NORMAS_DE_MECANICA_DE_SUELOS_PARTE_IV

250

12. CAPÍTULO XI : MÉTODO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN NO CONFINADA DE SUELOS SUEL OS COHESIVOS (NCh 3134 c2007)

251

12.1 MÉTODO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA RESISTEN CIA A LA COMPRESIÓN NO CONFINADA DE SUELOS COHESIVOS 12.1.1. ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN Esta método establece el procedimiento para determinar la resistencia a la compresión no confinada de suelos cohesivos en la condición inalterada, remoldeada o reconstituida, bajo carga axial con deformación controlada. 12.1.2. APARATOS 12.1.2.1 Equipo de compresión Puede ser una plataforma de carga activada por un dispositivo de carga hidráulico o cualquier dispositivo de compresión con capacidad y control suficientes para entregar la razón de 0,5 %/min a 2 %/min. Para suelo con una resistencia a la compresión no confinada menor que 100 [KPa] el equipo de compresión debe ser capaz de medir el esfuerzo de compresión de 1 [KPa]. Para suelo con una resistencia a la compresión no confinada de 100 [KPa] o mayor, el dispositivo de compresión debe ser capaz de medir el esfuerzo de compresión al valor más cercano a 5 [KPa] (ver Figura F igura Nº41).

252

Figura Nº41 – Equipo de carga 12.1.2.2 Extrusor de muestras Capaz de extruir el centro del suelo del tubo de muestras en la misma dirección del trayecto en que la muestra ingresó al tubo, a una razón uniforme y con alteraciones insignificantes de la muestra. Las condiciones al momento de remover la muestra pueden indicar la dirección de remoción, pero la principal preocupación es reducir el potencial de alteración adicional más allá que lo incurrido durante el muestreo inicial (ver Figura Nº42).

253

Figura Nº42 – Extracción de la muestra 12.1.2.3 Indicador de deformación Debe ser un dial graduado a 0,03 mm. o mejor y que tenga un rango de al menos 20% del largo de la muestra de ensayo o algún otro dispositivo de medición, como un dispositivo electrónico para la medición de deformación, que cumpla estos requisitos. 12.1.2.4 Dial comparador Dial comparador u otro dispositivo apropiado, para medir las dimensiones físicas de la muestra al 0,1% de la dimensión medida. Nota: El pie de metro no se recomienda para muestras blandas, las cuales se deforman cuando el pie de metro se pone sobre la muestra.

254

12.1.2.5 Cronómetro Se debe utilizar un dispositivo que indique el tiempo de ensayo transcurrido al segundo más cercano para establecer la razón de la aplicación de la deformación. 12.1.2.6 Balanza Se utiliza para pesar muestras, debe determinar la masa de la muestra al 0,1% de su masa total. 12.1.2.7 Herramientas y accesorios Entre las que se incluyen herramientas para recortar y tallar muestras, aparatos para remover el contenido de agua de latas, según sea necesario. 12.1.3. MUESTRA DE ENSAYO 12.1.3.1 Tamaño de la muestra Las muestras deben tener un diámetro mínimo de 30 mm. y la partícula más grande que contiene la muestra de ensayo debe ser más pequeña que un décimo del diámetro de la muestra. Para muestras que tienen un diámetro de 72 mm. o mayor, el tamaño de partícula más grande debe ser más pequeño que un sexto del diámetro de la muestra (ver Tabla Nº28). La relación alto:diámetro debe ser de entre 2:2,5. Tomar un mínimo de tres medidas de altura (separados en 120°) y al menos tres medidas de diámetro en los cuartos de la altura.

255

Tabla Nº28 – Tamaño de la muestra Tamaño diámetro probeta

Restricción tamaño máximo de partículas

30 mm < Diámetro < 72 mm

T.M. ≤ 0,10 Diámetro

Diámetro ≥ 72 mm

T.M. ≤ 0,16 Diámetro

12.1.3.2 Muestras reconstituidas Las muestras se deben preparar para predeterminar el contenido agua y la densidad que se solicita para el ensayo. Después de formar una muestra, recortar los extremos perpendiculares al eje longitudinal, sacar del molde y determinar la masa y las dimensiones de la muestra de ensayo. Nota: 

La experiencia indica que es difícil compactar, manejar y obtener resultados válidos con muestras que tienen un grado de saturación mayor que 90%.



Para este ensayo también si es posible se puede utilizar una muestra inalterada o remoldeada.

12.1.4. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 12.1.4.1 Poner la muestra en el equipo de carga de manera tal que quede en el centro de la placa inferior. 12.1.4.2 Ajustar el equipo de carga cuidadosamente de manera que la placa superior sólo haga contacto con la muestra. 12.1.4.3 Poner en cero el indicador de deformación o registrar la lectura inicial del dispositivo de deformación electrónico.

256

12.1.4.4 Aplicar la carga de manera tal de producir una deformación axial a una razón de 0,5 %/min a 2 %/min. Registrar los valores de carga, deformación y tiempo a intervalos suficientes para definir la forma de la curva de esfuerzodeformación (generalmente 10 a 15 puntos son suficientes). La razón de deformación se debería elegir de manera tal que el tiempo para la falla no sea mayor que 15 min. Continuar cargando hasta que los valores de carga disminuyan con aumentos de deformación o hasta alcanzar una deformación de 15%. Indicar la razón de deformación en el informe de ensayo. 12.1.4.5 Determinar el contenido de agua de la muestra de ensayo utilizando la muestra completa. Indicar en el informe del ensayo si el contenido de agua se obtuvo antes o después del ensayo de corte. Nota: Los materiales más blandos que presentan mayor deformación en la falla se deberían someter a ensayo a una razón de deformación mayor. En cambio, los materiales rígidos o quebradizos que presentan deformaciones menores en la falla se deberían someter a ensayo a una razón de deformación menor. 12.1.4.6 Hacer un boceto o tomar una fotografía de la muestra de ensayo en la falla mostrando el ángulo de inclinación de la superficie de falla si el ángulo se puede medir (ver Figura Nº43).

Figura Nº43 – Fotografía plano de falla

257

12.1.5. MEMORIA DE CÁLCULO 12.1.5.1 Expresión de resultados 12.1.5.1.1 Calcular la deformación axial,  l , lo más cercano a 0,1%, para una carga aplicada determinada, como sigue:

 l 

 L L0

 100

Donde: : cambio de longitud de la muestra como se lee en el indicador de

 L

deformación o registro a partir del dispositivo electrónico [mm]; : largo inicial de la muestra de ensayo [mm].

L0

12.1.5.1.2 Calcular el área corregida,

Ac ,

para una carga aplicada determinada,

como sigue:

Ac 

A0

  l  1    100 

Donde: A0

: área transversal promedio inicial de la muestra [mm 2];

 l

: deformación axial para la carga determinada, expresada como un decimal.

12.1.5.1.3 Calcular el esfuerzo de compresión,

 c ,

a tres cifras significativas o lo

más cercano a 1 [KPa], para una carga aplicada determinada, como sigue:

 c 

P Ac

258

Donde: P Ac

: carga aplicada determinada [KPa]; : área transversal promedio correspondiente [mm 2].

12.1.5.1.4 Si se desea, se puede trazar un gráfico que muestre la relación entre el esfuerzo de compresión (ordenada) y la deformación axial (abscisa). Seleccionar el valor máximo del esfuerzo compresión, o el esfuerzo compresión al 15% de la deformación axial, cualquiera que se asegure primero, e informar como la resistencia a la compresión no confinada, qu . 12.1.5.1.5 Siempre que se considere necesario para una interpretación adecuada, incluir el gráfico de los datos de esfuerzo-deformación como parte de los datos que se informan. 12.1.5.2 Informe El informe debe incluir lo siguiente: 

La Norma de referencia a este método



Cualquier información específica relativa al procedimiento de ensayo o al suelo en estudio



Para su cumplimiento, utilizar los Registro de Mecánica de Suelos – Fundaciones: RE:01/10/02, RE:02/10/02 y RE:03/10/02.

259

12.2 DIAGRAMA DE FLUJO 12.2.1 Procedimiento del Ensayo de Compresión No Confinada Elementos a utilizar Cantidad de Material Equipo de compresión y extrusor de 1.500 gr. material normalizado para muestras cada probeta

260

12.3 REGISTRO Laboratorio de Mecánica de Suelos Versión: 00 Universidad de La Serena Fundaciones Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Ensayo Nº10 : Determinación resistencia a la compresión no confinada RE:01/10/02 (NCh 3434.c2007) Muestra: Procedencia: Altura inicial (mm) Diametro inicial (mm) Área inicial (mm2) Volumen inicial (mm3) Constante del anillo Humedad óptima (%) ,

Identificación de la Muestra Instructor: Ejecutor:

Fecha:

Muestra de ensayo D.M.C.S. (gr/cm3) 95% D.M.C.S. (gr/cm3) Peso seco (gr) Contenido de agua (cc) Peso total (gr) Peso capa (gr)

Equipo de carga Área Esfuerzo Deformación Lectura Deformación Tiempo Lectura del Carga axial desviador corregida Δ del dial " H" deformímetro axial transcurrido dial "P" (Kgf) "σ " (Mpa) (ξ) (mm) de carga "Ac" (mm2) 1 (min)

261 Laboratorio de Mecánica de Suelos Versión: 00 Universidad de La Serena Fundaciones Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Ensayo Nº10 : Determinación resistencia a la compresión no confinada RE:02/10/02 (NCh 3434.c2007) Identificación de la Muestra Instructor: Ejecutor:

Muestra: Procedencia:

Fecha:

Gráfico Compresión Inconfinada Probeta Nº

) a P M ( n ó i s e r p m o c e d o z r e u f s E

Deformación axial (%) , Determinación de humedad Peso suelo seca (gr) Densidad seca (gr/cm3)

Peso suelo húmeda (gr) Contenido humedad (%)

Determinación de medidas probeta Altura final (mm)

1 2 3

Razón de deformación (%/min): Resistencia a la compresión (q u): Observación:

Diametro final (mm)

1 2 3

262 Laboratorio de Mecánica de Suelos Versión: 00 Universidad de La Serena Fundaciones Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Ensayo Nº10 : Determinación resistencia a la compresión no confinada RE:03/10/02 (NCh 3434.c2007) Identificación de la Muestra


Instructor: Ejecutor:

Fecha:

Circulo de Mohr ζ

σ

263

12.4 EJEMPLO Laboratorio de Mecánica de Suelos Versión: 00 Universidad de La Serena Fundaciones Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Ensayo Nº10 : Determinación resistencia a la compresión no confinada RE:01/10/02 (NCh 3434.c2007) Arcilla Limosa Muestra: Procedencia: Laboratorio Altura inicial (mm) Diametro inicial (mm) Área inicial (mm2) Volumen inicial (mm3) Constante del anillo Humedad óptima (%) ,

Identificación de la Muestra Germán Kong Instructor: Angela Vega Ejecutor: Muestra de ensayo 142 D.M.C.S. (gr/cm3) 71 95% D.M.C.S. (gr/cm3) 3.959 Peso seco (gr) 562.205 Contenido de agua (cc) (0,62464*L)+18,43483 Peso total (gr) 13,10 Peso capa (gr)

Fecha:

13/01/2009

1,837 1,745 981,1 128,5 1.109,7 221,9

Equipo de carga Área Esfuerzo Deformación Lectura Deformación Tiempo Lectura del Carga axial corregida desviador axial del dial "ΔH" deformímetro transcurrido dial "P" (Kgf) "σ " (Mpa) 2 (mm) de carga (ξ) "Ac" (mm ) 1 (min) 0 0 0,00 0 0,00 3.959,00 0,00 0,0000 0,18 25 0,25 30 0,18 3.965,98 37,17 0,0937 0,35 50 0,50 75 0,35 3.972,99 65,28 0,1643 0,53 75 0,75 115 0,53 3.980,02 90,27 0,2268 0,70 100 1,00 157 0,70 3.987,08 116,50 0,2922 0,88 125 1,25 195 0,88 3.994,16 140,24 0,3511 1,06 150 1,50 223 1,06 4.001,27 157,73 0,3942 1,23 175 1,75 245 1,23 4.008,40 171,47 0,4278 1,41 200 2,00 260 1,41 4.015,56 180,84 0,4504 1,59 225 2,25 265 1,58 4.022,74 183,96 0,4573 1,76 250 2,50 265 1,76 4.029,95 183,96 0,4565 1,94 275 2,75 265 1,94 4.037,18 183,96 0,4557 2,11 300 3,00 265 2,11 4.044,45 183,96 0,4549 2,29 325 3,25 226 2,29 4.051,73 159,60 0,3939

264 Laboratorio de Mecánica de Suelos Versión: 00 Universidad de La Serena Fundaciones Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Ensayo Nº10 : Determinación resistencia a la compresión no confinada RE:02/10/02 (NCh 3434.c2007) Identificación de la Muestra Germán Kong Instructor: Angela Vega Ejecutor:

Arcilla Limosa Muestra: Procedencia: Laboratorio

Fecha:

13/01/2009

Gráfico Compresión Inconfinada Probeta Nº1 ) a P M ( n ó i s e r p m o c e d o z r e u f s E

0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,0

0,3

0,6

0,9

1,2

1,5

1,8

2,1

2,4

2,7

Deformación axial (%) , Peso suelo húmeda (gr) Contenido humedad (%)

Altura final (mm)

Determinación de humedad 1105,3 Peso suelo seca (gr) 12,90% Densidad seca (gr/cm3) Determinación de medidas probeta 1 138,1 2 138,1 Diametro final (mm) 3 138,1 138,1

Razón de deformación (%/min): 1 %/min Resistencia a la compresión (q u): 0,4573 Mpa Observación:

979,0 1,741 1 2 3

73,6 72,6 71,5 72,6

265 Laboratorio de Mecánica de Suelos Versión: 00 Universidad de La Serena Fundaciones Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Ensayo Nº10 : Determinación resistencia a la compresión no confinada RE:03/10/02 (NCh 3434.c2007) Identificación de la Muestra

Arcilla Limosa Muestra: Procedencia: Laboratorio


Germán Kong Angela Vega

Fecha:

13/01/2009

Circulo de Mohr ζ

C = 0,2287

0,27 0,24 0,21 0,18 0,15 0,12 0,09 0,06 0,03 0,00 σ 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 σ3 = 0

σ1 = 0,4573

266

12.5 APLICACIÓN Los suelos arcillosos, pueden clasificarse en función de su resistencia a la compresión simple “ q u ”(Braja M. Das, “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica”, 2001, Pág. 235). Tabla Nº29 – Consistencia de suelos arcillosos según su valor de resistencia a la compresión simple

Consistencia

Resistencia a la compresión simple [Kg/cm2]

Muy blanda

q u ≤ 0,25

Blanda

0,25 ≤ q u ≤ 0,50

Media

0,5 ≤ q u ≤ 1

Firme (suelo rígido)

1 ≤ qu ≤ 2

Muy firme (muy rígido)

2 ≤ qu ≤ 4

Se raya fácilmente con la uña del pulgar

4 ≤ qu ≤ 8

Difícil de rayar con la uña del pulgar

Dura Muy dura

qu ≥ 8

Identificación en terreno

Se puede hundir el puño varios centímetros Se puede hundir el pulgar varios centímetros Se puede lo anterior pero con esfuerzo Se puede marcar pero con gran esfuerzo

Parece roca aunque en rocas la qu

suele ser > 1000

267

13. CAPÍTULO XII : MÉTODO PARA DETERMINAR EL CORTE DIRECTO DE SUELOS BAJO CONDICIÓN CONSOLIDADA DRENADA (NCh 3085 2007)

268

13.1 MÉTODO PARA DETERMINAR EL CORTE DIRECTO DE SUELOS BAJO CONDICIÓN CONSOLIDADA DRENADA 13.1.1. ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN Este método establece el procedimiento para la determinación de la resistencia al corte de una muestra de suelo drenado y consolidado en corte directo. Sin embargo no establece la determinación de las envolventes de resistencia ni el desarrollo de criterios para interpretar y evaluar los resultados de ensayo. 13.1.2. APARATOS 13.1.2.1 Equipo de corte Dispositivo que contiene la probeta confinada lateralmente de manera segura entre dos placas porosas de tal modo que no se aplique un torque a la probeta. Proporciona un medio para aplicar una tensión normal a las caras de la probeta, medir el cambio de espesor de la probeta, permitir el drenaje del agua a través de las placas porosas colocadas en los extremos superior e inferior de la probeta y para sumergir la probeta en agua (ver Figura Nº44). El equipo debe aplicar una fuerza de corte a la probeta sumergida en un plano de corte predeterminado paralelo a las caras de la probeta. Los armazones que contienen a la probeta deben ser suficientemente rígidos para evitar su distorsión durante el corte. Las diversas partes del equipo de corte se deben fabricar de un material que no sea corrosivo por la humedad o sustancias contenidas en el suelo, por ejemplo, de acero inoxidable, bronce, o aluminio, etc. No se permiten metales diferentes que puedan provocar una acción galvánica.

269

Figura Nº44 – Equipo para la prueba de corte directo 13.1.2.2 Caja de corte Caja circular o cuadrada, fabricada de acero inoxidable, bronce o aluminio, con dispositivos para drenaje en la parte superior e inferior. La caja se divide verticalmente por un plano horizontal en dos mitades de igual espesor que se equipan con tornillos de ajuste, y está equipada con tornillos de separación, que controlan el espacio entre las mitades superiores e inferiores de la caja de corte (ver Figura Nº45).

Figura Nº45 – Caja de corte ensamblada

270

13.1.2.3 Placas o piedras porosas Su función permitir el drenaje de la probeta de suelo a lo largo de los extremos superior e inferior y transferir la tensión de corte horizontal desde el bloque hacia los extremos superior e inferior de la probeta. Construidos de carburo de silicio, óxido de aluminio o metal que no esté sujeto a la corrosión por sustancias del suelo o humedad del suelo. La permeabilidad del bloque debería ser sustancialmente mayor que la del suelo, pero debería tener una textura fina para evitar la intrusión excesiva del suelo en los poros del bloque. El diámetro o ancho del bloque poroso superior o placa debe ser de 0,2 mm. a 0,5 mm. menos que el del interior del anillo. Si el bloque tiene como función transferir la tensión horizontal al suelo éste debe ser suficientemente grueso para producir un bloqueo. Esto se puede conseguir con la ayuda de un chorro de arena o maquinado del bloque, pero la superficie del bloque no debería ser tan irregular como para provocar concentraciones importantes de tensión en el suelo. 13.1.2.4 Dispositivos de carga 13.1.2.4.1 Dispositivo para aplicar y medir la fuerza normal La fuerza normal se aplica mediante un dispositivo de carga directa o de palanca la cual se activa mediante pesos muertos (masas) o mediante un dispositivo de carga neumática. El dispositivo debe ser capaz de mantener la fuerza normal dentro del rango de ±1% de la fuerza especificada, rápidamente y sin excederla.

271

13.1.2.4.2 Dispositivo para aplicar corte a la probeta El dispositivo debe ser capaz de aplicar corte a la probeta a una velocidad de desplazamiento uniforme, con una desviación que esté en el rango de ± 5% y debería permitir el ajuste de la velocidad de desplazamiento de 0,0025 mm/min a 1,0 mm/min. La velocidad que se aplica depende de las características de consolidación de los suelos. Generalmente, la velocidad se mantiene con un motor eléctrico y un ajuste de caja de engranajes y la fuerza de corte se determina por medio de un dispositivo que indica la carga como una celda o un anillo de carga (ver Figura Nº46).

Figura Nº46 - Motor eléctrico para aplicar velocidad El peso de la parte superior de la caja de corte debe ser menor que 1% de la fuerza normal aplicada durante el corte: es muy probable que esto requiera que la parte superior de la caja de corte se soporte por una fuerza contraria y que el equipo modificado o la probeta se corte bajo una fuerza mayor normal aplicada.

272

13.1.2.5 Dispositivo de medición de la fuerza de corte Un anillo de prueba o celda de carga con precisión de 2,5 [N] o 1% de la fuerza de corte en condiciones de falla, lo que sea mayor (ver Figura Nº47).

Figura Nº47 – Anillo de carga para medir la fuerza de corte 13.1.2.6 Recipiente de la caja de corte Caja metálica que soporta la caja de corte y provee una reacción contra la mitad de la caja de corte que se apoya o una base sólida para alinear la mitad de la caja de corte, la cual está libre de moverse en la misma dirección de la fuerza de corte aplicada en un plano horizontal (ver Figura Nº48).

273

Figura Nº48 - Disposición general de la caja y del carro deslizable 13.1.2.8 Balanzas Una balanza capaz de leer al 0,1 % o mejor. 13.1.2.9 Indicadores de deformación Dial comparador o transductores de desplazamiento capaces de medir el cambio en espesor de la probeta, con una resolución de al menos 0,0025 mm. y de medir el desplazamiento horizontal con una sensibilidad de al menos 0,025 mm. 13.1.2.10 Herramientas y accesorios Incluye un cronómetro con contador de segundos, agua destilada o desmineralizada, espátulas, cuchillos, nivelador, sierra de alambre, etc. utilizado para preparar la probeta.

274

13.1.3. CALIBRACIÓN DEL APARATO 3.1 La calibración tiene como finalidad determinar la deformación del artefacto cuando se somete a la carga de consolidación, de modo que para cada carga de consolidación normal la deformación de la caja de corte se puede restar de las deformaciones observadas. Por lo tanto, solamente la deformación debido a la consolidación de la muestra se informa para ensayos completos. Se requiere realizar la calibración de las características de carga-deformación del artefacto cuando éste se utiliza por primera vez o cuando se cambian las partes del artefacto (referirse a la NCh 3085.Of07). 3.2 Ensamblar el dispositivo de corte directo con un disco o plato de calibración metálico de un espesor aproximadamente igual a la probeta de ensayo deseada y de un diámetro o ancho de al menos 1 mm., pero no mayor que 5 mm. y menor que el diámetro o ancho de la caja de corte. 3.3 Ajustar el indicador de desplazamiento normal de modo que se pueda utilizar para medir la consolidación o expansión a partir del disco de calibración o la lectura del plato. Registrar el cero o la lectura sin carga. 3.4 Aplicar aumentos de fuerza normal en los rangos de operación de carga del equipo y registrar la lectura del indicador de desplazamiento normal y la fuerza normal. Retirar la fuerza normal aplicada en secuencia inversa de la fuerza aplicada y registrar las lecturas del indicador de desplazamiento normal y la fuerza normal. Promediar los valores y trazar la deformación de la carga del artefacto como función de la carga normal. Retener los resultados para futura referencia al determinar el espesor de la probeta de ensayo y la compresión dentro del mismo artefacto de ensayo.

