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La prueba de resistencia al corte triaxial del suelo mide las propiedades mecánicas del suelo. En esta prueba, las muestras de suelo se estresan. Como resultado, los esfuerzos inducidos en una dirección son diferentes en la dirección normal. Las propiedades materiales del suelo, como la resistencia al corte, la cohesión y la tensión de dilatación, se determinan a partir de esta prueba. Esta prueba es la más utilizada y adecuada para todo tipo de suelos.
Tabla de contenido
Dispositivo de ensayo de cizallamiento triaxial
El equipo importante para la prueba de corte triaxial es:
- Máquina de prueba triaxial con celda triaxial: esta unidad está preparada para insertar una muestra de suelo cilíndrica sellada por una membrana de caucho para limitar el ingreso de fluido lateral. La presión radial del fluido y la tensión normal se aplican mediante un dispositivo de pistón. La unidad también tiene la capacidad de evitar el derrame de muestras. La presión del fluido en la celda se puede medir con un manómetro.
- equipo de carga
- Dispositivo de medición de carga/deformación: Una máquina de prueba para medir el grado de carga aplicada por el pistón.Se utiliza un indicador de cuadrante para medir la deformación de la muestra.
Principio de la prueba de corte triaxial
Los especímenes cilíndricos, típicamente con una relación de longitud a diámetro de 2, se usan para probar y tensionar bajo condiciones axisimétricas de la manera que se muestra a continuación.
Figura 1: Diagrama esquemático del sistema de tensión del suelo durante la prueba triaxial
Figura 2: Equipo de prueba triaxial
Los tamaños típicos de las muestras son 76 mm x 38 mm y 100 mm x 50 mm. La muestra se somete a tres tensiones principales. Dos de estos tres esfuerzos se deben a la presión hidráulica dentro de la celda de confinamiento. Dos valores son iguales. Usar un ariete para cargar la parte superior de la celda, como se muestra arriba, es el tercer esfuerzo que se aplica. Esta tensión es diferente de las otras dos tensiones. La muestra analizada tiene sus extremos sellados por una tapa superior y un pedestal inferior por juntas tóricas de goma. Si estos incluyen mediciones de presión intersticial, se pueden colocar piedras porosas en la parte inferior y superior de la muestra. Los transductores de presión se utilizan para medir la presión generada dentro de la muestra. La prueba de corte triaxial se puede realizar en dos pasos: Paso 1: Prepare la muestra de suelo y colóquela en la celda triaxial. Luego se aplica presión de confinamiento. Paso 2: Aquí se aplica una tensión axial adicional, la tensión desviadora. Esto crea un esfuerzo cortante en la muestra. El esfuerzo axial aplicado aumenta hasta que falla la muestra de suelo. La tensión aplicada, la deformación axial y la presión intersticial se miden en los dos pasos anteriores.
Procedimiento de prueba de corte triaxial
Los especímenes se pueden remodelar o preparar tal cual. El suelo no perturbado se puede probar con suelo de cohesión suficiente. Recoja y compacte los terrones adecuadamente para crear un suelo remodelado. Se debe tener cuidado al preparar suelos menos cohesivos. La prueba de corte triaxial se puede realizar en muchas variaciones. Los tipos más utilizados son:
- Prueba no consolidada no drenada (UU)
- Prueba combinada no drenada (CU)
- Prueba de Drenaje Combinado (CD)
1. Prueba no drenada no consolidada (UU)
Como sugiere el nombre, las muestras de suelo se someten a presión celular y no se produce drenaje. Aquí la presión de la celda se mantiene constante y la tensión desviadora aplicada aumenta hasta que la muestra falla. Esto se llama una prueba rápida.
2. Prueba consolidada no drenada (CU)
Aquí, se permite el drenaje mientras se aplica presión celular a la muestra. Luego se aplica una tensión desviadora para mantener constante la presión de la celda y no proporcionar más drenaje.
