Suelos II _ Informe IV ENSAYO Compresión no Confinada

Instituto de Obras Civiles 2012

Suelos II _ Informe IV

ENSAYO Compresión no Confinada

Profesor: Luis Collarte Ayudante Néstor Sotomayor Integrantes: Mijail Arcos Mauricio Barrientos Samuel Lagos Guillermo Morelle

Índice

Contenido

Implementos y materiales utilizados...7

Procedimiento... 9

Expresión de los resultados:...11

CONCLUSION... 14

Introducción

Para poder comenzar una edificación o construcción sobre algún suelo, es sumamente importante saber el comportamiento que tendrá este cuando le sea aplicada la carga de la estructura (puente, carretera, edificio, etc.), además aprovechar al máximo las resistencias del suelo en beneficio propio para su capacidad. Es por esto que es necesaria la experimentación de los suelos para poder determinar las propiedades requeridas para los cálculos.

En este trabajo, se determinará una de las propiedades importantes de los suelos, que es la carga última. Dicho ensayo es llamado ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA (CNC) o ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE. Este ensayo puede estimar la resistencia al corte del suelo, y entregar un valor de carga que podría ser utilizado en proyectos en donde no sea necesario un cálculo más preciso.

Existen diversos tipos de ensayos, debido a la gran cantidad de suelos distintos, especialmente lo referido al esfuerzo cortante. A pesar de la existencia del ensayos más sofisticados o complejos, como el ensayo triaxial, el ensayo CNC puede cumplir el objetivo deseado, sin la necesidad de un método tan complicado ni el uso de equipamiento que a veces puede ser inaccesible.

El método de compresión simple, solo puede ser aplicado a suelos que no expulsen agua durante la etapa del ensayo, y que además puedan mantener su resistencia intrínseca luego de remover las presiones de confinamiento (como los suelos cementados o arcilla). Tampoco pueden ser medidos los materiales laminados, fisurados o varvados, los suelos secos, limos, turbas y arenas.

Objetivos

Reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el

Ensayo Compresión no Confinada.

Obtener datos a partir de los ensayos y anotarlos en un registro ordenado de acuerdo a un

método establecido para evitar cometer errores u omitir información relevante.

Realizar lo requerido para el ensayo de manera responsable, cuidando los instrumentos y

resguardado la propia integridad así también la integridad de los compañeros.

Trabajar de la forma mas ajustada a lo que indica la normativa para obtener resultados

lo mas exacto posible para así poder realizar una expresión grafica tensión v/s penetración adecuada y en completa concordancia de lo resultados obtenidos.

Construir el gráfico esfuerzo-deformación a partir de los datos obtenidos de la experiencia

y de las fórmulas teóricas necesarias.

Procesar los datos obtenidos a través de formulaciones, tablas y gráficos, de manera que

MARCO TEÓRICO

La finalidad del ensayo mencionado, es poder determinar de manera aproximada la resistencia a la compresión no confinada (qu), de una probeta cilíndrica de un suelo

semi-cohesivo o semi-cohesivo, e indirectamente la resistencia al corte (qc) con la ecuación: 2 2 qu kg qc cm    _{ }  

El cálculo anterior se basa en la hipótesis de que el ángulo de fricción interna (Φ) del suelo en cuestión y que el esfuerzo principal menor es cero, ya que el suelo es rodeado solo por la presión atmosférica.

El método CNC o compresión simple, es un caso particular del ensayo triaxial, en donde solo se le aplica una tensión longitudinal a la probeta ensayada. El hecho de no tener que aplicar una presión lateral con el dispositivo al suelo, y además no existe la necesidad de envolverla con la membrana de caucho, este ensayo se convierte en un método sencillo de manejar. Por otra parte, el equipo es útil principalmente a suelos predominantemente arcillosos que estén semi-saturados o saturados.

El ensayo podrá ser realizado mediante dos formas distintas: mediante un control de esfuerzos o mediante un control de deformaciones. Al ensayar mediante un control de esfuerzos, requiere realizar un incremento de carga, lo que podría llegar a provocar errores en las deformaciones unitarias, al producirse una carga adicional de impacto. En cambio, el método por el control de deformaciones es más utilizado, ya que puede controlar la velocidad de deformación de la plataforma del equipo.

