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UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA
CURSO:
MECÁNICA DE SUELOS II
PROFESOR: Ing. WILLIAM RODRIGUEZ SERQUEN
NOMBRE: DARWIN ALFREDO TORRES GARCÍA.
CÓDIGO:
102323 D
Lambayeque, 16 de Octubre del 2013
ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA
2013
INDICE
RESUMEN
………………………...3
INTRODUCCIÓN
………………………....4
OBJETIVOS
…………………………4
MARCO TEÓRICO
…………………………5
MATERIALES
………………………….7
PROCEDIMIENTO
………………………....9
RESULTADOS Y DISCUSIONES
…………………………10
CONCLUSIONES
…………………………14
BIBLIOGRAFÍA
…………………………15
ANEXOS
……………………….. 16
2
MECÁNICA DE SUELOS II
ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA
I.
2013
RESUMEN
En este informe estaré dando a conocer minuciosamente los concepto necesarios para el desarrollo de este ensayo, teniendo como bases a un marco teórico que nos especifican como es el comportamiento de una masa de suelo no consolidada, y como se desarrollarían teóricamente, una vez conociendo este método pasaré a presentar a los materiales utilizados para el ensayo y el procedimiento que debemos de seguir; seguido se desarrollarán los cálculos, y algunas conclusiones que se han obtenido del trabajo y siendo necesario anexar un panel fotográfico al momento del ensayo.
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MECÁNICA DE SUELOS II
ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA
II.
2013
INTRODUCCIÓN
Este primer ensayo realizado en el laboratorio de mecánica de suelos, tiene por finalidad encontrar la resistencia a la compresión o esfuerzo de suelos no confinados y cohesivos, para esto se considera al suelo como una masa elástica, que cumplan con las leyes de la elasticidad; para tal caso la cohesión del suelo es la que interviene en este método de ensayo pues si mayor es la cohesión la muestra tenderá a comportarse como un material elástico la cual no es real para los suelos, se dice además que cuando mayor son los finos del suelo, este material es más cohesivo y entonces la resistencia a la compresión o el esfuerzo será mayor por que este tiene una relación directamente proporcional, otro factor que importa en estas propiedades es el grado de humedad que presenta la muestra, no quizás para este ensayo, sino que si una muestra es más húmeda las partículas que la conforman se lubrican más y la fricción que existe entre ellas es menor, entonces la cohesión sería menor.
III.
OBJETIVOS
1. Determinar el esfuerzo máximo de rotura: qu 2. Hallar la cohesión del suelo : 3. Hallar el módulo de elasticidad: E 4. Calcular el contenido de humedad de la muestra 5. Calcular el peso específico de masa del suelo
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MECÁNICA DE SUELOS II
ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA
IV.
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MARCO TEÓRICO
La prueba de compresión simple es un tipo especial de prueba no consolidada-no drenada que se usa comúnmente para especímenes de arcilla. En esta prueba, la presión de confinamiento es cero. Una carga axial se aplica rápidamente al espécimen para genera la falla. En esta, el esfuerzo principal menor total es cero y el esfuerzo principal mayor es (figura IV.1). Para esto tenemos:
FIGURA IV.1 Círculo de Mohr para prueba de compresión simple
IV.1
Donde es la resistencia a la compresión simple y es resistencia cortante no drenada y es igual al radio del círculo de Mohr. La tabla IV.1 da las consideraciones aproximadas de arcillas con base en sus resistencias a compresión simple. Tabla IV.1 Relación general de consistencia y resistencia a la compresión simple de arcillas Consistencia Muy blanda Blanda Media Firme Muy firme Dura
qu (kN/m2) 0-25 25-50 50-100 100-200 200-400 >400
Los resultados de resistencia al corte a partir de ensayos de compresión no confinada son razonablemente confiables si se interpretan adecuadamente. Por ejemplo, el uso de una curva de esfuerzo-deformación unitaria basada en el experimento de compresión no confinada para obtener un módulo de elasticidad, ya que el suelo no es un material 5
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elástico para las deformaciones unitarias asociadas usualmente con este tipo de experimentos, Dará, en general, un valor muy poco confiable. El experimento de compresión no confinada puede hacerse con control de deformación unitaria o control de esfuerzo pero para nuestro caso hemos utilizado con control deformación. La deformación unitaria se calcula de la mecánica de materiales como: IV.2
