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ESTABLECER EL EFECTO CAUSADO EN LA RESISTENCIA AL CORTE NO
DRENADO, POR LA VARIACIÓN DE LAS DIMENSIONES DE LAS PROBETAS
EN EL ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA.
VÍCTOR ALFONSO ARÉVALO CALDERÓN
WILLIAM EDUARDO TRIANA USECHE
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANSISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGICA
INGENIERIA CIVIL
BOGOTÁ
2015
ESTABLECER EL EFECTO CAUSADO EN LA RESISTENCIA AL CORTE NO
DRENADO, POR LA VARIACIÓN DE LAS DIMENSIONES DE LAS PROBETAS
EN EL ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA
VÍCTOR ALFONSO ARÉVALO CALDERÓN
WILLIAM EDUARDO TRIANA USECHE
Proyecto de grado presentado como prerrequisito para obtener el título de
Ingeniero Civil
Director
Ing. HERNANDO VILLOTA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANSISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGICA
INGENIERIA CIVIL
BOGOTÁ
2015
Nota de aceptación:
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Firma del presidente del jurado
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Firma del jurado
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Firma del jurado
Bogotá Mayo de 2015
Vasados en el conocimiento adquirido en esta etapa de aprendizaje en la cual
siempre ha existido un apoyo incondicional de parte de la universidad Francisco
José de Caldas, a nuestros padres por darnos el apoyo necesario para realizar
nuestras metas, siendo pieza clave en nuestro desarrollo como personas que
pueden dar su aporte a una sociedad en crecimiento.
Todo este trabajo ha sido posible gracias a ellos.
AGRADECIMIENTOS
Nos gustaría que esta investigación sirviera para expresar nuestros más profundos
y sinceros agradecimientos a todas aquellas personas que con su ayuda han
colaborado en la realización del presente trabajo.
CONTENIDO
GLOSARIO .................................................................................................................... 11
RESUMEN .................................................................................................................... 13
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 14
1 DEFINICION DEL PROBLEMA ................................................................................. 15
2 JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................... 15
3 OBJETIVOS ............................................................................................................ 17
3.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................. 17
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................... 17
4 MARCO DE REFERENCIA ........................................................................................ 18
4.1 MARCO CONCEPTUAL .............................................................................................. 31
4.1.1 DEFINICIONES ............................................................................................................................ 31
4.2 MARCO LEGAL ......................................................................................................... 39
4.3 DISEÑO METODOLÓGICO ......................................................................................... 40
4.3.1 GENERAL .................................................................................................................................... 40
4.3.2 ESPECIFICO ................................................................................................................................. 40
4.3.2.1 PRIMERA ETAPA: Elaboración de tubería de pared delgada ............................................ 40
4.3.2.2 SEGUNDA ETAPA: Obtención de muestras, ejecución de ensayos y análisis de los
resultados de laboratorio, con base en la variación de las dimensiones de la probetas. ................... 43
4.3.2.2.1 Ubicación y preparación del terreno para extracción de muestras: ............................ 43
4.3.2.2.2 Preparación de muestras y ensayos de laboratorio: .................................................... 47
4.3.2.2.3 Resultados de los ensayos realizados en el laboratorio: .............................................. 50
4.3.2.2.4 Análisis de resultados: .................................................................................................. 68
5 RESULTADO E IMPACTO QUE SE ESPERA ............................................................... 72
CONCLUSIONES ............................................................................................................ 73
RECOMENDACIONES .................................................................................................... 74
BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................. 75
7
LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1 Arreglo de prueba basados en PC para determinar curvas tensión - deformación completa
durante pruebas de resistencia a la compresión no confinadas. ...................................................................... 20
Ilustración 2. Prueba no confinado compresiva – muestra de núcleo con falla bajo compresión no confinada.
Términos y abreviaturas. ................................................................................................................................... 21
Ilustración 3. Prueba de resistencia a la compresión no confinado – curva esfuerzo - deformación completa y
determinar el módulo de elasticidad (Young´s módulo E) y el trabajo específico de la destrucción W (energía
de tensión). ........................................................................................................................................................ 21
Ilustración 4 . Resistencia a la compresión no confinada de las muestras de piedra caliza en correlación con el
diámetro del núcleo. .......................................................................................................................................... 24
Ilustración 5 . Resistencia a la compresión no confinada de las muestras de granito en correlación con el
diámetro del núcleo. .......................................................................................................................................... 24
Ilustración 6 . Trabajo de destrucción de las muestras de piedra caliza en correlación con el diámetro del
núcleo. ............................................................................................................................................................... 25
Ilustración 7 . Módulo de elasticidad de las muestras de piedra caliza en correlación con el diámetro del
núcleo. ............................................................................................................................................................... 25
Ilustración 8. Resistencia a tracción indirecta de las muestras de piedra caliza en correlación con el diámetro
del núcleo. ......................................................................................................................................................... 26
Ilustración 9. Forma de las curvas de corrección para la resistencia a la compresión no confinada UCS,
destrucción trabajo W y módulo de elasticidad E. ............................................................................................ 27
Ilustración 10. Explicación conceptual para la relación entre el efecto y la tensión medida de forma. ............ 28
Ilustración 11. Recomendación para la medición de la tensión a lo largo de aproximadamente 2/3 de la
longitud del espécimen durante la prueba de compresión no confinada ......................................................... 29
Ilustración 12 . Relación entre el tamaño de UCS y ejemplar trazado como valores adimensionales (después
de Hoek y Brown 1980). .................................................................................................................................... 30
Ilustración 13 . Relación entre la UCS y ejemplar (núcleo) tamaño trazados como valores adimensionales
(después de Hawkins 1998). .............................................................................................................................. 30
Ilustración 14. Tuberia shelby utilizada para la extracion de muestras con diametros de ½”, 2”, 2 ½”, 3” y 4”
........................................................................................................................................................................... 43
Ilustración 15. Direccion de el terreno de extraccion de muestras .................................................................... 44
Ilustración 16 . Perfil del terreno de extracion de muestras .............................................................................. 44
Ilustración 17 . Vista en planta del terreno utilizado para la extracion de muestras. ....................................... 45
8
Ilustración 18. Alistado de terreno para toma de muestras. ............................................................................. 45
Ilustración 19. Extraccion de muestras con tuberia shelby con diferente diametro. ......................................... 46
Ilustración 20. Identificacion de muestras y preparacion para trasporte. ........................................................ 46
Ilustración 21 . Almacenamiento para evitar perdida de humedad y trasporte de muestras. .......................... 47
Ilustración 22 . Tallado de muestras. ................................................................................................................ 47
Ilustración 23 . Preparacion de muestras para ensayo de compresion inconfinada. ........................................ 48
Ilustración 24 . Caracterizacion de muestras identificando su altura promedio, diametro promedio y peso. .. 48
Ilustración 25 . Falla de muestras en la maquina de ensayo de compresion inconfinada. ............................... 49
Ilustración 26 . Toma de pesos para determinar la humedad de las muestras. ................................................ 50
Ilustración 27. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 1.5” ................................................................ 53
Ilustración 28. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 2” ................................................................... 54
Ilustración 29. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 2.5” ................................................................ 55
Ilustración 30. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 3” ................................................................... 56
Ilustración 31. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 4” ................................................................... 57
Ilustración 32. Relación entre el esfuerzo máximo vs la variación del diámetro. .............................................. 71
9
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 (astm D 1587) tubos en muestras de uso geotécnico, muestra de tubos acero pared delgada
conveniente ....................................................................................................................................................... 41
Tabla 2 tolerancias dimensionales para tubos de pared delgada ..................................................................... 41
Tabla 3 interpolacion de datos para determinar el diametro y espesor de tuberia de pared delgada utilizados
en la toma de muestras. ....................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.
Tabla 4. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 1.5” de diámetro. ................. 52
Tabla 5. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 2” de diámetro. .................... 53
Tabla 6. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 2.5” de diámetro. ................. 54
Tabla 7. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 3” de diámetro. .................... 55
Tabla 8. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 4” de diámetro. .................... 56
Tabla 9. Relación de esfuerzo máximo y plano de falla de muestras diámetros 1.5 y 2”.................................. 68
Tabla 10. Relación de esfuerzo máximo y plano de falla de muestras diámetros 2.5, 3 y 4” ............................ 69
Tabla 11. Relación de valores obtenidos de los ensayos y análisis estadístico con respecto a la variación de los
diámetros. ......................................................................................................................................................... 70
10
LISTA DE ANEXOS
Anexo 1. Tabla índice de Dixon
Anexo 2. Tabla índice de Grubbs
Anexo 3. Formato límites de Atterberg
Anexo 4. Ensayos muestras compresión inconfinada
Anexo 5. Datos software del ensayo compresión inconfinada
11
GLOSARIO
Dentro de esta investigación se encuentran algunas palabras las cuales se definen
a continuación.
Arcilla: las arcillas son principalmente partículas submicroscopicas en forma de
escamas de mica, minerales arcillosos y otros minerales, las arcillas se definen
como partículas menores a 0.002mm. En algunos casos, las partículas de tamaño
entre 0.002 y 0.005mm también son denominadas arcillas. Las partículas se
clasifican como arcilla con base en su tamaño y no contienen necesariamente
minerales arcillosos. Las arcillas se definen como aquellas partículas “que
desarrollan plasticidad cuando se mezclan con una cantidad limitada de agua”
(Grim, 1953)1.
Humedad: relación entre el peso del agua intersticial y el peso de los granos sólidos,
para un volumen unitario. Su valor se expresa en porcentaje y puede alcanzar
valores mayores del 100%2
Índice de plasticidad: intervalo de contenidos de agua entre el Límite Líquido y el
Límite Plástico cuando el suelo se comporta como un material plástico.
Límite de contracción o retracción: al irse desecando una muestra de suelo se
va comprimiendo, reduciéndose su volumen por la acción de las fuerzas capilares
que van aumentando al disminuir la dimensión de los poros y expulsar agua3
Límite líquido: contenido de agua por encima del cual el suelo se comporta como
un líquido viscoso.
Límite plástico: contenido de agua por debajo del cual el suelo no se comporta ya
como un material plástico4
1 Das, B. M. (2001). Fundamentos de ingeniería geotécnica. california state university, sacramento: Thomson learning p 3.
