Ensayo de compresin no confinada Ing. William Rodrguez Serquen

Ensayo de compresin no confinada Ing. William Rodrguez Serquen

INDICE

Introduccin.......2

Objetivos.....3

Mtodos...3

Fundamento terico.....3

Equipos y materiales....8

Procedimiento...11

Datos tomados.....12

Calculos13

Conclusiones...14

Anexos fotogrficos...15

I. INTRODUCCIN

En el presente informe mostraremos como determinar la resistencia a la compresin inconfinada, que es la carga por unidad de rea a la cual una probeta de suelo, cilndrica, falla en el ensayo de compresin simple. Este ensayo se emplea nicamente para suelos cohesivos, ya que en un suelo carente de cohesin no puede formarse una probeta sin confinamiento lateral. Para tal se trabajara con una muestra arcillosa por ello es importante comprenderel comportamiento de los suelos sometidos a cargas, ya que es en ellos o sobre ellos que se van a fundar las estructuras, ya sean puentes, edificios o carreteras, que requieren de una base firme, o ms an que pueden aprovechar las resistencias del suelo en beneficio de su propia capacidad y estabilidad, siendo el estudio y la experimentacin las herramientas para conseguirlo, y finalmente poder predecir, con una cierta aproximacin, el comportamiento ante las cargas de estas estructuras.

Este ensayo se llev a cabo en el LABORATORIO DE MECNICA DE SUELOS bajo la supervisin del ingeniero del curso y de los tcnicos.

ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA

II. OBJETIVOS

Hallar la curva Esfuerzo-Deformacin, a partir de los datos obtenidos en el laboratorio

Obtener el esfuerzo mximo de rotura (qmax).

Obtener el mdulo de elasticidad.

Determinar la resistencia a la compresin no confinada de un suelo que se encuentra bajo condiciones inalteradas, utilizando el mtodo de deformacin controlada.

III. METODO

De la carga controlada

IV. FUNDAMENTO TEORICO

El ensayo de compresin simple

Este ensayo tiene por finalidad determinar la resistencia a la compresin no confinada de una probeta cilndrica de suelo, de manera de poder obtener de forma indirecta la resistencia al corte de la muestra.

Para lo anterior se somete una muestra de suelo a un esfuerzo vertical con la deformacin controlada, y se mide la mxima carga que resiste.

Para determinar la resistencia a la compresin no confinada (qu), de un cilindro de suelo cohesivo o semi-cohesivo, e indirectamente la resistencia al corte (qc), por la expresin.

Este clculo se basa en el hecho de que el esfuerzo principal menor es cero (ya que al suelo lo rodea slo la presin atmosfrica) y que el ngulo de friccin interna () 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 prdida de la restriccin lateral provista por la masa de suelo, las condiciones internas del suelo como el grado de saturacin o la presin de poros que no puede controlarse y la friccin en los extremos producidas por las placas de apoyo. Sin embargo, si los resultados se interpretan adecuadamente, reconociendo las deficiencias del ensayo, estos sern razonablemente confiables.

El ensayo de la compresin simple es un caso especial del ensayo triaxial, en el cual solamente se le aplica a la probeta la tensin longitudinal. Puesto que no es necesario el dispositivo para aplicar la presin lateral, y como, adems, la muestra no necesita estar envuelta en una membrana de caucho. El aparato es tan solo til para ensayos rpidos sobre suelos predominantemente arcillosos que estn saturados o casi saturados. Se podr realizar de dos maneras, mediante un control de deformacin 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 prcticamente nula utilizacin. En nuestro caso usaremos el mtodo de deformacin controlada.

El ensayo de compresin simple no confinada en arcillas relativamente impermeables se efecta cargando la probeta con bastante rapidez

Tipos de rotura

En un ensayo de compresin simple se pueden producir distintos tipos de rotura, los cuales son la rotura frgil y la rotura dctil. En la primera predominan las grietas paralelas a la direccin de la carga, y la rotura ocurre de un modo brusco y bajo deformaciones muy pequeas, presentndose despus de ella un desmoronamiento de la resistencia. En la segunda la muestra se limita a deformarse, sin que aparezcan zonas de discontinuidad en ella. De forma intermedia, la rotura se produce a travs de un plano inclinado, apareciendo un pico en la resistencia y un valor residual.

