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LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS

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Compresión Compresió n No-Confinad No-Confinadaa

UNIVERSIDAD AUTONOMA TOMAS FRIAS CARRERA DE INGENIERIA CIVIL LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS ENSAYO N°10: Compresión N°10: Compresión No Confinada NORMAS: ASTM D 2435-95 10.1. GENERALIDADES.Sabemos que en todo los problemas de Estabilidad de Suelos, tales como el diseño de Fundaciones para viviendas, edificios, puentes, pilotes, muros de contención, presas de tierra, terraplenes, taludes naturales, requieren del conocimiento de la Resistencia al Corte del suelo. Todas estas estructuras provocan, en los suelos, tensiones, deformaciones y fallas por corte que deben ser tomadas en cuenta al momento de realizar los diseños correspondientes, y evitar asentamientos y posibles fallas del suelo. Por tanto una de las misiones de la Mecánica de Suelos es conocer, analizar y estudiar estas tensiones, deformaciones y fallas; por lo que el conocimiento de la Resistencia al corte de un suelo, nos permita diseñar estructuras con bastante seguridad. El ensayo de compresión no confinada, también conocido con el nombre de ensayo de compresión simple o ensayo de compresión uniaxial, es muy importante en todo lo que se refiere a la Mecánica de Suelos, ya que permite obtener un valor de carga ultima del suelo, el cual, como se verá más adelante se relaciona con la resistencia al corte del suelo y entrega un valor de carga que puede utilizarse en proyectos que no requieran de un valor más preciso, ya que entrega un resultado conservador. Es importante comprender el 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 más aún que pueden aprovechar las resistencias del suelo en beneficio de su propia capacidad y estabilidad. Debido a la compleja y variable naturaleza de los suelos, en especial en lo referido a la resistencia al esfuerzo cortante, existen muchos métodos de ensayo para evaluar sus características. Aun cuando se utilizan otros métodos más representativos, como el triaxial, el ensayo de compresión simple es aplicable solo a materiales cohesivos que no expulsan agua durante la etapa de carga del ensayo y que mantienen su resistencia intrínseca después de remover las presiones de confinamiento. Cuando una muestra cilíndrica de suelo es sometida a esfuerzos normales, la probeta se comprime sin ningún respaldo lateral, mientras soporta la compresión vertical, por ejemplo la deformación total que se produce en un pavimento, originada por la acción de las cargas de los vehículos motorizados es la suma de las siguientes deformaciones parciales. AUXILIAR: UNIV. DAVILA BARRIENTOS ALVARO MIJAIL

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a) Deformación Plástica. b) Deformación causada por la consolidación del material en las diferentes capas. c) Deformación elástica. Si la deformación es solo elástica esta desaparece tan pronto cesan de actuar las cargas exteriores que la producen. En tal caso el pavimento recupera su porción primitiva sin dar señales de falla. Las deformaciones causadas por la consolidación son provocadas por el desalojo del aire y principalmente del agua que se halle en la masa de suelo sometido a la acción de cargas exteriores. Una vez consolidado el material, la deformación es permanente pero no progresiva. Cuando los materiales tanto del terreno de fundación. Como de la sub-base y base, han sido compactados debidamente estas deformaciones han sido reducidas a su mínimo, asegurándose así su estabilidad. La causa principal de estas fallas, es la deformación plástica del terreno de fundación. Tal deformación es originada por la acción combinada de las cargas de los vehículos y la presión interna producida por los fluidos. Esta deformación plástica tiene un carácter permanente y progresivo, por lo tanto, las deformaciones plásticas que pudieran presentarse en el terreno de fundación, deben ser reducidos o anulados. 10.2 FINALIDAD.FINALIDAD.Por tanto este ensayo tiene por finalidad, determinar la resistencia a la compresión no confinada (qu), de un cilindro de suelo cohesivo o semicohesivo, e indirectamente la resistencia al corte ©, por la expresión:











Este cálculo se basa en el hecho de que el esfuerzo principal menor es cero (ya que en los suelos rodea 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. 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: - El diámetro mínimo es de 33 mm. AUXILIAR: UNIV. DAVILA BARRIENTOS ALVARO MIJAIL

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- El tamaño máximo de las partículas menor que 1/10 de su diámetro. - La relación altura – diámetro (L/D) debe ser lo suficientemente grande para evitar interferencia en los planos potenciales de falla a 45° y lo suficientemente corta para evitar que actué como columna; para satisfacer ambos criterios, se recomienda una relación L/D comprendida entre 2 y 3. 10.3 MATERIALES Y EQUIPO.EQUIPO.-

Equipo de Compresión No Confinada. Equipo de Compactación de Proctor Estándar (T-99). Modelador para las probetas. Molde de Aluminio, con abrazaderas. Cronometro. Capsulas, para determinar humedades para distintos ensayos. Balanza con aproximación de 0.01 gr. Horno con termostato para temperaturas de 110+-5 °C. Transportados para medir el ángulo de rotura.