2 IGLESIAS, Celso. Mecánica del suelo. 1 ed. Madrid: Editorial Síntesis, 2006. p 133. 3 JIMENEZ SALAS, J. A. Geotecnia y Cimientos I (propiedades de los suelos y de las rocas). 2 ed. España: Editorial Rueda, 1975. p 81.
4 BOWLES, Joseph E. Propiedades geofísicas de los suelos. 1 ed. Colombia: Editorial McGraw-Hill, 1982. p 36. (JIMENEZ SALAS, 1975)
12
Resistencia Cortante del Suelo: La resistencia cortante de una masa de suelo es
la resistencia interna por área unitaria que la masa del suelo ofrece para resistir la
falla y el desplazamiento a lo largo de cualquier plano dentro de él.
Cohesión: Se define como la atracción relativa entre partículas similares. La que
da tenacidad y dureza a un suelo haciéndolo resistente a su separación5.
Consistencia: La consistencia del suelo es la firmeza con que se unen los
materiales que lo componen o la resistencia de los suelos a la deformación y la
ruptura. La consistencia del suelo se mide por muestras de suelo mojado, húmedo
y seco. En los suelos mojados, se expresa como adhesividad y plasticidad. La
consistencia del suelo puede estimarse en el campo mediante ensayos sencillos, o
medirse con mayor exactitud en el laboratorio6.
Compresión Simple: El ensayo de compresión simple o no confinada es un ensayo
relativamente sencillo que nos permite medir la carga última a la que un suelo
sometido a una carga de compresión falla7.
5 Mazinger Mazinger.sisib.uchile.cl [En línea]. - 12 de 05 de 2015. -
http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/lb/ciencias_agronomicas/villar04/parte02/02.html.
6 fao.org ftp.fao.org [En línea]. - 24 de 05 de 2015. - ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_training/FAO_training/general/x6706s/x6706s08.htm.
7 unitec.wordpress mecanicadesuelos1unitec.wordpress.com [En línea]. - 23 de 05 de 2015. -
https://mecanicadesuelos1unitec.wordpress.com/ensayo-compresion-simple/
13
RESUMEN
En esta investigación se realiza el estudio de la posible incidencia que presentan
las variaciones en las dimensiones (diámetro y altura) de las probetas usadas en el
ensayo de compresión inconfinada en suelos cohesivos, realizando un análisis de
este posible efecto, estableciendo una correlación entre los valores obtenidos de
esfuerzo, contra los diámetros utilizados en el ensayo y de esta forma realizar una
comparación con los parámetros establecidos en la norma (NTC-1527 – Suelos.
Método de ensayo para determinar la resistencia a la compresión inconfinada de
suelos cohesivos)8.
Para realizar este estudio, se determinan mediante el ensayo de laboratorio los
diferentes factores que determinan el cálculo de los esfuerzos máximos como lo son
la humedad, el plano y tipo de falla de las muestras, la deformación unitaria y su
área corregida.
Para llevar acabo este proyecto se realizaron estudios estadisticos, para determinar
la confiablidad de los datos obtenidos en los ensayos de compresion inconfinada,
los cuales se establecen utilizando las tablas de valores atipicos de los indices de
Dixon y Grubs, de esta forma establecer la correlacion entre los esfuerzos obtenidos
para cada diametro.
8 Icontec NTC-1527 – Suelos. Método de ensayo para determinar la resistencia a la compresión inconfinada de suelos cohesivos [Informe]. -
2000
14
INTRODUCCIÓN
Esta monografía expone la importancia que tiene el estudio del fenómeno “efecto
escala” que se origina en los suelos cohesivos debido a la variación de las
dimensiones en las probetas del ensayo de compresión inconfinada no drenado, y
las repercusiones que este fenómeno puede originar en la resistencia al corte.
Igualmente plantea mediante el desarrollo de dos etapas el proceso para el estudio
del fenómeno “efecto escala” y su consecuencia en la resistencia al corte.
La primera etapa expone el proceso para la concepción de la tubería a utilizar de
acuerdo con la norma (ASTM D 1587 Tubos en muestras de uso geotécnico,
muestra de tubos de acero de pared delgada). Para extraer las muestras requeridas
que permitan la ejecución de los ensayos de compresión inconfinada.
En la segunda etapa se realiza la obtención de las muestras, se elaboran los
ensayos requeridos de acuerdo a la norma (NTC-1527 – Suelos. Método de ensayo
para determinar la resistencia a la compresión inconfinada de suelos cohesivos) con
relación al número de muestras extraídas y se realiza el análisis de los datos
obtenidos a través del ensayo de compresión inconfinada.
15
1 DEFINICION DEL PROBLEMA
El ensayo de compresión inconfinada se caracteriza por la sencillez de su método
y su bajo costo, esto debido al equipo que utiliza y su forma de extracción no
necesita de herramientas especializadas, por este motivo es uno de los más usados.
Este ensayo se puede denominar como impreciso por que no reproduce claramente
las condiciones del terreno, puesto que se obtiene un resultado más conservador
ya que no se tiene en cuenta la presión lateral del suelo con lo cual se puede obtener
un valor aproximado y no exacto, pero esta imprecisión puede ser debida de igual
forma a las dimensiones (diámetro y altura) utilizadas en la realización de este
ensayo, pero en la actualidad no se han determinado parámetros que nos permitan
tener una correlación entre el esfuerzo obtenido de cada probeta y el diámetro con
el cual se elabora la muestra.
2 JUSTIFICACIÓN
La presente investigación tiene como tema principal el estudio del ensayo de
compresión inconfinada y las repercusiones que tiene en la resistencia al corte de
los suelos cohesivos, de acuerdo a la variación de las dimensiones (diámetro y
altura) en las probetas del ensayo. Factores que pueden influir de manera directa
en el dimensionamiento de las estructuras de cimentación.
Estas variaciones en la resistencia pueden generar sobrecostos en las estructuras
de cimentaciones. Es por esto que el análisis del fenómeno “efecto escala” nos
permite tener un conocimiento más detallado de las características que posee el
suelo.
16
Por lo tanto, con el desarrollo de esta propuesta se pretende evaluar los datos que
se obtengan de cada ensayo, identificando los factores que afectan la resistencia al
corte en los suelos cohesivos, buscando así correlaciones o factores de corrección,
que permitan comprender el comportamiento del el “efecto escala” en las muestras
del ensayo de compresión inconfinada.
17
3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar la incidencia en la resistencia al corte no drenada medida a través del
ensayo de compresión inconfinada en los suelos cohesivos, producida por la
variación de las dimensiones en las muestras del ensayo.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Identificar las características de la arcilla, utilizando los ensayos de límites de
Atterberg, determinando el comportamiento de este suelo y realizar la
clasificación por el sistema AASHTO y USCS.
Determinar los esfuerzos máximos de cada muestra mediante el ensayo de
compresión inconfinada, y comparar los resultados de acuerdo a cada
variación del diámetro (1 ½ “, 2”, 2 ½”, 3” y 4”), y de esta forma identificar si
hay relación del esfuerzo contra el aumento o disminución del diámetro.
Realizar un análisis estadístico, el cual determine si los datos obtenidos de
los ensayos, se encuentren en un porcentaje alto de confiabilidad para ser
tenidos en el desarrollo del proyecto.
Realizar una ecuación de correlación que permita identificar la incidencia que
tiene la variación de las dimensiones (diámetro y altura) en las probetas, con
la perdida de resistencia.
Determinar la incidencia que tienen la forma y tipo de falla en la resistencia
al corte de las muestras en el ensayo de compresión inconfinada.
18
4 MARCO DE REFERENCIA
Efecto escala en propiedades de resistencia de la roca. Al Realizar un programa de pruebas para evaluar el impacto de la forma y el tamaño
de las propiedades comunes de roca, fueron encontrados algunos resultados
sorprendentes. En primer lugar, el efecto de forma tuvo el mayor impacto en las
propiedades de resistencia de roca. En la gama típica de la relación
longitud/diámetro varía de 1 a 3, la influencia en la obra de destrucción, módulo de
elasticidad y resistencia a la tracción es bastante significativa. En comparación, el
efecto sobre la resistencia a la compresión no confinada es mucho menor10.
Dependiendo de la técnica de medición utilizada para el desplazamiento longitudinal
a lo largo de la muestra del núcleo, el módulo de elasticidad aumenta y disminuye
el trabajo de destrucción en el centro sobre la longitud del núcleo. El tamaño a
menudo se ha considerado tener una influencia controladora sobre la fuerza, en
contraste con la forma, sólo tuvo un efecto marginal dentro de la gama del diámetro
probado desde 50 a 110 mm.
En geología ingeniería y mecánica de rocas, el confinado sin resistencia a la
compresión y la prueba brasileña se consideran los métodos de propagación más
amplia para obtener propiedades de resistencia de la roca. Bien conocido es el
efecto escala relativo a la resistencia a la compresión no confinada, pero poca
información ha sido publicada desde la década de 1980 (con la excepción de Hoek
& Brown)11 e incluso menos cuando considerando otras propiedades importantes
de roca.
10 symposium, I. R. (2001). Rock mechanics a challenge for society . Espoo, Finland: Särkkä & Eloranta (eds.).
11 Hoek, E. &. (1980). Underground excavations in rock. Inst. Min. Metall. London: Chapman & Hall
19
Desde modernos dispositivos de prueba que hoy permiten un sofisticado servo-
controlador de tensión y llevado para obtener todos los datos de monitoreo, un
enfoque de vanguardia sería favorable. Ahora, los resultados de los métodos
clásicos de prueba pueden ser actualizados así como la determinación de las
propiedades.
Fuertes esfuerzos han conducido a un programa de investigación que estudia los
principios de propiedades de resistencia de la roca en tipos de diferentes rocas tales
como rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias Schütz12. En esta contribución
se pone énfasis en los efectos de escala de:
Resistencia a la compresión no confinada.
Módulo de elasticidad (módulo Young´s).
Trabajo de destrucción (cepa energía; define como la integral de la curva
esfuerzo deformación).
Resistencia a la tracción.
