• Categories
• Falla (Geología)
• Suelo
• Resistencia eléctrica y conductancia
• Calibración
• Adquisición de datos

Citation preview

ENSAYOS TRIAXIALES Introducción El esfuerzo cortante en los suelos es el aspecto más importante de la ingeniería geotécnica. La capacidad de soporte de cimentaciones superficiales como profundas, la estabilidad de los taludes y el diseño de muros o paredes de retención, llevan implícito el valor de la resistencia al esfuerzo cortante. Desde otro punto de vista, el diseño de los pavimentos, se ve influenciado de una forma indirecta por la resistencia al cortante de los suelos, ya sea en el análisis de la estabilidad de un talud o en el diseño de los muros de retención y de forma directa, a través del diseño de las fundaciones que soportan el pavimento, específicamente, en la subrasante. Por consecuencia, tanto las estructuras como los taludes deben ser estables y seguros frente a un colapso total, cuando éstos sean sometidos a una máxima aplicación de cargas. El esfuerzo cortante de un suelo se ha definido como la última o máxima resistencia que el suelo puede soportar. Específicamente, se ha expresado como la resistencia interna que ofrece la masa de suelo por área unitaria para resistir la falla al deslizamiento a lo largo de cualquier plano dentro de él. El esfuerzo cortante puede ser determinado de muchas maneras, algunos de los ensayos más comunes inclinadas son la veleta (ASTM D 4648), ensayos de penetración estándar - SPT (ASTM D 1586), así como algunos otros tipos de penetrómetros, los cuales en su mayoría no evitan los problemas asociados con la alteración de la muestra debido a su extracción en el campo, sin dejar de lado que ofrecen información sumamente importante. Sin embargo, muchos de esos métodos determinan la resistencia al cortante indirectamente a través de correlaciones. Por otra parte, en el laboratorio existe una serie de ensayos que usualmente se realizan dentro del ámbito de la ingeniería para evaluar las propiedades de resistencia de cada material que conforma el subsuelo. Entre estos se pueden citar la resistencia a la compresión uniaxial (ASTM D 2166), corte directo (ASTM D 3080 y ASTM D 6528) y los ensayos de compresión triaxial (ASTM D 4767 y ASTM D 2850). 2. Criterios de Falla Mohr-Coulomb Mohr (1900) Presentó una teoría sobre la ruptura de los materiales. Dicha teoría afirma que un material falla debido a una combinación crítica de esfuerzo normal y esfuerzo cortante, y no solo por la presencia de un esfuerzo máximo normal o bien de un esfuerzo máximo cortante. Por lo cual, la relación entre un esfuerzo normal y un esfuerzo cortante sobre un plano de falla se expresa en la Ecuación Donde:

Τf = esfuerzo cortante sobre el plano de falla

σ = esfuerzo normal sobre el plano de falla La envolvente de falla definida por la ecuación es una línea curva. Para la mayoría de los problemas de mecánica de suelos, es suficiente aproximar el esfuerzo cortante sobre el plano de falla como una función lineal del esfuerzo normal [9], lo cual se conoce como el Criterio de falla Mohr-Coulomb como se presenta en la Ecuación 2. (2) Donde:

c = cohesión φ = ángulo de fricción interna

En la Figura 1 se observa, que si el esfuerzo normal y el esfuerzo cortante sobre un plano en una masa de suelo son tales que son representados por el punto A, entonces no ocurrirá una falla cortante a lo largo de ese plano. Si el esfuerzo normal y el esfuerzo cortante sobre un plano son representados por el punto B (sobre la envolvente de falla), entonces ocurrirá una falla de cortante a lo largo de ese plano. Un estado de esfuerzo ubicado en el punto C no existe, porque queda por arriba de la envolvente de falla y la falla cortante ya habría ocurrido en el suelo.

