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INFORME DE LABORATORIO #2 COMPRESIÓN INCONFINADA Santiago Prado Pantoja

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INFORME DE LABORATORIO #2 COMPRESIÓN INCONFINADA

Presentado por: Maria José Ortega 1710173 Juan Diego Aux 1670964 Santiago Prado Pantoja 1522195

Presentado a: Hugo Coral Moncayo Ingeniero Civil Msc.Phd

Universidad del Valle Facultad de ingeniería Escuela de Ingeniería Civil y Geomática Septiembre 2018

RESUMEN Entre los ensayos de laboratorio para determinar la resistencia al esfuerzo cortante, se encuentra la comprensión simple o inconfinada, que es la carga por unidad de área a la cual una probeta de suelo, cilíndrica o prismática, falla en este ensayo. Cabe resaltar, que solo es apto para suelos cohesivos puesto que en uno que no sea de estas características no podría formarse una probeta sin confinamiento lateral.

INTRODUCCIÓN La resistencia a la compresión inconfinada se define como el valor del esfuerzo que se debe aplicar normalmente a un espécimen de suelo para producir en este la condición de falla. Cuando se decidió realizar por primera vez este tipo de ensayo se hizo con el fin de determinar de una manera rápida los valores de resistencia al corte de los suelos, bajo el criterio del círculo de Mohr Coulomb, determinando así el valor de resistencia al corte como 0,5 veces el valor de la resistencia a la compresión inconfinada. Es necesario resaltar que el ensayo de compresión inconfinada se aplica a suelos cohesivos, los cuales durante la etapa de carga mantienen su resistencia intrínseca luego de remover la presión de confinamiento (una vez es retirada del terreno) y que además no expulsan agua por las paredes durante dicho proceso de carga. Materiales fracturados o fisurados, muy blandos, con alto porcentaje de arenas o de materia orgánica, no arrojaran valores significativos de su resistencia a la compresión inconfinada. Este ensayo se puede realizar por medio de control de deformaciones o control de esfuerzos.

OBJETIVOS Objetivo general: Determinar la resistencia al esfuerzo cortante de suelos cohesivos bajo condiciones inalteradas o remoldeadas, aplicando carga axial. Objetivos específicos: ● Adquirir el conocimiento necesario para poder reconocer y utilizar los instrumentos de laboratorio más apropiados a la hora de realizar este tipo de ensayos. ● Construir el grafico esfuerzo-deformación a partir de los datos obtenidos. MARCO TEÓRICO El esfuerzo cortante o tangencial τ , es la fuerza de corte o tangencial por unidad de área. Esfuerzo cortante: τ = FAs

Cuando actúan esfuerzos cortantes el material se deforma como si el material estuviera formada por láminas paralelas y se deformaran como lo haría el libro de la figura, a esta deformación que supone un deslizamiento según el esfuerzo cortante o de cizalladura se denomina deformación cortante, angular o de cizalladura y vale:

γ=

Δx ι

= tanθ =

F s/A G

=

τ G

donde ​G se denomina módulo de elasticidad tangencial o más habitualmente módulo de rigidez:

G =

τ γ

=

Fs Atanθ

=

● Extractor de muestra. Capaz de sacar corazones de suelos; si las muestras llegan al laboratorio en tubos no abiertos longitudinalmente, es preciso que produzca poca alteración en el suelo.

Fs Aθ

La deformación por cizalladura se produce sólo en los sólidos, por eso se dice que estos presentan rigidez. Los sólidos pueden tener deformaciones volumétricas y de forma, mientras que los fluidos sólo tienen deformación volumétrica. EQUIPOS ● Aparato de compresión. Conformado por una prensa para rotura de las probetas, de velocidad controlada manual o mecánicamente, con capacidad suficiente para llegar a la carga de rotura. El dispositivo de medida de la fuerza aplicada debe tener una sensibilidad del 1 % de la resistencia a la compresión simple de la muestra ensayada.

● Indicador de deformación. Debe ser un comparador de caratula, cuyos registros aporten una precisión de 0,01 mm y una longitud de medición de mínimo 0,2 la altura total de la muestra de ensayo.

