Ensayo de compresión inconfinada de suelos

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

FACULTAD DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

DEPARTAMENTO DE ORDENAMIENTO TERRITORIAL Y DESARROLLO SOSTENIBLE

Mecánica de Suelos Informe N°05

TEMA: Ensayo de compresión no confinado

PROFESOR: Ing. Málaga Cueva, Miguel

ALUMNOS :

- Sucasaire Loyola, Carolina

- Ramírez Bogovich, Charles

2015-I

MECANICA DE SUELOS

ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADO

ÍNDICE

I.-INTRODUCCION .................................................................................................................... 2

II.-OBJETIVOS ........................................................................................................................... 2

III.-MARCO TEORICO .............................................................................................................. 3

IV. MATERIALES Y EQUIPOS ................................................................................................ 6

V. PROCESO METODOLOGICO ........................................................................................... 7

5.1 MUESTRA TALLADA............................................................................................................. 7

5.2 MUESTRA REMOLDEADA .................................................................................................... 8

5.3 DE LAS DOS MUESTRAS ...................................................................................................... 9

VI. RESULTADOS ..................................................................................................................... 9

6.1 MUESTRA REMOLDEADA .................................................................................................... 9

6.2 MUESTRA TALLADA........................................................................................................... 10

6.3 DIAGRAMAS DE MÖHR ..................................................................................................... 11

6.4 INDICE DE SENSITIVIDAD .................................................................................................. 12

VII. DISCUSIONES .................................................................................................................. 12

VI.-CONCLUSIONES .............................................................................................................. 13

VII.-RECOMENDACIONES .................................................................................................... 14

VIII.-BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................ 14

MECANICA DE SUELOS


I.-INTRODUCCION

Para la construcción de taludes y represas o en diversas construcciones es necesario el conocimiento de la resistencia a esfuerzos cortantes del suelo, la deformación que generan estos esfuerzos es el resultado de diversas deformaciones internas y movimientos relativos que existen entre las numerosas partículas que componen al suelo.

Existen varios métodos para la obtención de la resistencia a los esfuerzos de corte, el cual se representa de una manera más real como un esfuerzo en 3 direcciones o también llamado triaxial, para este informe se realizó el ensayo de compresión no confinada, al no existir un confinamiento (lo cual no es totalmente cierto debido a la humedad) se trabaja solamente con una carga, es decir, una carga uniaxial, es así como se desarrollará el presente informe teniendo en cuenta las diferencias entre las muestras alteradas (remoldeadas) e inalteradas (talladas) del suelo.

II.-OBJETIVOS

General:

Introducir al estudiante a un procedimiento para determinar la resistencia al corte

de suelos cohesivos mediante el ensayo de Compresión Inconfinada.

Específicos:

Representar gráficamente e interpretar la relación que existe entre el esfuerzo

normal y la deformación unitaria.

Elaborar el círculo de Mohr para evaluar el esfuerzo cortante máximo en la muestra

tallada y en la remoldeada.

Estimar el índice de sensitividad de la muestra de suelo.

MECANICA DE SUELOS


III.-MARCO TEORICO

El ensayo tiene por finalidad determinar la resistencia a la compresión no confinada (qu), de un

cilindro de suelo cohesivo o semi-cohesivo, e indirectamente la resistencia al corte (qc), por la

expresión. Este cálculo se basa en el hecho de que el esfuerzo principal menor es cero (ya que al suelo lo rodea sólo la presión atmosférica) y que el ángulo de fricción interna (Φ) del suelo se supone cero.

Debido a numerosos estudios, se ha hecho evidente que este ensayo generalmente no proporciona un valor bastante confiable de la resistencia al corte de un suelo cohesivo, debido a la pérdida de la restricción lateral provista por la masa de suelo, las condiciones internas del suelo como el grado de saturación o la presión de poros que no puede controlarse y la fricción en los extremos producidas por las placas de apoyo. Sin embargo, si los resultados se interpretan adecuadamente, reconociendo las deficiencias del ensayo, estos serán razonablemente confiables.