En arcillas blandas aparece la rotura dctil en el ensayo de compresin simple, mientras que en suelos cementados se suele registrar rotura frgil en este tipo de ensayos. Las teoras de rotura frgil fueron iniciadas por Allan Griffith en 1920, al atribuir la reducida resistencia a la traccin de muchos materiales a la presencia de diminutas fisuras en su interior, en cuyos extremos se produce concentracin de tensiones. La rotura se produce debido a la propagacin del micro-fisura existente bajo dicha concentracin de tensiones.

En una probeta sometida a compresin simple tambin se pueden producir tracciones locales en el contorno de las fisuras, especialmente sobre planos paralelos a la direccin de la compresin. Esto explica la aparicin de grietas verticales. En suelos blandos sometidos a presiones no muy altas, la rotura dctil se presenta bajo la forma de un ensanchamiento slo por el centro, ya que por los extremos lo impide la friccin entre el suelo y las placas de carga.

Segn el valor de la resistencia mxima a compresin simple, una arcilla se puede clasificar del modo que se indica a continuacin (Terzaghi y Peck, 1955).

Consistencia del suelo

Carga ltima (kg/cm2)

Muy blanda

4,00

La deformacin Unitaria

Se calcula como se muestra a continuacin:

Dnde:

L = deformacin total de la muestra (axial), mm

Lo = long. Original de la muestra, en mm.

CURVA DE ESFUERZO-DEFORMACIN

Esfuerzo mximo de rotura

Como la masa del suelo es la misma antes de aplicar la carga que despus de aplicarla tenemos que:

Donde Masa inicial

Masa final

Entonces se tiene:

Donde Area inicial

rea final

Longitud inicial

Deformacin total

Con lo que:

Por lo que esfuerzo mximo de rotura estar dada por:

V. EQUIPOS Y MATERIALES

1. Aparato de compresin:

El aparato de compresin puede ser una bscula de plataforma equipada con un marco de carga activado con un gato de tornillo, o con un mecanismo de carga hidrulica, o cualquier otro instrumento de compresin con suficiente capacidad de control para proporcionar la velocidad de carga. En lugar de la bscula de plataforma es comn que la carga sea medida con un anillo o una celda de carga fijada al marco. Para suelos cuya resistencia a la compresin no confinada sea menor de 100 kPa (1kg/cm2) el aparato de compresin debe ser capaz de medir los esfuerzos compresivos con una precisin de 1 kPa (0,01 kg/cm2); para suelos con una resistencia a la compresin no confinada de 100 kPa (1 kg/cm2) o mayor el aparato de compresin debe ser capaz de medir los esfuerzos compresivos con una precisin de 5 kPa (0,05 Kg/cm2).

Para nuestro caso El aparato de compresin est conformado por un anillo de carga que est fijado al marco metlico el cual tendr adems una constante k=108.696, este tambin tendr un marco de carga que estar conectado con un tornillo que se usa para controlar las deformaciones aplicadas a la muestra de suelo.

2. MUESTRA INALTERADA

Conservan, al menos tericamente, las mismas propiedades que tiene el terreno "in situ", conservando su forma y contenido de humedad

3. Extractor de muestras

Capaz de extraer el ncleo de suelo del tubo de muestreo en la misma direccin en que la muestra entr al tubo, a una velocidad uniforme y con la mnima alteracin. Las condiciones en el momento de la extraccin de la muestra pueden indicar la direccin del movimiento pero la principal preocupacin debe ser mantener en un mnimo su grado de alteracin.

El indicador de deformaciones debe ser un comparador de cartula graduado a 0,02 mm, y con un rango de medicin de por lo menos un 20% de la longitud del espcimen para el ensayo, o algn otro instrumento de medicin, como un transductor que cumpla estos requerimientos.