275

3.5 Retirar el disco o placa de calibración. Nota: Para la calibración del artefacto, se aceptan otros métodos de exactitud comprobada. 13.1.4. MUESTRA DE ENSAYO 13.1.4.1 Tamaño de la muestra La muestra de ensayo utilizada en la preparación de las probetas debería ser suficientemente grande, de modo que se puedan preparar tres probetas similares como mínimo. El diámetro mínimo para probetas circulares o el ancho para probetas cuadradas, debe ser de 50 mm. o mayor que 10 veces el diámetro máximo del tamaño de la partícula. El espesor inicial mínimo de la probeta debe ser de 12 mm., pero mayor que seis veces el tamaño máximo de la partícula. La relación mínima en la probeta de diámetro-espesor o ancho-espesor debe ser de 2:1. Nota: Si luego del ensayo se encuentran grandes partículas de suelo, se debería realizar un análisis acerca del tamaño de las partículas para confirmar las observaciones visuales y el resultado se debería entregar junto con el informe de ensayo. 13.1.4.2 Preparación de la muestra 13.1.4.2.1 Determinar la masa inicial de la probeta húmeda que se utiliza, calculando el contenido de agua inicial y el peso unitario de la probeta. Luego el material requerido para la probeta se debe amasar, mezclando minuciosamente el suelo con suficiente agua para producir el contenido de agua deseada. Dejar la muestra en reposo antes de la compactación de acuerdo a la recomendación siguiente (ver Tabla Nº30):

276

Tabla Nº30 – Tiempo de acondicionamiento de muestras Clasificación según ASTM D 2487

Tiempo mínimo de reposo [hr]

SW, SP

Sin requisito

SM

3

SC, ML, CL

18

MH, CH

36

13.1.4.2.2 Ensamblar y asegurar la caja de corte. Colocar un bloque poroso húmedo en el fondo de la caja de corte 13.1.4.2.3 Determinar la masa de suelo húmedo requerida para una capa compactada y colocarla en la caja de corte. Compactar el suelo hasta que se obtenga el peso deseado de la unidad. 13.1.4.2.4 Las probetas se deben moldear apisonando cada capa hasta que la masa de suelo ubicada en la caja de corte sea compactada a un volumen conocido, lo anterior se consigue ajustando el número de capas y el número de apisonados por capa o bien verificando con la regla de medición. La superficie de cada capa se debe escarificar antes de agregar material a la próxima capa, en la medida que sea posible. Continuar colocando y compactando el suelo hasta que se compacte toda la probeta. Nota: El pisón utilizado para compactar el material debe tener un área de contacto con el suelo menor o igual a la mitad del área del molde. 13.1.2.4.5 Los límites de la capa compactada se deben ubicar de modo que no coincidan con el plano de corte definido por las mitades de la caja de corte, a menos que esto sea un propósito establecido para un ensayo en particular.

277

Se recomienda usar un número de capas impar y el espesor requerido de la capa compactada se puede determinar midiendo directamente el espesor de la capa o a partir de las marcas en la varilla de apisonado que corresponde al espesor de la capa que se coloca. 13.1.5. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 13.1.5.1 Colocar la caja de corte que contiene la probeta compactada y los bloques porosos dentro del recipiente de la caja de corte y ajustar la caja de corte. Nota: 

Se puede utilizar un revestimiento suave de grasa aplicado al interior de la caja de corte para reducir la fricción entre la probeta y la caja de corte durante la consolidación. Sin embargo, en algunos dispositivos de corte, el anillo superior requiere fricción para soportar el anillo después que los platos de corte se han distanciado.



Se puede utilizar un revestimiento suave de grasa aplicado entre las mitades de la caja de corte para reducir la fricción entre las mitades de la caja de corte durante el corte. También se puede utilizar en estas superficies el recubrimiento de fluorocarburo TFE o grafito en lugar de grasa para reducir la fricción.

13.1.5.2 Conectar y ajustar el sistema de carga de fuerza de corte de modo que no se imponga ninguna fuerza en el dispositivo de medición de carga. 13.1.5.3 Ajustar y posicionar adecuadamente el dispositivo de medición de desplazamiento horizontal que se utiliza para medir el desplazamiento de corte. Obtener una lectura inicial o fijar el dispositivo de medición para indicar un desplazamiento cero.

278

13.1.5.4 Colocar un bloque poroso humedecido y el plato de transferencia de carga sobre la parte superior de la probeta en la caja de corte. 13.1.5.5 Colocar en posición, el pistón de carga de fuerza normal y ajustarlo de modo que la barra de carga esté horizontal. Nota: Para sistemas de carga con palanca de carga muerta, nivelar la palanca. 13.1.5.6 Aplicar una pequeña carga normal a la probeta. Verificar que todos los componentes del sistema de carga estén asentados y alineados. Los bloques porosos superiores y el plato de transferencia de carga se deben alinear de modo que no se impida el movimiento del plato de transferencia de carga dentro de la caja de corte. Registrar la carga vertical y horizontal aplicada sobre el sistema. Nota: La tensión normal aplicada a la probeta debería ser aproximadamente 7 [KPa]. 13.1.5.7 Asegurar y ajustar el dispositivo de medición de desplazamiento vertical. Obtener la lectura inicial para el dispositivo de medición vertical y dispositivo de medición de desplazamiento horizontal. 13.1.5.8 Si se requiere, llenar con agua la caja de corte y mantenerla llena durante el tiempo que dura el ensayo. 13.1.5.9 Calcular y registrar la fuerza normal requerida para alcanzar la tensión normal deseada o el incremento de ésta. Aplicar la tensión normal deseada agregando la masa apropiada al brazo palanca en un incremento o diversos incrementos de carga a la probeta y comenzar a registrar las lecturas de deformación normal contra el tiempo transcurrido. Para todos los incrementos de carga, verificar el término de la consolidación primaria antes de seguir.

279

Trazar el desplazamiento normal versus el logaritmo de tiempo o la raíz cuadrada del tiempo (min). Nota: La fuerza normal utilizada para la probeta dependerá de los datos requeridos. 

Para suelos relativamente firmes puede ser apropiada la aplicación de la fuerza normal en un incremento.



Para suelos relativamente blandos, puede ser necesaria la aplicación de la fuerza normal en diversos incrementos para evitar dañar la probeta.

Nota: La carga aplicada (peso muerto) para la primera, segunda y tercera probeta será de 1,8 Kg., 3,6 Kg. y 5,4 Kg. respectivamente. Cada peso corresponde a 10 veces lo aplicado en la probeta. 13.1.5.10 Después que se completa la consolidación primaria, retirar los pasadores de alineación o pernos de la caja de corte. Abrir un espacio entre las mitades de la caja de corte de aproximadamente 0,64 mm., utilizando los tornillos espaciadores. Retirar los tornillos espaciadores. 13.1.5.11 Seleccionar la velocidad de desplazamiento apropiada. Aplicar corte a la probeta a una velocidad relativamente baja, tal que ningún exceso de presión de poros exista en la falla. Se debe utilizar la ecuación siguiente como guía para determinar el tiempo mínimo requerido desde el inicio del ensayo hasta la falla: t f  50t 50

Donde: t f

: tiempo transcurrido total estimado para la falla [min];

t 50

: tiempo requerido para que la probeta alcance un 50% de

consolidación bajo la tensión normal especificada (o incrementos de ésta) [min].

280

Nota: Si se tiene un gráfico de desplazamiento normal versus la raíz cuadrada del tiempo, t 50 se puede calcular a partir del tiempo para completar el 90% de la consolidación primaria, utilizando la expresión siguiente:

t 50 

t 90 4,28

Donde:

t 90 : Tiempo requerido para que la probeta alcance el 90% de consolidación primaria bajo la tensión normal especificada (o incremento de ésta) [min]; 4,28 : Constante, relaciona el desplazamiento y los factores de tiempo a una consolidación primaria de un 50% y 90%. Si el material muestra una tendencia a expandirse, el suelo se debe inundar con agua y se debe permitir alcanzar el equilibrio bajo un incremento de tensión normal suficientemente grande para contrarrestar la tendencia de expansión antes que se pueda determinar el tiempo mínimo para la falla. La curva tiempoconsolidación para incrementos posteriores de tensión normal son válidos para la determinación de t f . Algunos suelos, tales como arenas densas y arcillas preconsolidadas, puede que no muestren curvas bien definidas de tiempoasentamiento. Por consiguiente, el cálculo de t f puede producir un estimativo inapropiado del tiempo requerido para la falla de la probeta bajo las condiciones de drenado. Para arcillas preconsolidadas que se ensayan bajo tensiones normales e inferiores a la presión de preconsolidación del suelo, se sugiere que se estime un tiempo para la falla, utilizando un valor de t 50 equivalente al obtenido a partir del comportamiento tiempo-asentamiento de la consolidación normal.

281

Para arenas densas limpias que drenan rápidamente, un valor de 10 min se puede utilizar como t f . Para arenas densas con más de 5% de finos se puede utilizar un valor de 60 min para t f . Si se selecciona un valor alternativo de t f , el criterio de selección se debe explicar con los resultados de ensayo. 13.1.5.12 Determinar el desplazamiento apropiado a partir de la ecuación siguiente:

d r 

d f t f

Donde: d r

: Velocidad de desplazamiento [mm/min];

d f

: Desplazamiento horizontal estimado en la falla [mm];

t f : Tiempo transcurrido estimado total para la falla, [min].

Nota: La magnitud del desplazamiento estimado en el momento de la falla depende de varios factores que incluyen el tipo y la historia de tensión del suelo. Como guía, utilizar d f = 12 mm. si el material es un suelo normal o ligeramente sobreconsolidado de grano fino, de lo contrario utilizar d f = 5 mm. 13.1.5.13 Seleccionar y fijar la velocidad de desplazamiento, para algunos tipos de artefactos, la velocidad de desplazamiento se alcanza utilizando combinaciones de ruedas dentadas y posiciones de palanca de cambio. Para otros tipos la velocidad de desplazamiento se alcanza ajustando la velocidad del motor. 13.1.5.14 Registrar el tiempo inicial, los desplazamientos verticales y horizontales y las fuerzas normales y de corte.

282

13.1.5.15 Encender el artefacto e iniciar el corte. Obtener las lecturas de los datos de tiempo, el desplazamiento horizontal y vertical y la fuerza de corte en el intervalo de desplazamiento deseado. Las lecturas de datos se deberían tomar en los intervalos de desplazamiento para las primeras lecturas de 0,25% hasta el primer 2% de la deformación de la probeta, ampliando el rango a 0,5%, 1% y 2% para intervalos posteriores de modo de definir exactamente una curva de tensióndeformación. Nota: Las lecturas adicionales pueden ayudar a identificar el valor máximo de la tensión de corte del sobreconsolidado o el material frágil. Puede ser necesario detener el ensayo y espaciar nuevamente las mitades de la caja de corte para mantener el espacio libre entre las mitades de la caja. 13.1.5.16 Detener el ensayo, luego de alcanzar la falla la cual puede oscilar entre un 10% y 20% de desplazamiento o deformación con respecto al diámetro o longitud original de la probeta. 13.1.5.17 Retirar la fuerza normal de la probeta sacando la masa de la palanca y de la horquilla, o liberando la presión. 13.1.5.18 Para probetas de ensayo cohesivas, separar las mitades de la caja de corte con un movimiento deslizante a lo largo del plano de la falla. No desmontar las mitades de la caja de corte perpendicularmente a la superficie de falla, ya que esto dañaría la probeta. Fotografiar, dibujar o describir en forma escrita la superficie de falla. Este procedimiento no se aplica para probetas sin cohesión. 13.1.5.19 Retirar la probeta de la caja de corte y determinar su contenido de agua en conformidad con el método de ensayo. 13.1.5.20 Calcular y graficar la tensión nominal de corte versus desplazamiento lateral relativo.