● Micrómetro con dial comparador. Se utiliza para comparar cotas mediante la medición indirecta del desplazamiento de una punta de contacto esférica

cuando el aparato está fijo en un soporte.

● Cronómetro. Instrumento de medición de tiempo con valores de precisión 1s. De esta manera junto con los datos aportados por el deformímetro será posible medir la velocidad de deformación del espécimen durante la prueba.

● Balanza. Con precisión de 0,01 g, previamente calibradas.

MARCO EXPERIMENTAL La prueba de compresión inconfinada en suelos cohesivos se dará por terminada bajo las siguientes condiciones: - Cuando se produce la falla, la celda

que expresa las cargas aplicadas empieza a mostrar un descenso en las mismas y en ese momento se dice que la muestra ha fallado. - La carga se mantiene constante por cuatro lecturas. De no ser así, se dice que la prueba se debe finalizar una vez se haya producido una deformación unitaria del 20%, medida en deformación axial. Teniendo claro las condiciones anteriores se procede a describir el procedimiento de ensayo: Inicialmente se debe medir las características físicas y de masa del espécimen. Estas corresponden a peso, altura y diámetro.

Se coloca el espécimen en la base del aparato de carga, asegurándose que la cara superior del espécimen coincida con la platina móvil del aparato de carga, sin que haya cabida a producir deformaciones previas. Se llevan a lectura de cero tanto el lector de carga, como el deformímetro y el cronómetro. Se acciona la máquina de carga y se registran lecturas de carga.

Figura 1. Muestra de suelo. 

Dimensiones de la muestra Altura (mm)

Diámetro (mm) 70.83

Una vez se haya producido la falla, registrar gráficamente los planos de falla producidos en el espécimen.

152.06

70.8

152.52

70.94

152.28

71.1

151.83

70.84 70.78 Promedio

152.172

70.881

Tabla 1. Datos geométricos de la muestra de suelo. 

Con los datos anteriores chequeamos la relación de esbeltez: DATOS Y RESULTADOS

Los datos y resultados presentados a continuación fueron obtenidos de las mediciones directas en el laboratorio o mediante el uso de las fórmulas descritas en el marco teórico:

La relación de esbeltez debe encontrarse entre 2 y 2.5, por lo tanto, la muestra cumple con la relación de esbeltez. Procedemos a calcular los demás datos de la muestra: Datos de la muestra de suelo Diámetro

7.09

cm.

Alt. Inicial

15.22

cm.

Área

39.48

cm​2

Volumen

600.89

cm​3

P. Húmedo

1140

gr.

P. Unitario

1.90

gr/cm​3

P. seco

851

gr.

Humedad

33.96

%

de esfuerzo-deformación 

La muestra manera:

falló de la siguiente

Tabla 2. Datos de la muestra de suelo. 

La velocidad de aplicación a la muestra fue constante, de 50 pulgadas por minuto, la cual debe estar entre el 0.5% y 2% de la longitud en pulgadas de la muestra. El ensayo se realizó con deformaciones controladas, obteniendo unas lecturas, para obtener la fuerza de aplicación de la carga se utiliza la siguiente calibración:

Solo se hizo uso de la primera fórmula, pues la segunda se utiliza para deformaciones mayores a 480*10​-4 pulgadas, las cuales no se obtuvieron, pues la muestra falló antes. A continuación, se muestra la tabla de resultados, en donde además se halla la deformación unitaria para poder hallar el área corregida, y así obtener los esfuerzos y deformaciones de la muestra: SE ANEXA TABLA RESULTADOS AL FINAL INFORME

DE DEL

Tabla  3. Resultados del deformímetro y cálculos 

Figuras  2.  Muestra  después  de  la  aplicación  de  la  carga máxima. 

