Facultad de Ingeniería Civil
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE HONDURAS UNAH-VS
MECÁNICA DE MECÁNICA DE SUELOS II MECÁNICA DE SUELOS I SUELOS
Compresion Axial
Ana Gisselle Aleman Bonilla San Pedro Sula, Honduras
Rafael Enrique Godoy Sección:
06/10/14 Laboratorio 10:00
MECÁNICA DE SUELOS I
20122002030
AnaGisselle GisselleAleman AlemanBonilla Bonilla Ana 20122002030 20122002030 RafaelEnrique EnriqueGodoy Godoy Rafael Sección: Sección: Laboratorio
10:00 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA MECÁNICA10:00 DE SUELOS I Laboratorio DE HONDURAS
INTRODUCCIÓN En ingeniería civil el suelo es utilizado en la mayoría de los casos, como una base que soporta cargas de las edificaciones ya sea a través de cimentaciones superficiales o profundas. Para determinar la resistencia del suelo a este tipo de fuerzas axiales, se realizo una prueba de compresión axial, en donde tomamos datos de las deformaciones que sufre el mismo en un periodo de tiempo antes que llegue a su esfuerzo máximo.
OBJETIVO Determinación rápida de los valores de esfuerzo compresivo de suelos inalterados que posean suficiente cohesión para permitir la prueba en estado no confinado.
MATERIAL Y EQUIPO
Aparato de compresión Indicador de deformación Calibrador de vernier Cronometro Horno Balanza Herramientas para re moldear la muestra, Latitas para humedad.
MARCO TEORICO
Esfuerzo compresivo sin confinar: la carga máxima por unidad de área a la cual un espécimen cilíndrico de suelo fallara en una prueba de compresión simple. Este es un ensayo simple donde la presión atmosférica rodea el suelo, consiste en aplicar una carga vertical a un espécimen cilíndrico y llevarlo a la falla sin proporcionarle ningún soporte lateral. Esta prueba se asemeja a la triaxial en la cual el esfuerzo principal mayor fuera igual al vertical y los esfuerzos principales intermedio menor fueran nulos (Principal mayor fuera igual al vertical y los esfuerzos principales intermedio menor fueran nulos ( = 0). El ensayo es similar a los que se efectuaron con cilindros de concreto. El esfuerzo normal 1 que se aplica a la muestra cilíndrica de suelo hasta que falle, se designa “qu” y se denomina “resistencia a la compresión sin confina” del suelo. Si 1 = qu y 3 = 0 la formula es la siguiente:
1 = 3 tan^2 (45º + /2) + 2c tan(45º +/2)
Se reducirá a:
1 = qu = 2c tan (45º + /2)
c = qu/2tan(45º+ /2)
= 0 para suelos cohesivos y tan45º = 1
c = qu/2
Esta prueba queda circunscrita a suelos cohesivos, pues en los no cohesivos es imposible labrar la muestra. El ensayo se realiza con muestras obtenidas con tubos de pared delgada y sin “perturbar” hasta donde sea posible. Cuando el suelo está sometido a presiones, solamente el esqueleto del suelo opone resistencia a su deformación. El agua como es incompresible y no tiene resistencia al corte, no se opone a la deformación, es neutra; de ahí que a la presión de poros se le llame también “presión neutra” y a la presión intergranular “presión efectiva”, pues esta ultima es la presión real que se opone a la deformación y posterior falla de un suelo.