Según el valor de la resistencia máxima a compresión simple, una arcilla se puede clasificar del modo que se indica a continuación (Terzaghi y Peck, 1955)

Producto de la realización de una gran cantidad de estudios, se ha hecho evidente que generalmente el resultado de este ensayo podría proporcionar un valor no tan confiable de la resistencia al corte de un suelo cohesivo. Esto debido a la pérdida de la restricción lateral de la probeta de suelo, las condiciones internas de la muestra (como la presión de poros o el grado de saturación que pueden ser controladas), y la fricción en los extremos producidas por las placas de apoyo. Pero si los datos obtenidos son interpretados de manera correcta, reconociendo de manera consiente las deficiencias del método, estos llegarían a ser razonablemente confiables.

TIPOS DE ROTURAS

Dentro del ensayo CNC, se pueden diferenciar 2 tipos de roturas producidas por la compresión en la probeta, estas son la de rotura dúctil y rotura frágil. La primera forma de rotura, la probeta se limita a deformarse, sin que aparezcan zonas de discontinuidad. En cambio, en el segundo tipo de rotura predominan las grietas que van en dirección paralela a la carga, ocurriendo de un modo bastante brusco y con deformaciones muy pequeñas, presentándose así un desmoronamiento de la resistencia. La rotura se forma a través de una dirección inclinada, apareciendo un pick en la resistencia y u valor residual.

Por otro lado, también se pueden originar tracciones de forma local en el contorno de las fisuras, sobretodo en planos paralelos a la dirección de la compresión. Todo esto puede explicar el hecho de la aparición de grietas verticales. Por ejemplo, en suelos relativamente blandos sometidos a presiones no muy altas, la rotura del tupo dúctil se produce bajo la forma de un ensanchamiento sólo en la parte central, ya que por los extremos de la muestra, la fricción entre el suelo y las placas impide ensancharse.

Implementos y materiales utilizados

5 Cápsulas para muestras:

6 Cronómetro

7 Balanza:

8 Horno de secado:

9 Equipo misceláneo: Incluye las herramientas para recortar y labrar la muestra, instrumentos para remoldear la muestra, y las hojas de datos.

Procedimiento

Al momento de describir el procedimiento se considera que la muestra fue entregada el día de la experiencia de laboratorio por el ayudante, el cual había realizados los procesos previos descrito en la norma, solo se describe los pasos seguidos una ves que la muestra fue recibida.

El procedimiento empleado durante la experiencia de laboratorio se basa en la Norma Chilena NCh 3134 c2007 que es la que normaliza el ensayo de compresión no confinada y es con la cual se trabajó para realizar el práctico de laboratorio. El método empleado es el siguiente:

1. Preparación de la probeta.

- Los especímenes deben tener una sección transversal circular con sus extremos perpendiculares al eje longitudinal de la muestra. Además deben tener un diámetro mínimo de 30 mm y la partícula mayor contenida dentro del espécimen de ensayo debe ser menor que 1/10 del diámetro del espécimen. La relación de altura a diámetro debe encontrarse entre 2 y 2,5.

- Se talla la muestra de tal manera que la altura sea el doble del diámetro, este tallado se realiza de forma muy cuidadosa, en lo posible tratando que el material no se agriete en el tallado, realizado con un cuchillo.

- El tamaño de la probeta se mide con un molde, de esta manera se llega a una probeta bien tallada cumpliendo con la condiciones anteriormente mencionadas, y se determina la altura promedio y el diámetro de la muestra para el ensayo utilizando los instrumentos especificados anteriormente.

2. Procedimiento.

- Se coloca el espécimen en el aparato de carga de tal manera que quede centrado en la platina inferior. Se ajusta el instrumento de carga cuidadosamente de tal manera que la platina superior apenas haga contacto con el espécimen. Se coloca en cero el indicador de deformación.