3. Prueba de Drenaje Combinado (CD)
Esta prueba también se llama prueba de drenaje o prueba de lanzamiento. Aquí, la tensión desviadora aumenta al permitir que continúe el drenaje y la presión de la celda también se mantiene constante. Aquí, la tasa de carga se aplica lentamente para que no se desarrolle una presión intersticial excesiva dentro de la muestra. La muestra preparada se envuelve en una membrana y se coloca en una celda triaxial. Sobre esto se aplica la presión lateral deseada. Se aplica presión lateral hasta que la muestra falla. Se registran las lecturas de carga y deformación vertical. El objetivo principal de esta prueba es determinar los valores de cohesión y ángulo de fricción interna. Para determinar estos valores, se deben probar tres valores diferentes de presión lateral en la muestra.
cálculo
El espécimen se somete a una presión lateral circunferencial ( 
).El esfuerzo desviador aplicado es 
Entonces el esfuerzo vertical total es 
,
El círculo de Mohr está dibujado por la trama. y El eje x es el esfuerzo cortante y el eje y es el esfuerzo cortante. La envolvente de explosión de Mohr se obtiene trazando una tangente al círculo obtenido. Las tangentes se cortan en el eje y. El intercepto en y da el valor de cohesión (Ja). La pendiente del plano de falla o tangente indica el ángulo (ø) de fricción interna en el suelo. La carga puede aumentar el área de la sección transversal de una muestra de suelo.Esto requiere corrección por tensiones desviadoras. Aquí la corrección se aplica asumiendo que el volumen de la muestra es constante y el área cambia.La tensión desviadora corregida es
PAG.1 = Carga aplicada Ao = área de la sección transversal original l0 = Longitud original de la muestra l = Deformación de la muestra La resistencia al corte de la muestra viene dada por
Figura 3: Determinación de los parámetros de tensión por el círculo de Mohr
condiciones de estrés efectivas
La figura muestra la tensión efectiva que actúa sobre la muestra de suelo durante el ensayo. En este caso, la tensión principal secundaria efectiva es igual a la presión de la celda (presión del fluido) menos la presión intersticial. La tensión principal principal es igual a la tensión desviadora más la presión de la celda.Por lo tanto, la tensión principal efectiva 
es igual a la tensión principal menos la presión intersticial.Sea el componente de esfuerzo de la superficie de falla MN 
y 
La superficie de la falla está inclinada 
en el plano principal.
Figura 4. Determinación de la tensión efectiva por el círculo de Molles
Hacer el sobre DF cortado en diagonal sobre la abscisa. 
, C sea el centro del círculo de Mohr.de 
y 
obtenemos
Principios que enfatizan las relaciones en el fracaso
CO = 
de = 
Karamatá 
,
Resolviendo esta ecuación da
pero 
por lo tanto, 
A partir del círculo de Mohr dibujado, una línea recta forma la superficie de fractura y la intersección generada es el parámetro de resistencia efectiva del suelo c’. El ángulo formado por el plano ø’ forma el ángulo de fricción. Por lo tanto, la resistencia efectiva al corte viene dada por
Medición de la presión del agua intersticial
La presión intersticial del agua debe medirse sin flujo hacia adentro o hacia afuera de la muestra. De lo contrario, la presión correcta cambiará. La presión del agua intersticial se puede medir en un extremo de la muestra mientras se drena el otro extremo. No se mantiene el flujo mediante el uso de un indicador nulo, que es esencialmente un tubo en U parcialmente lleno de mercurio.
Ventajas de las pruebas triaxiales
- La distribución de esfuerzos en la superficie de falla es uniforme.
- El espécimen se rompe libremente en su lado más débil.
- El drenaje está totalmente controlado.
- Los cambios en la presión intersticial y los cambios de volumen se pueden medir directamente.
- Se conoce el estado de tensión en todas las etapas intermedias hasta la falla. Se puede dibujar un círculo de Mohr en cualquier etapa de corte.
- La prueba es adecuada para trabajos de investigación precisos y es un instrumento que se puede adaptar a requisitos especiales, como pruebas extendidas y pruebas de diferentes trayectorias de tensión.
Desventajas de las pruebas triaxiales
- El equipo es sofisticado, voluminoso y costoso.
- Las pruebas de drenaje se realizan durante un período más largo en comparación con las pruebas de corte directo.
- No es posible determinar el área de la sección transversal del espécimen a deformaciones más altas porque la suposición de que el espécimen permanece cilíndrico no se sostiene bien.
- Las condiciones de deformación de la muestra no son uniformes debido a las restricciones por fricción causadas por la tapa de carga y el disco del pedestal. Esto crea zonas muertas en ambos extremos de la muestra.
- La consolidación de los especímenes bajo prueba es isotrópica, mientras que la consolidación in situ es generalmente anisotrópica.