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UNIVERSIDAD RICARDO PALMAFACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
CURSO: Mecánica de Suelos II
TRABAJO: Compresión no confinada
PROFESOR: Ing. Donayre Córdova, Oscar.
ALUMNO:
CÓDIGO:
GRUPO: 2
SUB-GRUPO: 2
FECHA DE ENTREGA: 28 de septiembre de 2014
COMPRESIÓN NO CONFINADA
(2da práctica de laboratorio)
1. INTRODUCCIÓN
El ensayo de compresión no confinada, también conocido con el nombre de ensayo de
compresión simple o ensayo de compresión uniaxial, es muy importante en Mecánica
de Suelos, ya que permite obtener un valor de carga última del suelo, el cual, como se
verá más adelante se relaciona con la resistencia al corte del suelo y entrega un valor
de carga que puede utilizarse en proyectos que no requieran de un valor más preciso,
ya que entrega un resultado conservador. Este ensayo puede definirse en teoría como
un caso particular del ensayo triaxial.
Es importante comprender el comportamiento de los suelos sometidos a cargas, ya
que es en ellos o sobre ellos que se van a fundar las estructuras, ya sean puentes,
edificios o carreteras, que requieren de una base firme, o más aún que pueden
aprovechar las resistencias del suelo en beneficio de su propia capacidad y
estabilidad, siendo el estudio y la experimentación las herramientas para conseguirlo,
y finalmente poder predecir, con una cierta aproximación, el comportamiento ante las
cargas de estas estructuras.
2. OBJETIVO
Obtener los parámetros de resistencias y deformación de un suelo fino sometido a
compresión sin confinamiento lateral.
3. FUNDAMENTO TEÓRICO
MOHR-COULOMB
Suelo cohesivo: = c ( = 0)
= c + tan
Suelo friccionarte: = tan (c = 0)
Ecuación de Coulomb
= Esfuerzo Cortante.
c = Cohesión.
= Esfuerzo normal.
= Ángulo de fricción interna (será mayor cuando el suelo sea más compacto.)
Este ensayo es empleado para determinar la resistencia al corte rápidamente en suelos
cohesivos. En suelos granulares o sin cohesión no es aplicable este ensayo por la
dificultad de moldear la muestra.
En este ensayo se aplica una carga normal sin confinamiento lateral de la muestra, hasta
que alcance la falla
La falla de la muestra ocurre cuando se presentan una de las tres situaciones siguientes:
Rotura de la muestra (No se presenta incremento en la lectura de carga de la
muestra).
La lectura de carga permanece constante.
La deformación alcanza el 20%
Tipos de falla:
Condiciones de esfuerzos durante las distintas etapas del ensayo:
ETAPAS:
4. EQUIPOS
Máquina de compresión.
Anillo de carga
Extensómetro
Vernier
Herramientas e instrumentos de laboratorio.
5. PROCEDIMIENTO
a) Se debe de tallar un mínimo de tres especímenes cuya forma geométrica corresponde
al de un cilindro definiendo sus dimensiones de altura y diámetro con el vernier.
D
L
b) La relación longitud-diámetro de las muestras para el experimento debería ser
suficiente grande para evitar interferencias de planos potenciales de falla a 45° y
suficiente corta para no obtener falla de “columna”. La relación L/d que satisface estos
criterios es: 2 < L/d <3.
c) Cada espécimen se ensambla entre las placas de compresión provocando la mayor
superficie de contacto entre el espécimen y dichas placas.
d) Bajo el control de la deformación vertical (lectura vertical) se llena progresivamente al
espécimen a su falla por compresión.
FALLA
e) Se considera que el espécimen ha fallado a compresión si ocurre cualquiera de los
tres eventos:
i. Falla Frágil: Cuando la fuerza vertical alcanza un valor máximo (lectura
vertical) para un determinado nivel de deformación y luego disminuye dicha
fuerza rápidamente en el siguiente nivel de deformación.
ii. Falla Dúctil: Cuando la fuerza vertical alcanza un valor máximo para un
determinado nivel de deformación y dicha fuerza se mantiene constante en
tres lecturas consecutivas de la deformación.
iii. Falla Plástica: Si la fuerza vertical no alcanza un valor máximo
produciéndose gran deformación lateral del espécimen, por lo que se
considera que la fuerza vertical que corresponde al 20% de la deformación
vertical es la que produce la falla plástica.