El ensayo de la compresión simple es un caso especial del ensayo triaxial, en el cual solamente se le aplica a la probeta la tensión longitudinal. Puesto que no es necesario el dispositivo para aplicar la presión lateral, y como, además, la muestra no necesita estar envuelta en una membrana de caucho, este ensayo se ha convertido en un ensayo sencillo de campo. El aparato es tan solo útil para ensayos rápidos sobre suelos predominantemente arcillosos que están saturados o casi saturados. Se podrá realizar de dos maneras, mediante un control de deformación o bien, mediante un control de esfuerzos. El primero, es ampliamente utilizado, controlando la velocidad de avance de la plataforma del equipo. El segundo, requiere ir realizando incrementos de carga, lo que puede causar errores en las deformaciones unitarias al producirse una carga adicional de impacto al aumentar la carga, por lo que resulta de prácticamente nula utilización.

Como el ensayo de compresión simple en arcillas relativamente impermeables se efectúa cargando la probeta con bastante rapidez, resulta que, en definitiva, constituye también un ensayo sin drenaje si dicha arcilla está saturada. Como el ensayo de compresión simple es extraordinariamente fácil y barato de realizar, resulta que muy pocas veces se hacen los ensayos triaxiales en suelos saturados. Según el valor de la resistencia máxima a compresión simple, una arcilla se puede clasificar del modo que se indica a continuación.

𝑞𝑐 =𝑞𝑢

2[

𝑘𝑔

𝑐𝑚2]

MECANICA DE SUELOS


Tabla Nª 01: “Consistencia de suelos cohesivos según la carga última”

La resistencia a compresión simple se usa como indicador de la consistencia de las arcillas.

Los experimentos de compresión simple a veces se efectúan en suelos no saturados. Manteniendo

constante la relación de vacíos de un espécimen de suelo, la resistencia a compresión simple

disminuye rápidamente con el grado de saturación.

Para la determinación de los resultados se aplicaron las siguientes igualdades:

Diámetro representativo de la muestra (D)

Consistencia del suelo

Carga última (kg/cm2)

Muy Blanda <0.25

Blanda 0.25-0.50

Media 0.5-1.0

Firme 1.0-2.0

Muy Firme 2.0-4.0

Dura >4.0

𝐷 =𝑃𝑠 + 4 𝑃𝑚 + 𝑃𝑖

6

MECANICA DE SUELOS


Área de la sección transversal (A₀) Volumen de la muestra (V)

Área de la sección transversal corregida (A)

𝐴0: 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎(𝑚𝑚2) 𝜀1:𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑎𝑑𝑎, %

Carga aplicada a la muestra (P)

Esfuerzo Normal (σ)

𝑃: 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎, 𝑘𝑃𝑎 (𝑘𝑔

𝑐𝑚2)

𝐴: 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒

Índice de Sensibilidad (S)

𝐷 =𝜋𝐷2

4

V = A ₀ x L₀

𝐴 =𝐴0

(1 − 𝜀1)

𝑃 = 𝐿. 𝑑𝑖𝑎𝑙 ∗ 𝑘

𝜎 =𝑃

𝐴

𝑆𝑡 =𝑞𝑢( 𝐴𝑚𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑎𝑙𝑡𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜)

𝑞𝑢(𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝐴𝑙𝑡𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜)

MECANICA DE SUELOS


Comportamiento de la arcilla Rango de variación de Sensibilidad

Insensible ó que no se ve afectada cuando se la remoldea

S<2

Moderadamente sensible 2<S<4

Sensible 4<S<8

Muy Sensible 8<S<16

Ultrasensible. Estas generalmente se convierten en líquidos viscosos (quick)

S>16

Tabla Nª 02: “Comportamiento de la arcilla según el rango de sensibilidad”

IV. MATERIALES Y EQUIPOS

MATERIALES

Muestra de suelo cohesivo (arcilloso)

EQUIPOS

Dispositivo de carga axial

Indicador de deformación .