Como vemos por la relación anterior, es esfuerzo o presión efectiva es igual al esfuerzo total menos la presión de poros si se considera el esfuerzo efectivo, la ecuación de Coulomb se escribirá de la siguiente manera: = tan + c’ Donde c’ = cohesión referida al esfuerzo efectivo. Cohesión: Es la atracción entre las partículas, originada por las fuerzas moleculares y las películas de agua, por lo tanto, la cohesión de un suelo variara si cambia su contenido de humedad. La cohesión se mide en Kg/cm^2 o lb/pulg^2. Los suelos arcillosos tienen cohesión alta de 0.25 a 1.5 o más. Los suelos tienen muy poca y en las arenas la cohesión es prácticamente nula. Fricción interna: Es la resistencia al desplazamiento causada por la fricción que hay entre las superficies de contacto de las partículas. Depende, por lo tanto, de la granulometría del material, de la forma de las partículas y de su densidad. Como los suelos granulares tienen superficies de contacto mayores y sus partículas, especialmente si son angulares, presentan buena trabazón, tendrán fricciones internas altas. En cambio lo suelos finos las tendrán bajas. La fricción interna de un suelo, esta definida por el ángulo cuya tangente es la relación entre la fuerza que resiste al deslizamiento, a lo largo del plano, y la fuerza normal “p” aplicada a dicho plano. Los valores de este ángulo llamado ángulo de fricción interna varían de prácticamente 0º para arcillas plásticas cuya consistencia esté próxima a su límite líquido, hasta 45º o más, para gravas y arenas secas, compactas y de partículas angulares. Generalmente, el ángulo para arena es alrededor de 30º. Los ensayos de suelo comúnmente empleados para obtener los parámetros de resistencia incluyen (en orden creciente de costo): 1. Presión in-confinada o ensayo “qu”. La resistencia a la compresión obtenida por este ensayo es siempre identificada como “qu”. 2. Ensayos de esfuerzo de corte directo. 3. Compresión confinada o ensayos triaxiales. La mayoría de los problemas de estabilidad de suelos. Estos problemas incluyen: Selección adecuada de los taludes para terraplenes y excavaciones. Determinación de la carga que un suelo puede resistir con cierta seguridad. Determinación de la capacidad de soporte para zapatas y losas de cimentación. Determinación de la resistencia al esfuerzo cortante desarrollada entre el suelo y el pilotes o cajones de cimentación.
PROCEDIMIENTO
1-Los especímenes deberán ter un diámetro mínimo de 1.3 pulg (3.3cm) y el tamaño máximo de las partículas contenidas dentro del espécimen de prueba será menor que 1/10 del diámetro del espécimen. Para especímenes que tengan un diámetro de 2.8 pulg (7.11cm) o mayor, el tamaño máximo de la partícula será menor que 1/16 del diámetro del espécimen. Si después de realizada la prueba se encuentran partículas mayores que las mencionadas anteriormente, deberán registrarse esa información en las observaciones. La relación altura-diámetro estará entre 2 y 3. Las alturas y los diámetros se miden con un calibrador de vernier. 2-De una muestra inalterada grande lábrese los especímenes en un cuarto húmedo, teniendo cuidado en evitar cualquier cambio de humedad en la muestra. Los especímenes a usar pueden ser de sección circular uniforme o sección cuadrada, con los extremos perpendiculares al eje longitudinal de espécimen. 3- Determinar las dimensiones (altura y diámetro) y peso del espécimen. 4- Coloque el espécimen en el aparato de carga de tal manera que se encuentre centrado en la plataforma base. Ajustar el aparato cuidadosamente para que plataforma superior haga contacto con espécimen. Colocar en cero el indicador de deformación. Aplique la carga registrando valores e carga y deformación cada 30 seg. Continúe cargando hasta que los valores de carga decrezcan con incremento de la deformación. 5-Determine la falla del espécimen y anote el ángulo de falla con respecto a la horizontal. 6- Determine el contenido de humedad del espécimen entero, a menos que se halla obtenido muestras representativas para el propósito como en el caso de especímenes inalterados.