6. CÁLCULOS Y RESULTADOS
ÁREA MUESTRA (A)
Muestra N°1
A=π∗D2
4=π∗6.8542
4=36.896cm2
Muestra N°2
A=π∗D2
4=π∗6.302
4=31.172cm2
Muestra N°3
A=π∗D2
4=π∗5.472
4=23.49cm2
VOLUMEN MUESTRA (V)
Muestra N°1
V=A∗L=36.896∗16.15=595.87cm3
Muestra N°2
V=A∗L=31.172∗15.87=494.69cm3
Muestra N°3
V=A∗L=23.49∗12.93=303.726cm3
PESO UNITARIO(γ )
Muestra N°1
γ=ωiV
=831.477595.87
=1.377 g /cm3
Muestra N°2
γ=ωiV
=831.36494.69
=1.712 g/cm3
Muestra N°3
γ=ωiV
= 477.78303.726
=1.572g /cm3
CONTENIDO DE HUMEDAD(ω)
MUESTRA N°11 N°recipiente 1402 W recipiente(gr) 18.873 W recipientesw(gr) 117.214 W recipientes(gr) 84.935 Ww:3-4(gr) 32.826 Ws:4-2(gr) 66.067 ω:100*5/6(%) 48.9%
MUESTRA N°2
1 N°recipiente 1082 W recipiente(gr) 20.863 W recipientesw(gr) 109.414 W recipientes(gr) 84.575 Ww:3-4(gr) 24.846 Ws:4-2(gr) 63.717 ω:100*5/6(%) 38.98%
MUESTRA N°3
1 N°recipiente 1382 W recipiente(gr) 16.963 W recipientesw(gr) 82.014 W recipientes(gr) 59.835 Ww:3-4(gr) 22.186 Ws:4-2(gr) 42.877 ω:100*5/6(%) 51.74%
PESO UNITARIO SECO(γd)
Muestra N°1
γ d=γ
(1+ω)= 1.377
(1+48.9/100)=0.925g /cm3
Muestra N°2
γ d=γ
(1+ω)= 1.712
(1+38.98 /100)=1.615 g/cm3
Muestra N°3
γ d=γ
(1+ω)= 1.572
(1+51.74 /100)=1.572 g/cm3
GRADO SATURACIÓN (S)
Muestra N°1
1.377=(1+48.9/100 )∗2.8∗1
1+48.96∗2.8
S
→ S=67.60%
Muestra N°2
1.712=(1+38.98/100 )∗2.64∗1
1+38.98∗2.64
S
→S=24.97%
Muestra N°3
1.572=(1+51.74 /100 )∗2.78∗1
1+51.74∗2.78
S
→S=0%
LECTURA DEL ANILLO (mm)
Un ejemplo para la Muestra N°1, en la lectura vertical 0.01cm:
Lectura del anillo=Lectura Anotada1000
= 161000
=0.016mm.
Este mismo procedimiento se realiza al resto de lecturas de esta muestra,
así como también para las muestras N°2 y N°3.
DEFORMACIÓN VERTICAL (δv)
Muestra N°1
Un ejemplo en esta muestra para la lectura vertical de 0.01 cm:
δv= Lectura verticalAlturade lamuestra
∗100= 0.0116.15
∗100=0.06%
Este mismo procedimiento se realiza al resto de lecturas de esta muestra.
Muestra N°2
Un ejemplo en esta muestra para la lectura vertical de 0.02 cm:
δv= Lectura verticalAlturade lamuestra
∗100= 0.0215.87
∗100=0.13%
Este mismo procedimiento se realiza al resto de lecturas de esta muestra.
Muestra N°3
Un ejemplo en esta muestra para la lectura vertical de 0.03 cm:
δv= Lectura verticalAlturade lamuestra
∗100= 0.0312.93
∗100=0.23%
Este mismo procedimiento se realiza al resto de lecturas de esta muestra.