Placas de metal o plástico

Molde metálico de forma cilíndrica (1.5” x 3”)

Cuchillo

Pisón compactador

Balanza de alta precisión

Horno

Figura N°01: ”Dispositivo de carga axial” Figura N°02: “Indicador de deformación y fuerza”

MECANICA DE SUELOS


Figura N°03: “Muestra Inalterada” Figura N°04: “Muestra Alterada”

V. PROCESO METODOLOGICO

5.1 MUESTRA TALLADA

1. Se toma una muestra de suelo cohesivo en estado natural y se talla dándole forma

cilíndrica con la siguiente relación 2 ≤ Lo/d ≤ 2.5.

2. Se mide la altura del cilindro y el diámetro de su parte superior, media e inferior para

calcular el promedio de la siguiente manera:

De donde:

D = diámetro real

Ds = diámetro superior.

Dm = diámetro medio.

Di = diámetro inferior.

3. Se pesa la muestra.

4. El espécimen es colocado cuidadosamente en la máquina de compresión. En seguida se

establece el cero tanto en el dial de la máquina de compresión como en el

deformímetro.

5. Se aplica al espécimen una carga variable (P) a una velocidad constante de tal manera

que se produzca una deformación axial y anotamos los valores que se lean en el dial de la

𝐷 =D𝑠 + 4 ∗ D𝑚 + D𝑖

6

MECANICA DE SUELOS


máquina de compresión (L.dial) y en el deformímetro (ΔL) a intervalos establecidos en

este último.

6. Seguimos aplicándole carga al espécimen hasta que ocurra lo siguiente:

La carga sobre el espécimen decrezca significativamente.

La carga sobre el espécimen se mantenga constante por cuatro lecturas.

La deformación sobre el espécimen sobrepase significativamente el 15% de la

deformación unitaria.

7. El espécimen ensayado es llevado al horno, donde permanece por 24 horas, después de

las cuales, se pesa.

8. Con los datos obtenidos se calcula:

Área de la sección transversal del espécimen (Ao).

Volumen de la espécimen (V)

Densidad de la espécimen (ρ)

Contenido de humedad del espécimen (W%)

Deformación unitaria (ξ)

Carga aplicada (P)

Área de la sección transversal corregida (A’)

Esfuerzo normal (σ)

Con los resultados obtenidos graficamos la curva esfuerzo – deformación unitaria, se

determina el esfuerzo máximo (q) y se calcula la cohesión (C) con la siguiente fórmula:

5.2 MUESTRA REMOLDEADA

1. Con la densidad del suelo que se calculó en el ensayo anterior (d=1.84 Kg/cm3) y el

volumen del molde (Vm=86.18 cm3), se calcula la masa de la muestra que se debe

colocar en el molde metálico siendo este valor calculado de W=158.57gr., donde se

compacta con la ayuda del pistón metálico hasta que el espécimen quede del tamaño del

molde.

2. Se aplican las cargas variables a velocidad constante y se anotan los valores que se lean

en el dial de la máquina de compresión (L.dial) y n el deformímetro (ΔL) a intervalos

establecidos en este último.

3. Estas cargas se aplicaran hasta que ocurra lo siguiente:

La carga decrezca abruptamente.

La carga se mantenga constante durante cuatro lecturas seguidas.

Cuando la deformación sobrepase el 15% de la deformación unitaria.

4. El espécimen ensayado es llevado al horno, donde permanece por 24 horas, después de

las cuales, se pesa. y se hacen los cálculos correspondientes

MECANICA DE SUELOS


5.3 DE LAS DOS MUESTRAS

Se grafica una curva de esfuerzo-deformación unitaria donde aparezcan las curvas

obtenidas en la muestra remoldeada y tallada.

