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APARATOS Y TÉCNICAS PARA REALIZAR ENSAYOS TRIAXIALES ESTÁTICOS EN BALASTO

Jorge E. Alva Hurtado, PhD. Profesor Principal, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Ingeniería

RESUMEN
Las vías férreas se construyen sobre una capa de balasto que se coloca sobre la subrasante. El balasto es un agregado de tamaño grueso, no-cohesivo, granular, con partículas angulares y usualmentede gradación uniforme. Con el objeto de evaluar el comportamiento geotécnico de las vías férreas, es necesario determinar las propiedades representativas de resistencia y esfuerzodeformación-cambio volumétrico del balasto. Debido a que este material consiste principalmente de partículas angulares grandes [hasta 76.2 mm (3 pulg)], el equipo triaxial convencional no es apropiado, por lo que sediseñó y construyó una celda triaxial especial. En este artículo se presenta el aparato utilizado en los ensayos triaxiales estáticos del balasto y las técnicas desarrolladas para la preparación de las muestras. También se presentan los resultados de ensayos triaxiales de compresión en un balasto de granito para dos estados diferentes de densidad. Los parámetros de resistencia de Mohr-Coulomb y lascurvas típicas de esfuerzo-deformación-cambio volumétrico obtenidos se ilustran, así como los parámetros hiperbólicos calculados de los ensayos triaxiales estáticos. Los resultados de los ensayos con este aparato y con el empleo de las técnicas de preparación de muestras, indican que el balasto de las vías férreas posee muchas características comunes a los materiales granulares.

INTRODUCCIÓN
Se hadesarrollado en el pasado una metodología para predecir el comportamiento de deformación elástica y residual de sistemas de vías férreas (Alva Hurtado, 1980 y Alva Hurtado y Selig, 1979). La metodología de predicción requiere propiedades obtenidas de ensayos de laboratorio de los materiales del balasto y subrasante bajo condiciones de carga estática y carga repetida equivalente a aquellasimpuestas por el paso de los trenes. Este artículo se refiere al ensayo triaxial estático del balasto. Se diseñó y construyó una celda triaxial grande, adecuada para ensayos estáticos y cíclicos del balasto. Se establecieron métodos de preparación de muestras para los ensayos triaxiales de laboratorio, con el objeto de simular las condiciones de campo. Estos métodos tomaron en cuenta el hecho que losproblemas de las condiciones en la frontera de las muestras de balasto causan errores sistemáticos en las densidades de las muestras. Se presentan los aparatos y procedimientos desarrollados para el ensayo del balasto de las vías férreas. Para ilustrar el uso de este equipo se presentan resultados de ensayos en un material típico de balasto. Estos ensayos estáticos se realizaron en condicionesdrenadas, después de una consolidación isotrópica a presiones efectivas de confinamiento bajas. Se muestran los parámetros de resistencia de Mohr-Coulomb y los parámetros hiperbólicos de esfuerzo-deformación-cambio volumétrico.

APARATO
El aparato para el ensayo triaxial estático del balasto de vías férreas consiste de: la celda triaxial, los controles de presión, un instrumento de cambio volumétricoy una máquina universal de compresión. Un plan esquemático del aparato se muestra en la Fig. 1. Celda Triaxial Debido a que no existía comercialmente disponible una celda triaxial adecuada, se diseñó una celda con las especificaciones siguientes: 1.- Diámetro mínimo de la muestra de 152.4 mm (6 pulg). 2.- Capacidad de carga en extensión y en compresión. 3.- Resistencia y sello de baja fricciónentre el pistón de carga y la parte superior de la cámara de celda. 4.- Provisión de un alineamiento preciso del especímen con la tapa superior y el pistón. Un diagrama de la celda triaxial se presenta en la Fig. 2. La cámara cilíndrica de acrílico tiene un diámetro exterior de 304.8 mm (12 pulg), un espesor de 12.7 mm (0.5 pulg) y una

longitud de 609.6 mm (24 pulg). Anillos de neopreno...