Objetivo:
Determinar la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo con el objeto de valuar la carga que puede actuar sobre el sin provocar la falla de su masa, además de determinar la resistencia a la compresión no confinada ( q u ), de un cilindro de suelo cohesivo o semi-cohesivo, e indirectamente la resistencia al corte (c), por la expresión:
c = q u / 2 ( Kg./cm. 2 )
Introducción:
Este cálculo se basa en el hecho de que el esfuerzo principal menor es cero (ya que al suelo lo rodea sólo la presión atmosférica) y que el ángulo de fricción interna ( φ ) del suelo se supone cero.
Este ensayo es ampliamente utilizado, ya que constituye un método rápido y económico. Consiste en un ensayo uní axial, en donde la probeta no tiene soporte lateral ( σ 3 =0), realizándolo en condiciones no drenadas. Se podrá realizar de dos maneras, mediante un control de deformación o bien, mediante un control de esfuerzos. El primero, es ampliamente utilizado, controlando la velocidad de avance de la plataforma del equipo. El segundo, requiere ir realizando incrementos de carga, lo que puede causar errores en las deformaciones unitarias al producirse una carga adicional de impacto al aumentar la carga, por lo que resulta de prácticamente nula utilización.
Las probetas deben cumplir con las siguientes condiciones:
- diámetro mínimo 33 Mm.,
- tamaño máximo de las partículas menor que 1/10 de su diámetro.
- relación altura-diámetro (L/D) debe ser lo suficientemente grande para
evitar interferencias en los planos potenciales de falla a 45º y lo
suficientemente corta para evitar que actúe como columna
Resistencia a la compresión no confinada. (q.u.)
El mínimo esfuerzo compresivo necesario para romper una muestra no confinada de suelo de forma cilíndrica en condiciones normalizadas
En este método la resistencia a la compresión no confinada se toma como la carga máxima alcanzada por unidad de área durante el ensayo, o la carga por unidad de área cuando se alcanza el 15% de deformación axial, o lo que ocurra primero durante el ensayo.
Resistencia al corte (su.)
La resistencia al corte puede estimarse a partir de la resistencia a la compresión como se define en el numeral 3.2.1. Para especímenes sometidos al ensayo de resistencia a la compresión no confinada a partir de la ecuación:
Su = 0.5qu
Material y equipo
Ÿ Muestra de suelo
Ÿ Arco y segueta
Ÿ Cuerda de guitarra
Ÿ Cutter
Ÿ Vernier
Ÿ Micrómetro
Ÿ Aparato de compresión simple
Ÿ Cronometro
Ÿ Balanza de precision
Ÿ 3 vidrios de reloj
Ÿ Horno a temperatura constante (110° C).
Aparato de compresión
El aparato de compresión puede ser una báscula de plataforma equipada con un marco de carga activado con un gran tornillo, o con un mecanismo de carga hidráulica, o cualquier otro instrumento de compresión con suficiente capacidad de control para proporcionar una velocidad de carga prescrita. En ligar de la bascula de plataforma es común que la carga sea medida con un anillo o celda fijada al marco. Para suelos cuya resistencia a la compresión inconfinada sea menor a 100 kPa (1Kg./cm2 ) el aparato de compresión debe de ser capaz de medir los esfuerzos compresivos con una precisión de 1 kPa ( 0.01/ cm2 ); para suelos con una resistencia a la compresión inconfinada de 100kPa (1 Kg./cm2 ) o mayor, el aparato de compresión debe de ser capaz de medir los esfuerzos compresivos con una precisión de 5 kPa (0.05 Kg./cm2 ).
Micrómetro
Es el aparato que es usado para medir las dimensiones físicas del espécimen dentro del 0.1% de la dimensión medida.
Deformimetro
El indicador de deformaciones debe de ser un comparador de carátula graduado a 0.02mm. Y con un rango de medición de por lo menos un 20% de la longitud del espécimen usado para el ensayo, o algún otro instrumento de medición como un traductor que cumpla los requerimientos establecidos.
Cronometro
Este instrumento de medición de tiempo indicara el tiempo transcurrido con una precisión de 1 segundo para controlar la velocidad de aplicación de la deformación prescrita.