283

Nota: En el caso de realizar el ensayo a dos o más probetas se recomienda realizar un gráfico tensión corte versus tensión normal, con el objeto de visualizar la envolvente de falla. 13.1.6. MEMORIA DE CÁLCULO 13.1.6.1 La tensión nominal de corte que actúa sobre la probeta es:

 

F A

Donde: 

: tensión nominal de corte [KPa];

F

: fuerza de corte [N]; : área inicial de la probeta [mm 2].

A

13.1.6.2 La tensión normal que actúa sobre la probeta es:

 n 

N A

Donde:  n

: tensión normal [KPa];

N

: fuerza normal vertical que actúa sobre la probeta [N].

Nota: Se pueden aplicar a los valores calculados de corte o tensión normal o ambos, factores que incorporan suposiciones con respecto al área de superficie de la probeta sobre la cual se mide el corte y las fuerzas normales. Si se realiza una corrección (o correcciones), el o los factores y el criterio para utilizar la corrección se deben explicar en los resultados de ensayo.

284

13.1.6.3 Velocidad de desplazamiento Calcular la velocidad de desplazamiento real dividiendo el desplazamiento lateral relativo por el tiempo transcurrido o informar la velocidad utilizada para el ensayo.

d r 

d h t e

Donde: d r

: velocidad de desplazamiento [mm/min];

d h

: desplazamiento lateral relativo [mm];

t e

: tiempo de ensayo transcurrido [min].

13.1.6.4 Desplazamiento lateral relativo porcentual Calcular el desplazamiento lateral relativo porcentual para cada lectura de la fuerza de corte.

d p 

d i d h

Donde: d p

: desplazamiento lateral relativo porcentual [%];

d i

: incremento de desplazamiento [mm].

13.1.6.5 Calcular el volumen de huecos inicial, el peso unitario seco y el grado de saturación basado en el peso específico, el contenido de agua inicial, la masa y el volumen total de la probeta. El volumen de la probeta se determina por medio de las mediciones de las longitudes o diámetro de la caja de corte y del espesor medido de la probeta.

285

13.1.6.6 Informe El informe debe incluir lo siguiente: 







Desviaciones generales del procedimiento, como por ejemplo, las secuencias especiales de carga o los requisitos especiales de humedad.



Para su cumplimiento, utilizar los Registro de Mecánica de Suelos – Fundaciones: RE:01/11/02, RE:02/11/02, RE:03/11/02, RE:04/11/02 y RE:05/11/02.

286

13.2 DIAGRAMA DE FLUJO 13.2.1 Procedimiento del Ensayo de Corte Directo de Suelos Consolidado – Drenado Elementos a utilizar Equipo de corte

Cantidad de Material 200 gr. suelo para cada probeta

287

1 Llenar con agua la caja de corte y mantenerla así durante todo el ensayo Colocar la masa apropiada al brazo palanca en un incremento en caso de suelos firmes y diversos incrementos en caso suelos blandos Registrar las lecturas de deformación normal contra el tiempo transcurrido, hasta lograr la consolidación primaria

Registro Determinación Corte Directo

Retirar los pernos de la caja de corte y usando los tornillos espaciadores abrir un espacio de 0,64 mm entre las mitades de la caja de corte Seleccionar la velocidad de desplazamiento según el tipo de suelo y registrar la lectura de tiempo, desplazamientos y fuerzas iniciales Encender el equipo e iniciar el corte, y obtener las lecturas de tiempo, desplazamientos y fuerzas

Registro Determinación Corte Directo Registro Determinación Corte Directo

Luego de alcanzar una falla de 15% aprox. de deformación, detener el ensayo Sacar la masa del brazo palanca y de la horquilla, o liberar la presión sí

Suelo cohesivo

no Retirar la probeta de la caja de corte y secar en horno por 12 hr a masa constante

k+1< 4

sí

no Limpiar y ordenar el área de trabajo Fin

Separar las mitades de la caja y fotografiar el ángulo del plano de falla Registro Determinación Corte Directo Repetir el ensayo

288

13.3 REGISTRO

Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C

Laboratorio de Mecánica de Suelos Fundaciones

Versión: 00

Ensayo Nº11 : Determinación Corte Directo (NCh 3085.Of07)

RE:01/11/02


Identificación de la Muestra Instructor: Fecha: Ejecutor:

Inalterada Altura inicial (mm) Lado (mm) Área inicial (mm2) Volumen inicial (mm3) Constante del anillo Humedad óptima (%)

Muestra de ensayo Remoldeada Reconstituida 3 D.M.C.S. (gr/cm ) 95% D.M.C.S. Peso seco (gr) Contenido de agua (cc) Peso total (gr) Peso capa (gr)

Lectura Consolidación Carga normal ( kgf ): Probeta Nº: Lectura Deformación Tiempo Deformímetro Tiempo (min) Vertical (mm) Vertical (div) 10 s 15 s 30 s 45 s 1 min 2 min 3 min 5 min 7 min 10 min 15 min 20 min 30 min 45 min 1h 2h 3h 5h 7h 1d

Raiz (t)

Deformación Vertical (mm)

289



Versión: 00


RE:02/11/02

Identificación de la Muestra



Fecha:

Tiempo, desplazamiento y velocidad de ensayo

Puntos para horizontal

Ecuación de la recta m b

Puntos entre recta

Intersección

x

Puntos entre los que se encuentra la recta x y m

tf df

y

b

V(mm/min) Comprobación

Punto en que corta a la curva de consolidación x y t90 t50 df V(mm/min)

Gráfico Consolidación Primaria Probeta Nº

) m m ( n ó i c a m r o f e D

Raíz (t)

290



Versión: 00


RE:03/11/02



Ensayo Corte

Probeta Nº Carga normal ( Kgf ): Velocidad ( mm / min ): Lectura Corte

Desp. Horiz. (mm)

Fecha:


ec ura Def. Vertical

( KPa ) (esfuerzo normal) : Máx Esfuerzo de Corte (KPa): Máx Esfuerzo Normal (KPa): σN

Def. Vertical (mm)

Lectura Carga (div)

Fuerza de corte (Kgf)

Área corregida Esfuerzo de corte (KPa) (cm2)

Esfuerzo Normal (KPa)

291

Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Depto. Ingeniería O.O.C.C.

Laboratorio de Mecánica de Suelos - Fundaciones

Versión: 00


RE:04/11/02



Fecha:

Instructor: Ejecutor: Curva Esfuerzo v/s Desplazamiento Probe ta Nº

/ Carga normal:

) a P K ( o z r e u f s E

Desplaz amiento (mm)

Kgf

292



Versión: 00


RE:05/11/02



Fecha:


Esfuerzo Corte v/s Esfuerzo Normal

) a P K ( e t r o C o z r e u f s E

Esfuerzo Normal (KPa)

Cohesión = e s f u e r z o n o r m a l ( σ N)

; φ = esfuerzo corte (ζ)

293

13.4 EJEMPLO



Versión: 00


RE:01/03/02

Identificación de la Muestra Muestra: Arena Limosa Instructor: Germán Kong Fecha: Procedencia: Compañias Ejecutor: Angela Vega


Muestra de ensayo Remoldeada Reconstituida 3 D.M.C.S. (gr/cm ) 20 95% D.M.C.S. 60 3600 Peso seco (gr) Contenido de agua (cc) 72000 0,07*L+1,68 Peso total (gr) 15% Peso capa (gr)

Lectura Consolidación Carga normal ( kgf ): 18 Probeta Nº: Lectura Deformación Tiempo Deformímetro Tiempo (min) Vertical (mm) Vertical (div) 10 s 15 s 30 s 45 s 1 min 2 min 3 min 5 min 7 min 10 min 15 min 20 min 30 min 45 min 1h 2h 3h 5h 7h 1d

12/06/2009

X 1,835 1,743 125,51 18,83 144,34 48,11 1

Raiz (t)


294



Versión: 00

Ensayo Nº11 : Determinación Corte Directo RE:03/03/02 (NCh 3085.Of07)


Muestra: Arena Limosa Procedencia: Las Compañias Probeta Nº Carga normal ( Kgf ): Velocidad ( mm / min ): Lectura Corte

Desp. Horiz. (mm) 0,00 0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 0,18 0,21 0,24 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00

ec ura Def. Vertical 0 0 0 0 1 2 2 3 3 4 5 5 5 5 5 5 5 5 -1 -5 -5 -15 -16 -16 -16 -16 -16 -16 -16 -16 -16 -16

Instructor: Germán Kong Ejecutor: Angela Vega 1 18 0,20

Def. Vertical (mm) 0,000 0,000 0,000 0,000 0,002 0,004 0,004 0,006 0,006 0,008 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 -0,002 -0,010 -0,010 -0,030 -0,032 -0,032 -0,032 -0,032 -0,032 -0,032 -0,032 -0,032 -0,032 -0,032

Fecha:

Ensayo Corte σN ( KPa ) (esfuerzo normal) :

Máx Esfuerzo de Corte (KPa): Máx Esfuerzo Normal (KPa): Lectura Carga (div) 0 10 21 30 37 47 55 63 72 87 101 114 127 139 150 161 180 190 195 202 212 216 219 222 225 228 229 229 229 230 229 226

Fuerza de corte (Kgf) 0,00 2,38 3,15 3,78 4,27 4,97 5,53 6,09 6,72 7,77 8,75 9,66 10,57 11,41 12,18 12,95 14,28 14,98 15,33 15,82 16,52 16,80 17,01 17,22 17,43 17,64 17,71 17,71 17,71 17,78 17,71 17,50

Área corregida Esfuerzo de corte (KPa) (cm2) 36,000 0,00 35,982 6,49 35,964 8,59 35,946 10,31 35,928 11,66 35,910 13,57 35,892 15,11 35,874 16,65 35,856 18,38 35,820 21,27 35,790 23,98 35,760 26,49 35,730 29,01 35,700 31,34 35,670 33,49 35,640 35,63 35,580 39,36 35,520 41,36 35,460 42,40 35,400 43,83 35,280 45,92 35,160 46,86 35,040 47,61 34,920 48,36 34,800 49,12 34,680 49,88 34,560 50,25 34,440 50,43 34,32 50,60 34,2 50,98 33,9 51,23 33,6 51,08

12/06/2009

49,0 51,23 52,07 Esfuerzo Normal (KPa) 0,00 49,06 49,08 49,11 49,13 49,16 49,18 49,21 49,23 49,28 49,32 49,36 49,40 49,45 49,49 49,53 49,61 49,70 49,78 49,86 50,03 50,20 50,38 50,55 50,72 50,90 51,08 51,25 51,43 51,61 52,07 52,54

295



Versión: 00


RE:04/03/02


Muestra: Arena Limosa Procedencia: Las Compañias



Fecha:

12/06/2009

Curva Esfuerzo v/s Deformación Probeta Nº1 / Carga normal: 18 Kgf

) a P K ( o z r e u f s E

54 51 48 45 42 39 36 33 30 27 24 21 18 15 12 9 6 3 0 0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

Deformación (mm)