Las pruebas se realizaron con diámetros de núcleo entre 50 y 110 mm, ya que la
mayoría de las muestras tomadas durante las investigaciones de sitio típico son de
este tamaño. En este contexto, el llamado "efecto de escala" se divide en dos
categorías: forma y tamaño
El efecto forma describe el impacto de la variación de la relación
longitud/diámetro de un espécimen cilíndrico ("base") en propiedades de
resistencia de la roca.
El efecto tamaño está definido por la influencia del tamaño absoluto (es decir,
de diámetro) de la muestra del núcleo donde la relación longitud/diámetro
queda constante.
12 Schütz. (1995). Felsmechanische Untersuchungen an Gesteinen aus dem Tunnelprojekt “Königshainer Berge” (Autobahn Bautzen – Görlitz)
unter besonderer Berücksichtigung des Massstabseffekts beim einaxialen Druckversuch. Technical University of Munich: Diploma
Thesis, Department of General, Applied and Engineering Geology.
20
Prueba resistencia a la compresión no confinada
Ilustración 1 Arreglo de prueba basados en PC para determinar curvas tensión - deformación
completa durante pruebas de resistencia a la compresión no confinadas.
Las pruebas de resistencia a la compresión no confinadas se realizaron utilizando
una máquina de prueba de servo-controlado con una estructura rígida y un
dispositivo de monitoreo digital (Figura 1). La figura 2 muestra al espécimen del
núcleo durante la carga, la tensión a lo largo de toda la longitud de la base de cálculo
siguiendo el ISRM (1978a) sugirió métodos y los de (Fairhurst & Hudson)13. Además
de los valores estándar de resistencia a la compresión no confinada (UCS) y módulo
de elasticidad (Young´s módulo; E, figura 3), se midió la curva del esfuerzo-
deformación completa. Es definida como la integral de la curva se calculó el valor,
una denominada el "trabajo de destrucción específico" W [kJ/m³], en Resumen:
trabajo de destrucción (después de Thuro & Spaun 1996a, b, Thuro 1997, figura 3).
Este parámetro es descrito a veces también como "energía de tensión" por otros
autores.
13 Fairhurst, C.&.(1999). Draft ISRM suggested method for the complete stress-strain curve for intact rock in Uniaxial compression. Int .J
Rock Mech. Min. Sci. 36
21
Ilustración 2. Prueba no confinado compresiva – muestra de núcleo con falla bajo compresión no
confinada. Términos y abreviaturas.
Ilustración 3. Prueba de resistencia a la compresión no confinado – curva esfuerzo - deformación
completa y determinar el módulo de elasticidad (Young´s módulo E) y el trabajo específico de la
destrucción W (energía de tensión).
Como puede observarse, la integral de la curva envolvente es una energía (o
trabajo) relacionado con el volumen, necesario para la destrucción de la muestra de
roca. Como producto de ambas tensiones, trabajo de destrucción representa el
trabajo de deformación, incluyendo la sección posterior pico. Considerando que el
módulo de elasticidad somete el gradiente (derivación) de la sección lineal, la obra
de destrucción se estima fuera del área (integral) bajo el estrés-tensión-envolvente.
22
El valor de la tensión máxima ε máx tomado para determinar el trabajo de
destrucción es el valor de una cepa que sigue asociado con el fracaso. La fuerza de
una muestra de roca fracturada más o menos, que sólo reacciona a fricción con un
aumento de la fuerza, se excluye en la determinación de la obra de destrucción.
Pruebas de configuración
Tres tipos de rocas que podrían obtenerse en alta calidad de las canteras, probaron
lo que significa que se ha hecho hincapié en la homogeneidad y la isotropía de las
muestras:
Granito de grano grueso dos mica del bosque bávaro cerca de Passau, Alemania.
Un grano fino, pyroxen y rico en anfíbol ker-santite del macizo de bohemio del sur
cerca de Viena, Austria.
Una grano fino de piedra caliza de los Alpes del norte cerca de Salzburgo, Austria.
Se realizó el siguiente programa de pruebas:
Para el efecto de forma durante la compresión no confinada, se perforaron
las proporciones de longitud diámetro común entre 1 y 3 en pasos de ¼ de
núcleos de 50 mm ∅ y un valor promedio se calculó a partir de muestras de
3-5 para cada paso.
Para el efecto de forma durante la prueba brasileña, las proporciones de
longitud diámetro común entre 0,5 y 2 en pasos de ¼ fueron cortadas de
núcleos de 70 mm, calcular un valor promedio de 3 a 4 muestras para cada
paso.
Para el efecto de tamaño bajo compresión no confinada, el diámetro de los
núcleos fue variado entre 45 y 80 mm con una excepción de 110 mm para el
granito. Esto dio lugar a las proporciones de longitud diámetro constante con
2.0. Los valores medios calcularon en 3-5 muestras para cada diámetro. En
23
nuestra experiencia estos diámetros de núcleo representan una prueba
técnica práctica.
Para el efecto de tamaño durante la prueba brasileña, el diámetro de los
núcleos se varió entre 45 y 80 mm dejando el longitud-diámetro constante
con 1.0 y calcular un valor medio de 4 muestras para cada diámetro.
Efecto tamaño
Resultados del programa de prueba realizado se pueden ver en las figuras 9 a 13.
Los valores promedio de las propiedades de la roca se trazan contra el diámetro
junto con animales máximo y mínimo. El punto interesante es la variación de los
valores recibidos, se normaliza la escala derecha contra un D = 50 mm (equivale a
1).
En cuanto a la forma, para todos los diagramas de una función logarítmica regresión
ha sido elegida en la forma estándar
f (x) = a + b LN (x)
Donde
x = D
Las relaciones encontradas para todos los tres tipos de roca asemejan uno al otro,
lo que sugiere una correlación geométrica.
El resultado interesante es que el tamaño, que normalmente se considera que tiene
una influencia significativa en todas las propiedades de resistencia, en contraste con
forma sólo tiene un efecto marginal en la gama del diámetro de prueba de la
resistencia a la compresión no confinada (Figura 9 Figura 10, nota el buzamiento
opuesto de las curvas), obra de destrucción (Figura 11), módulo de elasticidad
(Figura 12) y la resistencia a tracción indirecta (Figura 13). La variación normalizada
24
(véase escala de mano derecha de figuras) de menos tan aprox. 5% casi siempre
se mantiene dentro de la gama mín/máx del conjunto de datos. Como conclusión
que se puede afirmar no hubo tamaño efecto observado en la gama del diámetro
probado.
Ilustración 4 . Resistencia a la compresión no confinada de las muestras de piedra caliza en
correlación con el diámetro del núcleo.
Ilustración 5 . Resistencia a la compresión no confinada de las muestras de granito en correlación
con el diámetro del núcleo.
25
Ilustración 6 . Trabajo de destrucción de las muestras de piedra caliza en correlación con el diámetro
del núcleo.
Ilustración 7 . Módulo de elasticidad de las muestras de piedra caliza en correlación con el diámetro
del núcleo.
26
Ilustración 8. Resistencia a tracción indirecta de las muestras de piedra caliza en correlación con el
diámetro del núcleo.
Forma efecto
De acuerdo con ASTM 1986, es la corrección de la forma de resistencia a la
compresión no confinada:
Donde
C = fuerza compresiva calculado de un espécimen de longitud/diámetro equivalente
2:1;
Ca = resistencia a la compresión medido de la muestra analizada;
D = diámetro de la base de prueba;
27
L = prueba base altura.
La variación de C para una relación longitud/diámetro entre 1 y 3 sería 0,89 a 1.04.
Usando el diagrama de la figura 14, la variación de los datos presentados en esta
contribución es 0,96 a 1.03 que es menos, pero muy cerca de ASTM. Además, se
proponen las curvas de corrección para el módulo de elasticidad y el trabajo de
destrucción. Se simplifican las funciones de las que presenta en el capítulo antes
para mayor comodidad pero sin perder precisión. Observe que la corrección E sólo
es válida cuando se mide la tensión (o desplazamiento) entre los platos de carga.
Para obtener una curva de corrección para la resistencia a tracción indirecta, se
puede tomar como una aproximación (Figura 8). Pero más pruebas deben realizarse
para validar los parámetros de función encontrados.
Ilustración 9. Forma de las curvas de corrección para la resistencia a la compresión no confinada UCS,
destrucción trabajo W y módulo de elasticidad E.
28
La última pregunta será respondida en razón del impacto significativo de la forma
en la que se mida la tensión. Esto puede visualizarse en la figura 15, donde se
sugiere que altas tensiones por debajo de los platos de carga debido a la fricción,
resulta una plastificación local y mayor tensión en esas regiones. Si esto ocurre, se
recomienda que la medición de la tensión (o desplazamiento) para determinar el
módulo de elasticidad debe ser recogida solamente a lo largo de la central, 2/3 de
la longitud total de la base (Figura 16). Luego debe minimizarse la influencia de la
forma en el módulo de elasticidad. Tenga en cuenta que en el caso de determinar
la obra de destrucción, debe realizarse la medición de la tensión entre los platos de
carga (es decir, a lo largo de la base entera) para obtener un valor para la
deformabilidad entero. Por lo tanto, dichas pruebas se realizarán en las bases con
una L/D > 2.
Ilustración 10. Explicación conceptual para la relación entre el efecto y la tensión medida de forma.
29
Ilustración 11. Recomendación para la medición de la tensión a lo largo de aproximadamente 2/3 de
la longitud del espécimen durante la prueba de compresión no confinada
Efecto tamaño
Para la comparación, el rango de datos obtenidos ha sido trazado en los diagramas
publicados de Hoek & Brown 1980 (Figura 17) y Hawkins 1998 (Figura 18). Aunque
el tamaño probado rango de este aporte no es tan amplio, en nuestra experiencia
los diámetros de núcleo seleccionados representan tamaños núcleo típico para la
prueba práctica de Geotécnica. Así, dentro de nuestra gama de datos probados,
ningún efecto tamaño podía probarse muy en contraste con los autores citados.
30
Ilustración 12 . Relación entre el tamaño de UCS y ejemplar trazado como valores adimensionales
(después de Hoek y Brown 1980).
Ilustración 13 . Relación entre la UCS y ejemplar (núcleo) tamaño trazados como valores
adimensionales (después de Hawkins 1998).
