Establecer el efecto causado en la resistencia al corte no drenado, por la variación de las dimensiones de las probetas en el ensayo de compresión inconfinada

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(1)ESTABLECER EL EFECTO CAUSADO EN LA RESISTENCIA AL CORTE NO DRENADO, POR LA VARIACIÓN DE LAS DIMENSIONES DE LAS PROBETAS EN EL ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA.. VÍCTOR ALFONSO ARÉVALO CALDERÓN WILLIAM EDUARDO TRIANA USECHE. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANSISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD TECNOLOGICA INGENIERIA CIVIL BOGOTÁ 2015.

(2) ESTABLECER EL EFECTO CAUSADO EN LA RESISTENCIA AL CORTE NO DRENADO, POR LA VARIACIÓN DE LAS DIMENSIONES DE LAS PROBETAS EN EL ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA. VÍCTOR ALFONSO ARÉVALO CALDERÓN WILLIAM EDUARDO TRIANA USECHE. Proyecto de grado presentado como prerrequisito para obtener el título de Ingeniero Civil Director Ing. HERNANDO VILLOTA. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANSISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD TECNOLOGICA INGENIERIA CIVIL BOGOTÁ 2015.

(3) Nota de aceptación: ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________. ____________________________ Firma del presidente del jurado. __________________________ Firma del jurado. ____________________________ Firma del jurado. Bogotá Mayo de 2015.

(4) Vasados en el conocimiento adquirido en esta etapa de aprendizaje en la cual siempre ha existido un apoyo incondicional de parte de la universidad Francisco José de Caldas, a nuestros padres por darnos el apoyo necesario para realizar nuestras metas, siendo pieza clave en nuestro desarrollo como personas que pueden dar su aporte a una sociedad en crecimiento. Todo este trabajo ha sido posible gracias a ellos..

(5) AGRADECIMIENTOS Nos gustaría que esta investigación sirviera para expresar nuestros más profundos y sinceros agradecimientos a todas aquellas personas que con su ayuda han colaborado en la realización del presente trabajo..

(6) CONTENIDO. GLOSARIO.................................................................................................................... 11 RESUMEN .................................................................................................................... 13 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 14 1. DEFINICION DEL PROBLEMA ................................................................................. 15. 2. JUSTIFICACIÓN...................................................................................................... 15. 3. OBJETIVOS............................................................................................................ 17. 4. 3.1. OBJETIVO GENERAL ................................................................................................. 17. 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................... 17. MARCO DE REFERENCIA ........................................................................................ 18 4.1 4.1.1. MARCO CONCEPTUAL .............................................................................................. 31 DEFINICIONES ............................................................................................................................ 31. 4.2. MARCO LEGAL ......................................................................................................... 39. 4.3. DISEÑO METODOLÓGICO ......................................................................................... 40. 4.3.1 GENERAL .................................................................................................................................... 40 4.3.2 ESPECIFICO ................................................................................................................................. 40 4.3.2.1 PRIMERA ETAPA: Elaboración de tubería de pared delgada ............................................ 40 4.3.2.2 SEGUNDA ETAPA: Obtención de muestras, ejecución de ensayos y análisis de los resultados de laboratorio, con base en la variación de las dimensiones de la probetas. ................... 43 4.3.2.2.1 Ubicación y preparación del terreno para extracción de muestras: ............................ 43 4.3.2.2.2 Preparación de muestras y ensayos de laboratorio: .................................................... 47 4.3.2.2.3 Resultados de los ensayos realizados en el laboratorio: .............................................. 50 4.3.2.2.4 Análisis de resultados: .................................................................................................. 68. 5. RESULTADO E IMPACTO QUE SE ESPERA ............................................................... 72. CONCLUSIONES ............................................................................................................ 73 RECOMENDACIONES .................................................................................................... 74 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................. 75.

(7) LISTA DE ILUSTRACIONES. Ilustración 1 Arreglo de prueba basados en PC para determinar curvas tensión - deformación completa durante pruebas de resistencia a la compresión no confinadas. ...................................................................... 20 Ilustración 2. Prueba no confinado compresiva – muestra de núcleo con falla bajo compresión no confinada. Términos y abreviaturas. ................................................................................................................................... 21 Ilustración 3. Prueba de resistencia a la compresión no confinado – curva esfuerzo - deformación completa y determinar el módulo de elasticidad (Young´s módulo E) y el trabajo específico de la destrucción W (energía de tensión). ........................................................................................................................................................ 21 Ilustración 4 . Resistencia a la compresión no confinada de las muestras de piedra caliza en correlación con el diámetro del núcleo........................................................................................................................................... 24 Ilustración 5 . Resistencia a la compresión no confinada de las muestras de granito en correlación con el diámetro del núcleo........................................................................................................................................... 24 Ilustración 6 . Trabajo de destrucción de las muestras de piedra caliza en correlación con el diámetro del núcleo. ............................................................................................................................................................... 25 Ilustración 7 . Módulo de elasticidad de las muestras de piedra caliza en correlación con el diámetro del núcleo. ............................................................................................................................................................... 25 Ilustración 8. Resistencia a tracción indirecta de las muestras de piedra caliza en correlación con el diámetro del núcleo. ......................................................................................................................................................... 26 Ilustración 9. Forma de las curvas de corrección para la resistencia a la compresión no confinada UCS, destrucción trabajo W y módulo de elasticidad E. ............................................................................................ 27 Ilustración 10. Explicación conceptual para la relación entre el efecto y la tensión medida de forma. ............ 28 Ilustración 11. Recomendación para la medición de la tensión a lo largo de aproximadamente 2/3 de la longitud del espécimen durante la prueba de compresión no confinada ......................................................... 29 Ilustración 12 . Relación entre el tamaño de UCS y ejemplar trazado como valores adimensionales (después de Hoek y Brown 1980). .................................................................................................................................... 30 Ilustración 13 . Relación entre la UCS y ejemplar (núcleo) tamaño trazados como valores adimensionales (después de Hawkins 1998). .............................................................................................................................. 30 Ilustración 14. Tuberia shelby utilizada para la extracion de muestras con diametros de ½”, 2”, 2 ½”, 3” y 4” ........................................................................................................................................................................... 43 Ilustración 15. Direccion de el terreno de extraccion de muestras .................................................................... 44 Ilustración 16 . Perfil del terreno de extracion de muestras .............................................................................. 44 Ilustración 17 . Vista en planta del terreno utilizado para la extracion de muestras. ....................................... 45. 7.

(8) Ilustración 18. Alistado de terreno para toma de muestras. ............................................................................. 45 Ilustración 19. Extraccion de muestras con tuberia shelby con diferente diametro. ......................................... 46 Ilustración 20. Identificacion de muestras y preparacion para trasporte. ........................................................ 46 Ilustración 21 . Almacenamiento para evitar perdida de humedad y trasporte de muestras. .......................... 47 Ilustración 22 . Tallado de muestras. ................................................................................................................ 47 Ilustración 23 . Preparacion de muestras para ensayo de compresion inconfinada. ........................................ 48 Ilustración 24 . Caracterizacion de muestras identificando su altura promedio, diametro promedio y peso. .. 48 Ilustración 25 . Falla de muestras en la maquina de ensayo de compresion inconfinada. ............................... 49 Ilustración 26 . Toma de pesos para determinar la humedad de las muestras. ................................................ 50 Ilustración 27. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 1.5” ................................................................ 53 Ilustración 28. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 2” ................................................................... 54 Ilustración 29. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 2.5” ................................................................ 55 Ilustración 30. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 3” ................................................................... 56 Ilustración 31. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 4” ................................................................... 57 Ilustración 32. Relación entre el esfuerzo máximo vs la variación del diámetro. .............................................. 71. 8.

(9) LISTA DE TABLAS Tabla 1 (astm D 1587) tubos en muestras de uso geotécnico, muestra de tubos acero pared delgada conveniente ....................................................................................................................................................... 41 Tabla 2 tolerancias dimensionales para tubos de pared delgada ..................................................................... 41 Tabla 3 interpolacion de datos para determinar el diametro y espesor de tuberia de pared delgada utilizados en la toma de muestras. ....................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. Tabla 4. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 1.5” de diámetro. ................. 52 Tabla 5. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 2” de diámetro. .................... 53 Tabla 6. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 2.5” de diámetro. ................. 54 Tabla 7. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 3” de diámetro. .................... 55 Tabla 8. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 4” de diámetro. .................... 56 Tabla 9. Relación de esfuerzo máximo y plano de falla de muestras diámetros 1.5 y 2”.................................. 68 Tabla 10. Relación de esfuerzo máximo y plano de falla de muestras diámetros 2.5, 3 y 4” ............................ 69 Tabla 11. Relación de valores obtenidos de los ensayos y análisis estadístico con respecto a la variación de los diámetros. ......................................................................................................................................................... 70. 9.