DEFORMACIÓN VERTICAL (Fv)
Un ejemplo para la Muestra N°1, en la lectura vertical 0.01cm:
Fv=lecturadel anillo∗constantedel anillo=0.035∗150=5.25Kg
Este mismo procedimiento se realiza al resto de lecturas del anillo de esta
muestra, así como también para las muestras N°2 y N°3 para obtener la
deformación vertical.
ÁREA CORREGIDA (Ac)
. Un ejemplo para la Muestra N°1, en la lectura vertical 0.01cm y con
una deformación vertical de 0.06 %:
Ac= A1−δv
= 36.896
1−0.06100
=35.89cm2
Este mismo procedimiento se realiza al resto de deformaciones verticales
de esta muestra con su respectiva área para obtener el área corregida.
.Para la Muestra N°2, en la lectura vertical 0.02cm y con una
deformación vertical de 0.13 %:
Ac= A1−δv
= 31.172
1−0.13100
=31.21cm2
Este mismo procedimiento se realiza al resto de deformaciones verticales
de esta muestra con su respectiva área para obtener el área corregida.
Para la Muestra N°3, en la lectura vertical 0.03cm y con una deformación
vertical de 0.23 %:
Ac= A1−δv
= 23.49
1−0.23100
=23.54cm2
Este mismo procedimiento se realiza al resto de deformaciones verticales
de esta muestra con su respectiva área para obtener el área corregida.
ESFUERZO VERTICAL (σ ¿¿v )¿
Un ejemplo para la Muestra N°1, en la lectura vertical 0.01cm y con una
fuerza vertical 5.25 Kg y área corregida de 35.89 cm2:
σ v=FvAc
= 5.2535.89
=0.27Kg /cm2
Este mismo procedimiento se realiza al resto de fuerzas verticales con su
área corregida de esta muestra para obtener el esfuerzo vertical, lo mismo
se aplica para hallar los esfuerzos verticales de la muestra N°2 y N°3.
Ensayo Compresión Simple Muestra M-1Norma NTP 339.167-2002/ASTM D2166-1998Cosntante del anillo (kg/mm) 150Velocidad de ensayo (mm/min) 0,635Estado de la muestra inalteradaClasificación del suelo Sucs
Datos generales:Altura de la muestra (cm) 16,15Diámetro de la muestra (cm) 6,854Peso de la muestra (gr) 831,47Área de la muestra (cm^2) 36,896Volumen de la muestra (cm^3) 595,869
Contenido de Humedad ω 48,96%Gravedad específica Gs 2,8Peso unitario del agua ɣw (gr/cm^3) 1Peso unitario ɣ (gr/cm^3) 1,377Peso unitario seco ɣd (gr/cm^3) 0,925Grado de saturación S (%) 67,60%
Lectura Vertical
(cm)
Lectura Anillo (mm)
Deformación
Vertical (%)
Fuerza Vertical
(kg)
Área Corregida (cm)
Esfuerzo
Vertical (kg/cm
^2)
Diámetro Final
(cm)
δL
Módulo de Poisson ɳ0,00 0,000 0,000% 0,000 36,896 0 6,854 0,000 -0,01 0,016 0,062% 2,400 36,919 0,065 6,856 0,031 0,0200,02 0,024 0,124% 3,600 36,942 0,097 6,858 0,062 0,0200,03 0,031 0,186% 4,650 36,965 0,126 6,860 0,093 0,0200,04 0,036 0,248% 5,400 36,988 0,146 6,863 0,124 0,0200,05 0,042 0,310% 6,300 37,010 0,170 6,865 0,155 0,0200,06 0,047 0,372% 7,050 37,033 0,190 6,867 0,186 0,0200,07 0,052 0,433% 7,800 37,057 0,210 6,869 0,217 0,0200,08 0,055 0,495% 8,250 37,080 0,222 6,871 0,249 0,020