Donde: , es la deformación total de la muestra (axial), mm. , es la longitud original de la muestra, en mm. El esfuerzo instantáneo del ensayo sobre la muestra se calcula como: IV.3 Donde: , es la carga sobre la muestra en cualquier instante para el correspondiente valor de _L, en kg. , es el área de la sección transversal de la muestra para la carga correspondiente
P, en cm2. En mecánica de suelos es práctica convencional corregir el área sobre la cual actúa la carga P. Esto no se hace cuando se ensayan metales en tensión. Una de las razones para esta corrección de área es la de permitir cierta tolerancia sobre la forma como el suelo es realmente cargado en el terreno. Aplicar esta corrección al área original de la muestra es algo conservativo también pues la resistencia última calculada de esta forma será menor que la que se podría calcular utilizando el área original. El área original se corrige considerando que el volumen total del suelo permanece constante. El volumen total inicial de la muestra es:
IV.4
Pero después de algún cambio L en la longitud de la muestra es:
IV.5
Igualando las ecuaciones IV-4 y IV-5, cancelando términos y despejando el área corregida A', se obtiene:
……………….IV.6
6
MECÁNICA DE SUELOS II
ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA
V.
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MATERIALES
Muestra inalterada en tubo. (figura V.1)
Balanza electrónica. (figura V.4)
Probeta - Cilindro pequeño de metal. (figura V.2)
Vernier. (figura V.5)
Estufa. (figura V.3)
Cronómetro. (figura V.6)
Extractor de muestra. (figura V.7) Este es un equipo mecánico que extrae el cilindro de la muestra de suelo, con tan solo mover la palanca habremos quitado la muestra
Extractor de muestra. (figura V.7)
7
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Máquina de compresión. (figura V.8) Esta máquina mecánica nos permitirá comprimir la muestra hasta un punto donde la muestra falle, para esto se necesitarán dos micrómetros uno de deformación y uno de carga; esta máquina mide compresiones menores a los 100 kPa (1kg/cm2) y deben ser capaces de medir los esfuerzos compresivos con una precisión de 1 kPa (0,01 kg/cm2.
Micrómetro de Deformaciones. (figura V.9) Este micrómetro está graduado a 0,02mm, y con un rango de medición de por lo menos un 20% de la longitud del espécimen para el ensayo, o algún otro instrumento de FIGURA V.8 medición, como un transductor que cumpla estos requerimientos.
Micrómetro de Cargas. (figura V.10) Este instrumento nos indica un número que al multiplicarlo por su constante nos resulta la fuerza que se le está aplicando a la muestra de suelo.
FIGURA V.9
FIGURA V.10
8
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VI.
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PROCEDIMIENTO
Se toma una muestra de suelo, tipo MIT (Muestra inalterada en tubo de pared delgada); de esta muestra extraemos una pequeña probeta cilíndrica (figura V.2) cuyas dimensiones son de 4 cm. de diámetro medido del interior y una altura de 5.9 cm. Luego de obtenido el molde con la muestra, pesamos ambos en una balanza electrónica de una precisión de centésima de gramo (figura V.4), obteniendo peso del molde más peso de la muestra. Con el equipo extractor de muestra (figura V.7) se retiró la probeta (cilindro pequeño) quedando la muestra no confinada y con las dimensiones interiores del cilindro. La muestra fue colocada en la máquina de compresión (figura V.8), en este método de ensayo se aplicó 5 deformaciones de 0.005 lecturas en el micrómetro de deformación (figura V.9), luego 5 de 0.010 y el resto de 0.020 con intervalos de tiempos de 15 segundos. Cada deformación aplicada se traduce a una carga axial aplicada la cual se toma lectura en el micrómetro de carga (figura V.10) y para transformarlo en una carga tenemos que multiplicarlo por una constante “k ” que es propia del fabricante del micrómetro de carga (k = 108.696), el valor que nos sale está expresado en kg. Una vez la muestra falle, o sea cuando vemos que el micrómetro de carga comienza a disminuir en las lecturas y cuando visualmente vemos que la muestra ha fallado en su forma inicial, pasamos a medir las dimensiones como el diámetro de la parte central de la muestra y su altura. Pasamos a pesar la muestra antes de meterlo al horno, después de estar 24 horas en el horno se le pesa nuevamente para así encontrar su contenido de humedad. Con el volumen de la muestra y su peso en estado natural encontramos su peso específico de masa, también podemos encontrar su peso específico del sólido con el peso después de sacado del horno. Luego vamos a calcular con operaciones matemáticas el esfuerzo máximo de rotura, el módulo de elasticidad y la cohesión del suelo.