(10) LISTA DE ANEXOS Anexo 1. Tabla índice de Dixon Anexo 2. Tabla índice de Grubbs Anexo 3. Formato límites de Atterberg Anexo 4. Ensayos muestras compresión inconfinada Anexo 5. Datos software del ensayo compresión inconfinada. 10.

(11) GLOSARIO. Dentro de esta investigación se encuentran algunas palabras las cuales se definen a continuación. Arcilla: las arcillas son principalmente partículas submicroscopicas en forma de escamas de mica, minerales arcillosos y otros minerales, las arcillas se definen como partículas menores a 0.002mm. En algunos casos, las partículas de tamaño entre 0.002 y 0.005mm también son denominadas arcillas. Las partículas se clasifican como arcilla con base en su tamaño y no contienen necesariamente minerales arcillosos. Las arcillas se definen como aquellas partículas “que desarrollan plasticidad cuando se mezclan con una cantidad limitada de agua” (Grim, 1953)1. Humedad: relación entre el peso del agua intersticial y el peso de los granos sólidos, para un volumen unitario. Su valor se expresa en porcentaje y puede alcanzar valores mayores del 100%2 Índice de plasticidad: intervalo de contenidos de agua entre el Límite Líquido y el Límite Plástico cuando el suelo se comporta como un material plástico. Límite de contracción o retracción: al irse desecando una muestra de suelo se va comprimiendo, reduciéndose su volumen por la acción de las fuerzas capilares que van aumentando al disminuir la dimensión de los poros y expulsar agua 3 Límite líquido: contenido de agua por encima del cual el suelo se comporta como un líquido viscoso. Límite plástico: contenido de agua por debajo del cual el suelo no se comporta ya como un material plástico4. 1 Das, B. M. (2001). Fundamentos de ingeniería geotécnica. california state university, sacramento: Thomson learning p 3. 2 IGLESIAS, Celso. Mecánica del suelo. 1 ed. Madrid: Editorial Síntesis, 2006. p 133. 3 JIMENEZ SALAS, J. A. Geotecnia y Cimientos I (propiedades de los suelos y de las rocas). 2 ed. España: Editorial Rueda, 1975. p 81. 4 BOWLES, Joseph E. Propiedades geofísicas de los suelos. 1 ed. Colombia: Editorial McGraw-Hill, 1982. p 36. (JIMENEZ SALAS, 1975). 11.

(12) Resistencia Cortante del Suelo: La resistencia cortante de una masa de suelo es la resistencia interna por área unitaria que la masa del suelo ofrece para resistir la falla y el desplazamiento a lo largo de cualquier plano dentro de él. Cohesión: Se define como la atracción relativa entre partículas similares. La que da tenacidad y dureza a un suelo haciéndolo resistente a su separación 5. Consistencia: La consistencia del suelo es la firmeza con que se unen los materiales que lo componen o la resistencia de los suelos a la deformación y la ruptura. La consistencia del suelo se mide por muestras de suelo mojado, húmedo y seco. En los suelos mojados, se expresa como adhesividad y plasticidad. La consistencia del suelo puede estimarse en el campo mediante ensayos sencillos, o medirse con mayor exactitud en el laboratorio6. Compresión Simple: El ensayo de compresión simple o no confinada es un ensayo relativamente sencillo que nos permite medir la carga última a la que un suelo sometido a una carga de compresión falla7.. 5 Mazinger Mazinger.sisib.uchile.cl [En línea]. - 12 de 05 de 2015. http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/lb/ciencias_agronomicas/villar04/parte02/02.html. 6 fao.org ftp.fao.org [En línea]. - 24 de 05 de 2015. - ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_training/FAO_training/general/x6706s/x6706s08.htm. 7. unitec.wordpress. mecanicadesuelos1unitec.wordpress.com. [En. https://mecanicadesuelos1unitec.wordpress.com/ensayo-compresion-simple/. 12. línea].. -. 23. de. 05. de. 2015.. -.

(13) RESUMEN. En esta investigación se realiza el estudio de la posible incidencia que presentan las variaciones en las dimensiones (diámetro y altura) de las probetas usadas en el ensayo de compresión inconfinada en suelos cohesivos, realizando un análisis de este posible efecto, estableciendo una correlación entre los valores obtenidos de esfuerzo, contra los diámetros utilizados en el ensayo y de esta forma realizar una comparación con los parámetros establecidos en la norma (NTC-1527 – Suelos. Método de ensayo para determinar la resistencia a la compresión inconfinada de suelos cohesivos)8. Para realizar este estudio, se determinan mediante el ensayo de laboratorio los diferentes factores que determinan el cálculo de los esfuerzos máximos como lo son la humedad, el plano y tipo de falla de las muestras, la deformación unitaria y su área corregida. Para llevar acabo este proyecto se realizaron estudios estadisticos, para determinar la confiablidad de los datos obtenidos en los ensayos de compresion inconfinada, los cuales se establecen utilizando las tablas de valores atipicos de los indices de Dixon y Grubs, de esta forma establecer la correlacion entre los esfuerzos obtenidos para cada diametro.. 8 Icontec NTC-1527 – Suelos. Método de ensayo para determinar la resistencia a la compresión inconfinada de suelos cohesivos [Informe]. 2000. 13.

(14) INTRODUCCIÓN. Esta monografía expone la importancia que tiene el estudio del fenómeno “efecto escala” que se origina en los suelos cohesivos debido a la variación de las dimensiones en las probetas del ensayo de compresión inconfinada no drenado, y las repercusiones que este fenómeno puede originar en la resistencia al corte. Igualmente plantea mediante el desarrollo de dos etapas el proceso para el estudio del fenómeno “efecto escala” y su consecuencia en la resistencia al corte. La primera etapa expone el proceso para la concepción de la tubería a utilizar de acuerdo con la norma (ASTM D 1587 Tubos en muestras de uso geotécnico, muestra de tubos de acero de pared delgada). Para extraer las muestras requeridas que permitan la ejecución de los ensayos de compresión inconfinada. En la segunda etapa se realiza la obtención de las muestras, se elaboran los ensayos requeridos de acuerdo a la norma (NTC-1527 – Suelos. Método de ensayo para determinar la resistencia a la compresión inconfinada de suelos cohesivos) con relación al número de muestras extraídas y se realiza el análisis de los datos obtenidos a través del ensayo de compresión inconfinada.. 14.

(15) 1. DEFINICION DEL PROBLEMA. El ensayo de compresión inconfinada se caracteriza por la sencillez de su método y su bajo costo, esto debido al equipo que utiliza y su forma de extracción no necesita de herramientas especializadas, por este motivo es uno de los más usados. Este ensayo se puede denominar como impreciso por que no reproduce claramente las condiciones del terreno, puesto que se obtiene un resultado más conservador ya que no se tiene en cuenta la presión lateral del suelo con lo cual se puede obtener un valor aproximado y no exacto, pero esta imprecisión puede ser debida de igual forma a las dimensiones (diámetro y altura) utilizadas en la realización de este ensayo, pero en la actualidad no se han determinado parámetros que nos permitan tener una correlación entre el esfuerzo obtenido de cada probeta y el diámetro con el cual se elabora la muestra.. 2. JUSTIFICACIÓN. La presente investigación tiene como tema principal el estudio del ensayo de compresión inconfinada y las repercusiones que tiene en la resistencia al corte de los suelos cohesivos, de acuerdo a la variación de las dimensiones (diámetro y altura) en las probetas del ensayo. Factores que pueden influir de manera directa en el dimensionamiento de las estructuras de cimentación. Estas variaciones en la resistencia pueden generar sobrecostos en las estructuras de cimentaciones. Es por esto que el análisis del fenómeno “efecto escala” nos permite tener un conocimiento más detallado de las características que posee el suelo.. 15.

(16) Por lo tanto, con el desarrollo de esta propuesta se pretende evaluar los datos que se obtengan de cada ensayo, identificando los factores que afectan la resistencia al corte en los suelos cohesivos, buscando así correlaciones o factores de corrección, que permitan comprender el comportamiento del el “efecto escala” en las muestras del ensayo de compresión inconfinada.. 16.

(17) 3 3.1. OBJETIVOS. OBJETIVO GENERAL. Determinar la incidencia en la resistencia al corte no drenada medida a través del ensayo de compresión inconfinada en los suelos cohesivos, producida por la variación de las dimensiones en las muestras del ensayo.. 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. . Identificar las características de la arcilla, utilizando los ensayos de límites de Atterberg, determinando el comportamiento de este suelo y realizar la clasificación por el sistema AASHTO y USCS.. . Determinar los esfuerzos máximos de cada muestra mediante el ensayo de compresión inconfinada, y comparar los resultados de acuerdo a cada variación del diámetro (1 ½ “, 2”, 2 ½”, 3” y 4”), y de esta forma identificar si hay relación del esfuerzo contra el aumento o disminución del diámetro.. . Realizar un análisis estadístico, el cual determine si los datos obtenidos de los ensayos, se encuentren en un porcentaje alto de confiabilidad para ser tenidos en el desarrollo del proyecto.. . Realizar una ecuación de correlación que permita identificar la incidencia que tiene la variación de las dimensiones (diámetro y altura) en las probetas, con la perdida de resistencia.. . Determinar la incidencia que tienen la forma y tipo de falla en la resistencia al corte de las muestras en el ensayo de compresión inconfinada. 17.

