PRACTICA III: PRUEBA DE COMPRECCION AXIAL NO CONFINADA

PRACTICA III: PRUEBA DE COMPRECCION AXIAL NO CONFINADA.

Introducción:

La compresión no confinada, también conocido con el nombre de compresión simple o de compresión uniaxial, es muy importante en Mecánica de Suelos, ya que permite obtener un valor de carga última del suelo, el cual, como se verá más adelante se relaciona con la resistencia al corte del suelo y entrega un valor de carga que puede utilizarse en proyectos que no requieran de un valor más preciso, ya que entrega un resultado conservador.

 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.

Debido a la compleja y variable naturaleza de los suelos, en especial en lo referido a la resistencia al esfuerzo cortante, existen muchos métodos de ensayo para evaluar sus características.

Este método de ensaya es aplicable solo a materiales cohesivos que no expulsan agua durante la etapa de carga del ensayo y que mantiene su resistencia intrínseca después de remover las presiones de confinamiento.

Los suelos secos friables, los materiales fisurados o que tienen estructuras de falla, algunos tipos de loess o de cenizas volcánicas, las turbas, las arcillas muy blandas, materiales laminados o varvados, o muestras que tienen cantidades significantes de limos o arenas, (todos los cuales tienen normalmente propiedades cohesivas) no pueden ser analizados por este método para obtener valores significativos de la resistencia a la compresión no confinada.

Tiene la finalidad de determinar la Cohesión (C) del suelo en estudio, al aplicarle carga axial a una muestra cilíndrica de suelo. La prueba de compresión no confinada consiste en aplicar una carga vertical a una muestra cilíndrica y llevarlo a la falla sin proporcionarle ningún soporte lateral.

Antecedentes:

En arcillas blandas aparece la rotura dúctil en el ensayo de compresión simple, mientras que en suelos cementados se suele registrar rotura frágil en este tipo de ensayos. Las teorías de rotura frágil fueron iniciadas por Allan Griffith en 1920, al atribuir la reducida resistencia a la tracción de muchos materiales a la presencia de diminutas fisuras en su interior, en cuyos extremos se produce concentración de tensiones. La rotura se produce debido a la propagación de las microfisuras existentes bajo dicha concentración de tensiones.

Según el valor de la resistencia máxima a compresión simple, una arcilla se puede clasificar del modo que se indica a continuación (Terzaghi y Peck, 1955).

Objetivos:

Objetivo general:

Obtener los parámetros de resistencia y deformación de un suelo sometido a una compresión axial sin una deformación lateral.

Aplicarle una carga vertical a un cilindro y llevarlo a la falla sin proporcionarle un soporte lateral.

Objetivo específico:

• Determinar la Cohesión (C) del suelo en estudio, al aplicarle carga axial a una muestra cilíndrica de suelo.
• Encontrar la gráfica esfuerzo y deformación del suelo.
• Encontrar el esfuerzo desviador y el tipo de falla de nuestro suelo.

Marco teórico:

Este ensayo también se llama ensayo de compresión simple o compresión uniaxial. El ensayo consiste en el moldeo de un cuerpo de prueba cilíndrico y en su cargamento por la acción de una carga axial. La carga aplicada en una única dirección, dando libertad al cuerpo de prueba para deformarse en otras direcciones sin cualquier restricción.

Compresión simple se realiza con el fin de determinar la resistencia o esfuerzo último de un suelo cohesivo a la compresión no confinada, mediante la aplicación de una carga axial con control de deformación y utilizando una muestra de suelo inalterada tallada en forma de cilindro, generalmente con una relación alto/diámetro igual. Esta prueba tiene la ventaja de ser de fácil realización y de exigir equipo relativamente sencillo, en comparación con las pruebas triaxiales, si se desea ir al fondo de los mecanismos de falla que tienen lugar; por el contrario, los resultados de la prueba son de fácil aplicación a los trabajos de rutina, por lo menos en apariencia.

El suelo no es un material elástico, pero se admite con frecuencia en él un comportamiento elástico-lineal, definiéndose un módulo de elasticidad. Y para un cierto valor de tensión y un coeficiente de Poisson ν.

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.[pic 1]

Debido a numerosos estudios, se ha hecho evidente que este ensayo generalmente no proporciona un valor bastante confiable de la resistencia al corte de un suelo cohesivo, debido a la pérdida de la restricción lateral provista por la masa de suelo, las condiciones internas del suelo como el grado de saturación o la presión de poros que no puede controlarse y la fricción en los extremos producidas por las placas de apoyo. Sin embargo, si los resultados se interpretan adecuadamente, reconociendo las deficiencias del ensayo, estos serán razonablemente confiables.