3. Prueba Triaxial La prueba de ensayo triaxial es uno de los métodos más confiables para determinar los parámetros de la resistencia al cortante. En un ensayo triaxial, un espécimen cilíndrico de suelo es revestido con una membrana de látex dentro de una cámara a presión. La parte superior e inferior de la muestra tiene discos porosos, los cuales se conectan al sistema de drenaje para saturar o drenar el espécimen. En estas pruebas se pueden variar

las presiones actuantes en tres direcciones ortogonales sobre el espécimen de suelo, efectuando mediciones sobre sus características mecánicas en forma completa. Los especímenes usualmente están sujetos a presiones laterales de un líquido, generalmente agua. El agua de la cámara puede adquirir cualquier presión deseada por la acción de un compresor comunicado con ella. La carga axial se transmite al espécimen por medio de un vástago que atraviesa la parte superior de la cámara. La presión que se ejerce con el agua que llena la cámara es hidrostática y produce por lo tanto, esfuerzos principales sobre el espécimen, iguales en todas las direcciones, tanto lateral como axialmente. En las bases del espécimen actuará además de la presión del agua, el efecto transmitido por el vástago de la cámara desde el exterior. Es usual llamar σ1, σ2 y σ3 a los esfuerzos principales mayor, intermedio y mínimo, respectivamente. En una prueba de compresión, la presión axial siempre es el esfuerzo principal mayor, σ1; los esfuerzos intermedios y menor son iguales (σ2 = σ3) y son iguales a la presión lateral. GENERALIDADES: Su principal acción es obtener parámetros del suelo y la relación esfuerzodeformación a través de la determinación del esfuerzo cortante. Es un ensayo complejo, pero la información que entrega es la mas representativa del esfuerzo cortante que sufre una masa de suelo al ser cargada. Consiste en colocar una muestra cilíndrica de suelo dentro de una membrana de caucho o goma, que se introduce en una cámara especial y se le aplica una presión igual en todo sentido y dirección. Alcanzando este estado de equilibrio, se aumenta la presión normal o axial, sin modificar la presión lateral aplicada, hasta que se produzca la falla. Realizando por lo menos 3 pruebas, compresiones laterales diferentes, en un grafio se dibujan los círculos de mohr que representan los esfuerzos de cada muestra y trazando una tangente o envolvente a estos, se determina los parámetros ф y c del suelo. Dependiendo del tipo de suelo y las condiciones en que este trabajara, las alternativas para realizar el ensayo será consolidado no drenado (CU), no consolidado no drenado (UU), o consolidado drenado (CD). APLICACIONES: EN FUNDACIONES: Para fundaciones colocadas en terrenos arcillosos, la condición inmediatamente después de completar la construcción, es casi siempre la mas crítica. Esto es porque la carga completa es aplicada al terreno y éste no ha tenido tiempo para ganar la resistencia adicional por consolidación. Por estas condiciones la resistencia al corte es determinada por pruebas al corte Triaxial. Para pequeños proyectos sobre los cuales el gasto de un programa de ensayos no se justifica, la capacidad de carga en suelos de arcilla saturada se puede calcular con el ensayo C.N.C. ESTABILLIDAD EN TALUDES:

En cualquier caso de construcción de taludes, sean estos hechos por la mano del hombre o formados naturalmente en faldas de montaña o bordes de río, se tiene por resultado componentes gravitacionales del peso que tienden a movilizar el suelo desde un nivel más alto hasta uno más bajo. La filtración puede ser una causa muy importante para movilizar el suelo cuando el agua está presente, estas fuerzas variantes producen esfuerzos cortantes en la masa del suelo, y ocurrirá movimiento, a menos que la resistencia al corte sobre cada posible superficie de falla a través de la masa sea mayor que el esfuerzo actuante. EMPUJES: Al proyectarse estructuras de sostenimiento, debe asegurarse solamente que no solo se produzca el colapso o falla. Desplazamientos de varios centímetros no suelen tener importancia, siempre que se asegure que no se producirán repentinamente desplazamientos más grandes. Por ello el método para el proyecto de estructuras de retención suele consistir en estudiar las condiciones que existirán en una condición de falla, introduciendo factores de seguridad convenientes, para evitar el colapso. Una solución completa y exacta para un caso activo o pasivo de equilibrio límite, debe cumplir las siguientes condiciones: -

Cada punto del terreno debe estar en equilibrio.