(18) 4. MARCO DE REFERENCIA. Efecto escala en propiedades de resistencia de la roca. Al Realizar un programa de pruebas para evaluar el impacto de la forma y el tamaño de las propiedades comunes de roca, fueron encontrados algunos resultados sorprendentes. En primer lugar, el efecto de forma tuvo el mayor impacto en las propiedades de resistencia de roca. En la gama típica de la relación longitud/diámetro varía de 1 a 3, la influencia en la obra de destrucción, módulo de elasticidad y resistencia a la tracción es bastante significativa. En comparación, el efecto sobre la resistencia a la compresión no confinada es mucho menor10. Dependiendo de la técnica de medición utilizada para el desplazamiento longitudinal a lo largo de la muestra del núcleo, el módulo de elasticidad aumenta y disminuye el trabajo de destrucción en el centro sobre la longitud del núcleo. El tamaño a menudo se ha considerado tener una influencia controladora sobre la fuerza, en contraste con la forma, sólo tuvo un efecto marginal dentro de la gama del diámetro probado desde 50 a 110 mm. En geología ingeniería y mecánica de rocas, el confinado sin resistencia a la compresión y la prueba brasileña se consideran los métodos de propagación más amplia para obtener propiedades de resistencia de la roca. Bien conocido es el efecto escala relativo a la resistencia a la compresión no confinada, pero poca información ha sido publicada desde la década de 1980 (con la excepción de Hoek & Brown)11 e incluso menos cuando considerando otras propiedades importantes de roca.. 10 symposium, I. R. (2001). Rock mechanics a challenge for society . Espoo, Finland: Särkkä & Eloranta (eds.). 11 Hoek, E. &. (1980). Underground excavations in rock. Inst. Min. Metall. London: Chapman & Hall. 18.

(19) Desde modernos dispositivos de prueba que hoy permiten un sofisticado servocontrolador de tensión y llevado para obtener todos los datos de monitoreo, un enfoque de vanguardia sería favorable. Ahora, los resultados de los métodos clásicos de prueba pueden ser actualizados así como la determinación de las propiedades. Fuertes esfuerzos han conducido a un programa de investigación que estudia los principios de propiedades de resistencia de la roca en tipos de diferentes rocas tales como rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias Schütz12. En esta contribución se pone énfasis en los efectos de escala de: . Resistencia a la compresión no confinada.. . Módulo de elasticidad (módulo Young´s).. . Trabajo de destrucción (cepa energía; define como la integral de la curva esfuerzo deformación).. . Resistencia a la tracción.. Las pruebas se realizaron con diámetros de núcleo entre 50 y 110 mm, ya que la mayoría de las muestras tomadas durante las investigaciones de sitio típico son de este tamaño. En este contexto, el llamado "efecto de escala" se divide en dos categorías: forma y tamaño . El efecto forma describe el impacto de la variación de la relación longitud/diámetro de un espécimen cilíndrico ("base") en propiedades de resistencia de la roca.. . El efecto tamaño está definido por la influencia del tamaño absoluto (es decir, de diámetro) de la muestra del núcleo donde la relación longitud/diámetro queda constante.. 12 Schütz. (1995). Felsmechanische Untersuchungen an Gesteinen aus dem Tunnelprojekt “Königshainer Berge” (Autobahn Bautzen – Görlitz) unter besonderer Berücksichtigung des Massstabseffekts beim einaxialen Druckversuch. Technical University of Munich: Diploma Thesis, Department of General, Applied and Engineering Geology.. 19.

(20) Prueba resistencia a la compresión no confinada. Ilustración 1 Arreglo de prueba basados en PC para determinar curvas tensión - deformación completa durante pruebas de resistencia a la compresión no confinadas.. Las pruebas de resistencia a la compresión no confinadas se realizaron utilizando una máquina de prueba de servo-controlado con una estructura rígida y un dispositivo de monitoreo digital (Figura 1). La figura 2 muestra al espécimen del núcleo durante la carga, la tensión a lo largo de toda la longitud de la base de cálculo siguiendo el ISRM (1978a) sugirió métodos y los de (Fairhurst & Hudson)13. Además de los valores estándar de resistencia a la compresión no confinada (UCS) y módulo de elasticidad (Young´s módulo; E, figura 3), se midió la curva del esfuerzodeformación completa. Es definida como la integral de la curva se calculó el valor, una denominada el "trabajo de destrucción específico" W [kJ/m³], en Resumen: trabajo de destrucción (después de Thuro & Spaun 1996a, b, Thuro 1997, figura 3). Este parámetro es descrito a veces también como "energía de tensión" por otros autores.. 13 Fairhurst, C.&.(1999). Draft ISRM suggested method for the complete stress-strain curve for intact rock in Uniaxial compression. Int .J Rock Mech. Min. Sci. 36. 20.

(21) Ilustración 2. Prueba no confinado compresiva – muestra de núcleo con falla bajo compresión no confinada. Términos y abreviaturas.. Ilustración 3. Prueba de resistencia a la compresión no confinado – curva esfuerzo - deformación completa y determinar el módulo de elasticidad (Young´s módulo E) y el trabajo específico de la destrucción W (energía de tensión).. Como puede observarse, la integral de la curva envolvente es una energía (o trabajo) relacionado con el volumen, necesario para la destrucción de la muestra de roca. Como producto de ambas tensiones, trabajo de destrucción representa el trabajo de deformación, incluyendo la sección posterior pico. Considerando que el módulo de elasticidad somete el gradiente (derivación) de la sección lineal, la obra de destrucción se estima fuera del área (integral) bajo el estrés-tensión-envolvente.. 21.

(22) El valor de la tensión máxima ε máx tomado para determinar el trabajo de destrucción es el valor de una cepa que sigue asociado con el fracaso. La fuerza de una muestra de roca fracturada más o menos, que sólo reacciona a fricción con un aumento de la fuerza, se excluye en la determinación de la obra de destrucción.. Pruebas de configuración Tres tipos de rocas que podrían obtenerse en alta calidad de las canteras, probaron lo que significa que se ha hecho hincapié en la homogeneidad y la isotropía de las muestras: Granito de grano grueso dos mica del bosque bávaro cerca de Passau, Alemania. Un grano fino, pyroxen y rico en anfíbol ker-santite del macizo de bohemio del sur cerca de Viena, Austria. Una grano fino de piedra caliza de los Alpes del norte cerca de Salzburgo, Austria. Se realizó el siguiente programa de pruebas:. . Para el efecto de forma durante la compresión no confinada, se perforaron las proporciones de longitud diámetro común entre 1 y 3 en pasos de ¼ de núcleos de 50 mm ∅ y un valor promedio se calculó a partir de muestras de 3-5 para cada paso.. . Para el efecto de forma durante la prueba brasileña, las proporciones de longitud diámetro común entre 0,5 y 2 en pasos de ¼ fueron cortadas de núcleos de 70 mm, calcular un valor promedio de 3 a 4 muestras para cada paso.. . Para el efecto de tamaño bajo compresión no confinada, el diámetro de los núcleos fue variado entre 45 y 80 mm con una excepción de 110 mm para el granito. Esto dio lugar a las proporciones de longitud diámetro constante con 2.0. Los valores medios calcularon en 3-5 muestras para cada diámetro. En. 22.

(23) nuestra experiencia estos diámetros de núcleo representan una prueba técnica práctica. . Para el efecto de tamaño durante la prueba brasileña, el diámetro de los núcleos se varió entre 45 y 80 mm dejando el longitud-diámetro constante con 1.0 y calcular un valor medio de 4 muestras para cada diámetro.. Efecto tamaño. Resultados del programa de prueba realizado se pueden ver en las figuras 9 a 13. Los valores promedio de las propiedades de la roca se trazan contra el diámetro junto con animales máximo y mínimo. El punto interesante es la variación de los valores recibidos, se normaliza la escala derecha contra un D = 50 mm (equivale a 1). En cuanto a la forma, para todos los diagramas de una función logarítmica regresión ha sido elegida en la forma estándar f (x) = a + b LN (x) Donde x=D Las relaciones encontradas para todos los tres tipos de roca asemejan uno al otro, lo que sugiere una correlación geométrica. El resultado interesante es que el tamaño, que normalmente se considera que tiene una influencia significativa en todas las propiedades de resistencia, en contraste con forma sólo tiene un efecto marginal en la gama del diámetro de prueba de la resistencia a la compresión no confinada (Figura 9 Figura 10, nota el buzamiento opuesto de las curvas), obra de destrucción (Figura 11), módulo de elasticidad (Figura 12) y la resistencia a tracción indirecta (Figura 13). La variación normalizada. 23.