DATOS OBTENIDOS Datos Iniciales Muestra 1 2 3
W (g) 170.6 170 170.55
D1 (cm) 3.51 3.51 3.51
D2 (cm) 3.53 3.51 3.45
D3 (cm) 3.52 3.51 3.49
L1 (cm) 7.88 8.1 8.12
L2 (cm) 7.91 8.04 8.21
W (g) 146 158 164
D1 (cm) 3.60 3.60 3.50
D2 (cm) 4.10 3.80 4.0
D3 (cm) 3.60 3.60 4.0
L1 (cm) 6.94 7.62 8.00
L2 (cm) 6.86 7.63 8.00
Datos Finales Muestra 1 2 3
Muestra #1 Tiempo (s)
Carga (-)
Deformacion (x 0.001”)
0
0
0
10
0
30
20
0.1
62
30
0.2
90
40
0.3
120
50
0.5
150
60
0.7
180
70
0.9
228
80
1.1
260
90
1.5
295
100
1.6
330
110
1.8
360
120
1.9
392
130
1.9
424
140
1.8
450
150
1.4
480
Muestra #2 Tiempo (s)
Carga (-)
Deformacion (x 0.001”)
0
0
0
10
0.5
35
20
1.4
70
30
2.6
108
40
3.0
140
50
2.9
165
60
2.5
193
70
1.9
217
Tiempo (s)
Carga (-)
Deformación (x 0.001”)
0
0
0
10
0.5
10
20
0.9
40
30
1.7
66
40
2.7
95
50
3.6
123
60
3.9
152
70
3.9
176
80
3.4
190
90
2.4
210
Muestra # 3
CALCULOS
Muestra #1 Cálculos Iniciales
Cálculos Finales
3.5225
Tiempo
3.85
hip
7.895
hip
6.9
Aip
9.74522532
Aip
11.6415643
Vi
76.9385539
Vi
80.3267935
∂
2.21735387
∂
1.81757535
Carga
ε
Deformación T
1- ε
Ac
∆σ
0
0
10
0
20
0.080419
30
0.160838
0.09 0.02895503 0.97104497 10.0358126 0.01602641
40
0.241257
0.12 0.03860671 0.96139329 10.1365648 0.02380067
50
0.402095
0.15 0.04825839 0.95174161 10.2393604 0.03926954
60
0.562933
0.18 0.05791007 0.94208993 10.3442623 0.05441983
70
0.723771
0.228 0.07335275 0.92664725 10.5166506 0.06882144
80
0.884609
0.26 0.08364788 0.91635212 10.6348041 0.08318056
90
1.206285
0.295 0.09490817 0.90509183 10.7671122 0.11203422
100
1.286704
0.33 0.10616846 0.89383154 10.9027539 0.11801642
110
1.447542
120
1.527961
0.392 0.12611526 0.87388474 11.1516141 0.13701703
130
1.527961
0.424 0.13641039 0.86358961
11.284556 0.13540285
140
1.447542
0.45 0.14477517 0.85522483
11.394928 0.12703389
150
1.125866
0.48 0.15442685 0.84557315 11.5249938 0.09768908
0
1 9.74522532
0
0.03 0.00965168 0.99034832 9.84019976
0
0.062
0 0.0199468
0.9800532 9.94356769 0.00808754
0.36 0.11582014 0.88417986
11.021768 0.13133483
Muestra #2
Cálculos Finales
Cálculos Iniciales
3.7
3.51
Tiempo
hip
8.07
hip
Aip
9.67618391
Aip
10.7521009
Vi
78.0868042
Vi
81.984769
∂
2.17706438
∂
1.92718723
Carga
ε
Deformación T
7.625
1- ε
Ac
∆σ
0
0
10
0.402095
20
1.125866
30
2.090894
0.108 0.03399257 0.96600743 10.0166764 0.20874129
40
2.41257
0.14 0.04406444 0.95593556 10.1222135 0.23834411
50
2.332151
0.165 0.05193309 0.94806691 10.2062247 0.22850281
60
2.010475
0.193 0.06074597 0.93925403 10.3019882 0.19515408
70
1.527961
0.217 0.06829988 0.93170012 10.3855132 0.14712427
0
0
1 9.67618391
0
0.035 0.01101611 0.98898389 9.78396514 0.04109735 0.07 0.02203222 0.97796778 9.89417452
0.1137908
Muestra #3
Calculos Iniciales
Calculos Finales
3.475
3.875
hip
8.165
hip
8
Aip
9.4841737
Aip
11.7932443
Vi
77.4382782
Vi
94.3459544
∂
2.20239917
∂
1.73828333
Tiempo
Carga
ε
Deformacion T
1- ε
Ac
∆σ
0
0
10
0.402095
0.01 0.00311084 0.99688916
20
0.723771
0.04 0.01244336 0.98755664 9.60367565 0.07536396
30
1.367123
0.066 0.02053154 0.97946846 9.68298016 0.14118825
40
2.171313
0.095 0.02955297 0.97044703 9.77299472 0.22217479
50
2.895084
0.123 0.03826332 0.96173668 9.86150771 0.29357418
60
3.136341
0.152 0.04728475 0.95271525 9.95488811 0.31505537
70
3.136341
0.176 0.05475077 0.94524923 10.0335164 0.31258642
80
2.734246
0.19 0.05910594 0.94089406 10.0799592 0.27125566
90
1.930056
0.21 0.06532762 0.93467238 10.1470567 0.19020846
0
0
1
9.4841737
0
9.5137695 0.04226453
ILUSTRACIONES
FUENTES DE ERROR
Fuente de error del ensayista y del equipo en especial de las balanzas debido a su calibración.