-

La condición de falla Mohr - Coulomb debe cumplirse en todos los puntos.

-

Los esfuerzos al interior de la masa deben estar en equilibrio con los exteriores.

VENTAJAS     

La muestra no es forzada a inducir la falla sobre una superficie determinada. Consecuentemente, una prueba de compresión puede revelar una superficie débil relacionada a alguna característica natural de la estructura del suelo. Las tensiones aplicadas en pruebas de compresión en laboratorio, son una aproximación de aquellas que ocurren en situ. Las tensiones aplicadas son las tensiones principales y es posible realizar un estrecho control sobre las tensiones y las deformaciones. Las condiciones de drenaje pueden ser controladas y es posible una gran variedad de condiciones de prueba.

LIMITACIONES  

En algunos casos de arcilla el tamaño de la muestra puede tener importantes efectos sobre la resistencia medida. Se deben confeccionar o tomar muestras de diámetros que representen adecuadamente grietas y discontinuidades en una muestra de suelo.

4. Tipos de pruebas triaxiales

4.1 Prueba lenta - Prueba con consolidación y con drenaje (CD) A este ensayo se lo conoce también como ensayo lento (S). El drenaje se permite en las dos últimas etapas, de este modo se tiene una consolidación bajo la presión de cámara y el exceso de presión de poro se disipa durante la aplicación lenta del esfuerzo desviador. En la primera etapa se satura la muestra completamente de agua, en la segunda esta es consolidada bajo una presión isotrópica de cámara y en la tercera etapa se aplica una carga axial, que va incrementándose a un ritmo suficientemente lento para que no se presente un incremento en la presión de poros. Con un drenado total y una velocidad adecuada, se asegura que la presión de poros en la muestra permanezca constante, entonces el incremento en el esfuerzo efectivo es igual al incremento del esfuerzo total (Δσ’ = Δσ). Se utiliza la válvula C para vigilar la presión de poros, con la válvula A y las lecturas de los deformímetro que controlan la carga y la deformación vertical se mide el cambio de volumen de la probeta. El objetivo del ensayo es determinar los parámetros de resistencia efectivos c' y Φ' del suelo. Para determinar los esfuerzos principales y dibujar el círculo de esfuerzo de Mohr se procede de la misma manera que para el caso del ensayo UU, entonces se grafica la variación de la deformación vertical respecto al esfuerzo desviador mostrada en la Figura 6.56.

Figura 6.57. Deformación vertical en función al esfuerzo desviador en un ensayo triaxial CD. Obteniendo de la curva mostrada en la Figura 6.56 el esfuerzo desviador de falla (σd)f que puede ser el valor pico o crítico, se determina el esfuerzo principal mayor con la expresión: σ'1) f = (σ'3) f + (σd) f

[6.42]

El esfuerzo principal menor efectivo de falla (σ'3) f, será el esfuerzo isotrópico aplicado en la cámara para la consolidación de la probeta. Para trazar la

envolvente de falla y determinar los parámetros de resistencia efectivos, se deben trazar tres círculos (Figura 6.57).

Figura 6.58. Envolvente de falla para un suelo Tipo I en un ensayo triaxial CD. Características:       

Es lento Fácil de hacer Es el más utilizado La velocidad de ensayo no debe permitir presiones de poros superiores a 50% de la presión de confinamiento. Se gasta mucho tiempo para encontrar la resistencia a esfuerzos efectivos para un rango de presiones de consolidación. Se requiere ensayar varias muestras. Los resultados son útiles para estabilidad de taludes en corte.