(24) (véase escala de mano derecha de figuras) de menos tan aprox. 5% casi siempre se mantiene dentro de la gama mín/máx del conjunto de datos. Como conclusión que se puede afirmar no hubo tamaño efecto observado en la gama del diámetro probado.. Ilustración 4 . Resistencia a la compresión no confinada de las muestras de piedra caliza en correlación con el diámetro del núcleo.. Ilustración 5 . Resistencia a la compresión no confinada de las muestras de granito en correlación con el diámetro del núcleo.. 24.

(25) Ilustración 6 . Trabajo de destrucción de las muestras de piedra caliza en correlación con el diámetro del núcleo.. Ilustración 7 . Módulo de elasticidad de las muestras de piedra caliza en correlación con el diámetro del núcleo.. 25.

(26) Ilustración 8. Resistencia a tracción indirecta de las muestras de piedra caliza en correlación con el diámetro del núcleo.. Forma efecto De acuerdo con ASTM 1986, es la corrección de la forma de resistencia a la compresión no confinada:. Donde C = fuerza compresiva calculado de un espécimen de longitud/diámetro equivalente 2:1; Ca = resistencia a la compresión medido de la muestra analizada; D = diámetro de la base de prueba; 26.

(27) L = prueba base altura. La variación de C para una relación longitud/diámetro entre 1 y 3 sería 0,89 a 1.04.. Usando el diagrama de la figura 14, la variación de los datos presentados en esta contribución es 0,96 a 1.03 que es menos, pero muy cerca de ASTM. Además, se proponen las curvas de corrección para el módulo de elasticidad y el trabajo de destrucción. Se simplifican las funciones de las que presenta en el capítulo antes para mayor comodidad pero sin perder precisión. Observe que la corrección E sólo es válida cuando se mide la tensión (o desplazamiento) entre los platos de carga. Para obtener una curva de corrección para la resistencia a tracción indirecta, se puede tomar como una aproximación (Figura 8). Pero más pruebas deben realizarse para validar los parámetros de función encontrados.. Ilustración 9. Forma de las curvas de corrección para la resistencia a la compresión no confinada UCS, destrucción trabajo W y módulo de elasticidad E.. 27.

(28) La última pregunta será respondida en razón del impacto significativo de la forma en la que se mida la tensión. Esto puede visualizarse en la figura 15, donde se sugiere que altas tensiones por debajo de los platos de carga debido a la fricción, resulta una plastificación local y mayor tensión en esas regiones. Si esto ocurre, se recomienda que la medición de la tensión (o desplazamiento) para determinar el módulo de elasticidad debe ser recogida solamente a lo largo de la central, 2/3 de la longitud total de la base (Figura 16). Luego debe minimizarse la influencia de la forma en el módulo de elasticidad. Tenga en cuenta que en el caso de determinar la obra de destrucción, debe realizarse la medición de la tensión entre los platos de carga (es decir, a lo largo de la base entera) para obtener un valor para la deformabilidad entero. Por lo tanto, dichas pruebas se realizarán en las bases con una L/D > 2.. Ilustración 10. Explicación conceptual para la relación entre el efecto y la tensión medida de forma.. 28.

(29) Ilustración 11. Recomendación para la medición de la tensión a lo largo de aproximadamente 2/3 de la longitud del espécimen durante la prueba de compresión no confinada. Efecto tamaño. Para la comparación, el rango de datos obtenidos ha sido trazado en los diagramas publicados de Hoek & Brown 1980 (Figura 17) y Hawkins 1998 (Figura 18). Aunque el tamaño probado rango de este aporte no es tan amplio, en nuestra experiencia los diámetros de núcleo seleccionados representan tamaños núcleo típico para la prueba práctica de Geotécnica. Así, dentro de nuestra gama de datos probados, ningún efecto tamaño podía probarse muy en contraste con los autores citados.. 29.

(30) Ilustración 12 . Relación entre el tamaño de UCS y ejemplar trazado como valores adimensionales (después de Hoek y Brown 1980).. Ilustración 13 . Relación entre la UCS y ejemplar (núcleo) tamaño trazados como valores adimensionales (después de Hawkins 1998).. 30.

(31) 4.1. MARCO CONCEPTUAL. Es importante realizar una descripción de los aspectos teóricos relacionados con la terminología utilizada para denominar ciertos procesos y características del proceso de ejecución del proyecto en mención.. 4.1.1 DEFINICIONES Ensayo de compresión inconfinada Tiene por finalidad, determinar la resistencia a la compresión no confinada ( q u ), de un cilindro de suelo cohesivo o semi-cohesivo, e indirectamente la resistencia al corte (c), por la expresión14:. c = q u / 2 (Kg /cm2). Este cálculo se basa en el hecho de que el esfuerzo principal menor es cero (ya que al suelo lo rodea sólo 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.. 14 albatros. (30 de octubre de 2014). albatros.uis. Obtenido de http://albatros.uis.edu.co/eisi/archivosprofesores /U9186/COMPRESION.pdf. 31.

(32) 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:. . Diámetro mínimo 33 mm.. . Tamaño máximo de las partículas menor que 1/10 de su diámetro.. . Relación altura-diámetro (L/D) debe ser lo suficientemente grande para evitar interferencias en los planos potenciales de falla a 45º y lo suficientemente corta para evitar que actúe como columna; para satisfacer ambos criterios, se recomienda una relación L/D comprendida entre 2 y 3.. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Dimensiones de la probeta: La probeta debe ser de sección aproximadamente constante, circular o cuadrada, y eje perpendicular a dicha sección. Su diámetro o lado no debe ser inferior a 30 mm (1.3 in.) y en suelos que presentan discontinuidades se recomienda que sea de mayor tamaño. La mayor partícula contenida en su interior debe ser, como máximo, igual a 1/10 del diámetro o lado. Si, una vez terminado el ensayo, se encuentran partículas mayores que dicho tamaño, se hará constar esto, junto con los resultados. Para muestras con diámetro igual o mayor de 72 mm (2.8 in.), el tamaño de la partícula deberá ser menor a 1/6 del diámetro o lado. La relación de la altura al diámetro o al lado de la base se debe encontrar entre 2 a 2.5.. 32.

(33) El término probeta se aplica a la muestra ya tallada. Cuando la altura no cumpla con las dimensiones indicadas, se deberá anotar en el Informe. La dimensión longitudinal de la probeta cortada debe coincidir con la dirección vertical de la muestra original. . Probetas inalteradas – Si se trata de muestras de tubo, hay que manejarlas con gran cuidado para evitar su alteración, cambios en la sección transversal o la pérdida de humedad.. . Si se teme que el dispositivo de extracción pueda dañar la muestra, se puede hendir el tubo longitudinalmente o cortarlo en trozos más pequeños para facilitar la extracción de la muestra sin alterarla.. . Si se trata de arcilla no dura, se recomienda, cuando sea posible, tallar la muestra para eliminar las zonas alteradas próximas a las paredes del tubo. En general, se deben desechar las partes alteradas de la muestra.. . En caso de disponerse de cámara húmeda, las operaciones de tallado se deben realizar en ella con el fin de que el suelo permanezca el menor tiempo posible expuesto a la pérdida de humedad. Se puede emplear un torno o tallador como el de la Figura 1, y para recortar los extremos la sierra de alambre y una caja de ingletes. Para evitar el desarrollo de fuerzas capilares que se consideren. PROCEDIMIENTO . Se miden tres alturas de la probeta cada una separada 120 grados de la otra y tres diámetros en las tres líneas imaginarias centrales que resultan de dividir la probeta en cuartos, con una precisión de 0.1 mm mediante un calibrador con. 33.

