fricción (φ) .

Tabla de salida de ejemplo

Estos valores se utilizan en ecuaciones de diseño para cimientos, pendientes, terraplenes y estructuras de retención de tierra .

Conclusión

La prueba triaxial es una piedra angular del análisis geotécnico moderno. Desde la teoría básica hasta la ejecución práctica, proporciona información crítica sobre la fuerza y ​​el comportamiento del suelo en condiciones del mundo real. Ya sea que esté modelando una base, diseñando una presa o analizando la estabilidad de la pendiente, la prueba triaxial ofrece los datos que necesita construir de manera segura y de manera sostenible .