4. CILINDROS

Para poder moldear la muestra a la forma que se necesita para el ensayo para as poder colocarlo en la mquina de compresin.

5. Instrumentos de medicin:

Micrmetro, u otro instrumento adecuado para medir las dimensiones fsicas del espcimen dentro del 0,1% de la dimensin medida. Los pie de metro o calibradores Vernier no son recomendados para especmenes blandos que se deformarn a medida que los calibradores se colocan sobre el espcimen.

6. Cronmetro:

Un instrumento de medicin de tiempo, que indique el tiempo transcurrido con una precisin de 1 segundo para controlar la velocidad de aplicacin de deformacin prescrita anteriormente.

7. Balanza:

La balanza usada para pesar los especmenes, debe determinar su masa con una precisin de 0,1% de su masa total.

8. Equipo miscelneo:

Incluye las herramientas para recortar y labrar la muestra, instrumentos para remodelar la muestra, y las hojas de datos.

VI. PROCEDIMIENTO

Se tomaran todos los datos del pequeo cilindro que se est utilizando para la prctica: longitud, dimetro y peso; los cuales son los mismos que el pequeo cilindro de suelo. Las dimensiones del cilindro son:

Dimetro: 4.05cm

Altura 5.92cm

Se comenz a llenar el recipiente de suelos, para as poder realizar el ensayo, se llen en tres partes, antes de agregar la siguiente capa se le daba 25 golpes para que la muestra de suelo pierda aire; en la ltima capa adems de los golpes se procedi a dar forma con un cuchillo para que quede a la par con el cilindro.

Se extrajo el cilindro formado de suelo del depsito con ayuda de la maquina extractora del laboratorio de suelos.

Una vez obtenido el cilindro de suelo, se procedi a colocarlo en la mquina para el ensayo de compresin inconfinada, donde se tomaron las medidas del micrmetro mientras se tena en cuenta el dial de deformacin. Se tomar lectura del micrmetro de carga cada 15 segundos, una vez que ste ya no indique un aumento de su lectura, se dejar de aplicar la carga pero se seguir tomando las lecturas cada 15 segundos unas 3 a 4 veces ms.( Las deformaciones son acumulativas).

Una vez tomada todas las medidas hasta que se percibi la falla en el cilindro de suelo se procedi a tomar la longitud y el dimetro del cilindro de suelo usado en la prctica.

VII. DATOS TOMADOS

Dimetro inicial (cm): 4

Dimetro final (cm): 4.22

rea inicial (cm): 12.5663706

rea final(cm):13.98668465

Altura inicial (cm): 5.91

Altura final (cm):5.815

Volumen inicial (cm3): 74.27

Volumen final (cm3): 81.33

Tiempo

Micrmetro de Carga

Dial de Deformacin

0' 00''

0

0

15''

0.005

0.005

30''

0.007

0.005

45''

0.01

0.005

1' 00''

0.011

0.005

1' 15''

0.015

0.005

1' 30''

0.015

0.010

1' 45''

0.013

0.010

2' 00''

0.012

0.010

2' 15''

0.011

0.010

2' 30''

0.011

0.010

2' 45''

0.011

0.020

VIII. CALCULOS

Tiempo Transcurrido

Micrmetro de Carga

Carga axial (kg)

Dial de Deformacin

Deformacin Total (cm)

Deformacin Unitaria

rea corregida (cm)

Esfuerzo (kg/cm2)

0' 00''

0

0

0

0

0

12.5663706

0

15''

0.005

0.54348

0.005

0.005

0.00084602

12.5770111

0.04321217

30''

0.007

0.760872

0.005

0.01

0.00169205

12.5876695

0.06044582

45''

0.01

1.08696

0.005

0.015

0.00253807

12.5983461

0.08627799

1' 00''

0.011

1.195656

0.005

0.02

0.00338409

12.6090408

0.09482529

1' 15''