(34) nonio o un objeto análogo. En probetas de gran tamaño puede adoptarse una precisión menor y proporcional al tamaño de la muestra. . Se determina la masa de la muestra.. . Se coloca la probeta en la prensa de modo que quede perfectamente centrada. Se acciona el dispositivo de avance lo estrictamente necesario para que la probeta toque a la placa superior de la prensa. Se pone en cero el indicador de deformaciones. El ensayo se podrá hacer controlando la deformación o controlando la carga.. . Para el caso de la deformación controlada, se acciona la prensa de modo que la velocidad de deformación unitaria de la probeta esté comprendida entre ½ % y 2% por minuto. Se toman medidas de las deformaciones y de las cargas cada 30 segundos hasta que las cargas comiencen a disminuir o hasta llegar a una deformación axial del 15% (lo que antes suceda). Se escogerá una velocidad en que la rotura ocurra en un lapso entre 1 y 10 minutos. En el caso de materiales muy blandos que exhiben deformaciones mayores a la falla, deberán ensayarse a una rata mayor de deformación y lo inverso para los materiales duros o quebradizos. Si se trata de una probeta de suelo muy duro, en la cual la deformación a la rotura sea muy pequeña, la curva esfuerzo-deformación no quedará debidamente representada en dicho gráfico. En ese caso, es posible despreciar el aumento de sección durante la carga. Cuando interesa hallar el módulo de deformación en probetas de suelo muy duro, es conveniente medir la deformación mediante extensómetros o por otro procedimiento que elimine las deformaciones en la base.. . Cuando se empleen esfuerzos controlados, se aplicará la carga para que produzca una deformación axial a una rata de 0.50% a 2% por minuto y se registrarán los esfuerzos y las deformaciones cada 30 segundos. La rata de. 34.

(35) deformación se regulará en tal forma que la falla de probetas sin refrentar nunca sobrepase de 10 minutos. La carga se deberá proseguir hasta que decrezcan los valores de la carga con el aumento de sección que se produce en la probeta durante la rotura, lo cual se traduce en una disminución del esfuerzo aplicado. . Se hace un esquema de la forma de rotura. Si la rotura se produce a través de un plano inclinado, es conveniente medir el ángulo de inclinación de dicho plano.. . De la parte de la probeta en donde se ha producido la rotura se toma una pequeña muestra en el recipiente y se determina su humedad. También se determina la humedad de toda probeta, anotando las masas y haciendo las operaciones que se indican en la hoja de cálculos.. CÁLCULOS La deformación unitaria, e, se calculará con la siguiente fórmula:. Dónde: e = deformación unitaria axial para la carga dada, DL = cambio en longitud de la muestra, igual al cambio entre la lectura inicial y final del indicador de deformación Lo = longitud inicial de la muestra. Se calcula la sección transversal promedio de la muestra, A, para una carga dada así:. 35.

(36) Dónde: e = deformación unitaria axial para la carga dada Ao = á rea inicial promedio de la probeta.. Dónde: At = área en la parte superior de la probeta Am = área en la parte media de la probeta Ab = área de la parte inferior de la probeta. El área A, se puede calcular alternativamente a partir de dimensiones obtenidas por medición directa, cuando se pueden medir las superficies de la probeta. Es útil preparar un gráfico que dé para cada deformación, el área corregida correspondiente, de acuerdo con los diámetros iniciales de las muestras que se empleen en el ensayo, como se ilustra en la Figura 2.. Se calcula el esfuerzo, sC:. Dónde: p = carga aplicada dada. 36.

(37) A = á rea de la sección promedio correspondiente. Se prepara un gráfico que muestre la relación entre el esfuerzo (ordenada) y la deformación unitaria (en las abscisas). Se toma el valor mayor de la carga unitaria o el que corresponda al 20% de deformación, el que ocurra primero entre las dos, y se informa como resistencia a la compresión inconfinada.. MANEJO DE VALORES ATIPICOS Uno de los problemas arduos en el análisis de datos es manejar los valores atípicos en un grupo de datos. Un valor atípico es una observación con un valor que no parece corresponderse con el resto de los valores en el grupo de datos. Los valores atípicos también suelen llamarse valores aberrantes o inconsistentes. Dos de las pruebas estadísticas utilizadas con mayor frecuencia en un grupo de datos único son la prueba de Dixon y la prueba de Grubbs15. La prueba de Dixon utiliza relaciones de los espacios entre datos de diferentes modos según la cantidad de valores en el grupo de datos. Por ejemplo, tomemos los datos 5.3, 3.1, 4.9, 3.9, 7.8, 4.7 y 4.3 Ordenando los datos: 3.1, 3.9, 4.3, 4.7, 4.9, 5.3 y 7.8 El tamaño de la muestra es 7, y la relación utilizada es el espacio entre el valor atípico (7.8) y su vecino más próximo (5.3) dividido por el espacio entre los valores más grandes y más pequeños en el grupo.. 15 ASTM.ORG www.astm.org [En línea]. - 24 de 05 de 2015. - http://www.astm.org/SNEWS/SPANISH/SPND08/datapoints_spnd08.html.. 37.

(38) Por lo tanto, el índice de Dixon es: (7.8 – 5.3) / (7.8 – 3.1) = 2.5/4.7 = 0.532 Este valor se compara con un valor crítico de una tabla, y el valor se declara valor atípico si supera ese valor crítico. Si Dcalculado > Dtabulado. se rechaza el dato. El valor tabulado depende del tamaño de la muestra, n, y de un nivel de confianza elegido, que es el riesgo de rechazar una observación válida. La tabla por lo general utiliza niveles de baja confianza tal como 1% o 5%. Anexo 1. Tabla índice de Dixon. La prueba de Grubbs utiliza una estadística de prueba, T, que es la diferencia absoluta entre el valor atípico, XO, y el promedio de la muestra. dividida por la. desviación estándar de la muestra, s. Para el ejemplo anterior, el promedio (mediana) de la muestra es = 4.86 y la desviación estándar de la muestra es = 1.48. La estadística calculada de la prueba es:. 𝑻 = (𝑿 − 𝑿) / s 𝑻 = (𝟕. 𝟖 − 𝟒. 𝟖𝟔) / 1.48 𝑻 = 𝟏. 𝟗𝟗. Si Dcalculado>Dtabulado Anexo 2 tabla índice de Grubbs.. 38. se rechaza el dato.

(39) 4.2. MARCO LEGAL. Reglamento colombiano para la realización de estudios geotécnicos Para la ejecución de este proyecto de investigación es fundamental en primera instancia basarse en la información de la norma sismo resistente, desde su versión 1998 hasta la actualización 2010, y los decretos que han intervenido en el proceso. Enfocándose en el Titulo H – Estudios geotécnicos. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC-2121 – Suelos. Obtención de muestras para probetas de ensayo. Método para tubos de pared delgada. (ASTM D 1587). NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC-1504 – Suelos. Clasificación para propósitos de ingeniería. (ASTM D 2487). NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC-4630 – Método de ensayo para la determinación del límite líquido, del límite plástico y del índice de plasticidad de los suelos cohesivos. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC-1495 - Suelos. Método de ensayo para determinar en el laboratorio el contenido de agua (humedad) de suelos y rocas, con base en la masa. (ASTM D 4643-00) NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC-1527 – Suelos. Método de ensayo para determinar la resistencia a la compresión inconfinada de suelos cohesivos (ASTM D. 2166-98) ASTM E 178. Manejo de valores atípicos.. 39.

(40) 4.3. DISEÑO METODOLÓGICO. 4.3.1 GENERAL. La metodología general del proceso de desarrollo de la propuesta, se esquematiza básicamente en la toma de muestras con diferentes dimensiones, para realizar una comparación de las diferencias que pueden resultar al realizar los laboratorios de compresión inconfinada, por lo que tiene un enfoque de tipo cuantitativo - teórico.. 4.3.2 ESPECIFICO 4.3.2.1. PRIMERA ETAPA: Elaboración de tubería de pared delgada. La norma (ASTM D 1587), establece el procedimiento para el uso de un tubo de metal de pared delgada, para recuperar las muestras de suelo relativamente imperturbados, apto para pruebas de laboratorio de ingeniería en análisis de propiedades tales como densidad, compresibilidad, permeabilidad y resistencia. Para tubos de paredes finas en pistón, enchufe, rotatorio u otro tipo muestreadores, se debe cumplir con la tabla 1 de esta norma que describe los tubos de paredes delgadas. Esta norma está limitada a los suelos que pueden ser penetrados por el tubo de pared delgada, no se recomienda este método de muestreo para suelos con grava o partículas más grandes de tamaño del suelo cementadas o suelos muy duros. Otras muestras del suelo pueden utilizarse para el muestreo mediante perforación por dispositivos indicados en las normas (D1586, 3550 D y D 6151).. 40.