10.4 MUESTRA ..Como este ensayo sirve para suelos cohesivos y semicohesivos, será necesario de contar con unos 4 Kg. De este material. Esta cantidad es tomado en cuenta que tendremos que realizar al menos unos 3 ensayos. 10.5 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO.ENSAYO.- La muestra deberá ser secada al aire, sin embargo se considera una humedad higroscópica de 1%, se calculara la cantidad de agua necesaria para alcanzar un contenido de humedad entre 18 y 20%. - Realizar el ensayo de compactación con el proctor estándar (T-99), de 3 capas a 25 golpes por capa, con el martillo de 5.5 lb. Y con una caída de 12 plg. - Extraer del molde y colocar en el moldeador en la parte media, aprisionar para tener cuidado de tener marcado el diámetro de la probeta, luego sacamos del moldeador y con una espátula cortamos con mucho cuidado en una sección cuadrada, teniendo el diámetro marcado en ella. - Colocamos nuevamente en el moldeador y apoyamos la cierra en los bordes de los parantes para luego raspar y hacer girar la muestra hasta darle la forma cilíndrica. En esta última operación se puede utilizar agua, para evitar el agrietamiento de la muestra. - Sacar del moldeador y colocar en el molde de aluminio, asegurar las abrazaderas y cortar con la espátula a la altura de este. - Teniendo la muestra lista, con el calibrador medir el diámetro y la altura inicial, hacer esto por lo menos 3 veces para sacar el promedio de esta. - Colocamos la muestra en el aparato de C.N.C. sobre una placa de vidrio por debajo y encima de la muestra. - Hacemos girar la manivela del aparato hasta tener la iteración de la muestra con el vidrio para poder empezar el ensayo. AUXILIAR: UNIV. DAVILA BARRIENTOS ALVARO MIJAIL

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- Ajustamos los cuadrantes en cero cuando suceda ese procedimiento, ya que las lecturas en la parte inferior nos dará la lectura de la deformación ΔH (PLG-3), y el superior nos dará las lecturas de la carga P (PLG-4). - Se recomienda siempre antes de empezar a efectuar el ensayo calibrar o centra bien la muestra para que exista una deformación correcta. - Realizamos las lecturas de ΔH y P al mismo tiempo, moviendo la manivela del aparato a una velocidad de 0.05 pulg/min, hasta que la muestra falle, esto se nota visualmente o también mediante las lecturas del dial disminuirán de valor. - Sacamos las muestra del aparato de C.N.C., y medimos la altura final de nuestra muestra conjuntamente debemos medir con el trasportador el ángulo de ruptura (Φ).

- Se coloca una parte de la muestra en una capsula, la pesamos y la llevamos al horno a una temperatura de 110 +- 5 °C, con el objetivo de determinar su humedad. 10.6 CÁLCULO.CÁLCULO.Los cálculos que se realizaran en este ensayo serán los siguientes: El valor de la resistencia al corte depende prácticamente de la (C)y de su ángulo de fricción externa (φ), y se la expresa de la siguiente manera:       

   

Dónde: σ = Esfuerzo normal que actúa sobre el plano de ruptura. Φ = Angulo de fricción interna del material.

C = Cohesión del material. Por tanto el valor de la cohesión se determinara con la siguiente expresión: 

      

  

   

Dónde: qu = La carga ultima con la que se produce la falla en la Resistencia a la compresión sin confinar. φ = Angulo de fricción interna del material. La cohesión es la atracción entre partículas, por tanto varia en función del contenido de humedad que esta posea. El ángulo de fricción interna, es la resistencia al deslizamiento causada por la fricción existente entre las superficies de contacto de las partículas, por lo tanto depende de la granulometría del material, de la forma de las partículas y su densidad.

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Como los suelos granulares articulas especialmente si así que tendrán fricciones tendrá fricciones internas

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tienen superficies de contacto mayores y sus son angulares presentan una buena trabazón, es internas altas, en cambio los suelos finos bajas:    

Para luego

 

       Dónde: φ = Angulo de ruptura (determinado en laboratorio).

- El esfuerzo normal está definido por:  

  

Dónde: qu = La carga ultima con la que se produce la falla en la Resistencia a la compresión sin confinar. F.S. = Factor de seguridad, varía entre 2 a 3. - La resistencia a la compresión sin confinar o carga ultima, tiene la siguiente relación para su cálculo.  

.

Dónde:

 

P = La carga leída en el dial (plg-4) esta debe ser conver Tida a libras, con ayuda del gráfico. Ac = Áreas corregidas que resulta ser:     

Pero:

Vo Lo = Vo hf Vo1 = Ao x ho = Af x hf

   

     

 



   

Entonces:  =

 

Finalmente tenemos la ecuación del área corregida:


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 


  

- Se puede determinar también la resistencia del suelo, con la siguiente expresión para suelos cohesivos donde: S = C 

 

    

 

        

- Pero debemos de considerar que (   ) es igual a cero por no contar con fuerzas horizontales. 10.7 CUESTIONARIO E INSTRUCCIONES.INSTRUCCIONES.- Indique porque este ensayo se utiliza en suelos cohesivos y semicohesivos. - Explique en qué casos se presentara una cohesión de cero. - Averigüe en que consiste el ensayo de corte directo. Las siguientes instrucciones: - Determinar la resistencia última y la cohesión existente en cada una de las muestras a realizarse. - Se deberá realizar las gráficas de morh de cada ensayo en una hoja milimetrada no se aceptara las gráficas que estén elaboradas en computadora. - Presentar el diagrama de deformaciones para cada ensayo, este si se puede elaborar en una planilla de Excel. - Tomar nota que los cálculos, tabulación de datos y las conclusiones se tomara en cuenta para la calificación de este informe más que la teoría misma. - Las conclusiones deberán ser sobre sus datos obtenidos comente y explique si los resultados están bien y dentro de lo establecido.


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