4.2 Prueba rápida – Prueba con consolidación y sin drenaje (CU) Este ensayo también denominado ensayo, consta de tres etapas (saturación, consolidación y compresión). Primeramente la probeta es saturada completamente de agua, luego incrementando la presión de cámara es consolidada, esta etapa lleva al suelo a un estado prescrito de volumen y de presión de poros, a partir del cual se pueden medir con exactitud los siguientes cambios de volumen o de presión de poros que ocurrirán durante el ensayo. Finalmente cuando se ha disipado el exceso de presión de poros al valor de la contrapresión original σ3 se cierran las válvulas de drenaje para empezar la compresión, donde la probeta llegará al punto cedente sin drenado. Cuanto mayor sea la presión de cámara 3 mayor será el esfuerzo desviador necesario para producir la falla. La duración de la etapa de consolidación depende al tipo de suelo y al tamaño de la probeta, en algunos casos esta etapa puede durar hasta 48 horas; mientras que la etapa de compresión puede durar de 10 minutos hasta 2 horas. El objetivo del ensayo es determinar los parámetros efectivos c' y Φ', ya que estos gobiernan la resistencia al corte del suelo y determinar también algunas características respecto al cambio de volumen y rigidez del suelo. Para dibujar el círculo de esfuerzos de Mohr que condicionará la envolvente de falla (Figura 6.55) deben determinarse los esfuerzos principalesσ1 y σ3, para lo cual se

recolectan periódicamente los valores de los deformímetros que controlan el anillo de carga y la deformación vertical (L) de la probeta durante la compresión y también la presión poros en la probeta. Con el área corregida A (ecuación [6.37]) de la probeta puede determinarse el esfuerzo desviador (ecuación [6.37]) que actúa en la probeta. Midiendo el exceso de presión de porosΔu durante la etapa de compresión, se puede determinar el parámetro A de Skempton que será:

Se grafica el esfuerzo desviador d en función a la deformación vertical , también el exceso de presión de poros y el parámetro A de Skempton, como se muestra en la Figura 6.54. La curva que corresponde al esfuerzo desviador de falla (σd)f tendrá un valor pico o crítico según al Tipo de suelo donde alguno de estos se considerará el instante de falla, para este instante de falla se tendrá un valor del exceso de presión de poros y del coeficiente A.

Figura 6.55. Deformación vertical en función a d, u y A en un triaxial CU en suelo Tipo II.

Figura 6.56. Envolvente de falla para un suelo Tipo II en un ensayo triaxial CU. La presión que se aplicó en la celda para consolidación será el esfuerzo principal menor σ3, por lo cual el esfuerzo efectivo principal menor y mayor en la falla será:

Teniendo los esfuerzos principales puede entonces graficarse el círculo de esfuerzo de Mohr, se realizan como mínimo tres ensayos para trazar una adecuada envolvente de falla. Con el parámetro puede describirse características particulares del suelo, los rangos de variación de este parámetro para los diversos suelos se presentan en la tabla 6.5. Tabla 6.4. Rango de valores de A en la falla para diversos suelos.

El ensayo CU (consolidado-no drenado) se realiza generalmente con medición de la presión de poros o neutra con el fin de determinar los parámetros de “C” y “φ” en términos de esfuerzos totales y esfuerzos efectivos. a) Proporciona información sobre el comportamiento esfuerzo-deformación unitario del suelo, que no suministra la prueba de corte directo. b) Permite condiciones más uniformes de esfuerzo que la prueba de corte directo con sus concentraciones de esfuerzos a los largo del plano de falla. c) Provee más flexibilidad en términos de trayectorias de carga.