0,09 0,060 0,557% 9,000 37,103 0,243 6,873 0,280 0,0200,10 0,063 0,619% 9,450 37,126 0,255 6,875 0,311 0,0200,11 0,067 0,681% 10,050 37,149 0,271 6,877 0,342 0,0200,12 0,071 0,743% 10,650 37,172 0,287 6,880 0,374 0,0200,13 0,074 0,805% 11,100 37,195 0,298 6,882 0,405 0,0200,14 0,077 0,867% 11,550 37,219 0,310 6,884 0,436 0,0200,15 0,080 0,929% 12,000 37,242 0,322 6,886 0,468 0,0200,16 0,083 0,991% 12,450 37,265 0,334 6,888 0,499 0,0200,17 0,086 1,053% 12,900 37,288 0,346 6,890 0,531 0,0200,18 0,088 1,115% 13,200 37,312 0,354 6,893 0,562 0,0200,19 0,091 1,176% 13,650 37,335 0,366 6,895 0,593 0,0200,20 0,093 1,238% 13,950 37,359 0,373 6,897 0,625 0,0200,21 0,095 1,300% 14,250 37,382 0,381 6,899 0,657 0,0200,22 0,097 1,362% 14,550 37,405 0,389 6,901 0,688 0,0200,23 0,098 1,424% 14,700 37,429 0,393 6,903 0,720 0,0200,24 0,100 1,486% 15,000 37,452 0,401 6,906 0,751 0,0200,25 0,102 1,548% 15,300 37,476 0,408 6,908 0,783 0,0200,26 0,103 1,610% 15,450 37,500 0,412 6,910 0,815 0,0200,27 0,104 1,672% 15,600 37,523 0,416 6,912 0,847 0,0200,28 0,104 1,734% 15,600 37,547 0,415 6,914 0,878 0,0200,29 0,105 1,796% 15,750 37,571 0,419 6,916 0,910 0,0200,30 0,105 1,858% 15,750 37,594 0,419 6,919 0,942 0,0200,31 0,104 1,920% 15,600 37,618 0,415 6,921 0,974 0,020
De los cálculos del Excel se puede graficar los gráficos de esfuerzo – deformación y también el grafico de curvas de esfuerzos
Obteniéndose:
0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.0250.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45Esfuerzo vertical vs deformacion vertical
Título
Títu
lo
.qu=0.419 kg/cm^2
.0.8*qu=0.335 kg/cm^2
.δv1=0.0098
.E=34.184 kg/cm^2
Circulo de Mohr (muestra 1)
Ensayo Compresión Simple Muestra M-2Norma NTP 339.167-2002/ASTM D2166-1998Cosntante del anillo (kg/mm) 150Velocidad de ensayo (mm/min) 0,635Estado de la muestra inalteradaClasificación del suelo
ζζmaxmax==0.20950.2095kg/cm^2kg/cm^2
Datos generales:Altura de la muestra (cm) 15,87Diámetro de la muestra (cm) 6,3Peso de la muestra (gr) 831,36Área de la muestra (cm^2) 31,172Volumen de la muestra (cm^3) 494,707
Contenido de Humedad ω 6,00%
Gravedad específica Gs 2,64Peso unitario del agua ɣw (gr/cm^3) 1
Peso unitario ɣ (gr/cm^3) 1,712Peso unitario seco ɣd (gr/cm^3) 1,615
Grado de saturación S (%) 24,97%
Lectura Vertical
(cm)
Lectura Anillo (mm)
Deformación Vertical
(%)
Fuerza Vertical
(kg)
Área Corregi
da (cm)
Esfuerzo Vertical
(kg/cm^2)
Diámetro Final (cm)
δL
Módulo de Poisson ɳ0,00 0,000 0,000% 0,000 31,172 0 6,300 0,000 -0,01 0,068 0,063% 10,200 31,192 0,327 6,302 0,032 0,0200,02 0,086 0,126% 12,900 31,212 0,413 6,304 0,063 0,0200,03 0,143 0,189% 21,450 31,231 0,687 6,306 0,095 0,0200,04 0,222 0,252% 33,300 31,251 1,066 6,308 0,126 0,0200,05 0,275 0,315% 41,250 31,271 1,319 6,310 0,158 0,0200,06 0,323 0,378% 48,450 31,291 1,548 6,312 0,190 0,0200,07 0,345 0,441% 51,750 31,311 1,653 6,314 0,221 0,0200,08 0,367 0,504% 55,050 31,330 1,757 6,316 0,253 0,0200,09 0,382 0,567% 57,300 31,350 1,828 6,318 0,285 0,020
Graficando las Graficas de esfuerzo versus deformación y la curva de esfuerzos de la muestra 2:
0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.0060.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00Esfuerzo vertical vs deformacion vertical
Título
Títu
lo
.qu=1.838 kg/cm^2
.0.8*qu=1.470 kg/cm^2
.δv1=0.0034
.E=432.353 kg/cm^2