Equipo para pesar los especímenes
La balanza usada para pesar los especímenes de suelo, debe de determinar su masa con una precisión del 0.1% de la masa total, debido a que es de mucha importancia el tener los valores de los pesos de la muestra lo mas cercanos a la realidad para poder esperar los resultados deseados.
Equipo misceláneo.
Llamamos equipo misceláneo a todas aquellas herramientas para cortar y labrar la muestra de suelo, además de los instrumentos para remoldar la muestra y todo el material para volver a cerrar las muestras de donde se saco la porción del suelo para la prueba, y los instrumentos usados en la maquina donde se aplico la carga.
Procedimiento:
1.Obtener una muestra desuelo de aproximadamente 12x12 cm.
2.Labrar un espécimen
3.Terminar de modificar el cilindro
4.Los porciones sobrantes del suelo se colocan en un vidrio de reloj y se pesa para determinar el contenido de humedad.
5.Determinar el peso volumétrico del suelo.
6.Colocar la probeta en el marco de carga junto con el micrómetro y el anillo de carga
7.Se toman 3 mediciones: Tiempo, Carga y Deformación.
8.Se dibujara el espécimen y la forma en que fallo
9.Con los datos se harán los cálculos y se graficara
10.Colocar los resultados a la compresión y a la cohesión. Donde: C= qu/2
C= Cohesión qu= Carga esfuerzo
Desarrollo y cálculos
Tamaño de las muestras.
Los especímenes deben de tener un diámetro mínimo de 30mm y la partícula mayor contenida dentro del espécimen de ensayo debe ser menor que 1/10 del diámetro del espécimen. La relación de altura diámetro debe encontrarse entre 2.5 y 3.
Muestras inalteradas
Se preparan los especímenes inalterados a partir de muestras grandes o de muestras preservadas y transportadas de acuerdo con las normas para el grupo de muestras. Las muestras de tubo pueden ser ensayadas sin labrar, excepto sus extremos, si las condiciones de la muestra justifican este procedimiento. Se recomienda manejar con cuidado para prevenir cambios en la sección transversal o perdidas en el contenido de agua. Además de hacer lo posible para prevenir cualquier cambio en el contenido de agua del suelo.
Cuando se considere importante la prevención del desarrollo de fuerzas de capilaridad, selle el espécimen con una membrana con un recubrimiento de grasa, plástico, tela o manta de cielo.
Se coloco el espécimen en el aparato de carga de tal manera que quedo centrado en la platina inferior, posteriormente te ajusto el instrumento de carga cuidadosamente de tal manera que la platina superior apenas haga contacto con el espécimen, luego se puso en ceros el indicador de deformación.
Aplicar la carga de tal manera que se produzca una deformación axial a una velocidad de 2 a 2.5 % por minuto. Registrando los valores de las cargas, deformación y tiempo a intervalos suficientes para definir la curva esfuerzo-deformación. La velocidad de deformación debe de escogerse de tal manera que el tiempo necesario para la falla no exceda de 15 minutos. Continuando con la aplicación de la carga hasta que los valores decrezcan al aumentar la deformación hasta un 20%. Por ultimo se determino el contenido de agua.