El ensayo de la compresión simple es un caso especial del ensayo triaxial, en el cual solamente se le aplica a la probeta la tensión longitudinal. Puesto que no es necesario el dispositivo para aplicar la presión lateral, y como, además, la muestra no necesita estar envuelta en una membrana de caucho. El aparato es tan solo útil para ensayos rápidos sobre suelos predominantemente arcillosos que están saturados o casi saturados. Se podrá realizar de dos maneras, mediante un control de deformación o bien, mediante un control de esfuerzos.

Tiene por finalidad, 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 ( kgs/cm 2 )

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 uniaxial, 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.

Tipos de fallas:[pic 2]

[pic 3]

En un ensayo de compresión simple se pueden producir distintos tipos de rotura, los cuales son la rotura frágil y la rotura dúctil. En la primera predominan las grietas paralelas a la dirección de la carga, y la rotura ocurre de un modo brusco y bajo deformaciones muy pequeñas, presentándose después de ella un desmoronamiento de la resistencia. En la segunda la muestra se limita a deformarse, sin que aparezcan zonas de discontinuidad en ella. De forma intermedia, la rotura se produce a través de un plano inclinado, apareciendo un pico en la resistencia y un valor residual.

Equipo:

• Charola metálica.[pic 4][pic 5]
• Pipeta.

[pic 6][pic 7]

• Bascula electrónica.[pic 8][pic 9]
• Capsulas metálicas.[pic 10][pic 11]
• Vernier:[pic 12][pic 13]
• Embudo:

[pic 14]

Ilustración 6: Embudo, es una pieza cónica que se utiliza para el trasvasijado de productos químicos desde un recipiente a otro. También es utilizado para realizar filtraciones.

• Arco con alambre fino.[pic 15][pic 16]
• Sistema de carga:[pic 17][pic 18]

• Equipo hardware en miniatura.

[pic 19][pic 20][pic 21][pic 22]

[pic 23][pic 24]

Desarrollo de la práctica:

1. Para iniciar con el desarrollo de la práctica, el profesor  nos proporcionó ya el material el cual íbamos a utilizar para desarrollar las probetas. Al cual se le agrego la humedad oprima para poder hacer las probetas.[pic 25][pic 26][pic 27][pic 28]

1. Una vez hecho que el material contenga la humedad optima, se  comienzan a realizar las probetas, haciéndolas de cuatro capas de 30gr, si al terminar las cuatro capas el material sobrepasa 5 mm de altura de la base de la probeta hay que retrasar 1gr y se comienza el proceso de nuevo.

1. Se pesan los 30 gr de material, se arma el equipo, con el embudo se introduce el material para evitar que se tire, y se le dan 25 pizonasos para que se compacte el material por cada una de las capas. Y se utiliza el mismo proceso para realizar las tres probetas.

[pic 29][pic 30][pic 31][pic 32][pic 33][pic 34][pic 35][pic 36]

1. Una vez hechas las probetas, se miedo la altura y los diámetros de las probetas, al igual se pesan y se guardan en una bolsa para evitar que pierdan humedad. Las guardamos para poder tronarlas la siguiente sesión [pic 37][pic 38][pic 39][pic 40]

1. En la siguiente sesión, pesamos nuevamente las probetas para ver cuánto se perdió de humedad, ya pesadas nos pasamos al cuarto donde está el sistema de cargas.  Donde ese sistema tiene dos micrómetros para medir la carga y la deformación de cada una de las probetas.

1. se coloca la primer probeta en el sistema de cargas se arma el equipo, una vez armado se enciende, una persona ve la  mida el micrómetro de la carga  y otro el de deformación, esto se hace cada 30 segundo hasta que la probeta falla. El micrómetro de carga se lee directamente, y el otro se lee de 0.1 en adelante.[pic 41][pic 42]

[pic 43][pic 44]

[pic 45][pic 46]

1. Una vez que falla la probeta se saca cuidadosamente y se sigue con la siguiente esto se repite hasta probar las tres probetas.[pic 47][pic 48]

[pic 49][pic 50][pic 51]

Ilustración 24. Falla de la segunda probeta.

1. Una vez fallado las probetas se pesan y se colocan el horno para poder calcular la humedad y poder realizar los cálculos.

Cálculos y resultados:

Probeta 1

Peso de la capsula 1:

...