VI. RESULTADOS

6.1 MUESTRA REMOLDEADA

DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO:

Tipo de Suelo: Arcilloso-Cohesivo

Diámetro (D) = = 𝟑. 𝟖𝟏 𝒄𝒎 Longitud (Lo) = 7.51 cm Area de la sección transversal (Ao) = 11.40 cm2 Volumen (V) = 85.62 cm2 Peso (W) = 144.82 g Densidad (p) = 1.74 gr/cm3 Constante del dial (K) = 0.408 Contenido de la humedad: ((144.82-112)/112)*100 = 29.30%

TABLA N°03: “Resumen de datos calculados de la muestra remoldeada”

D (cm) = 3.81

L (cm)= 7.51

Ao (cm2) = 11.401

ξ (%) ΔL (in) LD P (Kg.) Ac (cm²) σ (Kg/cm²)

0.0 0.0000 0.0 0.0000 9.4000 0.0000

0.5 0.0148 2.0 0.8160 9.4472 0.0864

1.0 0.0296 11.0 4.4880 9.4949 0.4727

2.0 0.0591 19.6 7.9968 9.5918 0.8337

3.0 0.0887 22.0 8.9760 9.6907 0.9262

𝐶 =𝜎

2

MECANICA DE SUELOS


GRAFICO N°01: “Curva de Esfuerzo Normal - Deformación Unitaria para la muestra remoldeada”

6.2 MUESTRA TALLADA

DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO: Tipo de Suelo: Arcilloso-Cohesivo

Diámetro (D) = 𝐷𝑆+4∗𝐷𝑚+𝐷𝑖

6= 𝟑. 𝟖𝟔 𝒄𝒎

Longitud (Lo) = 7.89 cm Area de la sección transversal (Ao) = 11.70 cm2 Volumen (V) = 92.313 cm2 Peso (W) = 152.27 gr Densidad (p) = 1.65 gr/cm3 Constante del dial (K) = 0.408 Contenido de la humedad: ((152.27-117.14)/117.14)*100 = 29.98%

0.0000

0.1000

0.2000

0.3000

0.4000

0.5000

0.6000

0.7000

0.8000

0.9000

1.0000

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Esfu

erzo

No

rmal

(K

g/cm

2)

Deformacion Unitaria (%)

Curva de Esfuerzo Normal - Deformacion Unitaria

D (cm) = 3.86

L (cm)= 7.89

Ao (cm2) = 11.702

MECANICA DE SUELOS


ξ (%) ΔL (cm) LD P (Kg.) Ac (cm²) σ (Kg/cm²)

0.0 0.0000 0.0 0.0000 11.7021 0.0000

0.5 0.0155 6.7 2.7336 11.7609 0.2324 1.0 0.0311 14.0 5.7120 11.8203 0.4832

2.0 0.0621 22.7 9.2616 11.9409 0.7756 3.0 0.0932 36.9 15.0552 12.0640 1.2479 4.0 0.1243 48.9 19.9512 12.1897 1.6367

TABLA N°04: “Resumen de datos calculados de la muestra tallada”

GRAFICO N°02: “Curva de Esfuerzo Normal - Deformación Unitaria para la muestra tallada”

6.3 DIAGRAMAS DE MÖHR

DIAGRAMA N°01: “Círculo de Möhr de la muestra alterada”

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000 1.2000 1.4000 1.6000 1.8000

Esfu

erzo

No

rmal

(K

g/cm

2 )

Deformación Unitaria (ξ %)

Curva de Esfuerzo Normal -Deformacion Unitaria

MECANICA DE SUELOS


DIAGRAMA N°02: “Círculo de Möhr de la muestra inalterada”.