| T (seg.) | P Kg.) | Lec. (Mm.) | d | Área | s = P/A |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 9.621 | 0 |
| 10 | 0.0010 | 0 | 0 | 9.621 | 0.00001 |
| 20 | 0.0015 | 0 | 0 | 9.621 | 0.000015 |
| 30 | 0.0017 | 0.13 | 0.21 | 9.639 | 0.000017 |
| 40 | 0.00175 | 0.26 | 0.34 | 9.656 | 0.000018 |
| 50 | 0.0018 | 0.39 | 0.47 | 9.673 | 0.0000186 |
| 60 | 0.00182 | 0.52 | 0.60 | 9.692 | 0.0000187 |
| 75 | 0.00187 | 0.72 | 0.80 | 9.716 | 0.000019 |
| 90 | 0.00194 | 0.91 | 0.99 | 9.740 | 0.0000199 |
| 105 | 0.00199 | 1.16 | 1.24 | 9.764 | 0.000203 |
| 120 | 0.0020 | 1.33 | 1.41 | 9.787 | 0.000204 |
| 135 | 0.10 | 1.55 | 1.63 | 9.813 | 0.010 |
| 150 | 0.14 | 1.75 | 1.83 | 9.838 | 0.014 |
| 165 | 0.19 | 1.95 | 2.03 | 9.862 | 0.019 |
| 180 | 0.23 | 2.18 | 2.26 | 9.887 | 0.023 |
| 195 | 0.26 | 2.40 | 2.48 | 9.912 | 0.026 |
| 210 | 0.30 | 2.61 | 2.69 | 9.937 | 0.030 |
| 225 | 0.33 | 2.80 | 2.88 | 9.961 | 0.033 |
| 240 | 0.35 | 3.00 | 3.08 | 9.975 | 0.035 |
| 255 | 0.37 | 3.23 | 3.31 | 9.987 | 0.037 |
| 270 | 0.39 | 3.42 | 3.50 | 9.995 | 0.039 |
| 285 | 0.40 | 3.65 | 3.73 | 10.013 | 0.0399 |
| 300 | 0.42 | 3.87 | 3.95 | 10.014 | 0.04194 |
| 315 | 0.42 | 4.10 | 4.18 | 10.020 | 0.04191 |
| 330 | 0.42 | 4.30 | 4.38 | 10.031 | 0.04187 |
| 345 | 0.42 | 4.52 | 4.60 | 10.042 | 0.04182 |
| 360 | 0.42 | 4.70 | 4.78 | 10.053 | 0.04177 |
| 375 | 0.42 | 4.90 | 4.98 | 10.065 | 0.04172 |
| 390 | 0.42 | 5.16 | 5.24 | 10.074 | 0.04169 |
| 405 | 0.42 | 5.36 | 5.44 | 10.091 | 0.04162 |
| 420 | 0.42 | 5.55 | 5.63 | 10.118 | 0.04151 |
| 435 | 0.42 | 5.77 | 5.85 | 10.124 | 0.04148 |
| 450 | 0.42 | 6.10 | 6.18 | 10.136 | 0.04143 |
| 465 | 0.42 | 6.39 | 6.47 | 10.147 | 0.04139 |
Cálculos
Muestra
Longitud = 11.5 cm.
Diámetro superior = 3.5cm.
Diámetro central = 3.5 cm.
Diámetro inferior = 3.5cm.
Calculo de áreas = p D2
Áreas = p (1.75)2 = 9.621 cm2
Área superior = 9.621
Área central = 9.621
Área inferior = 9.621
Peso de los vidrios de reloj
| # vidrio de reloj | Peso (gr.) | Peso del vidrio mas muestra (gr.) | Pesos al sacarlos del horno (g.) |
| 106 | 98.7 | 210.8 | 155.2 |
| 51 | 100.5 | 112.6 | 105.5 |
| 29 | 95.6 | 144 | 118.9 |
Muestra
# 106 = 210.8 - 98.7 = 112.1 gr.
Grieta
# 51 = 112.6 - 100.5 = = 12.5 gr.
Restante
# 29 = 144 - 95.6 = 48.4gr.
Am = As + 4(Ac) + Ai / 6 =
9.621 + 4(9.621) + 9.621 / 6 =
57.7672 / 6 =
Am = 9.621cm2
Volumen = AH
V = 9.621 cm2 (11.5cm.)
V = 110.64 cm3
Peso Volumétrico
PV = P/V (Peso de la probeta / Volumen)
gm = 112.1 gr./ 110.64cm3
gm = 1.014 gr./cm3
Contenido de Agua
W % vaso # 106 = (Wh - Ws / Ws) * 100
W % = (112.1- 56.5 / 56.5) * 100 = 98.4
W % vaso # 51 = Wh - Ws / Ws) * 100
W% = (12.1 - 5 / 5) * 100 = 142
W % vaso # 29= Wh - Ws / Ws) * 100
W % = (48.4 - 23.3/ 23.3) * 100 = 107.75
Conclusiones
Con esta practica se demostró como se realiza la compresión simple en suelos y se observo el comportamiento de la muestra de suelo a la carga, además de poder calcular la cantidad de agua que tiene la muestra de la prueba que se realizo
Bibliografía
Mendoza Ernesto "Introducción al proceso Constructivo
Editorial Fundec. México DF.
CONCRETO. Serie de Conocimientos Básicos. Revista N°1. ASOCRETO. Instituto Colombiano de Productores de Cemento.
MANUAL DEL INGENIERO CIVIL. Tomo I. Mac Graw Hill: México. Sección 5-6.
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