2,4

2,6

2,8

3,0

3,2

3,4

3,6

3,8

4,0

4,2

296



Versión: 00


RE:01/03/02


Muestra: Arena Limosa Instructor: Procedencia: Compañias Ejecutor:

Germán Kong Fecha: Angela Vega

15/06/2009

Muestra de ensayo


Remoldeada 20 60 3600 72000 0,07*L+1,68 15%

Reconstituida D.M.C.S. (gr/cm ) 95% D.M.C.S. Peso seco (gr) Contenido de agua (cc) Peso total (gr) Peso capa (gr) 3

X 1,835 1,743 125,51 18,83 144,34 48,11

Lectura Consolidación

Carga normal ( kgf ): Probeta Nº: 36 Lectura Deformación Tiempo Deformímetro Tiempo (min) Vertical (mm) Vertical (div) 10 s 15 s 30 s 45 s 1 min 2 min 3 min 5 min 7 min 10 min 15 min 20 min 30 min 45 min 1h 2h 3h 5h 7h 1d

2 Raiz (t)


297 Laboratorio de Mecánica de Suelos Versión: 00 Universidad de La Serena Fundaciones Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C Ensayo Nº11 : Determinación Corte Directo RE:03/03/02 (NCh 3085.Of07) Identificación de la Muestra


Desp. Horiz. (mm) 0,00 0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 0,18 0,21 0,24 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00

ec ura Def. Vertical 0 0 0 0 0 0 0 1 1 2 2 3 4 5 6 6 6 7 7 7 7 6 1 -7 -11 -20 -30 -38 -48 -50 -61 -79 -80


Def. Vertical (mm) 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,002 0,002 0,004 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,012 0,012 0,014 0,014 0,014 0,014 0,012 0,002 -0,014 -0,022 -0,040 -0,060 -0,076 -0,096 -0,100 -0,122 -0,158 -0,160

Fecha:


Máx Esfuerzo de Corte (KPa): Máx Esfuerzo Normal (KPa): Lectura Carga (div) 0 0 12 18 33 41 51 59 69 76 95 109 123 137 153 166 179 208 233 258 280 311 341 361 372 382 390 398 387 380 370 363 368

Fuerza de corte (Kgf) 0,00 1,68 2,52 2,94 3,99 4,55 5,25 5,81 6,51 7,00 8,33 9,31 10,29 11,27 12,39 13,30 14,21 16,24 17,99 19,74 21,28 23,45 25,55 26,95 27,72 28,42 28,98 29,54 28,77 28,28 27,58 27,09 27,44

Área corregida Esfuerzo de corte (KPa) (cm2) 36,000 0,00 35,982 4,58 35,964 6,87 35,946 8,02 35,928 10,89 35,910 12,43 35,892 14,34 35,874 15,88 35,856 17,80 35,820 19,16 35,790 22,82 35,760 25,53 35,730 28,24 35,700 30,96 35,670 34,06 35,640 36,60 35,580 39,17 35,520 44,84 35,460 49,75 35,400 54,68 35,280 59,15 35,160 65,41 35,040 71,51 34,920 75,68 34,800 78,12 34,680 80,36 34,560 82,23 34,440 84,11 34,32 82,21 34,2 81,09 33,9 79,78 33,6 79,07 33,3 80,81

15/06/2009

98,1 84,11 102,51 Esfuerzo Normal (KPa) 0,00 98,12 98,16 98,21 98,26 98,31 98,36 98,41 98,46 98,56 98,64 98,72 98,81 98,89 98,97 99,06 99,22 99,39 99,56 99,73 100,07 100,41 100,75 101,10 101,45 101,80 102,15 102,51 102,87 103,23 104,14 105,07 106,02

298



Versión: 00


RE:04/03/02





Fecha:

15/06/2009

Curva Esfuerzo v/s Deformación Probeta Nº2 / Carga normal: 36 Kgf 110 100 90 80 ) a P K ( o z r e u f s E

70 60 50 40 30 20 10 0 0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

Deformación (mm)

2,6

2,8

3,0

3,2

3,4

3,6

3,8

4,0

4,2

4,4

4,6

299



Versión: Versión: 00 00

Ensayo Nº11 : Determinación Determinación Corte Dire D irecto cto (NCh 3085.Of07)

RE:01/03/02

Identificación de la Muestr Muestra a

Muestra: Arena Li Limosa Instructor: Pro roccede denc nciia: Compa paññias Ejec ecuutor:

Germán Kong Fecha: Angela Vega

16/06/2009

Muestra de ensayo

I n a l te r a d a Altura inicial ( mm) Lado (mm) Área inicial (mm2) Volumen inicial (mm3) Constante del anillo Humedad óptima (%)

Remoldeada 20 60 3 600 72000 0,07*L+1,68 1 5%

Reconstituida D.M.C.S. (gr/cm ) 95% D.M.C.S. Peso seco (gr) Contenido de agua (cc) Peso total (gr) Peso capa (gr) 3

X 1 ,8 3 5 1 ,7 4 3 12 5, 51 1 8 ,8 3 14 4, 34 4 8 ,1 1

Lectura Consolidación

Carga normal ( kgf ): Probeta Nº: 54 Lectura Deformación Tiempo Deformímetro Tiempo (min) Vertical (mm) Vertical (div) 10 s 15 s 30 s 45 s 1 min 2 min 3 min 5 min 7 min 10 min 15 min 20 min 30 min 45 min 1h 2h 3h 5h 7h 1d

3 Raiz (t)


300 Laboratorio de Mecánica de Suelos Versión: 00 Universidad Universidad de La Serena Fundaciones Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C Ensayo Nº11 : Determinación Corte Directo RE:03/03/02 (NCh 3085.Of07) Identificación de la Muestra


Desp. Horiz. (mm) 0,00 0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 0,18 0,21 0,24 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00

ec ur uraa Def. Vertical 0 0 0 0 1 2 3 5 6 8 9 10 12 14 15 17 19 20 24 25 27 28 28 26 20 10 0 -8 -11 -21 -42 -62


Def. Vertical (mm) 0,000 0,000 0,000 0,000 0,002 0,004 0,006 0,010 0,012 0,016 0,018 0,020 0,024 0,028 0,030 0,034 0,038 0,040 0,048 0,050 0,054 0,056 0,056 0,052 0,040 0,020 0,000 -0,016 -0,022 -0,042 -0,084 -0,124

Fecha:


Máx Esfuerzo de Corte (KPa): Máx Esfuerzo Normal (KPa): Lectura Carga (div) 0 15 19 43 55 69 82 95 107 130 150 169 188 207 224 241 279 317 350 386 449 503 553 595 625 643 651 652 648 644 630 625

Fuerza de corte (Kgf) 0,00 2,73 3,01 4,69 5,53 6,51 7,42 8,33 9,17 10,78 12,18 13,51 14,84 16,17 17,36 18,55 21,21 23,87 26,18 28,70 33,11 36,89 40,39 43,33 45,43 46,69 47,25 47,32 47,04 46,76 45,78 45,43

Área corregida Esfuerzo de corte (KPa) (cm2) 3 6 ,0 0 0 0,00 3 5 ,9 8 2 7,44 3 5 ,9 6 4 8,21 3 5 ,9 4 6 1 2 ,8 0 3 5 ,9 2 8 1 5 ,0 9 3 5 ,9 1 0 1 7 ,7 8 3 5 ,8 9 2 2 0 ,2 7 3 5 ,8 7 4 2 2 ,7 7 3 5 ,8 5 6 2 5 ,0 8 3 5 ,8 2 0 2 9 ,5 1 3 5 ,7 9 0 3 3 ,3 7 3 5 ,7 6 0 3 7 ,0 5 3 5 ,7 3 0 4 0 ,7 3 3 5 ,7 0 0 4 4 ,4 2 3 5 ,6 7 0 4 7 ,7 3 3 5 ,6 4 0 5 1 ,0 4 3 5 ,5 8 0 5 8 ,4 6 3 5 ,5 2 0 6 5 ,9 0 3 5 ,4 6 0 7 2 ,4 0 3 5 ,4 0 0 7 9 ,5 1 3 5 ,2 8 0 9 2 ,0 3 3 5 ,1 6 0 102,89 3 5 ,0 4 0 113,04 3 4 ,9 2 0 121,68 3 4 ,8 0 0 128,02 3 4 ,6 8 0 132,03 3 4 ,5 6 0 134,08 3 4 ,4 4 0 134,74 34,32 134,41 34,2 134,08 33,9 132,43 33,6 132,59

16/06/2009

147,1 134,74 153,76 Esfuerzo Normal (KPa) 0,00 147,17 147,25 147,32 147,39 147,47 147,54 147,62 147,69 147,84 147,96 148,09 148,21 148,34 148,46 148,59 148,84 149,09 149,34 149,59 150,10 150,61 151,13 151,65 152,17 152,70 153,23 153,76 154,30 154,84 156,21 157,61

301



Versión: 00


RE:04/03/02





Fecha:

16/06/2009

Curva Esfuerzo v/s Deformación Deformación Probeta Nº3 / Carga normal: 54Kgf

160 150 140 130 120 110 ) a 100 P K ( 90 o 80 z r e 70 u f s 60 E 50 40 30 20 10 0 0 ,0

0 ,2

0 ,4

0 ,6

0 ,8

1 ,0

1 ,2

1 ,4

1 ,6

1 ,8

2 ,0

2 ,2

Deformación (mm)

2 ,4

2 ,6

2 ,8

3 ,0

3 ,2

3 ,4

3 ,6

3 ,8

4 ,0

4 ,2

302



Versión: 00


RE:05/03/02





Fecha:

Esfuerzo Corte v/s Esfuerzo Normal 160 140 ) a P K ( e t r o C o z r e u f s E

120 y = 0,8683x R2 = 0,9936

100 80 60 40 20 0 0

10

20

30

40

50

60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 Esfuerzo Normal (KPa)

Cohesión = 0 ; φ = 41 e s f u e r z o n o r m a l ( σ N)

esfuerzo corte (ζ)

0 5 2 ,07 1 02 ,5 1 1 53 ,7 6

0 5 1 ,23 8 4 ,11 1 34 ,7 4

16/06/2009

303

13.5 APLICACIÓN Respecto a los ángulos de fricción se determina que dentro de cada gama se asignan los valores menores si las partículas son redondeadas y si existe un contenido importante de arcilla blanda o mica, mientras que los valores más elevados corresponden a partículas duras, angulosas. Utilícense menores valores para presiones normales altas que para presiones moderadas (Universidad de Chile, “Apuntes Curso Mecánica de Suelos”, IDIEM, 1998). Tabla Nº31 - Resumen de datos d atos sobre ángulos de fricción para su utilización en anteproyectos ngulos de fricción Ángulo de talud natural

i (º)

Para la resistencia residual

Para la resistencia máxima Media

Compacta

Talud (vert. A hor.)

tg φcu

tg φ cv

(º)

(º)

φ (º)

tg φ

φ (º)

tg φ

Limo (no

26 a

1:2

26 a

0,488

28 a

0,532

30 a

0,577

plástico)

30

1:1,75

30

0,577

32

0,625

34

0,675

Arena uniforme fina a media

26 a

1:1,75

26 a

0,488

30 a

0,577

32 a

0,675

30

1:1,75

30

0,577

34

0,675

36

0,726

Arena bien graduada

30 a

1:1,75

30 a

0,577

34 a

0,675

38 a

0,839

34

1.1,50

34

0,675

40

0,839

46

1,030

arena y grava

32 a

1:1,60

32 a

0,625

36 a

0,726

40 a

0,900

36

1.1,40

36

0,726

42

0,900

48

1,110

“Manual de Ensayos de Laboratori L aboratorio de Mecánica Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009

304

12. CAPÍTULO XI : MÉTODO PARA DETERMINAR COMPRESIÓN TRIAXIAL DE UN SUELO NO COHESIVO CONSOLIDADO DRENADO


305

12.1 MÉTODO PARA DETERMINAR COMPRESIÓN TRIAXIAL DE UN SUELO NO COHESIVO DRENADO. 12.1.1 ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN Este método establece el procedimiento para determinar parámetros del suelo y la relación esfuerzo-deformación a través de la determinación del esfuerzo cortante. Es un ensayo complejo, pero la información que entrega es la más representativa del esfuerzo cortante que sufre una masa de suelo al ser cargada. Consiste en colocar una muestra cilíndrica de suelo dentro de una membrana de caucho o goma, que se introduce en una cámara especial y se le aplica una presión igual en todo sentido y dirección. Alcanzado ese estado de equilibrio, se aumenta la presión normal ó axial ( 1), sin modificar la presión lateral aplicada (3), hasta que se produzca la falla. 12.1.2. APARATOS 12.1.2.1 Máquina de compresión, compresión, Provista de un sistema de lectura de cargas y deformaciones de 0,01 mm. de precisión. 12.1.2.2 Cámara triaxial. triaxial. Equipo compuesto de un émbolo de carga (pistón), un tubo de cristal o cámara de presión y conexiones para producir en la muestra un vacío, presión, saturación o drenaje por medio de válvulas vá lvulas de paso pas o (ver Figura N°49). N°49).