6.4 INDICE DE SENSITIVIDAD

Se calcula de la siguiente manera:

𝑆𝑡 =𝑞𝑢( 𝐴𝑚𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑎𝑙𝑡𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜)

𝑞𝑢(𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝐴𝑙𝑡𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜)

Se tiene:

𝑆𝑡 =1.6367

0.9262= 1.767

VII. DISCUSIONES

La constancia con la que fue distribuida la carga puede ser no tan exacta debido a que se

realizó manualmente, creando así ligeros cambios en los valores obtenidos.

Las condiciones internas del suelo como grado de saturación y la presión del agua de los

poros bajo esfuerzos de deformación no pueden controlarse en el experimento.

Existe fricción entre los extremos de la muestra producida por las placas de carga continua,

el cual originan fuerzas laterales que generan esfuerzos internos en una cantidad

desconocida.

Aunque el nombre del ensayo indica que el suelo no está confinado, existe cierto nivel de

confinamiento debido al porcentaje de humedad presente en la muestra de suelo, esto

debido a la tensión superficial que presenta el agua interna del suelo.

El ensayo por carga axial de un suelo no confinado es solo aplicable para suelos del tipo

cohesivo.

La exposición de la muestra a la humedad del laboratorio por un largo periodo genera

cambios en la humedad los cuales podrían afectar la resistencia a la compresión

inconfinada.

MECANICA DE SUELOS


.

VI.-CONCLUSIONES

Los resultados obtenidos en la muestra tallada, es decir, la inalterada, nos muestra un valor

más cercano a la realidad ya que las condiciones son más semejantes a la del terreno del

cual ha sido extraída la muestra.

Debido a la complejidad del suelo, ninguna prueba basta para estudiar todos los aspectos

importantes del comportamiento de los esfuerzos y deformaciones.

Se concluye que al estar expuesto en un ambiente de baja humedad, aumenta la resistencia

a la compresión inconfinada de los especímenes, es decir, las muestras están alteradas por

no haber sido utilizadas para el ensayo de manera inmediata.

La muestra inalterada soportó un mayor esfuerzo de compresión en comparación a la

muestra alterada, debido a que sus condiciones se asemejan más a la realidad.

Las muestras no poseen un ángulo de fricción interna debido a que el mínimo esfuerzo de

confinamiento es cero.

La muestra alterada presenta una consistencia media mientras que la muestra inalterada

una consistencia firme.

El índice de sensibilidad obtenido es de 1.7 el cual está muy próximo al valor de 2 que nos

indicaría que es el caso de una arcilla moderadamente sensible.

MECANICA DE SUELOS


VII.-RECOMENDACIONES

Al remoldear la muestra de suelo se debe cuidar que se mantengan las condiciones

originales.

Cuidar que al momento de llenado en el cono, la fuerza con la que se aplasta en todos los

niveles debe ser igual (En la muestra remoldeada).

Se debe estar atento a la aparición de grietas o planos de fallas en la muestra para poder

detener el ensayo en aquel momento.

Procurar de que la deformación unitaria aumente en 1% por cada minuto de carga constante

que se está aplicando, es decir, se recomienda la utilización de un cronómetro para poder

realizar un ensayo de una manera satisfactoria.

Se recomienda realizar el ensayo apenas se exponga la muestra a las condiciones del

laboratorio para evitar variaciones en la humedad del espécimen.

VIII.-BIBLIOGRAFIA

BOWLES, J. Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil. Editorial Mc-Graw Hill Latino América, S.A. Bogotá Colombia. 1978.

CRESPO VILLALAZ, C. Mecánica de suelos y cimentaciones. Quinta edición. Editorial Limusa

Impreso en México. 2004.

LAMBE T. -WHITMAN L. Mecánica de suelos. Primera edición. Editorial Limusa. Impreso en México 1972.

GONZÁLEZ DE VALLEJO L. Ingeniería Geológica Editorial Pearson Educación. Impreso en

España 2004.

Resistencia a la compresión no confinada de suelo cohesivo ASTM 2166-66

Ensayo de compresión inconfinada de suelos

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