Objetivos:  Aprender a realizar el ensayo triaxial consolidado no drenado.  Aprender a calcular la capacidad de carga en los suelos. Marco referencial: Este ensayo se encuentra normalizado por: - NTP 339.166 - ASTM D4767 4.3 Prueba rápida - Prueba sin consolidación y sin drenaje (UU) A este ensayo se lo denomina también ensayo rápido (Q) donde no se permite en ningún momento el drenaje. La probeta no es consolidada, por lo tanto no se disipa la presión de poros durante la aplicación de la presión isotrópica de cámara 3 en la etapa de saturación. Después de establecer la presión de confinamiento en la cámara, se conecta la prensa para aplicar la carga axial, se deben tomar lecturas de los deformímetros de deformación y de carga a intervalos regulares, de este último hasta que se produzca la falla o hasta que la deformación alcance un valor considerable (aproximadamente 20%). El incremento del esfuerzo desviador es bastante rápido, lo que permite que no se disipe la presión de poros y los resultados puedan solo expresarse en términos de esfuerzo total. La duración del ensayo es de 10 a 15 minutos. Este ensayo se usa para determinar el parámetro de resistencia no drenado cu y es adecuado para arcillas saturadas. En condiciones no drenadas, los suelos saturados presentan un esfuerzo de corte crítico que tiende a mantenerse constante para cualquier valor del esfuerzo normal. Un aumento en el esfuerzo axial ocasiona un aumento semejante en la presión de poros, por lo tanto el esfuerzo efectivo normal permanece constante. En una serie de ensayos no drenados efectuados bajo esfuerzos desviadores diferentes en probetas saturadas con el mismo suelo, los círculos de esfuerzos de Mohr para la combinación de esfuerzos de falla describirán la envolvente de falla no drenada como se muestra en la Figura 6.53. La intersección de la envolvente con el eje de corte define el valor de la cohesión no drenada del suelo (cu). Este parámetro de resistencia del suelo aparentemente es constante. Sin embargo, se deben notar dos condiciones importantes relacionadas con cualquier valor observado de cu. Primero el valor es relevante sólo para una masa de suelo sin drenado y segundo que el valor solo corresponde para un determinado contenido de humedad y volumen específico, por lo que se obtendrá un valor distinto para un diferente contenido de humedad y volumen específico.

Figura 6.53. Envolvente de falla no drenado resultante del triaxial UU. Para poder dibujar el círculo de Mohr de esfuerzos es indispensable determinar los esfuerzos principales 1 y 3. Durante el ensayo triaxial (UU), se recolectan periódicamente valores de los deformímetros que controlan el anillo de carga y la deformación de la probeta ( L). La deformación vertical , es calculada con la siguiente expresión:

Donde:  = Deformación vertical del espécimen de suelo. ΔL = Deformación del espécimen registrado por el deformímetro. L0 = Longitud inicial del espécimen de suelo. La carga P que transmite el vástago a la probeta de suelo es el producto de la medida que registra el deformímetro ubicado en el anillo de carga multiplicado por el factor de calibración del anillo, es decir: P = (Lectura del deformímetro)·(Factor de calibración del anillo). Durante la comprensión el área transversal del espécimen de suelo cambia por lo cual debe ser corregida, se utiliza la siguiente expresión:

Donde:  = Área transversal corregida.  = Deformación vertical del espécimen de suelo. A0 = Área transversal inicial del espécimen

de

suelo

Figura 6.54. Deformación vertical en función al esfuerzo desviador en un ensayo triaxial UU. El esfuerzo desviador d, que actúa en el espécimen de suelo, será:

La Figura 6.54 muestra la variación de la deformación vertical  en función al esfuerzo desviador, según al Tipo de suelo la curva presentará un valor del esfuerzo desviador de falla (σd)f que será el valor pico (σd)p o el crítico (σd)cr según al caso, donde cualquiera de estos podrá tomarse como el instante de falla. Según la ecuación [6.28] el esfuerzo principal mayorσ1, será:

El esfuerzo principal menor en la falla (3)f, es la presión de registrada en la cámara triaxial al momento de la falla. Teniendo los esfuerzos principales se grafica el círculo de Mohr de esfuerzos. Aunque basta con obtener un círculo de esfuerzo, es conveniente realizar diversos ensayos (como mínimo 3) para trazar la envolvente de falla con la cual puede determinarse el parámetro de resistencia no drenado. Objetivos      

Desarrollar el ensayo triaxial no confinado-no drenado e interpretar sus resultados. Determinar el esfuerzo desviador y el esfuerzo principal mayor y menor. Aplicar el círculo de Mohr. Obtener los parámetros del suelo φ, c y ɤ. Elaborar las curvas esfuerzo desviador-deformación unitaria. Revisar la consistencia de los resultados obtenido