306

Figura N° 49 - Sección típica equipo triaxial (según Bichop y bjerrum, 1960) 12.1.2.3 Membrana de caucho o goma. 12.1.2.4 Moldeador de muestra o expansor de membrana. 12.1.2.5 Bomba de vacío y fuente de presión. 12.1.2.6 Horno de secado Con circulación de aire y temperatura regulable capaz de mantenerse en 110º  5º C. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009

307

12.1.2.7 Herramientas y accesorios. Recipientes plásticos, cuchillo de moldeo, equipo compactador, placas base, piedras porosa, espátula, compactador de muestras y cronómetro. 12.1.3. MUESTRA DE ENSAYO 12.1.3.1 Tamaño de la muestra Las muestras deben tener un diámetro mínimo de 30 mm. y la partícula más grande que contiene la muestra de ensayo debe ser más pequeña que un décimo del diámetro de la muestra. Para muestras que tienen un diámetro de 72 mm. o mayor, el tamaño de partícula más grande debe ser más pequeño que un sexto del diámetro de la muestra. La relación alto diámetro debe ser de entre 2:2,5. Tomar un mínimo de tres medidas de altura (separados en 120°) y al menos tres medidas de diámetro en los cuartos de la altura. 12.1.3.2 Muestras reconstituidas Las muestras se deben preparar para predeterminar el contenido agua y la densidad que se solicita para el ensayo. Después de formar una muestra, recortar los extremos perpendiculares al eje longitudinal, sacar del molde y determinar la masa y las dimensiones de la muestra de ensayo. Nota: La experiencia indica que es difícil compactar, manejar y obtener resultados válidos con muestras que tienen un grado de saturación mayor que 90%. Para este ensayo también si es posible se puede utilizar una muestra inalterada.

“Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009

308

12.1.4. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 12.1.4.1 Acoplar la placa base inferior a la base de la cámara triaxial y montar la membrana de caucho, utilizando para sellar la unión, bandas de caucho o sellos de aro. Dentro de la membrana, se coloca la piedra porosa inferior y se instala el moldeador de muestra alrededor de la membrana. Si es posible, utilizar un expansor de membrana en vez del moldeador para hacer más fácil el proceso. Colocar la piedra porosa y la placa base superior, enrollando hacia esta última la parte de membrana que queda fuera del molde, sellándola de la misma forma que en la parte inferior. Con un pequeño nivel, se debe verificar que la placa base superior se encuentre totalmente horizontal. 12.1.4.2 Realizar las conexiones de las placas base a la base de la cámara triaxial y se aplica un vacío a la muestra. Se retira el molde o el expansor de membrana y se examina que la membrana de caucho no presente filtraciones, de lo contrario tendrá que prepararse una nueva muestra. Finalmente, se determinan 4 medidas de altura de la probeta, separadas aproximadamente cada 90º y lecturas de diámetro en la parte superior, media e inferior.

Figura N° 50 - Equipo triaxial. (Fuente: ELE Internacional Ltda., 1993) “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009

309

12.1.4.3 Aplicación de presiones. Se coloca el tubo de cristal sobre la base de la cámara triaxial, logrando un sello completamente hermético y se la lleva a la máquina de compresión, haciendo un ligero contacto entre la barra de carga de la máquina y el pistón de carga de la cámara. 12.1.4.4 Posteriormente, se aplica una presión de confinamiento ( 3) predeterminada, por medio de aire comprimido, abriendo luego la válvula de salida o drenaje para verificar que no exista presión de aire (que indicaría que existen filtraciones en la muestra por lo que se tendría que volver a iniciar). Ante el contacto entre el pistón de la cámara y la barra de carga de la máquina al aplicar

3

el lector de carga habrá registrado cierta medición, por lo que deberá

llevarse a cero. 12.1.4.5 Se ajusta el lector de deformación, se determina la velocidad de carga de la máquina (0,5 a 12,5 mm/min) y se prende ésta, tomando simultáneamente las lecturas de deformación, tiempo y carga, en las siguiente divisiones del lector de deformación: 5, 15, 25, 50 y de aquí en adelante cada 50 o 100 divisiones hasta que suceda uno de los siguientes casos: 

la carga aplicada disminuye,



la carga aplicada se mantiene constante por 4 lecturas o



la deformación sobrepasa el 20% de la deformación unitaria previamente calculada.

12.1.4.6 Luego que falle la muestra, apagar la máquina, soltar la presión del equipo y remover la muestra, para realizar 2 a 3 ensayos adicionales, con diferente presión (3).


310

Nota: El ensayo triaxial consolidado drenado mantiene la válvula de drenaje abierta durante todas las fases del ensaye. La presión axial deberá ser aplicada a una velocidad más baja que los otros casos, de modo de evitar que los resultados se vean afectados por la presión de poros. En caso de saturar la muestra para ensayarla se pueden aplicar tres pasos:  Paso N°1: hacer circular CO 2 desde la base de la muestra hasta la parte

superior permitiendo el drenaje al exterior. Este proceso puede aplicarse en suelos granulares entre 20 a 30 mim. y en suelos finos 60 min.  Paso N° 2: hacer circular agua des aireada bajo una carga hidráulica que

no produzca alteraciones en la muestra. El volumen de agua des aireada que se hace circular depende del tipo de suelo.  Paso N° 3: aplicar agua des aireada presión con el fin de saturar el suelo.

Este método se denomina contra presión de agua. En este procedimiento se debe tener una presión de cámara levemente mayor que la presión de agua inducida, es usual utilizar una diferencia de 0,3 Kgf/cm2 12.1.5. MEMORIA DE CÁLCÚLO 12.1.5.1 Expresión de resultados 12.1.5.1.1 Obtener densidad, humedad y grado de saturación de la muestra a ensayar. 12.1.5.1.2 Calcular la altura inicial ( H ) de la probeta, como la media aritmética de las lecturas realizadas.


311

12.1.5.1.3 Calcular el diámetro ( D ) de la probeta:

D 

(d i  2  d m  d s ) 4

(cm)

Donde: d i

: diámetro inferior [cm];

d m

: diámetro medio [cm];

d s

: diámetro superior [cm].

12.1.5.1.4 Calcular el área

 D  A       2 

( A) y

el volumen ( V ) de la probeta:

2

(cm 2 )

3

V  A  H ( cm )

12.1.5.1.5 Cálculo de la variación de volumen inicial: V  Lectura Bureta antes de consolidar  Lectura Bureta después de consolidar

12.1.5.1.6 Cálculo del volumen de la probeta después de consolidar: V 1  V  V

12.1.5.1.7 Cálculo de cambios de volúmenes de la bureta:  V bureta  Lectura Bureta después de consolidar  Lectura de Bureta

12.1.5.1.8 Cálculo de la variación de altura de la probeta:  H  Lectura Def . Vertical  0.001' '2.54 (cm) “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009

312

Nota: El número 0,001” dependerá de la precisión del instrumento. 12.1.5.1.9 Calcular la deformación unitaria ( ) para cada aplicación de carga, mediante la expresión:

 

 H H

 100

Donde:  H

: variación de altura de probeta [cm].

12.1.5.1.10 Calcular el área corregida ( AC ) para cada aplicación de carga, mediante la expresión:

AC 

(V 1  V )

 H 0   H 

2

(cm )

12.1.5.1.11 Calcular el esfuerzo desviador (c) para cada unidad de área, mediante la expresión:

 C 

P AC

2

( Kg / cm )

Donde: P

: carga aplicada [Kg].

Nota: según el equipo utilizado se debe calcular la constante del anillo del equipo; por ejemplo para el equipo utilizado en el Laboratorio de Mecánica de Suelos de la Universidad de La Serena sería: P  0,90  L   17,63 Kgf

Donde: L

: lectura anillo de carga. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009

313

12.1.5.2 Graficar la información 12.1.5.2.1 Graficar la deformación unitaria contra el esfuerzo desviador para cada presión de confinamiento. 12.1.5.2.2 Dibujar los círculos de Mohr para todos los ensayes sobre un mismo gráfico y trazar una tangente ó envolvente a estos. Obtener los parámetros



y

c

del suelo (ver Figura N°51), midiendo la pendiente de la tangente, que corresponderá al ángulo de fricción interna (  ) y la intercepción con la ordenada, que corresponderá a la cohesión ( c ).



 f  c    tg



Figura N°51 - Gráfico típico de ensaye ( Bowles J., 1982) 12.1.5.2.3 Calcular analíticamente los valores de



y c , mediante las siguientes

expresiones: sen 

 1   3   1   3 


314

 1   3  N   2  c  N 

 3   c  

N   tg    45  2



  2 

Donde:  3

: presión de confinamiento;

 c

: presión de cámara;



: presión de poros.

12.1.5.2.3 Diagrama S - T En la mayoría de los casos en los que se utiliza la representación puntual, los esfuerzos principales actúan sobre planos verticales y horizontales. En este caso: S 

 1   3  2

T 

 1   3  2

Este método permite representar un punto único de un círculo de Mohr: el punto más alto si S es positiva. Numéricamente, S equivale a la mitad del esfuerzo desviador. Conociendo los valores de S y T para un cierto estado de esfuerzos, se posee toda la información necesaria para dibujar los círculos de Mohr correspondiente. Sin embargo el empleo de un diagrama S – T no exime de utilizar el círculo de Mohr para determinar la magnitud de los esfuerzos principales a partir de un determinado estado de esfuerzos. Los diagramas S – T son también conocidos como diagramas p – q.


315

12.1.5.3 Informe El informe debe incluir lo siguiente: 







Para su cumplimiento, utilizar los Registro de Mecánica de Suelos – Fundaciones: RE:01/12/02, RE: 02/12/02, RE:03/12/02 y RE: 04/12/02.