31
4.1 MARCO CONCEPTUAL
Es importante realizar una descripción de los aspectos teóricos relacionados con la
terminología utilizada para denominar ciertos procesos y características del proceso
de ejecución del proyecto en mención.
4.1.1 DEFINICIONES
Ensayo de compresión inconfinada
Tiene por finalidad, determinar la resistencia a la compresión no confinada ( q u ),
de un cilindro de suelo cohesivo o semi-cohesivo, e indirectamente la resistencia al
corte (c), por la expresión14:
c = q u / 2 (Kg /cm2)
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.
Este ensayo es ampliamente utilizado, ya que constituye un método rápido y
económico. Consiste en un ensayo uniaxial, en donde la probeta no tiene soporte
lateral (σ3=0), realizándolo en condiciones no drenadas. Se podrá realizar de dos
maneras, mediante un control de deformación o bien, mediante un control de
esfuerzos.
14 albatros. (30 de octubre de 2014). albatros.uis. Obtenido de http://albatros.uis.edu.co/eisi/archivosprofesores /U9186/COMPRESION.pdf
32
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.
Las probetas deben cumplir con las siguientes condiciones:
Diámetro mínimo 33 mm.
Tamaño máximo de las partículas menor que 1/10 de su diámetro.
Relación altura-diámetro (L/D) debe ser lo suficientemente grande para evitar
interferencias en los planos potenciales de falla a 45º y lo suficientemente
corta para evitar que actúe como columna; para satisfacer ambos criterios,
se recomienda una relación L/D comprendida entre 2 y 3.
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Dimensiones de la probeta: La probeta debe ser de sección aproximadamente
constante, circular o cuadrada, y eje perpendicular a dicha sección. Su diámetro o
lado no debe ser inferior a 30 mm (1.3 in.) y en suelos que presentan
discontinuidades se recomienda que sea de mayor tamaño. La mayor partícula
contenida en su interior debe ser, como máximo, igual a 1/10 del diámetro o lado.
Si, una vez terminado el ensayo, se encuentran partículas mayores que dicho
tamaño, se hará constar esto, junto con los resultados. Para muestras con diámetro
igual o mayor de 72 mm (2.8 in.), el tamaño de la partícula deberá ser menor a 1/6
del diámetro o lado.
La relación de la altura al diámetro o al lado de la base se debe encontrar entre 2 a
2.5.
33
El término probeta se aplica a la muestra ya tallada. Cuando la altura no cumpla con
las dimensiones indicadas, se deberá anotar en el Informe.
La dimensión longitudinal de la probeta cortada debe coincidir con la dirección
vertical de la muestra original.
Probetas inalteradas – Si se trata de muestras de tubo, hay que manejarlas con
gran cuidado para evitar su alteración, cambios en la sección transversal o la
pérdida de humedad.
Si se teme que el dispositivo de extracción pueda dañar la muestra, se puede
hendir el tubo longitudinalmente o cortarlo en trozos más pequeños para facilitar
la extracción de la muestra sin alterarla.
Si se trata de arcilla no dura, se recomienda, cuando sea posible, tallar la
muestra para eliminar las zonas alteradas próximas a las paredes del tubo. En
general, se deben desechar las partes alteradas de la muestra.
En caso de disponerse de cámara húmeda, las operaciones de tallado se deben
realizar en ella con el fin de que el suelo permanezca el menor tiempo posible
expuesto a la pérdida de humedad. Se puede emplear un torno o tallador como
el de la Figura 1, y para recortar los extremos la sierra de alambre y una caja de
ingletes. Para evitar el desarrollo de fuerzas capilares que se consideren
PROCEDIMIENTO
Se miden tres alturas de la probeta cada una separada 120 grados de la otra y
tres diámetros en las tres líneas imaginarias centrales que resultan de dividir la
probeta en cuartos, con una precisión de 0.1 mm mediante un calibrador con
34
nonio o un objeto análogo. En probetas de gran tamaño puede adoptarse una
precisión menor y proporcional al tamaño de la muestra.
Se determina la masa de la muestra.
Se coloca la probeta en la prensa de modo que quede perfectamente centrada.
Se acciona el dispositivo de avance lo estrictamente necesario para que la
probeta toque a la placa superior de la prensa. Se pone en cero el indicador de
deformaciones. El ensayo se podrá hacer controlando la deformación o
controlando la carga.
Para el caso de la deformación controlada, se acciona la prensa de modo que la
velocidad de deformación unitaria de la probeta esté comprendida entre ½ % y
2% por minuto. Se toman medidas de las deformaciones y de las cargas cada
30 segundos hasta que las cargas comiencen a disminuir o hasta llegar a una
deformación axial del 15% (lo que antes suceda). Se escogerá una velocidad en
que la rotura ocurra en un lapso entre 1 y 10 minutos. En el caso de materiales
muy blandos que exhiben deformaciones mayores a la falla, deberán ensayarse
a una rata mayor de deformación y lo inverso para los materiales duros o
quebradizos. Si se trata de una probeta de suelo muy duro, en la cual la
deformación a la rotura sea muy pequeña, la curva esfuerzo-deformación no
quedará debidamente representada en dicho gráfico. En ese caso, es posible
despreciar el aumento de sección durante la carga. Cuando interesa hallar el
módulo de deformación en probetas de suelo muy duro, es conveniente medir la
deformación mediante extensómetros o por otro procedimiento que elimine las
deformaciones en la base.
Cuando se empleen esfuerzos controlados, se aplicará la carga para que
produzca una deformación axial a una rata de 0.50% a 2% por minuto y se
registrarán los esfuerzos y las deformaciones cada 30 segundos. La rata de
35
deformación se regulará en tal forma que la falla de probetas sin refrentar nunca
sobrepase de 10 minutos. La carga se deberá proseguir hasta que decrezcan
los valores de la carga con el aumento de sección que se produce en la probeta
durante la rotura, lo cual se traduce en una disminución del esfuerzo aplicado.
Se hace un esquema de la forma de rotura. Si la rotura se produce a través de
un plano inclinado, es conveniente medir el ángulo de inclinación de dicho plano.
De la parte de la probeta en donde se ha producido la rotura se toma una
pequeña muestra en el recipiente y se determina su humedad. También se
determina la humedad de toda probeta, anotando las masas y haciendo las
operaciones que se indican en la hoja de cálculos.
CÁLCULOS
La deformación unitaria, e, se calculará con la siguiente fórmula:
Dónde:
e = deformación unitaria axial para la carga dada,
DL = cambio en longitud de la muestra, igual al cambio entre la lectura inicial y final
del indicador de deformación
Lo = longitud inicial de la muestra.
Se calcula la sección transversal promedio de la muestra, A, para una carga dada
así:
36
Dónde:
e = deformación unitaria axial para la carga dada
Ao = á rea inicial promedio de la probeta.
Dónde:
At = área en la parte superior de la probeta
Am = área en la parte media de la probeta
Ab = área de la parte inferior de la probeta.
El área A, se puede calcular alternativamente a partir de dimensiones obtenidas por
medición directa, cuando se pueden medir las superficies de la probeta.
Es útil preparar un gráfico que dé para cada deformación, el área corregida
correspondiente, de acuerdo con los diámetros iniciales de las muestras que se
empleen en el ensayo, como se ilustra en la Figura 2.
Se calcula el esfuerzo, sC:
Dónde:
p = carga aplicada dada
37
A = á rea de la sección promedio correspondiente.
Se prepara un gráfico que muestre la relación entre el esfuerzo (ordenada) y la
deformación unitaria (en las abscisas). Se toma el valor mayor de la carga unitaria
o el que corresponda al 20% de deformación, el que ocurra primero entre las dos, y
se informa como resistencia a la compresión inconfinada.
MANEJO DE VALORES ATIPICOS
Uno de los problemas arduos en el análisis de datos es manejar los valores atípicos
en un grupo de datos. Un valor atípico es una observación con un valor que no
parece corresponderse con el resto de los valores en el grupo de datos. Los valores
atípicos también suelen llamarse valores aberrantes o inconsistentes.
Dos de las pruebas estadísticas utilizadas con mayor frecuencia en un grupo de
datos único son la prueba de Dixon y la prueba de Grubbs15.
La prueba de Dixon utiliza relaciones de los espacios entre datos de diferentes
modos según la cantidad de valores en el grupo de datos.
Por ejemplo, tomemos los datos 5.3, 3.1, 4.9, 3.9, 7.8, 4.7 y 4.3
Ordenando los datos: 3.1, 3.9, 4.3, 4.7, 4.9, 5.3 y 7.8
El tamaño de la muestra es 7, y la relación utilizada es el espacio entre el valor
atípico (7.8) y su vecino más próximo (5.3) dividido por el espacio entre los valores
más grandes y más pequeños en el grupo.
15 ASTM.ORG www.astm.org [En línea]. - 24 de 05 de 2015. - http://www.astm.org/SNEWS/SPANISH/SPND08/datapoints_spnd08.html.
38
Por lo tanto, el índice de Dixon es:
(7.8 – 5.3) / (7.8 – 3.1) = 2.5/4.7 = 0.532
Este valor se compara con un valor crítico de una tabla, y el valor se declara valor
atípico si supera ese valor crítico.
Si Dcalculado > Dtabulado se rechaza el dato
El valor tabulado depende del tamaño de la muestra, n, y de un nivel de confianza
elegido, que es el riesgo de rechazar una observación válida. La tabla por lo general
utiliza niveles de baja confianza tal como 1% o 5%.
Anexo 1. Tabla índice de Dixon.
La prueba de Grubbs utiliza una estadística de prueba, T, que es la diferencia
absoluta entre el valor atípico, XO, y el promedio de la muestra dividida por la
desviación estándar de la muestra, s.
Para el ejemplo anterior, el promedio (mediana) de la muestra es = 4.86 y la
desviación estándar de la muestra es = 1.48. La estadística calculada de la prueba
es:
𝑻 = (𝑿 − 𝑿) / s
𝑻 = (𝟕. 𝟖 − 𝟒. 𝟖𝟔) / 1.48
𝑻 = 𝟏. 𝟗𝟗
Si Dcalculado>Dtabulado se rechaza el dato
Anexo 2 tabla índice de Grubbs.