(41) Diámetro exterior In. 2. 3. 5. 50.8. 76.2. 127. 18. 16. 11. In. 0.049. 0.065. 0.12. Mm. 1.24. 1.65. 3.05. In. 36. 36. 54. M. 0.91. 0.91. 1.45. <1. <1. <1. Mm Grueso de pared Bwg. Longitud del tubo. Cociente del espacio interior %. Tabla 1 (astm D 1587) tubos en muestras de uso geotécnico, muestra de tubos acero pared delgada conveniente. Los tres diámetros recomendados en la tabla 1 son los indicados para fines de estandarización, y no pretende indicar que muestreo tubos de intermedio o diámetros más grandes no son aceptables. Longitudes de tubos de muestra ilustrativa. Las Longitudes adecuadas deben determinarse dependiendo de las condiciones de campo.. Diámetros nominales de tubos tabla 1 tolerancias Tamaño exterior Diámetro Diámetro exterior (Do). 2. 50.8. 3. 76.2. 5. 127. In. mm. in. Mm. in. mm. +0.007. +0.179. +0.010. +0.254. +0.015. +0.381. -0.000. -0.000. -0.000. -0.000. -0.000. -0.000. Diámetro interior (Di). +0.000 -0.007. +0.000 -0.179. +0.000 -0.01. +0.000 -0.254. +0.000 -0.015. +0.000 -0.381. Grueso de pared. ±0.007. ±0.179. ±0.01. ±0.254. ±0.015. ±0.381. Ovalización. 0.015. 0.381. 0.02. 0.508. 0.03. 0.762. Rectitud. 0.030/ft. 2.50/m. 0.030/ft. 2.50/m. 0.030/ft. 2.50/m. Tabla 2 tolerancias dimensionales para tubos de pared delgada. 41.

(42) Diámetros intermedios o mayores deben ser proporcionales. Especifique sólo dos las primera tres tolerancias; es decir, hacer y Di, o hacer y pared de espesor, o D y pared gruesa. Con base a la información obtenida de la norma ASTM D 1587 (procedimiento para el uso de un tubo de metal de pared delgada) determinamos las longitudes y espesores de pared para la tubería usada en la extracción de muestras y se relaciona en la siguiente tabla:. Diametros descritos en norma astm D 1587. Interpolacion de datos de norma astm D 1587 para determinacion de las dimensiones en los diametros a evaluar Diámetro exterior. In mm. 2 50.8. 3 76.2. In mm. 0.049 1.24. 0.065 1.65. In M. 36 0.91. 36 0.91. 5 1 1/2 127 38.1 Grueso de pared 0.12 0.041 3.05 1.035 Longitud del tubo 54 23.11 1.45 0.91. 2 50.8. 2 1/2 63.50. 3 76.2. 4 101.6. 0.049 1.24. 0.057 1.445. 0.065 1.65. 0.081 2.06. 23.11 0.91. 23.11 0.91. 23.11 0.91. 29.97 1.18. Tabla 3 interpolación de datos para determinar el diámetro y espesor de tubería de pared delgada utilizados en la toma de muestras.. Con base a los datos obtenidos mediante la interpolación para obtener las longitudes y espesores de pared para cada uno de los diámetros utilizados en el presento proyecto, se ha optado por realizar las paredes y longitudes de una misma dimensión utilizando para ellos la mayor dimensión alcanzada que para este caso es: Grueso de pared: 2mm Longitud de la tubería: 90cm. 42.

(43) Para terminar con la construcción de la tubería de pared delgada, se realiza una reducción de la boca del tubo, esto con el fin de reducir la fricción entre el tubo y el terreno de donde se obtendrán las muestras, esto para que a la hora de recuperar la muestra del tubo no se vea afectado por algún tipo de presión y sea de fácil extracción.. Ilustración 14. Tuberia shelby utilizada para la extracion de muestras con diametros de ½”, 2”, 2 ½”, 3” y 4”. 4.3.2.2. SEGUNDA ETAPA: Obtención de muestras, ejecución de ensayos y análisis de los resultados de laboratorio, con base en la variación de las dimensiones de la probetas.. 4.3.2.2.1 Ubicación y preparación del terreno para extracción de muestras:. Se determina el sito para la toma de muestras en el predio ubicado en la Carrera 16 No 32 a 46, localidad de Teusaquillo.. 43.

(44) Ilustración 15. Direccion de el terreno de extraccion de muestras. Se prepara el terreno para la extracción de las muestras, haciendo una excavación de 1.50 m. hasta encontrar el estrato de arcilla.. Ilustración 16 . Perfil del terreno de extracion de muestras. 44.

(45) Se perfila el terreno haciendo una caja de 1.30 m x 1.30 m.. Ilustración 17 . Vista en planta del terreno utilizado para la extracion de muestras.. Se presenta el terreno para la toma de muestras.. Ilustración 18. Alistado de terreno para toma de muestras.. Se inicia el proceso para la toma de muestra con los tubos de diámetros establecidos, hincando la tubería en el terreno para realizar la extracción de la muestra.. 45.

(46) Ilustración 19. Extraccion de muestras con tuberia shelby con diferente diametro.. Cuando se recupera la muestra del terreno se envuelve en papel parafinado y vinipel para conservar la humedad natural del terreno y de esta manera no alterar las características del suelo y poder tener datos más confiables a la hora de realizar el respectivo ensayo.. Ilustración 20. Identificacion de muestras y preparacion para trasporte.. Luego de envolver la muestra se realiza el transporte mediante cajas de icopor para controlar la perdida de temperatura y evitando que las muestras queden expuestas a algún efecto que las pueda alterar.. 46.

(47) Ilustración 21 . Almacenamiento para evitar perdida de humedad y trasporte de muestras.. 4.3.2.2.2 Preparación de muestras y ensayos de laboratorio:. Se inicia el proceso de tallaje de las muestras para realizar el ensayo.. Ilustración 22 . Tallado de muestras.. 47.

(48) Se presentan las muestras para realizar el ensayo. Ilustración 23 . Preparacion de muestras para ensayo de compresion inconfinada.. Procedimiento del ensayo: Se mide altura y diámetro de la probeta.. Ilustración 24 . Caracterizacion de muestras identificando su altura promedio, diametro promedio y peso.. 48.

(49) Se coloca la probeta en la prensa de modo que quede perfectamente centrada. Se acciona el dispositivo de avance lo estrictamente necesario para que la probeta toque la placa superior de la prensa. Se pone en cero el indicador de deformaciones. El ensayo se podrá hacerse controlando la deformación o controlando la carga.. Ilustración 25 . Falla de muestras en la maquina de ensayo de compresión inconfinada.. Cuando se empelan esfuerzos controlados se aplicara la carga para que produzca una deformación axial a una rata de ½ % a 2 % por minuto y se registran los esfuerzos y de formaciones cada 30 segundos. (La velocidad utilizada para realizar el ensayo fue con el 2% de la deformación.) De la parte de la probeta en donde se produce la rotura se toma una pequeña muestra en un recipiente y se determina su humedad.. 49.

(50) Ilustración 26 . Toma de pesos para determinar la humedad de las muestras.. 4.3.2.2.3 Resultados de los ensayos realizados en el laboratorio:. Se realiza la clasificación del suelo el cual queda identificado en el siguiente cuadro y se encuentra en el Anexo 3. Formato límites de Atterberg. Descripción de la muestra: Arcilla de alta plasticidad de consistencia media color amarillo rojizo con vetas de óxido.. 50.

(51) LIMITE LIQUIDO INV 125-07, LIMITE PLASTICO INV 126, HUMEDAD NATURAL INV 122, LIMITE DE CONTRACCION INV 127. F UE N T E :. Bogotá. PROYECTO:. Establecer el efecto causado en la resistencia al corte no drenado, por la variación de dimensiones de las probetas. PROFUNDIDAD: FECHA TOMA:. P E R F O R A C IO N : O B S E R V A C IO N E S : Muestra. 1.5m 1.5m. 28/04/2015. FECHA ENSAYO :. 30/04/2015. de arcilla, ensayadas en condiciones normales contenido de humedad y diametro original.. LÍMITE LÍQUIDO SECO AL AIRE K 11. # l a ta. LÍMITE LÍQUIDO SECO AL HORNO. K8. K 33. W lata (g). 5,35. 5,57. 5,58. W Lata + Material humedo (g). 19,83. 21,25. 18,50. W Lata + material seco (g). 15,12. 15,83. 13,69. Humedad (%). 48,21. 52,83. 59,31. 36. 22. 15. Numero de Golpes Limite liquido (%). 52,30. 0,00. LÍMITE PLÁSTICO. HUMEDAD NATURAL. # l a ta. k7. 412. # lata. K5. K16. W l a ta (g). 4,47. 4,83. W lata (g). 18,67. 5,06. W La ta + Ma teri a l humedo (g). 10,88. 11,10. W Lata + Material humedo (g). 31,76. 28,02. W La ta + ma teri a l s eco (g). 9,39. 9,53. W Lata + material seco (g). 28,17. 21,79. Humeda d (%). 30,28. 33,40. Humedad (%). 37,79. 31,84. Humeda d medi a (%) LIMITE DE CONTRACCION # capsula. 2,00. W capsula (g). 371,80. W C + Mw (g). 391,10. W C + Ms (g). 378,00. V final (cm3) w (%) LC (%). 3. V inicial (cm ). 15,67. 37,51. PARAMETROS DE COMPORTAMIENTO DEL SUELO. w C + Hg (g). 552,00. IP (%). w C + Hg + M (g). 486,90. IL. 20,46 0,28. IF ID. LL S/LL N. 0,000. CR. 4,79. 211,2903226. 28,8 0,7 0,72. CLASIFICACION SUCS. 35,75. CH. A-7-5. CLASIFICACION AASHTO. 0,72. 70. 37,24. Humedad media (%). 26. Carta de plasticidad. CH-OH. 60. 70. 50. 60 Índice de plasticidad. HUMEDDA (%). 80. 40 30 20 10. 50 40 30. 10. CL-ML. 0 -10 -1. 0. MH-OH. CL-OL. 20. ML-OL 49. 99. 10 NUMERO DE GOLPES. Límite Líquido LP. 1. LC Wn. LL. 0. 0. 10. 20. 30. 51. 40. 50. 60.

