Compresión simple en suelos
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
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 especimenes sometidos al ensayo de resistencia a la
compresión no confinada a partir de la ecuación:
Su = 0.5qu
Material
y equipo
Muestra de suelo
Arco y segueta
Cuerda de guitarra
Cutter
Vernier
Micrómetro
Aparato de compresión simple
Cronometro
Balanza de precisión
3 vidrios de reloj
Horno a
temperatura constante (110° C).
Aparato de compresión
El aparato de compresión puede ser
una bascula 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 preescrita.
Equipo para pesar
los especimenes
La balanza usada para pesar los
especimenes 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.
Lamamos 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
Desarrollo y cálculos
Tamaño de las muestras.
Los especimenes 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 especimenes
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.
Tiempo (seg.)
|
Carga (Kg.)
|
Lec. del Micrómetro (Mm.)
|
d Lineal
|
Área Corregida
|
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
Pesos 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.