39
4.2 MARCO LEGAL
Reglamento colombiano para la realización de estudios geotécnicos
Para la ejecución de este proyecto de investigación es fundamental en primera
instancia basarse en la información de la norma sismo resistente, desde su versión
1998 hasta la actualización 2010, y los decretos que han intervenido en el proceso.
Enfocándose en el Titulo H – Estudios geotécnicos.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC-2121 – Suelos. Obtención de muestras
para probetas de ensayo. Método para tubos de pared delgada. (ASTM D 1587).
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC-1504 – Suelos. Clasificación para
propósitos de ingeniería. (ASTM D 2487).
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC-4630 – Método de ensayo para la
determinación del límite líquido, del límite plástico y del índice de plasticidad de los
suelos cohesivos.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC-1495 - Suelos. Método de ensayo para
determinar en el laboratorio el contenido de agua (humedad) de suelos y rocas, con
base en la masa. (ASTM D 4643-00)
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC-1527 – Suelos. Método de ensayo para
determinar la resistencia a la compresión inconfinada de suelos cohesivos (ASTM D
2166-98)
ASTM E 178. Manejo de valores atípicos.
40
4.3 DISEÑO METODOLÓGICO
4.3.1 GENERAL
La metodología general del proceso de desarrollo de la propuesta, se esquematiza
básicamente en la toma de muestras con diferentes dimensiones, para realizar una
comparación de las diferencias que pueden resultar al realizar los laboratorios de
compresión inconfinada, por lo que tiene un enfoque de tipo cuantitativo - teórico.
4.3.2 ESPECIFICO
4.3.2.1 PRIMERA ETAPA: Elaboración de tubería de pared delgada
La norma (ASTM D 1587), establece el procedimiento para el uso de un tubo de
metal de pared delgada, para recuperar las muestras de suelo relativamente
imperturbados, apto para pruebas de laboratorio de ingeniería en análisis de
propiedades tales como densidad, compresibilidad, permeabilidad y resistencia.
Para tubos de paredes finas en pistón, enchufe, rotatorio u otro tipo muestreadores,
se debe cumplir con la tabla 1 de esta norma que describe los tubos de paredes
delgadas.
Esta norma está limitada a los suelos que pueden ser penetrados por el tubo de
pared delgada, no se recomienda este método de muestreo para suelos con grava
o partículas más grandes de tamaño del suelo cementadas o suelos muy duros.
Otras muestras del suelo pueden utilizarse para el muestreo mediante perforación
por dispositivos indicados en las normas (D1586, 3550 D y D 6151).
41
Diámetro exterior
In 2 3 5
Mm 50.8 76.2 127
Grueso de pared
Bwg 18 16 11
In 0.049 0.065 0.12
Mm 1.24 1.65 3.05
Longitud del tubo
In 36 36 54
M 0.91 0.91 1.45
Cociente del espacio interior % <1 <1 <1
Tabla 1 (astm D 1587) tubos en muestras de uso geotécnico, muestra de tubos acero pared delgada
conveniente
Los tres diámetros recomendados en la tabla 1 son los indicados para fines de
estandarización, y no pretende indicar que muestreo tubos de intermedio o
diámetros más grandes no son aceptables. Longitudes de tubos de muestra
ilustrativa. Las Longitudes adecuadas deben determinarse dependiendo de las
condiciones de campo.
Diámetros nominales de tubos tabla 1 tolerancias
Tamaño exterior 2 50.8 3 76.2 5 127
Diámetro In mm in Mm in mm
Diámetro exterior (Do)
+0.007 +0.179 +0.010 +0.254 +0.015 +0.381
-0.000 -0.000 -0.000 -0.000 -0.000 -0.000
Diámetro interior (Di) +0.000 +0.000 +0.000 +0.000 +0.000 +0.000 -0.007 -0.179 -0.01 -0.254 -0.015 -0.381
Grueso de pared ±0.007 ±0.179 ±0.01 ±0.254 ±0.015 ±0.381
Ovalización 0.015 0.381 0.02 0.508 0.03 0.762
Rectitud 0.030/ft 2.50/m 0.030/ft 2.50/m 0.030/ft 2.50/m
Tabla 2 tolerancias dimensionales para tubos de pared delgada
42
Diámetros intermedios o mayores deben ser proporcionales. Especifique sólo dos
las primera tres tolerancias; es decir, hacer y Di, o hacer y pared de espesor, o D y
pared gruesa.
Con base a la información obtenida de la norma ASTM D 1587 (procedimiento para
el uso de un tubo de metal de pared delgada) determinamos las longitudes y
espesores de pared para la tubería usada en la extracción de muestras y se
relaciona en la siguiente tabla:
Tabla 3 interpolación de datos para determinar el diámetro y espesor de tubería de pared delgada utilizados en la toma de muestras.
Con base a los datos obtenidos mediante la interpolación para obtener las
longitudes y espesores de pared para cada uno de los diámetros utilizados en el
presento proyecto, se ha optado por realizar las paredes y longitudes de una misma
dimensión utilizando para ellos la mayor dimensión alcanzada que para este caso
es:
Grueso de pared: 2mm
Longitud de la tubería: 90cm
In 2 3 5 1 1/2 2 2 1/2 3 4
mm 50.8 76.2 127 38.1 50.8 63.50 76.2 101.6
In 0.049 0.065 0.12 0.041 0.049 0.057 0.065 0.081
mm 1.24 1.65 3.05 1.035 1.24 1.445 1.65 2.06
In 36 36 54 23.11 23.11 23.11 23.11 29.97
M 0.91 0.91 1.45 0.91 0.91 0.91 0.91 1.18
Diametros descritos en norma astm D 1587Interpolacion de datos de norma astm D 1587 para
determinacion de las dimensiones en los diametros a evaluar
Diámetro exterior
Grueso de pared
Longitud del tubo
43
Para terminar con la construcción de la tubería de pared delgada, se realiza una
reducción de la boca del tubo, esto con el fin de reducir la fricción entre el tubo y el
terreno de donde se obtendrán las muestras, esto para que a la hora de recuperar
la muestra del tubo no se vea afectado por algún tipo de presión y sea de fácil
extracción.
Ilustración 14. Tuberia shelby utilizada para la extracion de muestras con diametros de ½”, 2”, 2 ½”,
3” y 4”
4.3.2.2 SEGUNDA ETAPA: Obtención de muestras, ejecución de ensayos y
análisis de los resultados de laboratorio, con base en la variación de las
dimensiones de la probetas.
4.3.2.2.1 Ubicación y preparación del terreno para extracción de muestras:
Se determina el sito para la toma de muestras en el predio ubicado en la Carrera 16
No 32 a 46, localidad de Teusaquillo.
44
Ilustración 15. Direccion de el terreno de extraccion de muestras
Se prepara el terreno para la extracción de las muestras, haciendo una excavación
de 1.50 m. hasta encontrar el estrato de arcilla.
Ilustración 16 . Perfil del terreno de extracion de muestras
45
Se perfila el terreno haciendo una caja de 1.30 m x 1.30 m.
Ilustración 17 . Vista en planta del terreno utilizado para la extracion de muestras.
Se presenta el terreno para la toma de muestras.
Ilustración 18. Alistado de terreno para toma de muestras.
Se inicia el proceso para la toma de muestra con los tubos de diámetros
establecidos, hincando la tubería en el terreno para realizar la extracción de la
muestra.
46
Ilustración 19. Extraccion de muestras con tuberia shelby con diferente diametro.
Cuando se recupera la muestra del terreno se envuelve en papel parafinado y vinipel
para conservar la humedad natural del terreno y de esta manera no alterar las
características del suelo y poder tener datos más confiables a la hora de realizar el
respectivo ensayo.
Ilustración 20. Identificacion de muestras y preparacion para trasporte.
Luego de envolver la muestra se realiza el transporte mediante cajas de icopor para
controlar la perdida de temperatura y evitando que las muestras queden expuestas
a algún efecto que las pueda alterar.
47
Ilustración 21 . Almacenamiento para evitar perdida de humedad y trasporte de muestras.
4.3.2.2.2 Preparación de muestras y ensayos de laboratorio:
Se inicia el proceso de tallaje de las muestras para realizar el ensayo.
Ilustración 22 . Tallado de muestras.
48
Se presentan las muestras para realizar el ensayo
Ilustración 23 . Preparacion de muestras para ensayo de compresion inconfinada.
Procedimiento del ensayo:
Se mide altura y diámetro de la probeta.
Ilustración 24 . Caracterizacion de muestras identificando su altura promedio, diametro promedio y
peso.
49
Se coloca la probeta en la prensa de modo que quede perfectamente centrada. Se
acciona el dispositivo de avance lo estrictamente necesario para que la probeta
toque la placa superior de la prensa. Se pone en cero el indicador de deformaciones.
El ensayo se podrá hacerse controlando la deformación o controlando la carga.
Ilustración 25 . Falla de muestras en la maquina de ensayo de compresión inconfinada.
Cuando se empelan esfuerzos controlados se aplicara la carga para que produzca
una deformación axial a una rata de ½ % a 2 % por minuto y se registran los
esfuerzos y de formaciones cada 30 segundos. (La velocidad utilizada para realizar
el ensayo fue con el 2% de la deformación.)
De la parte de la probeta en donde se produce la rotura se toma una pequeña
muestra en un recipiente y se determina su humedad.
50
Ilustración 26 . Toma de pesos para determinar la humedad de las muestras.
4.3.2.2.3 Resultados de los ensayos realizados en el laboratorio:
Se realiza la clasificación del suelo el cual queda identificado en el siguiente cuadro
y se encuentra en el Anexo 3. Formato límites de Atterberg.
Descripción de la muestra: Arcilla de alta plasticidad de consistencia media color
amarillo rojizo con vetas de óxido.
51
F UEN T E: Bogotá PROFUNDIDAD: 1.5m1.5m
PROYECTO: Establecer el efecto causado en la resistencia al corte no drenado, por la variación de dimensiones de las probetas
P ER F OR A C ION : FECHA TOMA: 28/04/2015 FECHA ENSAYO : 30/04/2015
OB SER VA C ION ES:Muestra de arcilla, ensayadas en condiciones normales contenido de humedad y diametro original.