(52) Se realizan los ensayos de compresión inconfinada, no drenado para las muestras establecidas, tomando los resultados del software utilizado para la falla de cada una de las muestras, estos datos se encuentran en el Anexo 5. Datos software del ensayo compresión inconfinada, con los cuales se realizó el cálculo de los esfuerzos de todas la muestras, y fueron calculadas en los formatos que se encuentran en el Anexo 4. Ensayos muestras compresión inconfinada. En las tablas 4, 5, 6, 7 y 8 se muestra el cuadro resumen de estos resultados obtenidos en los formatos del Anexo 5 y se relacionan a continuación:. Diámetro 1.5" MUESTRA. Esfuerzo Max (kN/m2). Humedad natural (%). Muestra 1. 82.75. 37.79. Muestra 2. 97.56. 37.24. Muestra 3. 107.22. 37.50. Muestra 4. 92.91. 34.15. Muestra 5. 103.31. 38.84. Muestra 6. 96.64. 34.35. Valores estadísticos 1.5" N 6.0 MEDIA 96.7 Σ 7.8 S 8.5 ∑X 580.4 ∑ X2 56503.9 MIN 82.8 Q1 93.8 MEDIANA 97.1 Q3 101.9 MAX 107.2 COEF VARIACION 0.09. Tabla 3. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 1.5” de diámetro.. 52.

(53) Esfuerzo Max Vs Deformacion unitaria 120. Esfuerzo (kN/m2). 100 80. Muestra 6 Muestra 5. 60. Muestra 4 Muestra 3. 40. Muestra 2 20. Muestra 1. 0 0. 0.01. 0.02. 0.03. 0.04. 0.05. 0.06. 0.07. Deformación unitaria Ilustración 27. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 1.5”. MUESTRA Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra 5. Diámetro 2" Esfuerzo Max Humedad natural (kN/m2) (%) 95.86 37.37 69.78 37.87 91.83 34.66 92.11 37.79 96.70 38.90. Muestra 6. 87.93. 35.03. Muestra 7 Muestra 8 Muestra 9 Muestra 10. 90.77 101.39 111.59 118.87. 40.80 33.49 34.29 36.86. Valores estadísticos 2" N 10.0 MEDIA 95.68 σ 12.68 S 13.36 ∑X 956.84 ∑ X2 MIN Q1 MEDIANA Q3 MAX COEF VARIACION. 93162.37 69.78 91.04 93.99 100.22 118.87 0.14. Tabla 4. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 2” de diámetro.. 53.

(54) Esfuerzo Max Vs Deformacion unitaria 120 Muestra 1. Esfuerzo (kN/m2). 100. Muestra 2 80. Muestra 3 Muestra 4. 60. Muestra 5 Muestra 6. 40. Muestra 7 20. Muestra 8 Muestra 9. 0 0. 0.01. 0.02. 0.03. 0.04. 0.05. 0.06. 0.07. Muestra 10. Deformación unitaria Ilustración 28. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 2”. MUESTRA 1. Diámetro 2.5" Esfuerzo Max Humedad (kN/m2) natural (%) 73.62 36.13. 2. 77.96. 36.58. 3. 51.20. 31.95. 4. 91.10. 40.18. 5. 60.20. 28.26. 6. 70.58. 31.70. 7. 99.68. 31.36. 8. 87.39. 37.10. 9. 72.48. 32.00. Valores estadísticos 2.5" N 9.0 MEDIA 76.0 σ 14.3 S 15.1 ∑X 684.2 ∑ X2 MIN Q1 MEDIANA Q3 MAX COEF VARIACION. 53848.0 51.2 70.6 73.6 87.4 99.7 0.20. Tabla 5. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 2.5” de diámetro.. 54.

(55) Esfuerzo Max Vs Deformacion unitaria 120. Esfuerzo (kN/m2). 100. Muestra 1 Muestra 2. 80. Muestra 3 60. Muestra 4 Muestra 5. 40. Muestra 6 Muestra 7. 20. Muestra 8 0 0. 0.01. 0.02. 0.03. 0.04. 0.05. 0.06. Muestra 9. 0.07. Deformación unitaria Ilustración 29. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 2.5”. Valores estadísticos 3". Diámetro 3" MUESTRA. Esfuerzo Max (kN/m2). Humedad natural (%). Muestra 1. 62.12. 36.24. Muestra 2. 47.69. 39.84. Muestra 3. 63.11. 37.74. Muestra 4. 54.12. 35.49. Muestra 5. 41.20. 35.90. Muestra 6. 62.59. 36.30. N MEDIA σ S ∑X ∑ X2 MIN Q1 MEDIANA Q3 MAX COEF VARIACION. 6.0 55.1 8.4 9.2 330.8 18660.1 41.2 49.3 58.1 62.5 63.1 0.17. Tabla 6. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 3” de diámetro.. 55.

(56) Esfuerzo Max Vs Deformacion unitaria 120. Esfuerzo (kN/m2). 100 80. Muestra 1 Muestra 2. 60. Muestra 3 Muestra 4. 40. Muestra 5 20. Muestra 6. 0 0. 0.01. 0.02. 0.03. 0.04. 0.05. 0.06. 0.07. Deformación unitaria Ilustración 30. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 3”. MUESTRA Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra 5. Diámetro 4" Esfuerzo Max Humedad natural (kN/m2) (%) 53.22 37.23 53.38 43.37 55.71 45.58 51.17 39.27 62.43 48.50. Muestra 6. 46.42. 47.71. Muestra 7 Muestra 8 Muestra 9 Muestra 10. 56.58 34.27 77.23 66.61. 45.07 43.31 41.59 43.33. Valores estadísticos 4" N 10.0 MEDIA 55.7 σ 11.0 S 11.6 ∑X 557.0 ∑ X2 32233.9 MIN 34.3 Q1 51.7 MEDIANA 54.5 Q3 61.0 MAX 77.2 COEF VARIACION 0.21. Tabla 7. Valores máximos de esfuerzo y valores estadísticos para muestras de 4” de diámetro.. 56.

(57) Esfuerzo Max Vs Deformacion unitaria 120 Muestra 10. Esfuerzo (kN/m2). 100. Muestra 9 80. Muestra 8 Muestra 7. 60. Muestra 6 Muestra 5. 40. Muestra 4 20. Muestra 3 Muestra 2. 0 0. 0.01. 0.02. 0.03. 0.04. 0.05. 0.06. 0.07. Muestra 1. Deformación unitaria Ilustración 31. Grafica esfuerzo vs deformación para diámetro 4”. En las gráficas de esfuerzo Vs la deformación se pueden apreciar valores que se encuentran por arriba o por debajo del promedio de valores calculados, esta situación nos lleva a verificar la confiabilidad de los datos, para lo cual se realiza un análisis estadístico que permita establecer la veracidad de los resultados a través de la aplicación de las pruebas de Dixon y Grubss, garantizando que todos los resultados obtenidos son coherentes para el desarrollo del análisis y no sean considerados como valores atípicos o fuera del rango de la tendencia central de las muestras ensayadas. Para la evaluación de las muestras de los diferentes diámetros se tienen en cuenta los criterios establecidos en las pruebas de Dixon y Grubss establecidos en la norma ASTM E 178-0216 Manejo de valores atípicos que se muestran a continuación: 16 ASTM Dealing With Outlying Observations [En línea] // ASTM. - 23 de 05 de 2015. - http://library.sut.ac.th:8080/astm/cd14022005/PDF/E178.pdf. 57.

