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“ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL” CORTE ENSAYO DE CO RTE DIRECTO

DOCENTE:

CURSO: ✓ MECÁNICA DE SUELOS II

ALUMNO:

Lambayeque, 2017

ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA

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. En el presente informe mostraremos como determinar la resistencia a la compresión inconfinada, que es la carga por unidad de área a la cual una probeta de suelo, cilíndrica, falla en el ensayo de compresión simple. Este ensayo se emplea únicamente para suelos cohesivos, ya que en un suelo carente de cohesión no puede formarse una probeta sin confinamiento lateral. Para tal se trabaja con una muestra arcillosa por ello 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.

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OBJETIVOS -

Obtener la curva esfuerzo – deformación.

-

Obtener el esfuerzo máximo de rotura 𝑞𝑚á𝑥 .

-

Obtener el módulo de elasticidad W

MARCO TEÓRICO EL ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE Tiene por finalidad, determinar la resistencia a la compresión no confinada (qu), de un cilindro de suelo cohesivo o semi-cohesivo, e indirectamente la resistencia al corte (qc), por la expresión. ANALISIS:

Fig. (1). Modelo de muestra en el ensayo de compression inicial y final

𝑳𝟎 :

Altura inicial de la muestra cilíndrica del suelo.

𝜹:

Deformación total de la muestra cilíndrica del suelo.

𝑳𝟎 − 𝜹:

Altura final de la muestra cilíndrica del suelo.

𝑨𝟎 :

Área inicial de la nuestra cilíndrica del suelo.

𝑨𝟏 :

Área inicial de la nuestra cilíndrica del suelo.

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La deformación unitaria 𝜀 se calcula de la mecánica de materiales como:

𝜺=

𝛅

...1

𝑳𝟎

Dónde: -

𝛅 es la deformación total de la muestra (axial) en mm. 𝑳𝟎 es la longitud origina de la muestra en mm.

El esfuerzo instantáneo del ensayo sobre la muestra se calcula con la siguiente expresión:

𝝈=

𝑷

…2

𝑨′

Dónde:

- 𝑷 es la carga sobre la muestra en cualquier instante para el correspondiente valor 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: ...3

𝑉𝑇 = 𝐴0 ∗ 𝐿0

Pero después de algún cambio L en la longitud de la muestra es: …4

𝑉𝑇 = 𝐴′ ∗ (𝐿0 − 𝐿)

Igualando las ecuaciones (3) y (4), cancelando términos y despejando el área corregida A', se obtiene:

𝐴′ =

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𝐴0 1−𝜀

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Tabla 1. Relación general de consistencia y resistencia a la compresión simple de arcillas.

EQUIPOS Y HERRAMIENTAS 1. MÁQUINA DE COMPRESIÓN. 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).

Fotos de equipo para el ensayo de compresión.

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2.

EXTRACTOR DE MUESTRAS.

Es un equipo mecánico capaz de sacar el testigo de suelos; si las muestras llegan al laboratorio en tubos no abiertos longitudinalmente, es preciso que produzca poca alteración en el suelo.

Foto de equipo de extractor de muestra

3.

MICRÓMETRO DE CARGAS.

Nos indica un número que al multiplicarlo por su constante nos resulta la fuerza que se le está aplicando a la muestra de suelo.

4.

MICRÓMETRO DE DEFORMACIONES.

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.

Foto de los micrómetros

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5.

BALANZA ELECTRÓNICA.

Da el peso de la muestra con una precisión del 0,1 % de su peso total.

BALANZA ELECTRÓNICA

6. CRONÓMETRO. Si el control de la prensa es manual.

CRONÓMETRO

7. VERNIER. Capaz de medir las dimensiones físicas de la probeta con aproximación de 0,1 mm.

VERNIER

8 ESTUFA. Mantiene una temperatura de 110 ± 5 °C.

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ESTUFA

PROCEDIMIENTO •

Se toma una muestra de suelo, tipo MIT (Muestra inalterada en tubo de pared delgada); de esta muestra extraemos una pequeña probeta cilíndrica cuyas dimensiones son de 4 cm. de diámetro medido del interior y una altura de 5.88 cm.

•

Luego de obtenido el molde con la muestra, pesamos ambos en una balanza electrónica de una precisión de centésima de gramo, obteniendo peso del molde más peso de la muestra.

•

Con el equipo extractor de muestra 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, en este método de ensayo se aplicó 5 deformaciones de 0.005 lecturas en el micrómetro de deformación, luego 5 de 0.010 y el resto de 0.020 con intervalos de tiempo de 15 segundos. Cada deformación aplicada se traduce a una carga axial aplicada la cual se toma lectura en el micrómetro de carga y para transformarlo en una carga tenemos que multiplicarlo por una constante “k” que es propia del fabricante del micrómetro de carga (k = 39.799), 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.

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•

Luego vamos a calcular con operaciones matemáticas el esfuerzo máximo de rotura, el módulo de elasticidad y la cohesión del suelo.

ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA Contenido de Humedad: Recipiente Nro. Peso de Muestra Húmeda + Recipiente (gr.) Peso seco + Recipiente (gr.) Peso Agua (gr.) Peso Recipiente (gr.) Peso de Muestra Húmeda (gr.) Peso de Muestra Seca (gr.) Contenido de Humedad (%) Densidad Húmeda (gr./cm3) Densidad Seca (gr./cm3)

5 212

Compresión: Diámetro Inicial (cm) Área Inicial (cm2)

4 12.57

Altura Inicial (cm) Volumen Inicial (cm3) 59.89 152.11 Diámetro Final (cm) Área Final (cm2) Altura Final (cm) Volumen Final (cm3)

4.12 13.33 5.81 76.28

DATOS INICIALES

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5.88 73.91

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DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO t

P

Tiempo transcu rrido

Micrómetro de carga

0s 15 s 30 s 45 s 1' 1' 15 s 1' 30 s 1' 45 s 2' 2' 15 s 2' 30 s 2' 45 s 3' 3' 15 s 3' 30 s 3' 45 s 4' 4' 15 s 4' 30 s 4' 45 s 5' 5' 15 s 5' 30 s 5' 45 s 6' 6' 15 s 6' 30 s 6' 45 s

0 0.001 0.003 0.004 0.007 0.01 0.012 0.020 0.025 0.034 0.043 0.062 0.083 0.115 0.165 0.180 0.195 0.215 0.230 0.250 0.265 0.275 0.290 0.295 0.300 0.287 0.280 0.275

Carga axial 𝑘𝑔 0 0.040 0.119 0.159 0.279 0.398 0.478 0.796 0.995 1.353 1.711 2.468 3.303 4.577 6.567 7.164 7.761 8.557 9.154 9.950 10.547 10.945 11.542 11.741 11.940 11.422 11.144 10.945

δ Dial de deformación 𝑐𝑚 0 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02

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Deformación Total 𝑐𝑚 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.035 0.045 0.055 0.065 0.075 0.095 0.115 0.135 0.155 0.175 0.195 0.215 0.235 0.255 0.275 0.295 0.315 0.335 0.355 0.375 0.395 0.415

ɛ Deformación Unitaria 0 0.000850 0.001701 0.002551 0.003401 0.004252 0.005952 0.007653 0.009354 0.011054 0.012755 0.016156 0.019558 0.022959 0.026361 0.029762 0.033163 0.036565 0.039966 0.043367 0.046769 0.050170 0.053571 0.056973 0.060374 0.063776 0.067177 0.070578

𝑨𝟎 (𝟏 − ɛ) Área Corregida 𝑐𝑚 12.57 12.581 12.591 12.602 12.613 12.624 12.645 12.667 12.689 12.711 12.732 12.776 12.821 12.865 12.910 12.956 13.001 13.047 13.093 13.140 13.187 13.234 13.282 13.329 13.378 13.426 13.475 13.525

𝐀′ =

10

𝝈=

𝑷 𝑨′

Esfuerzo 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 0 0.0032 0.0095 0.0126 0.0221 0.0315 0.0378 0.0628 0.0784 0.1065 0.1344 0.1931 0.2577 0.3558 0.5086 0.5530 0.5969 0.6558 0.6991 0.7572 0.7998 0.8270 0.8690 0.8808 0.8925 0.8507 0.8270 0.8092

Donde: P Carga aplicada. 𝐴0 Área inicial. ε Deformación unitaria. δ Deformación o desplazamiento. Lo Longitud inicial de calibración. σ1 Esfuerzo.

• • • • • •

CURVA ESFUERZO DEFORMACIÓN

DIAG DIAGRAM RAM RAMA A ESFU ESFUER ER ERZZO - DEFO DEFORM RM RMA ACIÓ CIÓN N 1 0.9

ESFUERZOS

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3

0.2 0.1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.05 0.06 0.06 0.06 0.07 0.07

0 DEFORMACIÓN UNITARIA

•

El máximo esfuerzo o esfuerzo último de carga es igual a 0.8925 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 .

•

El módulo de elasticidad obtenido es: 𝐸 = 𝑡𝑔𝛼 =

E=

𝜎1 𝜀1

0.0031635 = 3.7202724 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 0.00085034

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CONCLUSIONES •

De acuerdo a los resultados obtenidos en la tabla presentada, cuyo valor máximo de esfuerzo es de 0.8925 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 , se ha llegado a concluir que la muestra es de consistencia media.

•

La gráfica de esfuerzo – deformación nos muestra como el límite de proporcionalidad y el límite de elasticidad están muy di sto es debido que un suelo no se comporta como material elásti

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BIBLIOGRAFÍA •

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

•

NTP 339.167: Método de Ensayo Estándar para la resistencia a la compresión no confinada de suelos cohesivos.

•

AASHTO T 208: Unconfined Compressive Strength of Cohesive S

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ANEXOS

EXTRACCIÓN DE LA MUESTRA

MÁQUINA DE COMPRESIÓN PREVIA AL ENSAYO

PRIMERAS FALLAS DE LA MUESTRA

ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA

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