# lata K 11 K 8 K 33
W lata (g) 5,35 5,57 5,58
W Lata + Material humedo (g) 19,83 21,25 18,50
W Lata + material seco (g) 15,12 15,83 13,69
Humedad (%) 48,21 52,83 59,31
36 22 15
52,30 0,00
k7 412 K5 K16
4,47 4,83 18,67 5,06
10,88 11,10 31,76 28,02
9,39 9,53 28,17 21,79
30,28 33,40 37,79 37,24
# capsula 2,00 w C + Hg (g) 552,00 IP (%) 20,46 IF 28,8
W capsula (g) 371,80 w C + Hg + M (g) 486,90 IL 0,28 ID 0,7
W C + Mw (g) 391,10 V final (cm3) 4,79 LL S/LL N 0,000 CR 0,72
W C + Ms (g) 378,00 w (%) 211,2903226
V inicial (cm3) 15,67 LC (%) 35,75 A-7-5 26
0,72
Humedad media (%) 31,84 Humedad media (%)
LIMITE LIQUIDO INV 125-07, LIMITE PLASTICO INV 126, HUMEDAD NATURAL INV 122,
LIMITE DE CONTRACCION INV 127
CLASIFICACION SUCS
LIMITE DE CONTRACCION PARAMETROS DE COMPORTAMIENTO DEL SUELO
CH
W Lata + Materia l humedo (g) W Lata + Material humedo (g)
W Lata + materia l seco (g) W Lata + material seco (g)
Humedad (%) Humedad (%)
W lata (g) W lata (g)
LÍMITE LÍQUIDO SECO AL AIRE LÍMITE LÍQUIDO SECO AL HORNO
Numero de Golpes
Limite liquido (%)
LÍMITE PLÁSTICO HUMEDAD NATURAL
# lata # lata
CLASIFICACION AASHTO
37,51
0
10
20
30
40
50
60
70
10
HU
MED
DA
(%
)
NUMERO DE GOLPES
MH-OH
CH-OH
CL-OL
ML-OLCL-ML
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
-1 49 99
Índ
ice
de
pla
stic
idad
Límite Líquido
Carta de plasticidad
LP LLWnLC
0
1
0 10 20 30 40 50 60
52
Se realizan los ensayos de compresión inconfinada, no drenado para las muestras
establecidas, tomando los resultados del software utilizado para la falla de cada una
de las muestras, estos datos se encuentran en el Anexo 5. Datos software del
ensayo compresión inconfinada, con los cuales se realizó el cálculo de los
esfuerzos de todas la muestras, y fueron calculadas en los formatos que se
encuentran en el Anexo 4. Ensayos muestras compresión inconfinada.
En las tablas 4, 5, 6, 7 y 8 se muestra el cuadro resumen de estos resultados
obtenidos en los formatos del Anexo 5 y se relacionan a continuación:
MUESTRA Diámetro 1.5"
Esfuerzo Max (kN/m2)
Humedad natural (%)
Muestra 1 82.75 37.79
Muestra 2 97.56 37.24
Muestra 3 107.22 37.50
Muestra 4 92.91 34.15
Muestra 5 103.31 38.84
Muestra 6 96.64 34.35
Tabla 3. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 1.5” de
diámetro.
Valores estadísticos 1.5"
N 6.0
MEDIA 96.7
Σ 7.8
S 8.5
∑ X 580.4
∑ X2 56503.9
MIN 82.8
Q1 93.8
MEDIANA 97.1
Q3 101.9
MAX 107.2
COEF VARIACION 0.09
53
Ilustración 27. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 1.5”
MUESTRA Diámetro 2"
Esfuerzo Max (kN/m2)
Humedad natural (%)
Muestra 1 95.86 37.37
Muestra 2 69.78 37.87
Muestra 3 91.83 34.66
Muestra 4 92.11 37.79
Muestra 5 96.70 38.90
Muestra 6 87.93 35.03
Muestra 7 90.77 40.80
Muestra 8 101.39 33.49
Muestra 9 111.59 34.29
Muestra 10 118.87 36.86
Tabla 4. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 2” de
diámetro.
0
20
40
60
80
100
120
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
Esfu
erzo
(kN
/m2)
Deformación unitaria
Esfuerzo Max Vs Deformacion unitaria
Muestra 6
Muestra 5
Muestra 4
Muestra 3
Muestra 2
Muestra 1
Valores estadísticos 2"
N 10.0
MEDIA 95.68
σ 12.68
S 13.36
∑ X 956.84
∑ X2 93162.37
MIN 69.78
Q1 91.04
MEDIANA 93.99
Q3 100.22
MAX 118.87
COEF VARIACION 0.14
54
Ilustración 28. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 2”
Tabla 5. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 2.5” de
diámetro.
0
20
40
60
80
100
120
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
Esfu
erzo
(kN
/m2)
Deformación unitaria
Esfuerzo Max Vs Deformacion unitaria
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
Muestra 4
Muestra 5
Muestra 6
Muestra 7
Muestra 8
Muestra 9
Muestra 10
MUESTRA Diámetro 2.5"
Esfuerzo Max (kN/m2)
Humedad natural (%)
1 73.62 36.13
2 77.96 36.58
3 51.20 31.95
4 91.10 40.18
5 60.20 28.26
6 70.58 31.70
7 99.68 31.36
8 87.39 37.10
9 72.48 32.00
Valores estadísticos 2.5"
N 9.0
MEDIA 76.0
σ 14.3
S 15.1
∑ X 684.2
∑ X2 53848.0
MIN 51.2
Q1 70.6
MEDIANA 73.6
Q3 87.4
MAX 99.7
COEF VARIACION 0.20
55
Ilustración 29. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 2.5”
Tabla 6. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 3” de
diámetro.
0
20
40
60
80
100
120
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
Esfu
erzo
(kN
/m2)
Deformación unitaria
Esfuerzo Max Vs Deformacion unitaria
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
Muestra 4
Muestra 5
Muestra 6
Muestra 7
Muestra 8
Muestra 9
MUESTRA Diámetro 3"
Esfuerzo Max (kN/m2)
Humedad natural (%)
Muestra 1 62.12 36.24
Muestra 2 47.69 39.84
Muestra 3 63.11 37.74
Muestra 4 54.12 35.49
Muestra 5 41.20 35.90
Muestra 6 62.59 36.30
Valores estadísticos 3"
N 6.0
MEDIA 55.1
σ 8.4
S 9.2
∑ X 330.8
∑ X2 18660.1
MIN 41.2
Q1 49.3
MEDIANA 58.1
Q3 62.5
MAX 63.1
COEF VARIACION 0.17
56
Ilustración 30. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 3”
MUESTRA Diámetro 4"
Esfuerzo Max (kN/m2)
Humedad natural (%)
Muestra 1 53.22 37.23
Muestra 2 53.38 43.37
Muestra 3 55.71 45.58
Muestra 4 51.17 39.27
Muestra 5 62.43 48.50
Muestra 6 46.42 47.71
Muestra 7 56.58 45.07
Muestra 8 34.27 43.31
Muestra 9 77.23 41.59
Muestra 10 66.61 43.33
Tabla 7. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 4” de
diámetro.
0
20
40
60
80
100
120
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
Esfu
erzo
(kN
/m2)
Deformación unitaria
Esfuerzo Max Vs Deformacion unitaria
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
Muestra 4
Muestra 5
Muestra 6
Valores estadísticos 4"
N 10.0
MEDIA 55.7
σ 11.0
S 11.6
∑ X 557.0
∑ X2 32233.9
MIN 34.3
Q1 51.7
MEDIANA 54.5
Q3 61.0
MAX 77.2
COEF VARIACION 0.21
57
Ilustración 31. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 4”
En las gráficas de esfuerzo Vs la deformación se pueden apreciar valores que se
encuentran por arriba o por debajo del promedio de valores calculados, esta
situación nos lleva a verificar la confiabilidad de los datos, para lo cual se realiza un
análisis estadístico que permita establecer la veracidad de los resultados a través
de la aplicación de las pruebas de Dixon y Grubss, garantizando que todos los
resultados obtenidos son coherentes para el desarrollo del análisis y no sean
considerados como valores atípicos o fuera del rango de la tendencia central de las
muestras ensayadas.