(58) Valores de tabla críticos para la prueba de Dixon de afloramientos Prueba estadística N Nivel de confiabilidad 0,300 0,200 0,100 0,050 0,020 3 0,684 0,781 0,886 0,941 0,976 4 5 6 7 8 9 10. Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra 5 Muestra 6. 0,471 0,560 0,679 0,373 0,451 0,557 0,318 0,386 0,482 0,281 0,344 0,434 0,684 0,781 0,886 0,471 0,560 0,679 0,373 0,451 0,557 Diámetro 1.5 Pulgadas Esfuerzo máx. Datos mayor a 2 (kN/m ) menor 82,75 107,22 97,56 103,31 107,22 97,56 92,91 96,64 103,31 92,91 96,64 82,75. 58. 0,765 0,642 0,560 0,507 0,941 0,765 0,642. 0,846 0,729 0,644 0,596 0,976 0,846 0,729. Índice Dixon calculado 0,160 0,280 0,062 0,268. 0,010 0,988. 0,005 0,994. 0,889 0,780 0,698 0,637 0,988 0,889 0,780. 0,926 0,821 0,740 0,680 0,994 0,926 0,821. Índice Tabulado 0.5% 0,740 0,740 0,740 0,740.

(59) Valores de tabla críticos para la prueba de Dixon de afloramientos Prueba estadística N Nivel de confiabilidad 0,300 0,200 0,100 0,050 0,020 3 0,684 0,781 0,886 0,941 0,976 4 0,471 0,560 0,679 0,765 0,846 5 6 7 8. 0,373 0,318 0,281 0,684. 0,451 0,386 0,344 0,781. 0,005 0,994 0,926. 0,557 0,482 0,434 0,886. 0,642 0,560 0,507 0,941. 0,729 0,644 0,596 0,976. 0,780 0,698 0,637 0,988. 0,821 0,740 0,680 0,994. 0,471 0,560 0,679 0,373 0,451 0,557 Diámetro 2.0 Pulgadas Esfuerzo máx. Datos mayor a 2 (kN/m ) menor 95,86 118,87 69,78 111,59 91,83 101,39 92,11 96,70 96,70 95,86 87,93 92,11 90,77 91,83 101,39 90,77 111,59 87,93 118,87 69,78. 0,765 0,642. 0,846 0,729. 0,889 0,780. 0,926 0,821. 9 10. Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra 5 Muestra 6 Muestra 7 Muestra 8 Muestra 9 Muestra 10. 0,010 0,988 0,889. 59. Índice Dixon calculado 0,151 0,250 0,153 0,032 0,149 0,013 0,051 0,142. Índice Tabulado 0.5% 0,821 0,821 0,821 0,821 0,821 0,821 0,821 0,821 0,821.

(60) Valores de tabla críticos para la prueba de Dixon de afloramientos Prueba estadística. N 0,300 0,684. 3. 0,200 0,781. 4 5 6 7 8 9 10. Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra 5 Muestra 6 Muestra 7 Muestra 8 Muestra 9. Nivel de confiabilidad 0,100 0,050 0,020 0,886 0,941 0,976. 0,471 0,560 0,679 0,373 0,451 0,557 0,318 0,386 0,482 0,281 0,344 0,434 0,684 0,781 0,886 0,471 0,560 0,679 0,373 0,451 0,557 Diámetro 2.5 Pulgadas Esfuerzo máx. Datos mayor a (kN/m2) menor 73,62 99,68 77,96 91,10 51,20 87,39 91,10 77,96 60,20 73,62 70,58 72,48 99,68 70,58 87,39 60,20 72,48 51,20. 60. 0,765 0,642 0,560 0,507 0,941 0,765 0,642. 0,846 0,729 0,644 0,596 0,976 0,846 0,729. Índice Dixon calculado 0,177 0,093 0,261 0,162 0,051 0,089 0,536. 0,010 0,988. 0,005 0,994. 0,889 0,780 0,698 0,637 0,988 0,889 0,780. 0,926 0,821 0,740 0,680 0,994 0,926 0,821. Índice Tabulado 0.5% 0,926 0,926 0,926 0,926 0,926 0,926 0,926.

(61) Valores de tabla críticos para la prueba de Dixon de afloramientos Prueba estadística N Nivel de confiabilidad 0,300 0,200 0,100 0,050 0,020 3 0,684 0,781 0,886 0,941 0,976 4 5 6 7 8 9 10. Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra 5 Muestra 6. 0,471 0,560 0,679 0,373 0,451 0,557 0,318 0,386 0,482 0,281 0,344 0,434 0,684 0,781 0,886 0,471 0,560 0,679 0,373 0,451 0,557 Diámetro 3.0 Pulgadas Esfuerzo máx. Datos mayor a (kN/m2) menor 62,12 63,11 47,69 62,59 63,11 62,12 54,12 54,12 41,20 47,69 62,59 41,20. 61. 0,765 0,642 0,560 0,507 0,941 0,765 0,642. 0,846 0,729 0,644 0,596 0,976 0,846 0,729. Índice Dixon calculado 0,024 0,022 0,382 0,498. 0,010 0,988. 0,005 0,994. 0,889 0,780 0,698 0,637 0,988 0,889 0,780. 0,926 0,821 0,740 0,680 0,994 0,926 0,821. Índice Tabulado 0.5% 0,740 0,740 0,740 0,740.

(62) Valores de tabla críticos para la prueba de Dixon de afloramientos Prueba estadística N Nivel de confiabilidad 0,300 0,200 0,100 0,050 0,020 3 0,684 0,781 0,886 0,941 0,976 4 5 6 7 8 9 10. Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra 5 Muestra 6 Muestra 7 Muestra 8 Muestra 9 Muestra 10. 0,471 0,560 0,679 0,373 0,451 0,557 0,318 0,386 0,482 0,281 0,344 0,434 0,684 0,781 0,886 0,471 0,560 0,679 0,373 0,451 0,557 Diámetro 4.0 Pulgadas Esfuerzo máx. Datos mayor a (kN/m2) menor 53,22 77,23 53,38 66,61 55,71 62,43 51,17 56,58 62,43 55,71 46,42 53,38 56,58 53,22 34,27 51,17 77,23 46,42 66,61 34,27. 62. 0,765 0,642 0,560 0,507 0,941 0,765 0,642. 0,846 0,729 0,644 0,596 0,976 0,846 0,729. Índice Dixon calculado 0,253 0,134 0,215 0,041 0,114 0,009 0,114 0,299. 0,010 0,988. 0,005 0,994. 0,889 0,780 0,698 0,637 0,988 0,889 0,780. 0,926 0,821 0,740 0,680 0,994 0,926 0,821. Índice Tabulado 0.5% 0,821 0,821 0,821 0,821 0,821 0,821 0,821 0,821.

(63) Prueba de Dixon: Como se puede evidenciar en las tablas anteriormente relacionadas y aplicando los criterios establecidos por la prueba, podemos observar que los datos de todos los diámetros cumplen para los diferentes porcentajes de confiabilidad y no hay motivo alguno para que sean rechazados en el análisis de los resultados.. N 3 4 5 6 7 8 9 10. Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra 5 Muestra 6. Valores de tabla críticos para la prueba de Grubss Nivel de confiabilidad 0,100 0,075 0,050 0,025 0,010 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,42 1,44 1,46 1,48 1,49 1,6 1,64 1,67 1,71 1,75 1,73 1,77 1,82 1,89 1,94 1,83 1,88 1,94 2,02 2,1 1,91 1,96 2,03 2,13 2,22 1,98 2,04 2,11 2,21 2,32 2,03 2,1 2,18 2,29 2,41 Diámetro 1.5 Pulgadas 2 Esfuerzo máx. (kN/m ) datos ordenados desviación estándar Mediana Índice de Grubss 82,75 107,22 8,53 97,10 1,19 97,56 103,31 8,53 97,10 0,73 107,22 97,56 8,53 97,10 0,05 92,91 96,64 8,53 97,10 0.05 103,31 92,91 8,53 97,10 0,49 96,64 82,75 8,53 97,10 1.68. 63.

(64) N 3 4 5 6 7 8 9 10. Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra 5 Muestra 6 Muestra 7 Muestra 8 Muestra 9 Muestra 10. Valores de tabla críticos para la prueba de Grubss Nivel de confiabilidad 0,100 0,075 0,050 0,025 1,15 1,15 1,15 1,15 1,42 1,44 1,46 1,48 1,6 1,64 1,67 1,71 1,73 1,77 1,82 1,89 1,83 1,88 1,94 2,02 1,91 1,96 2,03 2,13 1,98 2,04 2,11 2,21 2,03 2,1 2,18 2,29 Diámetro 2.0 Pulgadas desviación Esfz máx. (kN/m2) datos ordenados estándar Mediana 95,86 118,87 13,36 93,99 69,78 111,59 13,36 93,99 91,83 101,39 13,36 93,99 92,11 96,70 13,36 93,99 96,70 95,86 13,36 93,99 87,93 92,11 13,36 93,99 90,77 91,83 13,36 93,99 101,39 90,77 13,36 93,99 111,59 87,93 13,36 93,99 118,87 69,78 13,36 93,99. 64. 0,010 1,15 1,49 1,75 1,94 2,1 2,22 2,32 2,41. Índice de Grubss 1,86 1,32 0,55 0,20 0,14 0,14 0,16 0,24 0,45 1,81.