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VII.
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RESULTADOS Y DISCUSIONES
CONDICIONES INICIALES
Peso Muestra + anillo(gr) Peso del anillo (gr) Diámetro inicial (cm) Área inicial (cm2) Altura inicial (cm) Volumen inicial (cm3)
: 187.4 : 59.6 :4 : 12.566 : 5.8 : 72.885
TABLA VII.1: Lecturas del micrómetro de carga según el intervalo de tiempo determinado: TIEMPO TRANS. (seg)
MICROM. DE CARGA
DIAL DE DEFORM.
0
0
0
15
0.002
0.005
30
0.004
0.005
45
0.006
0.005
60
0.008
0.005
75
0.009
0.005
90
0.011
0.01
105
0.013
0.01
120
0.015
0.01
135
0.018
0.01
150
0.02
0.01
165
0.02
0.02
180
0.021
0.02
195
0.024
0.02
210
0.028
0.02
225
0.028
0.02
240
0.028
0.02
255
0.024
0.02
270
0.023
0.02
285
0.022
0.02
300
0.021
0.02
315
0.021
0.02
10
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Condiciones Finales:
Diámetro final (cm) Área final (cm2) Altura final (cm) Volumen final (cm3) Peso de la muestra seca (gr)
: 4.05 : 12.882 : 5.64 : 72.657 :112.74
Tabla VII.2 Presentación de resultados finales – esfuerzos. TIEMPO MICROM. CARGA DEFORM. DIAL DE DEFORM. AREA TRANS. DE AXIAL TOTAL DEFORM. UNITARIA CORREGIDA (seg.) CARGA (kg) (cm)
ESFUERZO (kg/cm2)
0
0
0
0
0
0
12.5664
0
15
0.002
0.2174
0.005
0.005
0.000862
12.577242
0.01728455
30
0.004
0.4348
0.005
0.01
0.001724
12.588104
0.03453928
45
0.006
0.6522
0.005
0.015
0.002586
12.598984
0.05176418
60
0.008
0.8696
0.005
0.02
0.003448
12.609882
0.06895925
75
0.009
0.9783
0.005
0.025
0.00431
12.6208
0.07751204
90
0.011
1.1957
0.01
0.035
0.006034
12.642692
0.0945729
105
0.013
1.413
0.01
0.045
0.007759
12.66466
0.11157409
120
0.015
1.6304
0.01
0.055
0.009483
12.686705
0.12851564
135
0.018
1.9565
0.01
0.065
0.011207
12.708827
0.15395033
150
0.02
2.1739
0.01
0.075
0.012931
12.731025
0.17075765
165
0.02
2.1739
0.02
0.095
0.016379
12.775656
0.17016112
180
0.021
2.2826
0.02
0.115
0.019828
12.820602
0.17804282
195
0.024
2.6087
0.02
0.135
0.023276
12.865864
0.20276166
210
0.028
3.0435
0.02
0.155
0.026724
12.911447
0.23572013
225
0.028
3.0435
0.02
0.175
0.030172
12.957355
0.23488498
240
0.028
3.0435
0.02
0.195
0.033621
13.00359
0.23404983
255
0.024
2.6087
0.02
0.215
0.037069
13.050156
0.1998983
270
0.023
2.5
0.02
0.235
0.040517
13.097057
0.19088319
285
0.022
2.3913
0.02
0.255
0.043966
13.144296
0.18192774
300
0.021
2.2826
0.02
0.275
0.047414
13.191877
0.17303194
315
0.021
2.2826
0.02
0.295
0.050862
13.239804
0.17240558
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DIAGRAMA DE ESFUERZO DEFORMACION 0.25 ESFUERZO ÚLTIMO
0.20
Límite de Elasticidad
Punto de fluencia
) 2 m c / 0.15 g k (
punto de ruptura aparente
σ
o z r e 0.10 u f s E
o t s a l
o e c i a t n s a o l Z p
0.05
Límite de proporcionalidad
0.00 0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
deformacion unitaria є
FIGURA VII.1 Grafica ESFUERZO – DEFORMACION obtenida en el ensayo
El máximo esfuerzo o esfuerzo último de carga se da en la línea roja punteada y es igual a 0.24 kg/cm 2. El módulo de elasticidad obtenido es:
La cohesión del suelo es: 0.12 0 Contenido de humedad : 1.13 Peso específico de masa es :1.75
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DISCUSIÓN 1.- Fórmulas: Deformación unitaria:
ε=
……………………….. (I)
Área corregida: A'= ……………………. (II) Esfuerzo: = = ………………… (III) Módulo de elasticidad: Se ha tomado el promedio de los datos donde la curva elástica tiende a ser una función lineal o sea hasta el límite de proporcionalidad (ver figura VII.1). ………………. (IV)
Cohesión del suelo:
………………………. (V)
Contenido de humedad:
…………… ………. (VI)
Peso específico de masa
…………… ………. (VII)
Dónde: P ----- Carga aplicada. Ao --- Área inicial. ε ----- Deformación unitaria. δ ----- Deformación o desplazamiento. Lo---- Longitud inicial de calibración. ------ Esfuerzo. -----Peso del agua y Peso del sólido -----Peso de la muestra y volumen de la muestra 2.- Aplicación de fórmulas: Calculamos el esfuerzo máximo utilizando la mayor lectura del micrómetro de carga: 0.028 a los 240 seg. 2 2 2 2 = = = = (0.24kg/cm )x(10^4 cm /m )x (9.81N/kg)=23.5KN/m Calculamos el módulo de elasticidad:
=
Calculamos la cohesión del suelo:
13
=
= 0.12
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ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA
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VIII. CONCLUSIONES 1. Según como he expuesto en la tabla IV.1 y los resultados obtenidos del ensayo, se ha llegado a una conclusión que el esfuerzo último es de 23.5 kN/m 2 obteniendo por tanto una consistencia muy blanda. 2. La muestra de suelo ha tenido una cohesión de 0.12 kg/cm2 y el esfuerzo último ha llegado a 0.24 kg/cm2. 3. La gráfica de esfuerzo – deformación (figura VII.1) nos muestra como el límite de proporcionalidad y el límite de elasticidad están muy distantes esto es debido que un suelo no se comporta como material elástico. Si nuestra muestra presenta un comportamiento elato-plástico. Pues como el esfuerzo aplicado es de un peso continuo generalmente si sometemos al suelo un pequeño esfuerzo es muy difícil de que vuelva a su estado original, sino que se presentaría una deformación, en cuanto al límite de elasticidad está muy cercano al punto de fluencia por lo cual el suelo está iniciando una etapa crítica que es una etapa elasto-plastica.
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IX.
BIBLIOGRAFÍA
BRAJA M. DAS Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, segunda edición, México, 2010.
X.
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LINKOGRAFÍA
http://www.unne.edu.ar/unnevieja/Web/cyt/cyt/2001/7-Tecnologicas/T006.pdf
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ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA
XI.
FIGURA XII.1 extracción del molde de la muestra de suelo.
ANEXOS
FIGURA XII.2 Instalación de la muestra no confinada en la máquina de compresión
FIGURA XII.3 Primeras fallas de la
FIGURA XII.4 Muestra en su estado
muestra al ser sometida a cierta carga.
final, con las fallas visibles
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MECÁNICA DE SUELOS II
