ENSAYO DE COMPRESION INCONFINADA Y CORTE DIRECTO PARA UNA MUESTRA INALTERADA DE ARCILLA
Presentado por: Aguas Corena Luis Alberto Clemente Rodríguez Rafael Antonio Méndez Vergara Jhon Exneider Salgado Jiménez Guillermo Enrique
Presentado a: Ing. Carlos Medina
VII Semestre
Universidad de Sucre Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Civil Geotecnia II 2016
ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA Lo que se busca con la realización de un ensayo de compresión inconfinada es hallar ciertos parámetros de resistencia al corte de un estrato de suelo cohesivo, aplicando cargas axiales a un espécimen circular de suelo inalterado hasta el punto de que éste falle, y que estos nos permitan determinar el valor máximo de resistencia al corte del suelo, que no es más que la carga por unidad de área a la cual una probeta de suelo, cilíndrica o prismática, falla en el ensayo de compresión simple.1
Datos y Resultados Á𝑟𝑒𝑎 =
𝜋∗(𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜)2 4
=
𝜋∗(0.07)2 4
= 0.00384845 𝑚2
𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 = 0.14999 𝑚 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 ∗ 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 = 0.00384845 ∗ 0.14999 = 0.000577229 𝑚3
De los resultados anteriormente obtenidos, realizamos la siguiente tabla:
Muestra Inalterada de Arcilla Diámetro de la muestra(m) Altura de la muestra(m) Área(m2) Volumen(m3)
0.07 0.14999 0.00384845 0.000577229
Ahora, con las lecturas tomadas de las deformaciones (mm) en el deformímetro y de la carga aplicada a la muestra de arcilla, hallamos los respectivos valores de las deformaciones unitarias y los esfuerzos normales, con las siguientes formulas:
𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 (∈) =
1
𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (𝑚𝑚) 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎
Norma INVIAS E - 152
2
Entonces, hallamos las deformaciones para cada una de las lecturas, quedando la primera, así:
𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 (∈)1 =
𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (𝑚𝑚) 0.1 = = 0.0006667 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 149.99
Después que se hallen todas las deformaciones unitarias, se procede con el cálculo de los esfuerzos normales, para cada una de las lecturas del deformímetro, mediante la siguiente formula:
𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 =
𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 (𝐾𝑁) 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎(𝑚2 )
Y después, de calcular los esfuerzos, tabulamos los resultados como se muestra a continuación:
Deformación (mm)
Fuerza (KN)
Deformación Unitaria
Esfuerzo Normal (kPa)
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4
0.22 0.31 0.36 0.41 0.44 0.48 0.54 0.59 0.63 0.66 0.69 0.73 0.76 0,79 0,82 0,87 0,9 0,95 0,97 1,03 1,09 1,15 1,2 1,25
0,00066667 0,00133333 0,002 0,00266667 0,00333333 0,004 0,00466667 0,00533333 0,006 0,00666667 0,00733333 0,008 0,00866667 0,00933333 0,01 0,01066667 0,01133333 0,012 0,01266667 0,01333333 0,014 0,01466667 0,01533333 0,016
57,1299881 80,4476435 93,3607047 106,256442 113,95508 124,231479 139,666866 152,496773 162,726399 170,360939 177,985084 188,176597 195,778222 203,369453 210,95029 223,662396 231,21898 243,899904 248,866599 264,081976 279,276564 294,450363 307,044669 319,621651 3
2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
1,29 1,35 1,42 1,44 1,49 1,55 1,59 1,64 1,69 1,72 1,77 1,81 1,86 1,89 1,92 1,95 1,97 2,01 2,04 2,06 2,09 2,11 2,12 2,15 2,16 1,18 2,2 2,22 2,24 2,24 2,6 2,28 2,3
0,01666667 0,01733333 0,018 0,01866667 0,01933333 0,02 0,02066667 0,02133333 0,022 0,02266667 0,02333333 0,024 0,02466667 0,02533333 0,026 0,02666667 0,02733333 0,028 0,02866667 0,02933333 0,03 0,03066667 0,03133333 0,032 0,03266667 0,03333333 0,034 0,03466667 0,03533333 0,036 0,03666667 0,03733333 0,038
329,626069 344,723644 362,352207 367,206299 379,698395 394,719746 404,630616 417,070741 429,493543 436,819721 449,21134 459,04945 471,408154 478,684094 485,94964 493,204792 497,922026 507,683912 514,907881 519,59913 526,804043 531,479701 533,6313 540,810228 542,951433 296,407938 552,243848 556,879661 561,508545 561,120495 650,850159 570,350544 574,955175