Aplicación y uso del método

Desde que la resistencia al corte de un suelo es determinada en esta prueba en términos del esfuerzo total, es decir, el esfuerzo efectivo más la presión de poros, la resistencia depende de la presión desarrollada en el fluido de poros durante la carga. Si se permite que el líquido fluya desde o dentro de los poros de un espécimen de suelo mientras se aplica la carga, la presión de poros resultante, y por lo tanto la resistencia, difiere del caso en el que no puede ocurrir drenaje. En este método no se permite el drenaje a través de las fronteras del espécimen, en consecuencia, la resistencia medid en términos del esfuerzo total generalmente no será aplicable a problemas de campo en donde ocurra drenaje. Además, las resistencias determinadas utilizando ensayo de compresión triaxial no podrían aplicarse a casos en donde las condiciones de deformación en el campo difieran significativamente de aquellas en la prueba de compresión triaxial Tipos de Falla en una Probeta de Ensayo Triaxial. La falla de una probeta en el ensayo triaxial puede presentar varias formas, la Figura 6.52 muestra tres formas típicas de falla.

Figura 6.52. Tipos de falla en ensayos triaxiales (Whitlow, 1994). (a) Falla frágil (corte). (b) Falla parcial al corte. (c) Falla de flexibilidad plástica o en barril. A medida que se acorta verticalmente la probeta bajo la carga axial el diámetro irá incrementándose. En suelos densos o muy sobreconsolidados el espécimen se cortará claramente a lo largo de una superficie de deslizamiento bien definida, al alcanzar el esfuerzo máximo la probeta fallará de la forma que muestra la Figura 6.52a, a este tipo de fallas se la llama falla frágil o de deslizamiento por cortante puro. En un suelo ligeramente sobreconsolidado en general el corte será menos definido como muestra la Figura 6.52b y en suelos sueltos o normalmente consolidados se presentará flexibilidad plástica sin el desarrollo de una superficie de deslizamiento, produciendo una forma abarrilada como se muestra en la Figura 6.52c. En el último de los casos puede no discernirse un valor definido último del esfuerzo desviador por lo que puede ser difícil identificar el momento de la falla; por lo tanto se puede tomar un valor arbitrario de falla que corresponda a una deformación unitaria axial de 20% donde generalmente se produce la falla.

Selección del ensayo triaxial adecuado.  

Para elegir un adecuado ensayo triaxial deben tenerse en cuentas dos detalles: El tipo de parámetros que se desean obtener. El tipo de suelo y su origen. La tabla 6.6, muestra los parámetros que se obtienen en los diferentes tipos de ensayos triaxiales. Tabla 6.6. Parámetros determinados en los ensayos triaxiales.

El Ensayo triaxial debe tratar de asemejar las condiciones reales que tendrá el suelo en campo, los ensayos UU y CU podrían asemejar bien las condiciones de una arcilla con muy baja permeabilidad, mientras que un ensayo CD a un suelo con una permeabilidad que permite un buen drenaje del agua. Sin embargo, los ensayos triaxiales pueden combinarse a fin de determinar los parámetros de otros ensayos triaxiales realizados con el mismo suelo. En la Figura 6.61 se ha trazado en trazo lleno la envolvente de falla de un ensayo UU realizado en una arcilla, si se resta la presión de poros a la combinación de esfuerzos principales totales que producen la falla en el triaxial UU, se obtendrá un círculo de esfuerzos desplazado en trazo segmentado que representará la combinación de esfuerzos principales efectivos de falla para el estado drenado del suelo. Si posteriormente se realizara un ensayo CU, CD, de corte directo o de la compresión inconfinada con el mismo suelo se obtendría una envolvente de falla efectiva que sería tangente a aquel círculo en trazo segmentado anteriormente determinado. En el caso de un terraplén o un talud resulta dificultoso medir la variación de la presión de poros a lo largo del tiempo, para poder evaluar la resistencia al corte del suelo, al combinar ensayos puede evaluarse fácilmente la resistencia a corto y largo plazo.