Para la evaluación de las muestras de los diferentes diámetros se tienen en cuenta
los criterios establecidos en las pruebas de Dixon y Grubss establecidos en la norma
ASTM E 178-0216 Manejo de valores atípicos que se muestran a continuación:
16 ASTM Dealing With Outlying Observations [En línea] // ASTM. - 23 de 05 de 2015. - http://library.sut.ac.th:8080/astm/cd14022005/PDF/E178.pdf
0
20
40
60
80
100
120
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
Esfu
erzo
(kN
/m2)
Deformación unitaria
Esfuerzo Max Vs Deformacion unitaria
Muestra 10
Muestra 9
Muestra 8
Muestra 7
Muestra 6
Muestra 5
Muestra 4
Muestra 3
Muestra 2
Muestra 1
58
Valores de tabla críticos para la prueba de Dixon de afloramientos
Prueba estadística N Nivel de confiabilidad
0,300 0,200 0,100 0,050 0,020 0,010 0,005
3 0,684 0,781 0,886 0,941 0,976 0,988 0,994
4 0,471 0,560 0,679 0,765 0,846 0,889 0,926
5 0,373 0,451 0,557 0,642 0,729 0,780 0,821
6 0,318 0,386 0,482 0,560 0,644 0,698 0,740
7 0,281 0,344 0,434 0,507 0,596 0,637 0,680
8 0,684 0,781 0,886 0,941 0,976 0,988 0,994
9 0,471 0,560 0,679 0,765 0,846 0,889 0,926
10 0,373 0,451 0,557 0,642 0,729 0,780 0,821
Diámetro 1.5 Pulgadas
Esfuerzo máx. (kN/m2)
Datos mayor a menor
Índice Dixon calculado
Índice Tabulado 0.5%
Muestra 1 82,75 107,22 0,160 0,740
Muestra 2 97,56 103,31 0,280 0,740
Muestra 3 107,22 97,56 0,062 0,740
Muestra 4 92,91 96,64 0,268 0,740
Muestra 5 103,31 92,91
Muestra 6 96,64 82,75
59
Valores de tabla críticos para la prueba de Dixon de afloramientos
Prueba estadística N Nivel de confiabilidad
0,300 0,200 0,100 0,050 0,020 0,010 0,005
3 0,684 0,781 0,886 0,941 0,976 0,988 0,994
4 0,471 0,560 0,679 0,765 0,846 0,889 0,926
5 0,373 0,451 0,557 0,642 0,729 0,780 0,821
6 0,318 0,386 0,482 0,560 0,644 0,698 0,740
7 0,281 0,344 0,434 0,507 0,596 0,637 0,680
8 0,684 0,781 0,886 0,941 0,976 0,988 0,994
9 0,471 0,560 0,679 0,765 0,846 0,889 0,926
10 0,373 0,451 0,557 0,642 0,729 0,780 0,821
Diámetro 2.0 Pulgadas
Esfuerzo máx. (kN/m2)
Datos mayor a menor
Índice Dixon calculado
Índice Tabulado 0.5%
Muestra 1 95,86 118,87 0,151 0,821
Muestra 2 69,78 111,59 0,250 0,821
Muestra 3 91,83 101,39 0,153 0,821
Muestra 4 92,11 96,70 0,032 0,821
Muestra 5 96,70 95,86 0,149 0,821
Muestra 6 87,93 92,11 0,013 0,821
Muestra 7 90,77 91,83 0,051 0,821
Muestra 8 101,39 90,77 0,142 0,821
Muestra 9 111,59 87,93 0,821
Muestra 10 118,87 69,78
60
Valores de tabla críticos para la prueba de Dixon de afloramientos
Prueba estadística N Nivel de confiabilidad
0,300 0,200 0,100 0,050 0,020 0,010 0,005
3 0,684 0,781 0,886 0,941 0,976 0,988 0,994
4 0,471 0,560 0,679 0,765 0,846 0,889 0,926
5 0,373 0,451 0,557 0,642 0,729 0,780 0,821
6 0,318 0,386 0,482 0,560 0,644 0,698 0,740
7 0,281 0,344 0,434 0,507 0,596 0,637 0,680
8 0,684 0,781 0,886 0,941 0,976 0,988 0,994
9 0,471 0,560 0,679 0,765 0,846 0,889 0,926
10 0,373 0,451 0,557 0,642 0,729 0,780 0,821
Diámetro 2.5 Pulgadas
Esfuerzo máx. (kN/m2)
Datos mayor a menor
Índice Dixon calculado
Índice Tabulado 0.5%
Muestra 1 73,62 99,68 0,177 0,926
Muestra 2 77,96 91,10 0,093 0,926
Muestra 3 51,20 87,39 0,261 0,926
Muestra 4 91,10 77,96 0,162 0,926
Muestra 5 60,20 73,62 0,051 0,926
Muestra 6 70,58 72,48 0,089 0,926
Muestra 7 99,68 70,58 0,536 0,926
Muestra 8 87,39 60,20
Muestra 9 72,48 51,20
61
Valores de tabla críticos para la prueba de Dixon de afloramientos
Prueba estadística N Nivel de confiabilidad
0,300 0,200 0,100 0,050 0,020 0,010 0,005
3 0,684 0,781 0,886 0,941 0,976 0,988 0,994
4 0,471 0,560 0,679 0,765 0,846 0,889 0,926
5 0,373 0,451 0,557 0,642 0,729 0,780 0,821
6 0,318 0,386 0,482 0,560 0,644 0,698 0,740
7 0,281 0,344 0,434 0,507 0,596 0,637 0,680
8 0,684 0,781 0,886 0,941 0,976 0,988 0,994
9 0,471 0,560 0,679 0,765 0,846 0,889 0,926
10 0,373 0,451 0,557 0,642 0,729 0,780 0,821
Diámetro 3.0 Pulgadas
Esfuerzo máx. (kN/m2)
Datos mayor a menor
Índice Dixon calculado
Índice Tabulado 0.5%
Muestra 1 62,12 63,11 0,024 0,740
Muestra 2 47,69 62,59 0,022 0,740
Muestra 3 63,11 62,12 0,382 0,740
Muestra 4 54,12 54,12 0,498 0,740
Muestra 5 41,20 47,69
Muestra 6 62,59 41,20
62
Valores de tabla críticos para la prueba de Dixon de afloramientos
Prueba estadística N Nivel de confiabilidad
0,300 0,200 0,100 0,050 0,020 0,010 0,005
3 0,684 0,781 0,886 0,941 0,976 0,988 0,994
4 0,471 0,560 0,679 0,765 0,846 0,889 0,926
5 0,373 0,451 0,557 0,642 0,729 0,780 0,821
6 0,318 0,386 0,482 0,560 0,644 0,698 0,740
7 0,281 0,344 0,434 0,507 0,596 0,637 0,680
8 0,684 0,781 0,886 0,941 0,976 0,988 0,994
9 0,471 0,560 0,679 0,765 0,846 0,889 0,926
10 0,373 0,451 0,557 0,642 0,729 0,780 0,821
Diámetro 4.0 Pulgadas
Esfuerzo máx. (kN/m2)
Datos mayor a menor
Índice Dixon calculado
Índice Tabulado 0.5%
Muestra 1 53,22 77,23 0,253 0,821
Muestra 2 53,38 66,61 0,134 0,821
Muestra 3 55,71 62,43 0,215 0,821
Muestra 4 51,17 56,58 0,041 0,821
Muestra 5 62,43 55,71 0,114 0,821
Muestra 6 46,42 53,38 0,009 0,821
Muestra 7 56,58 53,22 0,114 0,821
Muestra 8 34,27 51,17 0,299 0,821
Muestra 9 77,23 46,42
Muestra 10 66,61 34,27
63
Prueba de Dixon:
Como se puede evidenciar en las tablas anteriormente relacionadas y aplicando los
criterios establecidos por la prueba, podemos observar que los datos de todos los
diámetros cumplen para los diferentes porcentajes de confiabilidad y no hay motivo
alguno para que sean rechazados en el análisis de los resultados.
Valores de tabla críticos para la prueba de Grubss
N Nivel de confiabilidad
0,100 0,075 0,050 0,025 0,010
3 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15
4 1,42 1,44 1,46 1,48 1,49
5 1,6 1,64 1,67 1,71 1,75
6 1,73 1,77 1,82 1,89 1,94
7 1,83 1,88 1,94 2,02 2,1
8 1,91 1,96 2,03 2,13 2,22
9 1,98 2,04 2,11 2,21 2,32
10 2,03 2,1 2,18 2,29 2,41
Diámetro 1.5 Pulgadas
Esfuerzo máx. (kN/m2) datos ordenados desviación estándar Mediana Índice de Grubss
Muestra 1 82,75 107,22 8,53 97,10 1,19
Muestra 2 97,56 103,31 8,53 97,10 0,73
Muestra 3 107,22 97,56 8,53 97,10 0,05
Muestra 4 92,91 96,64 8,53 97,10 0.05
Muestra 5 103,31 92,91 8,53 97,10 0,49
Muestra 6 96,64 82,75 8,53 97,10 1.68
64
Valores de tabla críticos para la prueba de Grubss
N Nivel de confiabilidad
0,100 0,075 0,050 0,025 0,010
3 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15
4 1,42 1,44 1,46 1,48 1,49
5 1,6 1,64 1,67 1,71 1,75
6 1,73 1,77 1,82 1,89 1,94
7 1,83 1,88 1,94 2,02 2,1
8 1,91 1,96 2,03 2,13 2,22
9 1,98 2,04 2,11 2,21 2,32
10 2,03 2,1 2,18 2,29 2,41
Diámetro 2.0 Pulgadas
Esfz máx. (kN/m2) datos ordenados desviación estándar Mediana Índice de Grubss
Muestra 1 95,86 118,87 13,36 93,99 1,86
Muestra 2 69,78 111,59 13,36 93,99 1,32
Muestra 3 91,83 101,39 13,36 93,99 0,55
Muestra 4 92,11 96,70 13,36 93,99 0,20
Muestra 5 96,70 95,86 13,36 93,99 0,14
Muestra 6 87,93 92,11 13,36 93,99 0,14
Muestra 7 90,77 91,83 13,36 93,99 0,16
Muestra 8 101,39 90,77 13,36 93,99 0,24
Muestra 9 111,59 87,93 13,36 93,99 0,45
Muestra 10 118,87 69,78 13,36 93,99 1,81
65
Valores de tabla críticos para la prueba de Grubss
N Nivel de confiabilidad
0,100 0,075 0,050 0,025 0,010
3 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15
4 1,42 1,44 1,46 1,48 1,49
5 1,6 1,64 1,67 1,71 1,75
6 1,73 1,77 1,82 1,89 1,94
7 1,83 1,88 1,94 2,02 2,1
8 1,91 1,96 2,03 2,13 2,22
9 1,98 2,04 2,11 2,21 2,32
10 2,03 2,1 2,18 2,29 2,41
Diámetro 2.5 Pulgadas
Esfuerzo máx. (kN/m2) datos ordenados desviación estándar Mediana Índice de Grubss
Muestra 1 73,62 99,68 15,14 73,62 1,72
Muestra 2 77,96 91,10 15,14 73,62 1,15
Muestra 3 51,20 87,39 15,14 73,62 0,91
Muestra 4 91,10 77,96 15,14 73,62 0,29
Muestra 5 60,20 73,62 15,14 73,62 0,00
Muestra 6 70,58 72,48 15,14 73,62 0,07
Muestra 7 99,68 70,58 15,14 73,62 0,20
Muestra 8 87,39 60,20 15,14 73,62 0,89
Muestra 9 72,48 51,20 15,14 73,62 1,48
66
Valores de tabla críticos para la prueba de Grubss
N Nivel de confiabilidad
0,100 0,075 0,050 0,025 0,010
3 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15
4 1,42 1,44 1,46 1,48 1,49
5 1,6 1,64 1,67 1,71 1,75
6 1,73 1,77 1,82 1,89 1,94
7 1,83 1,88 1,94 2,02 2,1
8 1,91 1,96 2,03 2,13 2,22
9 1,98 2,04 2,11 2,21 2,32
10 2,03 2,1 2,18 2,29 2,41
Diámetro 3.0 Pulgadas
Esfuerzo máx. (kN/m2) datos ordenados desviación estándar Mediana Índice de Grubss
Muestra 1 62,12 63,11 9,15 58,12 0,55
Muestra 2 47,69 62,59 9,15 58,12 0,49
Muestra 3 63,11 62,12 9,15 58,12 0,44
Muestra 4 54,12 54,12 9,15 58,12 0,44
Muestra 5 41,20 47,69 9,15 58,12 1,14
Muestra 6 62,59 41,20 9,15 58,12 1,85
67
Valores de tabla críticos para la prueba de Grubss
N Nivel de confiabilidad
0,100 0,075 0,050 0,025 0,010
3 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15
4 1,42 1,44 1,46 1,48 1,49
5 1,6 1,64 1,67 1,71 1,75
6 1,73 1,77 1,82 1,89 1,94
7 1,83 1,88 1,94 2,02 2,1
8 1,91 1,96 2,03 2,13 2,22
9 1,98 2,04 2,11 2,21 2,32
10 2,03 2,1 2,18 2,29 2,41
Diámetro 4.0 Pulgadas
Esfuerzo máx. (kN/m2) datos ordenados desviación estándar Mediana Índice de Grubss
Muestra 1 53,22 77,23 11,58 54,55 1,96
Muestra 2 53,38 66,61 11,58 54,55 1,04
Muestra 3 55,71 62,43 11,58 54,55 0,68
Muestra 4 51,17 56,58 11,58 54,55 0,18
Muestra 5 62,43 55,71 11,58 54,55 0,10
Muestra 6 46,42 53,38 11,58 54,55 0,10
Muestra 7 56,58 53,22 11,58 54,55 0,11
Muestra 8 34,27 51,17 11,58 54,55 0,29
Muestra 9 77,23 46,42 11,58 54,55 0,70
Muestra 10 66,61 34,27 11,58 54,55 1,75
Prueba de Grubss:
Como podemos observar en las tablas relacionadas anteriormente, todos los datos
de los diferentes diámetros cumplen con los criterios establecidos por la prueba y
no hay motivo para rechazar los datos en el análisis de resultados.