0.015

1.63044

0.005

0.025

0.00423012

12.6197537

0.12919745

1' 30''

0.015

1.63044

0.01

0.035

0.00592217

12.6412341

0.12897791

1' 45''

0.013

1.413048

0.01

0.045

0.00761421

12.6627878

0.11159059

2' 00''

0.012

1.304352

0.01

0.055

0.00930626

12.6844151

0.10283107

2' 15''

0.011

1.195656

0.01

0.065

0.01099831

12.7061164

0.09410082

2' 30''

0.011

1.195656

0.01

0.075

0.01269036

12.7278921

0.09393983

2' 45''

0.011

1.195656

0.02

0.095

0.01607445

12.7716682

0.09361784

De la tabla tenemos que:

IX. CONCLUSIONES

El ensayo de compresin simple o no confinada es un ensayo relativamente sencillo que nos permite medir la carga ltima a la que un suelo sometido a una carga compresin falla. Sin embargo es muy importante tener en cuenta las simplificaciones que este ensayo supone, y por las cuales no es un mtodo exacto, sino ms bien aproximado, a pesar de esto es un ensayo muy solicitado, ya que la sencillez de su mtodo y el equipo que utiliza lo convierten en un ensayo de bajo costo en relacin a otros relacionados, como el ensayo triaxial, que requiere de equipo ms especializado. Se podra decir que este ensayo es un caso particular del ensayo triaxial, en el que la presin lateral es igual a cero, y aunque esto pueda significar una imprecisin, pues no reproduce claramente las condiciones en el terreno, en realidad se obtiene un resultado ms conservador, ya que la presin lateral de confinamiento ayuda al suelo a resistir la carga, y al no existir sta el valor obtenido sera inferior al real, lo que deja al ingeniero con un margen de seguridad adicional. En este ensayo se trabaja manteniendo la deformacin constante, lo que se controla por medio del dial o deformmetro solidario a la muestra de suelo y el cronmetro, siendo la carga aplicada, o resistida, lo que vara y produce la forma de la curva esfuerzo-deformacin.

La resistencia del suelo o esfuerzo de compresin ltimo es , valor que segn la clasificacin de Terzaghi corresponde a un suelo de consistencia muy blanda. Tambin podemos obtener una aproximacin de la resistencia al corte, simplemente dividiendo este valor por 2, con lo que obtenemos de resistencia al corte.

Y el mdulo de elasticidad se da por , sea =

X. ANEXOS FOTOGRAFICOS

Muestra tomada para nuestro ensayo

Balanza utilizada para pesar la muestra

Medicin del recipiente usado

Pesando la muestra utilizada

Amoldando la muestra a utilizar en la tara

Peso de la tara mas la muestra

Maquina extractora de la muestra

Muestra ensayada sin tara

Micrmetros

Maquina para ensayo de compresin inconfinada

Ensayando la muestra

Midiendo el dimetro final

Muestra finalmente ensayada

Diagrama Esfuerzo- deformacion

08.4602368866328256E-20.169204737732656510.253807106598984760.338409475465313030.42301184433164130.592216582064297840.761421319796954270.930626057529610811.09983079526226751.26903553299492391.607445008460236704.3212174756742744E-26.0445819388771395E-28.6277991597289924E-29.4825293903111327E-20.12919745052164150.128977913647348170.111590593203314160.102831071919009169.4100822217943247E-29.3939828510128123E-29.3617841094497861E-208.4602368866328256E-20.169204737732656510.253807106598984760.338409475465313030.42301184433164130.592216582064297840.761421319796954270.930626057529610811.09983079526226751.26903553299492391.607445008460236704.3212174756742744E-26.0445819388771395E-28.6277991597289924E-29.4825293903111327E-20.12919745052164150.128977913647348170.111590593203314160.102831071919009169.4100822217943247E-29.3939828510128123E-29.3617841094497861E-2

Deformacion unitaria,10^(2)

Esfuerzo , kg/cm^2

Mecanica de suelos IIPgina 19

=

2

cm

kg

2

qu

qc