- Se aplica la carga de tal manera que se produzca una deformación axial a razón de 0,05 plg/min.

- Se registran los valores de carga, deformación y tiempo, del anillo de deformaciones y del anillo de cargas (0,0001”) a intervalos suficientes para definir la curva esfuerzo-deformación.

- Se continúa aplicando carga hasta que los valores de carga decrezcan al aumentar la deformación o hasta que se alcance una deformación igual a 0,2.

Expresión de los resultados:

 Calcular la deformación axial, Ɛl lo más cercano a 0,1%, para una carga aplicada

determinada, con la formula

0 100 l L L    

Donde: ΔL= Cambio de longitud de la muestra como se lee en el indicador de Deformación o registro a partir del dispositivo electrónico [cm]

L0= Largo inicial de la muestra de ensayo [cm]

 Calcular el área corregida, Ac para una carga aplicada determinada,como son la

siguiente formula:

Donde: A0= Área transversal promedio inicial de la muestra [cm2]

Ɛl = deformación axial para la carga determinada, expresada con

Un decimal

 Calcular el esfuerzo de compresión, σc , a tres cifras significativas o lo más cercano

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

Donde: P= Carga aplicada determinada [KPa]

Ac = Área transversal promedio correspondiente [cm2]

 Para el caso de nuestra prensa de ensayo utilizada, la calibracion de esta es (Kgf): Lectura dial <= 200 0,1501*carga dial + 0,5211

Lectura dial > 200 0,15*carga dial + 3,7

Se ocupara la segunda ecuación para los calculos realizados

Altura 1

(mm) Altura 2(mm) Altura 3(mm) Altura Prom.(mm)

90,28 91,05 91,03 90,79 Diámetro 1 (mm) Diámetro 2 (mm) Diámetro 3 (mm) Diámetro Prom. (mm) 46,74 45,62 46,61 46,32 Masa recip.(grs) Masa recip. + muestra (grs) Masa recip. + muestra seca (grs) % Humedad 51 247 165 58,16

Los valores obtenidos en el laboratorio, que son utilizados para el cálculo del ensayo de compresión no confinada, se muestran en la siguiente tabla:

Tiemp

o DEFORMACION Carga Deformación 1 - ɛ Area Esfuerzo (σ)

(seg.) (Pulg) Anillo 0.0001" (Kgf) unitaria (ɛ) corregida (cm2) (KPa) 15 0,0125 10 5,2 0,00035 0,99965 16,86 30,245 30 0,025 20 6,7 0,00070 0,99930 16,87 38,956 45 0,0375 34 8,8 0,00105 0,99895 16,87 51,148 60 0,05 47 10,75 0,00140 0,99860 16,88 62,460 75 0,0625 59 12,55 0,00175 0,99825 16,88 72,892 90 0,075 65 13,45 0,00210 0,99790 16,89 78,092 105 0,0875 56 12,1 0,00245 0,99755 16,90 70,230 120 0,1 55 11,95 0,00280 0,99720 16,90 69,335

Área 1 Área 2 Área 3 Prom.Área

Junto con la tabla descrita anteriormente, se puede realizar el grafico esfuerzo-deformación correspondiente a este ensayo, en donde se puede observar el valor máximo de carga que puede soportal el suelo ensayado:

CONCLUSION

Se puede observar que este ensayo es relativamente corto y sencillo, comparado a otros, pero que quizás entrega resultados no tan precisos. Este ensayo, a pesar de su resultado aproximado, da una visión de cómo se comportaría el suelo al ser presionado por alguna carga externa.

En lo que respecta al gráfico, se puede apreciar el valor máximo de carga, el cual es 78.09 KPa. ó 0,8 kg/cm2_{, que según la clasificación expresada anteriormente da una arcilla}

de consistencia media (entre 0,50-1,00 kg/cm2_).

En lo que respecta al tipo de rotura, el suelo presentó grietas verticales, es decir roturas del tipo dúctil, manifestadas en suelos relativamente blandos.

Bibliografía

NCh 3134 c2007: Método para determinar la resistencia a la compresión no confinada de suelos cohesivos