316

12.2 DIAGRAMA DE FLUJO 12.2.1 Procedimiento del Ensayo de Compresión Triaxial en un Suelo No Cohesivo Drenado Elementos a utilizar Cámara Triaxial, maquina de compresión, membrana de goma, bomba de vacío

Cantidad de Material 1.500 gr. de suelo


317

12.3 REGISTRO Laboratorio de Mecánica de Suelos Fundaciones

Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C.

Versión: 00

Ensayo Nº12: Ensayo Compresión Triaxial RE:01/12/02 Consolidado Drenado



Fecha: Probeta Nº:


Muestra de ensaye Altura inicial (cm.) Diámetro inicial (cm.) Área inicial (cm2.) Volumen inicial (cm3.) Constante del anillo (Kg.) Humedad óptima (%) D.M.C.S. (gr/cm3) 95% D.M.C.S. (gr/cm3)

Peso seco (gr.) Contenido agua (c.c.) Peso total (gr.) Peso capa (gr.) 2 σ3 (Kgf/cm ) 2 σc (Kgf/cm ) µ (Kgf/cm2) Probeta Nº

, Determinación círculos de mohr Probeta Nº

2

µ (Kg/cm

)

2

σc (Kg/cm

)

2

σ3(Kgf/cm

)

2

Δσ máx. (Kgf/cm

)


2

σ1 (Kgf/cm

)

318



Versión: 00

Ensayo Nº 12: Ensayo Compresión Triaxial RE:02/12/02 Consolidado Drenado



Fecha: Probeta Nº:


Ensayo

Lectura del Lectura Def del dial Lectura ΔV dial deformímetro " ΔH" (cm) Bureta (cm3) (pulgadas) de carga 0 10 20 40 50 70 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200

Def. axial ξ

Área corregida "Ac" (cm2)

0,00 0,03 0,05 0,10 0,13 0,18 0,20 0,25 0,30 0,36 0,41 0,46 0,51 0,56 0,61 0,66 0,71 0,76 0,89 1,02 1,14 1,27 1,40 1,52 1,65 1,78 1,91 2,03 2,16 2,29 2,41 2,54 2,67 2,79 2,92 3,05


Carga Δσ axial "P" (Kg/cm2) (Kgf.)

319



Versión: 00

Ensayo Nº 12: Ensayo Compresión Triaxial Consolidado Drenado

RE:03/12/02




Fecha: Probeta Nº:

Gráfico D eformación Unitaria v/s Esfuerzo Desviador

) 2 m c / g K ( r o d a i v s e d o z r e u f s E

Deformación axial (%)


320




Validación E nsayo Triaxial 5,0 4,5 3 4,0 σ /

σ Δ

Versión: 00

3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5

Deformación axial ( %)


321 Laboratorio de Mecánica de Suelos Fundaciones


Versión: 00


Determinación círculos de mohr

Probeta

σ3

σ1

Δσ máx. 2

(Kgf/cm )

2

(Kgf/cm )

(Kgf/cm2)

Tf

Sf

Nº1 Nº2 Nº3 Diagrama S v/s T

) 2

T f= a + Sf * tg

m c / g K (

α

f

T

Sf (Kg/cm2)

Tf = (σ1 - σ3) / 2 tg α = Sf = (σ1 + σ3) / 2 α =

sen Φ = tg α Φ=

C = a / cos Φ C=


322

12.4 EJEMPLO



Versión: 00



Muestra: Arena Fina Procedencia: Laboratorio Muestra de ensayo Altura inicial (cm) Diámetro inicial (cm) Área inicial (cm 2) Volumen inicial (cm3) Constante del anillo (Kg.) Humedad óptima (%)

14,2 7,1 39,59 562,21 0,90*Lectura+17,63 12% 1,669 1,586

Peso seco (gr.) Contenido agua (c.c.) Peso total (gr.) Peso capa (gr.) σ3 (Kgf/cm3) 3 σc (Kgf/cm ) µ (Kgf/cm3)

D.M.C.S. (gr/cm3) 95% D.M.C.S. (gr/cm 3) , Determinación círculos de mohr Probeta Nº 0

2

µ (Kg/cm

2,2

)

Fecha: 05/01/2009 Probeta Nº: 1

Instructor: Germán Kong Ejecutor: Rocío Tapia

2

σc (Kg/cm

2,7

)

2

σ3(Kgf/cm

0,5

)

2

Δσ máx. (Kgf/cm

)

2,30


938 112,6 1.050,6 210,12 0,50 2,70 2,20

2

σ1 (Kgf/cm

2,80

)

323 Laboratorio de Mecánica de Suelos Versión: 00 Universidad de La Serena Fundaciones Facultad de Ingeniería Dpto. Ingeniería O.O.C.C. Ensayo Nº 12: Ensayo Compresión Triaxial RE:02/12/02 Consolidado Drenado Identificación de la Muestra

Muestra: Arena Fina Procedencia: Laboratorio



Ensayo

Lectura del Def. del Lectura Lectura 3 dial dial "ΔH" Deformímetro Bureta ΔV (cm ) (pulgadas) (cm) de carga

Def. axial (ξ%)

Área Carga corregida axial "P" Δσ 2 "Ac" (cm2) (Kgf.) (Kg/cm )

0 10 20 40 50 70 80 100 120

0,00 0,03 0,05 0,10 0,13 0,18 0,20 0,25 0,30

0 32 57 72 76 79 81 83 85

50,0 49,4 50,0 51,4 51,6 54,0 55,0 56,8 58,6

0,0 0,6 0,0 -1,4 -1,6 -4,0 -5,0 -6,8 -8,6

0,00 0,18 0,36 0,72 0,89 1,25 1,43 1,79 2,15

39,59 39,62 39,73 39,98 40,06 40,38 40,52 40,80 41,08

0,00 46,43 68,93 82,43 86,03 88,73 90,53 92,33 94,13

0,00 1,17 1,73 2,06 2,15 2,20 2,23 2,26 2,29

140

0,36

86

60,2

-10,2

2,50

41,35

95,03

2,30

160 180 200 220 240 260 280 300 350 400 450 500

0,41 0,46 0,51 0,56 0,61 0,66 0,71 0,76 0,89 1,02 1,14 1,27

86 86 86 86 86 86 86 86 86 86 86 86

62,0 63,6 65,2 66,8 68,2 69,8 70,4 70,6 70,8 71,0 71,2 71,4

-12,0 -13,6 -15,2 -16,8 -18,2 -19,8 -20,4 -20,6 -20,8 -21,0 -21,2 -21,4

2,86 3,22 3,58 3,94 4,29 4,65 5,01 5,37 6,26 7,15 8,05 8,94

41,63 41,90 42,17 42,45 42,71 42,99 43,19 43,37 43,80 44,24 44,68 45,14

95,03 95,03 95,03 95,03 95,03 95,03 95,03 95,03 95,03 95,03 95,03 95,03

2,28 2,27 2,25 2,24 2,23 2,21 2,20 2,19 2,17 2,15 2,13 2,11


324



Versión: 00


RE:03/12/02





Gráfico Deformación Unitaria v/s Esfuerzo Desviador

2,4 2,2 2,0 ) 2 m c / g K ( r o d a i v s e d o z r e u f s E

1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0 ,0

0,5

1, 0

1 ,5

2,0

2, 5

3,0

3,5

4 ,0

4 ,5

5,0

5 ,5

6 ,0

6,5

7, 0



7,5

8,0

8 ,5

9 ,0

325



Versión: 00






Muestra de ensayo

Altura inicial (cm) Diametro inicial (cm) Área inicial (cm2) Volumen inicial (cm3) Constante del anillo (Kg.) Humedad óptima (%) D.M.C.S. (gr/cm 3) 95% D.M.C.S. (gr/cm3) ,

14,2 7,1 39,59 562,21 0,90*Lectura+17,63 12% 1,669 1,586

Peso seco (gr.) Contenido agua (c.c.) Peso total (gr.) Peso capa (gr.) 3 σ3 (Kgf/cm ) σc (Kgf/cm3) µ (Kgf/cm3)

938 112,6 1.050,6 210,12 1,00 3,20 2,20

Determinación círculos de mohr

Probeta Nº 2

2

µ (Kg/cm

2,2

)

2

σc (Kg/cm

3,2

)

2

σ3(Kgf/cm

1

)

2

Δσ máx. (Kgf/cm

)

3,90


2

σ1 (Kgf/cm

4,90

)

326



Versión: 00

Ensayo Nº 12: Ensayo Compresión Triaxial Re:02/12/02 Consolidado Drenado





Ensayo

Lectura del Lectura Def. Def. del dial Lectura 3 dial Deformímetro axial Bureta ΔV (cm ) "ΔH" (cm) (pulgadas) de carga (ξ %)

Área Carga corregida axial "P" Δσ 2 (Kg/cm ) "Ac" (cm2) (Kgf.)

0 20 40 60 80 100 120

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

0 95 123 138 145 152 157

48,0 47,8 49,0 51,0 52,2 53,6 55,4

0,0 0,2 -1,0 -3,0 -4,2 -5,6 -7,4

0,00 0,36 0,72 1,07 1,43 1,79 2,15

39,59 39,72 39,95 40,24 40,47 40,71 40,99

0,00 103,13 128,33 141,83 148,13 154,43 158,93

0,00 2,60 3,21 3,53 3,66 3,79 3,88

140

0,36

159

57,0

-9,0

2,50

41,26

160,73

3,90

160 180 200 220 240 260 280 300 350 400 450 500

0,41 0,46 0,51 0,56 0,61 0,66 0,71 0,76 0,89 1,02 1,14 1,27

160 160 160 160 160 160 159 159 159 159 159 159

58,6 60,2 62,0 63,1 64,6 65,4 65,6 65,6 65,8 65,8 65,9 66,0

-10,6 -12,2 -14,0 -15,1 -16,6 -17,4 -17,6 -17,6 -17,8 -17,8 -17,9 -18,0

2,86 3,22 3,58 3,94 4,29 4,65 5,01 5,37 6,26 7,15 8,05 8,94

41,53 41,80 42,08 42,32 42,59 42,81 42,98 43,15 43,57 43,99 44,43 44,87

161,63 161,63 161,63 161,63 161,63 161,63 160,73 160,73 160,73 160,73 160,73 160,73

3,89 3,87 3,84 3,82 3,80 3,78 3,74 3,73 3,69 3,65 3,62 3,58


327



Versión: 00


RE:03/12/02





Gráfico Deformación Unitaria v/s Esfuerz o Desviador

3,9 3,6 3,3 ) 2

m c / g K ( r o d a i v s e d o z r e u f s E

3,0 2,7 2,4 2,1 1,8 1,5 1,2 0,9 0,6 0,3 0,0 0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5



7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

328




Versión: 00


RE:01/12/02

Identificación de la Muestra Instructor: Germán Kong Ejecutor: Rocío Tapia

Muestra de ensayo Altura inicial (cm.) 14,2 Diámetro inicial (cm.) 7,1 39,59 Área inicial (cm2) 3 562,21 Volumen inicial (cm ) Constante del anillo (Kg.) 0,90*Lectura+17,63 Humedad óptima (%) 12% 1,669 D.M.C.S. (gr/cm3) 1,586 95% D.M.C.S. (gr/cm3) , Determinación círculos de mohr


Peso seco (gr.) Contenido agua (c.c.) Peso total (gr.) Peso capa (gr.) σ3 (Kgf/cm3) σc (Kgf/cm3) µ (Kgf/cm3)

938 112,6 1.050,6 210,12 1,48 3,70 2,22

Probeta Nº

µ (Kg/cm 2)