Mala compactación del suelo al moldearlo con golpes en los cilindros
Al momento de moldear la muestra esta se debió de realizar en un cuarto húmedo para evitar evaporación
INTERPRETACIÓN Este ensayo generalmente no proporciona un valor bastante confiable de la resistencia al corte de un suelo cohesivo, debido a la perdida de la restricción lateral provista por la masa del suelo, las condiciones internas del suelo como el grado de saturación o la presión de poros que no puede controlarse y la fricción en los extremos producidas por las placas de apoyo. Sin embargo, si los resultados se interpretan adecuadamente, reconociendo las deficiencias del ensayo, estos serán razonablemente confiables. Esta prueba se utiliza en el diseño de cimentaciones de edificios, puentes, presas, terraplenes y demás. También se utiliza para el análisis de estabilidad de taludes, túneles y empujes sobre estructuras de retención.
CONCLUSIONES Cuando un suelo está sometido a diferentes presiones, ya sea por edificaciones o por otras cargas vivas o muertas, este reaccionara generando una serie de esfuerzos para poder equilibrar dichas presiones entre sus partículas. Si estas presiones son mas grandes tal que este suelo no pueda soportarlos, este llega a un esfuerzo máximo antes de generarse en el un tipo de falla. Conocer los esfuerzos máximos y mínimos que un suelo posee nos ayuda a conocer el tipo de cargas que se le pueden aplicar y para qué tipo de obras puede ser utilizado. Hay muchos ensayos que sirven para medir la resistencia que un suelo puede tener, sin embargo es importante siempre escoger aquellos donde el margen de error ya sea por el ambiente o por el tiempo, sea mínimo. Cada suelo es diferente , incluso dentro de un mismo tipo de terreno o área podemos encontrar diferentes tipos no solo superficialmente , sino también en profundidades como estratos o planos.
INVESTIGACIÓN Métodos para determinar la resistencia al corte de los suelos También pueden determinarse los parámetros de resistencia al corte de forma empírica, al realizar diversos ensayos en una gran variedad de suelos se ha observado que los parámetros de resistencia siguen un comportamiento ordenado que está relacionado a las propiedades índice del suelo. Por lo cual diversos investigadores han elaborado ábacos para determinar de forma empírica los parámetros de resistencia al corte para diversos tipos comunes de suelo. La Figura 6.64 muestra un ábaco elaborado por el U.S. Navy (1982) para determinar el parámetro de resistencia Ø' en condiciones drenadas con c’ = 0.
Este ábaco considera diversas propiedades del suelo como el tipo de suelo, peso unitario seco, densidad relativa e índice de vacíos. Todas estas propiedades del suelo están relacionadas entre sí, por lo cual para utilizar este ábaco basta con conocer algunas de estas características del suelo.
Figura 6.68. Valores típicos de Ø’ para arcillas y limos NC (Mitchell, 1993). Para el caso de suelos finos como limos y arcillas normalmente consolidados, se ha observado que los parámetros de resistencia están relacionados al índice de plasticidad del suelo, la Figura 6.65 muestra un ábaco elaborado por Mitchell (1993) para determinar el ángulo de fricción efectivo para muestras de suelo drenadas con c’ = 0 tanto para muestras remodeladas como inalteradas.
Puede ser bastante cómodo hallar los parámetros de resistencia al corte de forma empírica, sin embargo, debe tenerse en cuenta que los parámetros determinados por métodos empíricos, solamente han de servir como referencia o valores comparativos para evaluar los parámetros determinadas mediante un ensayo triaxial, de corte directo o compresión confinada. Algunas relaciones empíricas sugeridas para determinar los parámetros de resistencia al corte del suelo se muestran en la Tabla 6.7. Los resultados que proporcionan estas relaciones solo son referenciales Tabla 6.7. Relaciones empíricas para los parámetros de resistencia al corte (Budhu, 2000).
El valor de p'f en la ecuación propuesta por Bolton representa la cantidad de esfuerzo efectivo en la falla (expresado en KPa). Esta ecuación solo es válida si: 12 > (Ø'p – Ø'p) > 0
GLOSARIO
Cohesión: Cualidad por la cual las partículas del suelo se mantienen unidas en virtud de fuerzas internas.
Angulo de Fricción: Angulo formado tangente a la curva de resistencia intrínseca de un terreno llamado también Angulo de resistencia al esfuerzo cortante.
Envolvente de Mohr: Línea recta que pasa por del origen de ordenadas.