Para poder apreciar mejor los resultados, procedemos a realizar la gráfica de esfuerzo vs deformación unitaria:

carga máxima que produjo la falla, pero, finalmente la muestra presentó una falla frágil o por deslizamiento a cortante, mostrando un corte claro a lo largo de una superficie de deslizamiento y un ángulo de falla bastante bien definido, el cual lo podemos hallar así:

Gráfica  1.  Gráfica  de  esfuerzo  vs  deformación  de  la muestra. 

Este tipo de falla es propio de suelos cohesivos densos o muy sobreconsolidados.

De la gráfica, podemos observar la resistencia a la compresión inconfinada máxima del suelo de , que es el esfuerzo máximo alcanzado durante el ensayo, además podemos obtener la cohesión:

Podemos afirmar además que el suelo presentó una falla dúctil, es decir, no se logró apreciar claramente en qué punto estaba el máximo de tensión normal, sino que el suelo se siguió deformando sin haber una variación muy grande en la carga aplicada.

Con este valor, podemos graficar el esfuerzo normal vs el esfuerzo cortante (resistencia al corte no drenado Su), como se muestra a continuación:

Figura 3. Tipos de falla de la muestra. 

Por el criterio de Morh podemos afirmar que el esfuerzo al corte es constante, igual a la cohesión C u = 1.38kg/cm2 .

Gráfica 2. Circulo de Morh de la muestra. Esfuerzo  normal vs esfuerzo cortante.   

ANÁLISIS DE RESULTADOS Al someter la muestra de suelo al ensayo de compresión incofinada, se estimó primeramente una falla plástica o en barril, pues se pudo observar el ensanchamiento progresivo de la muestra antes de llegar a la

La resistencia a la compresión inconfinada se emplea también para calificar la consistencia del suelo como muy blanda, blanda, mediana, firme, muy firme y dura, como se aprecia en la tabla: Rango de valores de qu Consistencia

qu (kg/cm2)

muy suave

4

​Tabla 4. Consistencia de una arcilla, INV-E-152.  De acuerdo con el valor obtenido, en nuestro caso, una resistencia de 2, 76kg/cm2 , indica que tiene una consistencia dura.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

➢ El ensayo de compresión simple o no confinada es un ensayo relativamente sencillo que nos permite medir la carga última a la que un suelo sometido a una carga compresión falla. Sin embargo es muy importante tener en cuenta las simplificaciones que este ensayo supone, y por las cuales no es un método exacto, sino más bien aproximado, a pesar de estoes un ensayo muy solicitado, ya que la sencillez de su método y el equipo que utiliza lo convierten en un ensayo de bajo costo en relación a otros relacionados, como el ensayo triaxial, que requiere de equipo más especializado. ➢ Aunque el deformimetro marco lecturas hasta 200, se tomó como ultima lectura la de 180, pues esta se repitió mas de 4 veces. ➢ Se podría decir que este ensayo es un caso particular del ensayo triaxial, en el que la presión lateral es igual a cero, y aunque esto pueda significar una imprecisión, pues no reproduce claramente las condiciones en el terreno, en realidad se obtiene un resultado más conservador, ya que la presión lateral desconfinamiento

ayuda al suelo a resistir la carga, y al no existir ésta el valor obtenido sería inferior al real, lo que deja al ingeniero con un margen de seguridad adicional. ➢ Se recomienda que en lo posible el ensayo se realice con una probeta drenada para de esta manera tener el esfuerzo efectivo ultimo, que es lo que en realidad asume la carga. ➢ La falla que se obtuvo en esta prueba fue de tipo frágil, lo que es propio de suelos plásticos. ➢ Procurar de que la deformación unitaria aumente en 1% por cada minuto de carga constante que se está aplicando, es decir, se recomienda la utilización de un cronómetro para poder realizar un ensayo de una manera satisfactoria. REFERENCIAS Moncayo. E.C. (s.f). Fundamentos de Mecánica de suelos. Notas de clase. Cali, Colombia. Jorge Vizney Chambi Mamani, Informe de ensayo de compresión simple, https://es.slideshare.net/ Charles Ramirez, ensayo de compresión inconfinada, universidad Agraria la Molina. http://www.academia.edu/ Norma I N E-152-07,ftp://ftp.unicauca.edu.co

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