Cabe anotar que esta prueba es más completa debido a que incluye datos como la
desviación estándar, la mediana (que es la tendencia central de los datos)
permitiendo obtener un criterio más justo de los datos.
68
4.3.2.2.4 Análisis de resultados:
Análisis del esfuerzo en relación al plano de falla de las muestras
Es importante realizar un análisis de las diferentes formas de falla que presentan
las muestras, identificando su comportamiento y si este efecto causa variación en
los cálculos realizados.
Tabla 8. Relación de esfuerzo máximo y plano de falla de muestras diámetros 1.5 y 2”.
RELACION PLANOS DE FALLA
MUESTRA
FALLA FRAGIL FALLA PARCIAL AL CORTE FALLA DE FLEXIBILIDAD PLASTICA O DE BARRIL
1.5 PULGADAS
Muestra Esfuerzo Max (kN/m2) 1 82.75
2 97.56
3 107.22
4 92.91
5 103.31
6 96.64
2.0 PULGADAS
Muestra Esfuerzo Max (kN/m2) 1 95
2 67.78
3 91.83
4 92.11
5 97.6
6 87.93
7 90.77
8 101.39
9 111.59
10 118.87
69
Tabla 9. Relación de esfuerzo máximo y plano de falla de muestras diámetros 2.5, 3 y 4”
FALLA FRAGIL FALLA PARCIAL AL CORTEFALLA DE FLEXIBILIDAD
PLASTICA O DE BARRIL
Muestra
1 73.62
2 77.96
3 51.2
4 91.1
5 60.2
6 70.58
7 99.68
8 87.39
9 72.48
Muestra
1 62.12
2 47.69
3 63.11
4 54.12
5 41.2
6 62.59
Muestra
1 53.22
2 53.38
3 55.75
4 51.17
5 62.43
6 46.42
7 56.58
8 34.27
9 77.23
10 66.61
3.0 PULGADAS
Esfuerzo Max (KN/m2)
4.0 PULGADAS
Esfuerzo Max (KN/m2)
MUESTRA
2.5 PULGADAS
Esfuerzo Max (KN/m2)
70
Como se puede ver en las tablas 9 y 10, la relación entre el modo de la falla y el
esfuerzo no afecta de manera directa el resultado de los cálculos realizados, puesto
que los valores mayores no corresponden a un valor mayor o a un valor menor del
esfuerzo, la forma de la falla se puede dar para valores de esfuerzo elevados,
valores promedio o valores bajos o pueden fallar de la misma manera para las
mismas tipos de muestra como es el caso de el diámetro de 2.5” en el cual los
valores varían entre 51.2 kN/m2 hasta 99.68 kN/m2
Una vez realizado el análisis estadístico, el cual nos permitió verificar si los datos
que se encontraron por arriba y por debajo del promedio de los esfuerzos de cada
una de las muestras, se realiza la relación entre los valores máximos de esfuerzo
tomando del análisis estadístico el valor de la mediana, pues este valor de tendencia
central nos ayuda a interpretar como es el comportamiento de esta medida de
tendencia central con el comportamiento del esfuerzo con respecto a la variación
del diámetro, lo cual se ve reflejado en la siguiente tabla:
DIAMETRO (In) 1.5 2 2.5 3 4
DIAMETRO (m) 0.038 0.051 0.064 0.076 0.102
N 6.0 10.0 9.0 6.0 10.0
MEDIA 96.7 95.7 76.0 55.1 55.7
σ 7.8 12.7 14.3 8.4 11.0
S 8.5 13.4 15.1 9.2 11.6
∑ X 580.4 956.8 684.2 330.8 557.0
∑ X2 56503.9 93162.4 53848.0 18660.1 32233.9
MIN 82.8 69.8 51.2 41.2 34.3
Q1 93.8 91.0 70.6 49.3 51.7
MEDIANA (kN/m2) 97.10 93.99 73.62 58.12 54.55
Q3 101.9 100.2 87.4 62.5 61.0
MAX 107.2 118.9 99.7 63.1 77.2
COEF VARIACION 0.088 0.000 0.199 0.166 0.208
% PERDIDA 3.206 24.183 40.144 43.822
Tabla 10. Relación de valores obtenidos de los ensayos y análisis estadístico con respecto a
la variación de los diámetros.
71
Con la relación obtenida en esta tabla realizamos una gráfica que nos permita
identificar la variación del esfuerzo con respecto a la variación del diámetro:
Ilustración 32. Relación entre el esfuerzo máximo vs la variación del diámetro.
Con este análisis grafico podemos identificar que existe una variación del esfuerzo
con respecto al diámetro, podemos ver que al utilizar tubería con diámetro menor
como es el de 1.5” el esfuerzo máximo obtenido es mayor, mientras que el utilizar
tubería con diámetro de 4” el esfuerzo calculado fue menor.
La ecuación que describe el comportamiento de la resistencia con respecto al
diámetro solo es válida para diámetros comprendidos entre 1.5 pulgadas y 4
pulgadas debido a que este es el rango establecido para el desarrollo de la
investigación.
97.1093.99
73.62
58.12 54.55
y = -19.175x + 125.33R² = 0.8761
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120
Esfu
erzo
Max
(kN
/m2 )
Diametro (m)
72
5 RESULTADO E IMPACTO QUE SE ESPERA
Conocer de manera precisa las características de los suelos cohesivos con base en
la resistencia al corte a través del ensayo de compresión inconfinada no drenada,
permitiendo aumentar las posibilidades de elección para las estructuras de
cimentación en los proyectos de ingeniería.
Relacionar la resistencia al corte en el ensayo de compresión inconfinada no
drenada, de acuerdo con la variación del diámetro de los tubos para la toma de
muestras. Garantizando un análisis riguroso teniendo en cuenta un amplio número
de variables que avalen los resultados obtenidos.
Crear un punto de comparación que permita confrontar la resistencia al corte con
otros ensayos de laboratorio (Triaxial, Corte Directo, etc.) permitiendo una
aproximación más cercana a la realidad.
73
CONCLUSIONES
Se realizó una clasificación de las muestras a través de los límites de
Atterberg y la carta de plasticidad de Casa Grande, que permitió identificar
una arcilla de color amarillo rojizo con vetas de óxido, de consistencia media
y alta plasticidad.
Se determinó que la resistencia al corte entre probetas de dimensiones
diferentes si varían, y esta relación es proporcional al diámetro de la muestra,
con lo cual determinamos que a mayor diámetro utilizado, menor es el valor
del esfuerzo.
Se realizó un análisis estadístico mediante los índices de Dixon y Grubs con
los cuales se pudo establecer que los datos obtenidos se encuentran entre
los parámetros de confiabilidad óptimos y se pueden utilizar para el desarrollo
del proyecto.
Se determinó en la ecuación de correlación que la incidencia que tiene la
variación de las dimensiones (diámetro y altura), en la perdida de resistencia
es del 87 % y el 13 % restante se puede adjudicar a factores externos como
son la forma de extraer, embalar y transportar las muestras y la precisión de
los equipos utilizados para la realización del ensayo.
Se estableció que los planos de falla que se presentan en las diferentes
muestras, no tienen incidencia en la resistencia al corte. Debido a que todas
las fallas que se manifiestan, ocurren a través de planos normales de falla.
74
RECOMENDACIONES
Se recomienda realizar exploraciones en diferentes puntos del predio, que
permitan realizar un análisis estadístico más completo, para determinar la
incidencia que tiene la variación de los diámetros con respecto a la
resistencia al corte obtenido.
Se recomienda efectuar otros ensayos, que permitan establecer la
resistencia al corte. Generando puntos de comparación que sirvan para
establecer la resistencia al corte más cercana a la realidad. Garantizando un
óptimo diseño de las estructuras de cimentación en el desarrollo de nuevos
proyectos de ingeniería.
Se recomienda hacer un análisis estadístico de los diámetros de la tubería,
que permitan restringir la desviación de los diámetros, garantizando que la
variación de la resistencia no será en grandes porcentajes como se evidencia
en el desarrollo de esta investigación. Certificando valores más precios.
75
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