σc (Kg/cm2)

σ3(Kgf/cm 2)

Δσ máx. (Kgf/cm 2)

σ1 (Kgf/cm2)

3

2,22

3,7

1,48

6,23

7,71


329




Versión: 00



Ensayo Lectura del Lectura Def. del dial Lectura ΔV dial Deformímetro "ΔH" (cm) Bureta (cm3) (pulgadas) de carga 0 0,00 0 46,6 0,0 20 0,05 125 46,0 0,6 40 0,10 193 46,2 0,4 60 0,15 225 47,6 -1,0 80 0,20 241 49,0 -2,4 100 0,25 253 50,8 -4,2 120 0,30 259 52,0 -5,4 140 0,36 263 53,2 -6,6 160 0,41 266 55,0 -8,4 180 0,46 268 56,4 -9,8 200 0,51 270 56,8 -10,2 220 0,56 270 58,6 -12,0 240 0,61 270 59,4 -12,8 260 0,66 270 62,0 -15,4 280 0,71 270 63,1 -16,5 300 0,76 270 65,0 -18,4 350 0,89 270 67,2 -20,6 400 1,02 253 68,6 -22,0 450 1,14 222 69,0 -22,4 500 1,27 222 69,1 -22,5

Def. axial (ξ%)

0,00 0,36 0,72 1,07 1,43 1,79 2,15 2,50 2,86 3,22 3,58 3,94 4,29 4,65 5,01 5,37 6,26 7,15 8,05 8,94


Área Carga Δσ corregida axial "P" 2 (Kgf.) (Kg/cm ) "Ac" (cm2) 39,59 0,00 0,00 39,69 130,13 3,28 39,85 191,33 4,80 40,09 220,13 5,49 40,34 234,53 5,81 40,61 245,33 6,04 40,85 250,73 6,14 41,09 254,33 6,19 41,37 257,03 6,21 41,62 258,83 6,22 41,81 260,63 6,23 42,09 260,63 6,19 42,31 260,63 6,16 42,66 260,63 6,11 42,90 260,63 6,07 43,21 260,63 6,03 43,78 260,63 5,95 44,31 245,33 5,54 44,77 217,43 4,86 45,22 217,43 4,81


330



Versión: 00


RE:03/12/02




Gráfico Deformación Unitaria v/s Esfuerzo Desviador

6,5 6,0 5,5 ) 2

m c / g K ( r o d a i v s e d o z r e u f s E

5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0



7,0

8,0

9,0

331



Versión: 00


RE:04/12/02

Ensayo Tr iaxial 7,0 6,5 ) 6,0

2

m5,5 c / g 5,0 K ( 4,5 r o d 4,0 a i v 3,5 s e 3,0 d o 2,5 z r 2,0 e u f s 1,5 E 1,0

probeta Nº1 Probeta Nº2 Probeta Nº3

0,5 0,0 0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5



8,0

8,5

9,0

9,5

332



Versión: 00


RE:04/12/02

Validación Ensayo Triaxial 5,0 4,5 3 4,0 σ / σ Δ 3,5

3,0 P3

2,5

P2

2,0

P1

1,5 1,0 0,5 0,0 0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

Deformación axial ( %)


8,5

9,0

9,5

333


Laboratorio de Mecánica de Suelos - Fundaciones Versión: 00 Ensayo Nº 12: Ensayo Compresión Triaxial Consolidado Drenado

RE:05/12/02

Determinación circulos de mohr σ3

Probeta

(Kgf/cm ) 0,50 1,00 1,48

Nº1 Nº2 Nº3

σ1

Δσ máx. 2

2

(Kgf/cm ) 2,30 3,90 6,23

(Kgf/cm2) 2,80 4,90 7,71

Tf

Sf

1,15 1,95 3,12

1,65 2,95 4,60

Diagrama P v/s Q 3,5

y = 0,675x

3,0 2,5 ) 2,0 m c / g K ( f 1,5 T

Qff==aa++SPf *f *tg α T

2

1,0 0,5 0,0 0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5 Sf

Tf = (σ1 - σ3) / 2 Sf = (σ1 + σ3) / 2

tg α = 0,675 α = 34°

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

(Kg/cm 2)

sen Φ = tg α Φ = 42,5°

C = a / cos Φ C= 0


334

12.5 APLICACIÓN Con la siguiente tabla podemos obtener el ángulo de fricción interna de una arena fina a media al tener la relación de vacíos o la porosidad de este suelo. (IDIEM Universidad de Chile, Mecánica de Suelos, 1998). Tabla Nº32.- Relación entre el ángulo de fricción y la porosidad inicial en arena fina a media (según Rowe, 1962)


335

Kullhawy y Mayne (1990) aproximaron las relaciones entre el ángulo de fricción triaxial drenado obtenidos de los ensayos de compresión triaxial drenada con el ángulo de fricción obtenido a partir de otros tipos de pruebas para la cohesión y suelos menos cohesionados. Sus conclusiones se resumen en el siguiente cuadro: Tabla N°33 - Valores relativos de ángulo de fricción drenado Ángulo de fricción drenado Tipo de ensayo

suelos no cohesivos

suelo cohesivo

Compresión triaxial

1,0   tc

1,0   tc

Extención triaxial

1,12   tc

1,22   tc

1,12   tc

1,10   tc

1,25   tc

1,34   tc

Plano de falla compresión

de

Plano de extención

de

Corte directo

falla

tan

1

tan(1.12   tc )  cos  cv 

tan

1

tan(1.11  tc )  cos  ult 


336

15. Conclusión El estudio preliminar de la presente memoria fue una base de información presentada a lo largo de una carrera profesional por lo cual estamos convencidas de lo que realizamos es de acuerdo a las herramientas que nos brindo la Escuela de Ingeniería en Construcción del Departamento de Obras Civiles de la Universidad de La serena. Aunque son bien conocidas las bondades de que existan unos procedimientos claros dentro del laboratorio, conocidos por los alumnos, también es muy común conocer otros laboratorios que no los tienen o si los tienen no le prestan la importancia que le merece y peor aún, no alcanzan a reconocer que muchos de los problemas en los resultados obtenidos, tienen origen en la falta de la implementación de estos procedimientos, o una mala implementación de los existentes. Es por ello que con este Manual generamos un aporte al mejoramiento del proceso de enseñanza - aprendizaje, con el fin de tener una mejor visión de la aplicación de los ensayos en los problemas de geotecnia. En lo que respecta al material audiovisual, este debe basarse en un régimen de clases de laboratorio que se enfoque en el proceso enseñanza-aprendizaje, y no en los videos propiamente tal. Es una necesidad inaudible él aprender a usar los recursos tecnológicos disponibles con actividades que apoyen al mejoramiento de los alumnos como del profesor en cuanto a la educación. Por lo tanto para evitar las adversas consecuencias de la tan mencionada "Brecha Digital" con este material hemos logrado aplicar una nueva estrategia de enseñanza y autoaprendizaje que permita originar el uso efectivo y eficiente de las nuevas tecnologías (videos de ensayos). Permitiendo así hacer uso masivo de la plataforma virtual que ofrece el Departamento de O.O.C.C., fundamental para las buenas relaciones entre profesor y alumno, donde pueden acceder a programas de estudio, horarios de clase, fechas de pruebas y material de estudio como el presente Manual, convirtiendo el modelo educativo de tradicional a innovador. “Manual de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos” Rocío Tapia y Angela Vega 2009

337

Con la presente memoria pretendemos crear conciencia colectiva en cuanto al cuidado y conversación de materiales y equipos del Laboratorio de Mecánica de Suelos – Fundaciones, minimizando los riesgos y a la vez maximizando su duración. Por otra parte, estimamos que es pertinente destacar el trabajo realizado en el laboratorio ya que pudimos observar y detectar aquellas falencias en cuanto a la innovación de instrumentos básicos para realizar los ensayos, los que son necesarios para lograr resultados aceptables y reales en cuanto a los respectivos procedimientos de ensayo. Esta memoria fue un trabajo realizado en aproximadamente un año, que en un principio se estimaba en un semestre, pero debido a la envergadura de esta requirió más tiempo. En un comienzo nuestra idea fue registrar el desarrollo de todos los ensayos que se hacen en el laboratorio de Mecánica de Suelos pero por falta de mantenimiento del equipo no pudimos filmar el ensayo de Compresión Triaxial, a pesar de esto igual desarrollamos un apoyo para los alumnos referente a este ensayo. Al hacer esta memoria hemos hecho un importante trabajo con mucha información y aspectos importantes de los ensayos de Mecánica de Suelos que cumplen la finalidad de ayuda y soporte para los alumnos. Pero como un Manual nunca esta terminado hay cosas en las que este podría aún ser mejor; por ejemplo, indicar un nomenclatura que permite identificar claramente cada muestra y poder generar un registro (base de datos) que sea de ayuda, para que cuando se realice otra vez un ensayo se puedan comparar los resultados (existencia de parámetros de un mismo tipo de suelo).


338

16. Referencias 15.1. INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN; “Áridos para morteros y hormigones –Tamizado y determinación de la granulometría ”, INN, NCh.165. Of77. 15.2. INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN; “Mecánica de suelos – Límites de consistencia –Parte 1: Determinación del límite plástico”, INN, NCh1517/1 Of79 15.3. INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN; “Mecánica de suelos – Limites de consistencia –Parte 2: Determinación del límite plástico”, INN, NCh1517/2 Of79 15.4. INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN; “Mecánica de suelos – Determinación de la densidad de partículas solidas”, INN, NCh1532 Of80 15.5. INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN; “Mecánica de suelos – Determinación de las densidades máxima y mínima y cálculo de la densidad relativa en suelos no cohesivos” , INN, NCh1726 Of80 15.6. INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN; “Mecánica de suelos – Relaciones humedad / densidad – Parte 2: Método de compactación con pisón de 4,5 kg y 460 mm de caída”, , INN, NCh1534/2 Of79 15.7. INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN; “Mecánica de suelos – Determinación de la densidad en el terreno – Método del cono de arena”, , INN, NCh1516 Of79


339

15.8. INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN; “Mecánica de suelos – Determinación de la razón de soporte de los suelos compactados en laboratorio”, , INN, NCh1852 Of81 15.9. INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN; “Mecánica de suelos – Metidos de ensayo – Determinación de parámetros de consolidación unidimensional de suelos usando carga incremental”, INN, NCh3129. c2007 15.10. INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN; “Mecánica de suelos – Método de ensayo – Determinación de la resistencia a la compresión no confinada de suelos cohesivos”, INN, NCh3134. c2007 15.11. INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN; “Mecánica de suelos – Método de ensayo – Determinación de la resistencia a la compresión no confinada de suelos cohesivos”, INN, NCh3134. c2007 15.12. INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN; “Mecánica de suelos – Método de ensayo – Corte directo de suelos bajo condición consolidada drenada”, INN, NCh3085. 2007 15.13. American Section of the International Association for Testing Materials, “Standard Practce for Description and identification of soils”, ASTM D2488-69 15.14. MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS, DIRECCION DE VIALIDAD; “Manual de Carreteras - Volumen 8: Especificaciones y Métodos de Muestreo, Ensaye y Control” diciembre 2003 15.15. MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS, DIRECCION DE VIALIDAD; “Manual de Carreteras – Volumen 5: Especificaciones técnicas generales de construcción , diciembre 2003”


NORMAS_DE_MECANICA_DE_SUELOS_PARTE_IV

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