Circulo de Mohr (Muestra2)
ζζmaxmax==1.8381.838kg/cm^2kg/cm^2
Ensayo Compresión Simple Muestra M-3
Norma ASTM D2166
Constante del anillo (Kg/mm) 150Velocidad de ensayo (mm/min) 0,635Estado de la muestras (gr) INALTERADAClasificacion del Suelo CL
Datos generales:Altura de la muestra (cm) 12,93Diametro de la muestra (cm) 5,47Peso de la muestra (gr) 477,78Area de Muestra (cm2) 23,49
Area 23,49Volumen 303,73Peso unitario 1,57Densidad seca 1,57Grado de saturacio 0,00Gravedad especifica 2,85
Lectura LecturaDeformacio
n Fuerza Area EsfuerzoVertical Anillo Vertical Vertical Corregida Vertical
(cm) (mm) (Kg) (Kg) (cm2) (Kg/cm2)0,00 0,000 0,000 0,00 23,490 0,0000,01 0,026 0,001 3,90 23,491 0,1660,02 0,036 0,002 5,40 23,493 0,2300,03 0,043 0,002 6,45 23,494 0,2750,04 0,048 0,003 7,20 23,496 0,3060,05 0,053 0,004 7,95 23,497 0,3380,06 0,056 0,005 8,40 23,498 0,3570,07 0,069 0,005 10,35 23,500 0,4400,08 0,062 0,006 9,30 23,501 0,3960,09 0,065 0,007 9,75 23,503 0,4150,10 0,067 0,008 10,05 23,504 0,4280,11 0,068 0,009 10,20 23,505 0,4340,12 0,069 0,009 10,35 23,507 0,4400,13 0,066 0,010 9,90 23,508 0,421
Graficando las Graficas de esfuerzo versus deformación y la curva de esfuerzos de la muestra 3:
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.0120.000
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
0.300
0.350
0.400
0.450
0.500
Series2Polynomial (Series2)
DEFORMACION VERTICAL
ESFU
ERZO
VER
TICA
L
qo max 2,5920.8qo 2,074v max 0,010v 0,008C=qo/2 1,296E 259,200
Circulo de Mohr (Muestra3)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0
1.296
Circulo de Mohr
Esfuerzo Vertical
Esue
rzo
Cort
ante
ζmax=1.296kg/cm^2
7. CONCLUSIONES
Este ensayo constituye un medio rápido y económico para determinar
aproximadamente la resistencia al corte de un suelo cohesivo.
Estos tres especímenes han fallado por falla frágil, puesto que la fuerza vertical
alcanzó un nivel máximo y luego disminuyo rápidamente dicha fuerza.
La relación L/d para la muestra 1 es 2.65, la muestra 2 es 2.74 y para la muestra 3 es
2.39. Esto quiere decir que satisface el criterio de 2< L/d <3 para poder realizar este
procedimiento.
De acuerdo a lo dicho en clase, si el grado de saturación es bajo, la resistencia es alta, y a la inversa también.
De la muestra 1: S= 67.60% Resistencia: Alta
De la muestra 2: S= 24.97% Resistencia: Baja
De la muestra 3: S= 0 %
Enlamuestra1 :qu=0.419kgcm2
Enlamuestra2 :qu=1.838kg /cm2
Enlamuestra3 :qu=2.592kg /cm2 ,
Según los parámetros elásticos
En la muestra 1: ε= 34.184 Kg/cm2 .
En la muestra 2: ε= 432.353 Kg/cm2 .
En la muestra 3: ε= 259.200 Kg/cm2 .
Debido a numerosos estudios se ha hecho evidente que este ensayo generalmente
no proporciona un valor bastante confiable de la resistencia al corte de un suelo
cohesivo, debido a la perdida de la restricción lateral provista por la masa del suelo,
las condiciones que no puede controlarse y la fricción en los extremos producidos por
las placas de apoyo. Sin embargo, si los resultados se interpretan adecuadamente,
reconociendo las deficiencias del ensayo, estos serán razonablemente confiables.