Informe de Mecanica de Suelos II Darwin

Lambayeque, 16 de Octubre del 2013

ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

CURSO: MECÁNICA DE SUELOS II

PROFESOR: Ing. WILLIAM RODRIGUEZ SERQUEN

NOMBRE: DARWIN ALFREDO TORRES GARCÍA.

CÓDIGO: 102323 D

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


I. 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.



II. 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.

En cuanto al peso específico de la muestra, se dice que una masa con mayor peso específico demuestra que estaría conformado con un mejor material en cuanto a su composición química, pues una muestra con un peso específico menor quiere decir que las partículas pueden estar contaminadas o que su cantidad de vacíos es mayor, dándonos entonces una material menos resistente.

III. OBJETIVOS

1. Determinar el esfuerzo máximo de rotura: qu

2. Hallar la cohesión del suelo :c=qu2

3. Hallar el módulo de elasticidad: E4. Calcular el contenido de humedad de la muestra5. Calcular el peso específico de masa del suelo



IV. 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 σ 1 (figura IV.1). Para esto tenemos:

FIGURA IV.1 Circulo de Mohr para prueba de compresión simple

τ f=σ 1

2=qu2

=c IV.1

Donde qu es la resistencia a la compresión simple y τ f 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

Consistenciaqu

(kN/m2)Muy blanda 0-25Blanda 25-50Media 50-100Firme 100-200Muy firme 200-400

Dura >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



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:

ε=∆ LL0

IV.2

Donde:∆ L, es la deformación total de la muestra (axial), mm.L0, es la longitud original de la muestra, en mm.

El esfuerzo instantáneo del ensayo sobre la muestra se calcula como:

σ= PA '

IV.3

Donde:P, es la carga sobre la muestra en cualquier instante para el correspondiente valor de _L, en kg.

A ', 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 A0 se corrige considerando que el volumen total del suelo permanece constante. El volumen total inicial de la muestra es:

V T=A0 ¿ L0 IV.4

Pero después de algún cambio L en la longitud de la muestra es:

V T=A ' ¿(L¿¿0−L)¿ IV.5

Igualando las ecuaciones IV-4 y IV-5, cancelando términos y despejando el área corregida A', se obtiene:

A '=A0

1−ε……………….IV.6



V. 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)

Máquina de compresión. (figura V.8)


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


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 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

FIGURA V.8


VI. 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.



VII. RESULTADOS Y DISCUSIONES

CONDICIONES INICIALES

Peso Muestra + anillo(gr) : 187.4 Peso del anillo (gr) : 59.6 Diámetro inicial (cm) : 4 Área inicial (cm2) : 12.566 Altura inicial (cm) : 5.8 Volumen inicial (cm3) : 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



Condiciones Finales:

Diámetro final (cm) : 4.05 Área final (cm2) : 12.882 Altura final (cm) : 5.64 Volumen final (cm3) : 72.657 Peso de la muestra seca (gr) :112.74

Tabla VII.2 Presentación de resultados finales – esfuerzos.

TIEMPO

TRANS. (seg.)

MICROM. DE

CARGA

CARGA AXIAL (kg)

DIAL DE DEFORM

.

DEFORM. TOTAL

(cm)

DEFORM.

UNITARIA

AREA CORREGID

A

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



0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.060.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

deformacion unitaria є

Esfu

erzo

σ (k

g/cm

2) punto de ruptura aparente

Zo

na

elas

to-

pla

stic

o

ESFUERZO ÚL-TIMO

Límite de pro-porcionalidad

Límite de Elastici-dad

Punto de fluencia

El máximo esfuerzo o esfuerzo último de carga se da en la línea roja punteada y es igual a 0.24 kg/cm2.

El módulo de elasticidad obtenido es:

E=tgα=σ1

ε1

E= 0.01730.00086

=20.02kg/cm2

La cohesión del suelo es: 0.12 kg /cm20 Contenido de humedad : 1.13 Peso específico de masa es :1.75 gr /cm3


FIGURA VII.1 Grafica ESFUERZO – DEFORMACION obtenida en el ensayo

DIAGRAMA DE ESFUERZO DEFORMACION


DISCUSIÓN

1.- Fórmulas:

Deformación unitaria:

ε =δLo

……………………….. (I)

Área corregida:

A'=Ao

(1−ε )……………………. (II)

Esfuerzo:

qu= σ 1= PA ´

………………… (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).

E=tgα=σ1

ε1

………………. (IV)

Cohesión del suelo:

c=qu2

………………………. (V)

Contenido de humedad:

ω=Ww

W S

…………… ………. (VI)

Peso específico de masa

γ=Wm

V m…………… ………. (VII)

Dónde:

P ----- Carga aplicada. Ao --- Área inicial. ε ----- Deformación unitaria. δ ----- Deformación o desplazamiento. Lo---- Longitud inicial de calibración. σ 1------ Esfuerzo.

W w-----Peso del agua y W S Peso del sólido

Wm-----Peso de la muestra y V m 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.

qu= σ 1= PA ´

= 3.0435 kg

13.0036cm2 = (0.24kg/cm2 )x(10^4 cm2/m2 )x

(9.81N/kg)=23.5KN/m2 Calculamos el módulo de elasticidad:



E=tgα=σ1

ε1 =20.02kg /cm2

Calculamos la cohesión del suelo:

c=qu2

= 0.235kg /cm2

2 = 0.12 kg /cm2



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/m2

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.



IX. BIBLIOGRAFÍA

BRAJA M. DAS Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, segunda edición, México, 2010.

X. LINKOGRAFÍA

http://www.unne.edu.ar/unnevieja/Web/cyt/cyt/2001/7-Tecnologicas/T-006.pdf



XI. ANEXOS


FIGURA XII.2 Instalación de la muestra no confinada en la máquina de compresión

FIGURA XII.1 extracción del molde de la muestra de suelo.

FIGURA XII.3 Primeras fallas de la muestra al ser sometida a cierta carga.

FIGURA XII.4 Muestra en su estado final, con las fallas visibles

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