Figura 6.62. Combinación de esfuerzos en la falla en el ensayo de compresión inconfinada. Máquina triaxial – Laboratorio de Geotecnia – LanammeUCR 1 Componentes de la máquina triaxial

Con el fin de realizar los diversos ensayos triaxiales, un equipo triaxial completo requiere diferentes elementos que lleven a cabo la adquisición de datos, aplicación de carga, medición de cambios de volumen, saturación de especímenes, entre otras funciones. A continuación se caracterizan de forma breve cada uno de ellos y la función que cumplen. 2 Panel Triaxial Es el sistema conformado por válvulas y reguladores mediante los cuales se administra el flujo de aire y agua desaireada entre los equipos para la realización del ensayo triaxial. Cada panel posee 3 válvulas de distribución, reguladores de aire y salidas de medición de presión para 3 presiones (ver Figura 2).

3 Equipo automático de cambio de volumen El equipo de cambio de volumen (aparato) realiza su función comprimiendo un pistón sellado contra un dispositivo de precisión en la cámara de calibración, de tal forma que un movimiento lineal del pistón es exactamente proporcional al cambio de volumen de agua que se da en la cámara de calibración (ver Figura 3). El pistón está conectado a un medio de medición externo, un transductor de desplazamiento lineal, adecuado para el sistema de adquisición de datos permitiendo que los cambios de volumen de la muestra sean desplegados y registrados directamente en centímetros cúbicos. La unidad está conectada a un panel de control con cambio de volumen y regulador de flujo (by pass valves) usados para medir la saturación y cambios de volumen mayores a 100 CC. Las especificaciones técnicas de este dispositivo son:

4 Prensa Triaxial La prensa triaxial consiste en un marco de dos columnas con una viga transversal móvil (marco de carga) y una base que contiene la unidad de empuje mecánico, el motor eléctrico, los componentes electrónicos y los controles (ver Figura 4). La acción de carga es realizada por un motor (stepper motor) de alta resolución. La unidad de sincronización que maneja el motor es controlada por un microprocesador. Mediante este microprocesador es posible obtener un desplazamiento predeterminado de la unidad de carga (empuje), constante durante el ensayo, cualquiera que sea la fuerza de resistencia. La velocidad y la dirección se preestablecen a través de controles localizados en el panel frontal. Las especificaciones técnicas de este dispositivo se encuentran a continuación:

5 Blader Es una cámara constituida por un cilindro de bandas de plexiglass, una placa base, una placa superior y una membrana de hule que trabaja como interface

aire/agua (ver Figura 5). La membrana de hule está fijada a la placa base mediante un collar plástico. El blader es el encargado de transferir la presión del aire al agua, de forma inmediata, evitando que el aire comience a disolverse. La presión máxima de funcionamiento del blader es de 1000 kPa.

6 Cámara triaxial Está conformada por una cámara de bandas de metacrilato que permiten una presión máxima de funcionamiento de 2000 KPa, una base con cinco conexiones, de las cuales dos son para presión de poro, dos para contrapresión y una para presión de cámara. A su vez cuenta con un pistón de carga instalado mediante un sistema de baja fricción. Es en la cámara triaxial en donde se somete al espécimen a las condiciones específicas de esfuerzos de los ensayos (ver Figura 6).

7 Transductores Los transductores se encargan de transformar una señal eléctrica en una magnitud física, la cual, en este caso, es enviada al dataloger para así poder registrar tanto las presiones a las que está sometido el espécimen como las deformaciones que sufre durante el ensayo. Para la automatización del ensayo triaxial se requieren transductores lineales, los cuales miden desplazamientos (ver Figura 7ª), y transductores de presión (ver Figura 7b) cuyas características se mencionan a continuación:

Transformador de diferencial lineal variable (LVDT) -Rango de medición

10 mm

-Resistencia nominal

1 Kohm

-Fuente de voltaje

10 VDc máxima

Transductor de presión -Presión máxima de medición

10 bar

-Excitación

10 V dc/ac RM

8 Dataloger El DATALOG, es una nueva serie de los Universal Data Loggers, con 8 canales de micro-procesamiento para la adquisición de datos provenientes de las señales eléctricas de los transductores (ver Figura 8). Este se encarga de registrar datos en tiempo real y almacenarlos, brindando la posibilidad de transferir dichos registros a la computadora. Mediante este, también se realiza la calibración de los transductores, lo cual se lleva a cabo mediante comparación con mediciones de instrumentos de precisión. Por medio del Datalog se pueden realizar dos tipos de calibración: -Calibración lineal Usada generalmente, esta asume una relación lineal entre la señal de salida eléctrica (o digital) del transductor y la fuerza aplicada (presión, desplazamiento, temperatura, etc.). En este caso se establece un factor de calibración para mostrar el registro o los datos directamente en la unidad física seleccionada. - Calibración polinomial En esta la relación, carga aplicada no es directamente proporcional a la salida eléctrica (o digital) pero puede ser expresada mediante una ecuación polinomial de segundo o tercer grado. La unidad está construida de un contenedor plástico con una cubierta metálica interior, a prueba de perturbación electromagnética de alta frecuencia. Está equipado con un teclado de policarbonato anti-ralladuras con 16 teclas y una pantalla gráfica monocromática. En la parte posterior del panel se localizan: -8 conectores hembra para conectar los transductores. -Puerto serie RS232. -Puerto serie RS485/CAN. -Fuente de alimentación. -Interruptor principal y conectores auxiliares.

9 Equipo Secundario -Bomba de vacío: se emplea para llenar el tanque de almacenamiento de agua destilada así como para eliminar el aire, tanto el del tanque como el que se encuentra disuelto en el agua. -Compresor: este suministra aire a presión al sistema. -Depósito auxiliar de aire: como su nombre lo indica, almacena aire a presión. Su capacidad es de 50 L y soporta una presión máxima de 14.5 bar. -Tanque de almacenamiento de agua destilada. -Manómetro digital de presión. -Buretas de cambio de volumen. Conclusiones y recomendaciones La investigación de suelos es la base para un buen diseño de una obra civil. Cuando se envían muestras de un suelo a un laboratorio para ser ensayadas, dichos resultados son a su vez la base para el análisis y toma de decisiones. Sin embargo, dichos resultados de laboratorio son útiles y contribuyen a decisiones acertadas sólo si reflejan las condiciones que representan adecuadamente la superficie de suelo que se requiere intervenir. Ahora, por su parte los resultados emitidos por un laboratorio tienen que arrojar resultados confiables, producto de la ejecución de ensayos debidamente normados y con los equipos adecuados. Antes de la realización de los ensayos triaxiales, es importante tener en consideración algunos aspectos importantes como paso fundamental, tener las tuberías que conducen el agua a cada uno de los diferentes componentes (equipos de cambio de volumen, blader de presión y contrapresión, etc.) debidamente purgados, es decir, que se hayan evacuado todas las burbujas de aire, dentro del sistema, para que no se generen vacíos que afecten tanto la muestra como que se generen lecturas de los instrumentos erróneas. Incluso para algunos instrumentos es conveniente la aplicación de presiones iniciales para así ayudar a eliminar la presencia de burbujas. Es necesario asegurarse que los instrumentos de medición se encuentren debidamente ubicados en el respectivo Datalog, así como en su respectivo

canal. Verificar que las unidades de medición sean las correctas y que la ecuación de ajuste sea la correspondiente. Si la prueba lo amerita, se requerirá como etapa inicial, la verificación de la saturación del espécimen. Es importante entonces tener presente las presiones aplicadas, tanto la presión como la contrapresión, parámetros que se ven reflejados directamente en la presión de poros de la muestra, esto para no incurrir en errores en el cálculo del parámetro B de Skempton. Es conveniente considerar y valorar la opción de la saturación de los especímenes en pruebas como las no consolidadas no drenadas, especialmente si se está al frente de suelos tropicales. Es importante tener especial cuidado de concentrar y medir las presiones requeridas, ya sean presiones de cámara como contrapresiones, en sus respectivos componentes (blader) y luego transferirlas a los especímenes de forma gradual, para que la muestra se altere lo menos posible. Finalmente una manipulación adecuada de las muestras, mínimo contacto con las mismas, tanto en su moldeo/ remoldeo como en su colocación en las cámaras, y una prevención extrema en la pérdida de humedad de los especímenes, son fundamentales como punto de partida para un óptimo desempeño del ensayo a ejecutar.