4
Cohesión para ensayo de compresión inconfinada 𝑞𝑢 = 574,955 𝐾𝑃𝑎 𝑞𝑢 𝐶= 2 574,955 𝐶= = 287,478 2
5
ENSAYO DE CORTE DIRECTO CARACTERISTICAS DE LAS MUESTRAS Muestra Inalterada N°1 Diámetro de la muestra (m) Altura de la muestra (m) Peso (gr) Carga Normal (Kg)
0.05 0.0296 103.1 5
𝜋 ∗ (𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜)2 𝜋 ∗ (0.05)2 𝐴𝑟𝑒𝑎 = = = 0.0019634 𝑚2 4 4
Muestra Inalterada N°2 Diámetro de la muestra (m) Altura de la muestra (m) Peso (gr) Carga Normal (Kg)
0.05 0.0295 114.6 10
𝜋 ∗ (𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜)2 𝜋 ∗ (0.05)2 𝐴𝑟𝑒𝑎 = = = 0.0019634 𝑚2 4 4
Muestra Inalterada N°3 Diámetro de la muestra (m) Altura de la muestra (m) Peso (gr) Carga Normal (Kg)
𝐴𝑟𝑒𝑎 =
0.049 0.0296 117 15
𝜋 ∗ (𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜)2 𝜋 ∗ (0.049)2 = = 0.001885 𝑚2 4 4
6
DATOS OBTENIDOS Muestra Diámetro (m) 1 2 3
0,05 0,05 0,049
Altura (m)
Peso (kg)
Área(m2 )
0,103 0,115 0,117
5 10 20
1,963x10-3 1,963x10-3 1,885x10-3
Esfuerzo Normal (KN/m2) 24,961 49,923 77,984
DATOS DE FALLA Muestra 1 2 3
Fuerza (KN) 0,295 0,463
Deformación (mm) 2,9 3,1
Esfuerzo cortante (KN/m2) 150,28 235,863
0,526
3,5
278,897
GRAFICA DE LA LINEA DE RESISTENCIA Ecuacion de la pendiente y = 3,2154x + 93,063 R² = 0,9648
350 300
Esfuerzo Cortante
60, 278.897 250
40, 235.863
200 150
20, 150.28
100 50 0 0
10
20
30
40
50
60
70
Esfuerzo Normal
Ʈ = C’ + σ’ tan (ø) C’= 93,063
Ø = 72,72°. 7
LA DEFORMACIÓN UNITARIA, FUERZA Y ESFUERZOS PRODUCIDO MILÍMETRO A MILÍMETRO Muestra # 1 a 5kgr Deformación (mm)
Fuerza (KN)
Esfuerzo cortante (KN/m2)
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8
0,012 0,024 0,035 0,051 0,059 0,069 0,08 0,089 0,106 0,118 0,128 0,139 0,154 0,173 0,188 0,2 0,215 0,229 0,24 0,251 0,261 0,271 0,278 0,283 0,287 0,289 0,292 0,294 0,295
6,113 12,226 17,830 25,981 30,056 35,150 40,754 45,339 53,999 60,112 65,206 70,810 78,451 88,130 95,772 101,885 109,526 116,658 122,262 127,866 132,960 138,054 141,620 144,167 146,205 147,224 148,752 149,771 150,280
8
Muestra # 2 a 10kgr Deformación (mm)
Fuerza (kN)
Esfuerzo cortante (kN/m2)
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1
0,024 0,029 0,051 0,078 0,104 0,141 0,179 0,206 0,229 0,248 0,263 0,277 0,291 0,304 0,32 0,333 0,338 0,343 0,36 0,378 0,387 0,399 0,407 0,414 0,421 0,427 0,434 0,442 0,448 0,454 0,459 0,463
12,226 14,773 25,981 39,735 52,980 71,829 91,187 104,941 116,658 126,337 133,979 141,111 148,242 154,865 163,016 169,638 172,185 174,733 183,393 192,562 197,147 203,260 207,336 210,902 214,468 217,524 221,090 225,166 228,222 231,279 233,826 235,863
9
Muestra # 3 a 20kgr Deformación (mm)
Fuerza (kN)
Esfuerzo cortante (kN/m2)
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5
0,016 0,029 0,031 0,046 0,074 0,104 0,147 0,189 0,211 0,244 0,26 0,281 0,311 0,329 0,344 0,359 0,367 0,374 0,384 0,392 0,399 0,413 0,423 0,433 0,446 0,456 0,466 0,476 0,486 0,495 0,504 0,508 0,517 0,52 0,525 0,526
8,484 15,376 16,437 24,390 39,236 55,143 77,943 100,212 111,877 129,374 137,858 148,993 164,899 174,443 182,397 190,350 194,592 198,303 203,606 207,847 211,559 218,982 224,284 229,586 236,479 241,782 247,084 252,386 257,688 262,460 267,232 269,353 274,125 275,716 278,367 278,897 10
GRAFICA ESFUERZO CORTANTE VS DEFORMACION 300.000
Esfuerzo cortante (kpa)
250.000
200.000
150.000 Esfuerzo cortante Muestra 1
100.000
Esfuerzo cortante Muestra 2
50.000
0.000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4
Deformación (mm)
Esfuerzo cortante Muestra 3
11
ANÁLISIS DE RESULTADOS Los valores de los puntos máximos en las respectivas curvas de cortante contra deformación implican que al aplicar una carga mucho mayor que la anterior la resistencia al cortante aumentara proporcionalmente al aumentar la carga aplicada, hasta el instante donde las cargas actuante se igualan a la resistencia presentada por el suelo, es decir, se presenta una falla en la configuración estructural interna del suelo. Con estos puntos picos se logra realizar la envolvente falla que permiten determinar los parámetros de resistencia, estos parámetros son los siguientes. Cohesión (C) = Angulo de Fricción (= ° El valor de la cohesión nos indica que la arcilla esta pre-consolidada debido a que el valor de esta es diferente de cero.
12
