No Confinada

Mecánica de Suelos I Carrera de Ingeniería Civil Facultad de Ciencias y Tecnología Universidad Mayor de San Simón

Documento elaborado por : Laboratorio de Geotecnia Universidad Mayor de San Simón Cochabamba, mayo de 2004

Ensayo de compresión no confinada

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ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA (ASTM D2166-00) El presente documento es una guía de enseñanza elaborada por el Laboratorio de Geotecnia de la Universidad Mayor de San Simón, basada en el método de ensayo estándar para la determinación de la resistencia a la compresión no confinada de suelos cohesivos, ASTM D2166-00.

1. OBJETIVO El ensayo de compresión no-confinada es un método de ensayo de laboratorio de amplio uso debido a su bajo costo, rapidez, y facilidad de ejecución para la determinación de parámetros de resistencia al corte de suelos en condiciones no-drenadas, sin embargo su uso está restringido solamente a suelos cohesivos. El ensayo de compresión no confinada es un tipo especial de ensayo triaxial no-consolidado no-drenado. En este ensayo, la presión de confinamiento, σ3, es igual a cero. Una carga axial es rápidamente aplicada al espécimen para causar la falla. En el momento de la falla, el esfuerzo total principal menor es cero y el esfuerzo total principal mayor es σ1. Debido a que la resistencia al corte no-drenada es independiente de la presión de confinamiento mientras el suelo esté completamente saturado y el ensayo sea totalmente nodrenado, el esfuerzo de corte será:

τf =

σ1 2

=

qu = cu 2

donde qu es la resistencia a la compresión no-confinada. La resistencia a la compresión no-confinada de un suelo, qu, está definida como la carga por unidad de área a la cual una muestra de suelo cilíndrica fallará en un ensayo de compresión simple.

2. MATERIALES Y EQUIPOS −

Dispositivo de compresión (prensa).

−

Deformímetros.

−

Anillo de carga

−

Horno de secado, controlado por termostato, capaz de mantener una temperatura uniforme de 110 ± 5 ºC.

−

Balanza de 0.01 g de precisión. Con un capacidad de por lo menos 500 g cuando se utiliza el picnómetro de 250 ml y 1000 g para el picnómetro de 500 ml.

−

Desecador conteniendo sílica gel. Se debe verificar que la sílica gel presente el color adecuado (i.e. azul).

−

Extractor de muestras.

−

Equipo de compactación en laboratorio.

3. MUESTRA A ENSAYAR 3.1. Tamaño máximo de partícula -

Utilizar muestras con un diámetro mínimo igual a 30 mm.

-

La partícula de suelo más larga contenida en la muestra debe ser más pequeña que 1/10 del diámetro de la muestra.

-

La relación altura-diámetro debe estar entre 2 y 2.5.

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3.2. Preparación de la muestra Muestras inalteradas -

Obtener en campo mediante tubos de pared delgada (e.g. tubos Shelby).

-

Cubrir los extremos del tubo con un plástico para prevenir cambios de humedad.

-

Extraer las muestras de los tubos de pared delgada y cuidar que las caras extremas de las muestras estén planas.

-

Manejar las muestras con cuidado para prevenir alguna alteración, cambios en su sección, o pérdida de humedad.

-

Las muestras deben tener una sección circular uniforme con sus caras extremas perpendicular el eje longitudinal del espécimen.

-

Cuando se está esculpiendo o arreglando la muestra, remover las pequeñas piedras que se encuentren y llenar luego el vacío con restos del mismo suelo.

-

Obtener una pequeña muestra de los residuos del proceso de tallado para determinar el contenido de humedad.

Muestras remoldeadas -

Las muestras remoldeadas pueden ser preparadas a partir de muestras no disturbadas ya llevadas a falla ó de muestras disturbadas de campo.

-

En el caso de muestra falladas, envolver el material en una delgada membrana de goma y trabajar el material enteramente con los dedos para asegurar el completo remoldeo. Evitar que burbujas de aire sean atrapadas dentro la muestra. Asegurar obtener una densidad uniforme, remoldear al mismo índice de vacíos de la muestra no disturbada, preservar el contenido de humedad natural del suelo.

-

En el caso de material disturbado, formar éste en un molde las dimensiones adecuadas.

-

Una vez preparada la muestra, obtener una pequeña muestra de los residuos del proceso de tallado para determinar el contenido de humedad.

Muestras compactadas -

Algunas veces, la resistencia no drenada al corte es requerida para valores de peso unitario diferentes al de campo. En tales casos, la muestra suelta debe ser compactada según las recomendaciones del ensayo mismo de compactación.

-

Luego de realizar la compactación de la muestra, esta deberá ser retirada del molde y deberá ser tallada como si se tratase de una muestra no disturbada.

-

Obtener una pequeña muestra de los residuos del proceso de tallado para determinar el contenido de humedad.

4. PROCEDIMIENTO 1.

Tomar los datos iniciales de la muestra, diámetro, altura.

Figura 1. Determinación del diámetro de la muestra Laboratorio de Geotecnia

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2. Determinar la masa húmeda de la muestra.

Figura 2. Determinación de la masa húmeda 3.

Colocar la muestra separada durante el proceso de preparación de la muestra en un recipiente limpio y seco previamente pesado, y determinar el contenido de humedad de ésta.

4. Colocar la muestra cilíndrica en el centro de la base del equipo de compresión. Ajustar cuidadosamente el pistón de manera que la tapa haga apenas contacto con la muestra. Pistón Tapa metálica

Piedras porosas

Suelo

Base metálica Figura 3. Disposición de la muestra

5. Colocar un deformímetro en la base de la muestra y ajustarlo a cero antes de iniciar el ensayo, de igual manera, ajustar a cero el deformímetro del anillo de carga.

Figura 3. Disposición del deformímetro

6. Para una prueba a deformación constante, aplicar una velocidad de deformación axial a la muestra entre ½% a 2% / min respecto a la altura de la muestra. Laboratorio de Geotecnia

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7. Leer el deformímetro correspondiente al anillo de carga a intervalos regulares de deformación. 8. Continuar el ensayo hasta que los valores de carga disminuyan con el incremento de deformación, ó hasta que se obtenga una deformación del 15%, ó hasta que se tenga tres lecturas consecutivas de carga iguales, ó hasta que la muestra presente fisuras, lo que se de primero. 9. Determinar el contenido de humedad utilizando la muestra entera, a no ser que se obtenga de cortes representativos. 10.

Realizar un dibujo o tomar una foto de la muestra en el momento de la falla, mostrando el ángulo de inclinación de la superficie de falla.

5. CÁLCULOS Los datos registrados antes de la etapa de corte son los siguientes: -

Diámetro de la muestra, d, mm.

-

Altura de la muestra, Lo, mm.

-

Masa húmeda de la muestra, Mh, g.

-

Contenido de humedad de la muestra, w%.

Por otro lado, los datos tomados durante la realización misma de la etapa de corte corresponden a lecturas del deformímetro del anillo de carga para lecturas de deformación predeterminadas. Para cada lectura del anillo de carga se debe realizar el siguiente cálculo: 1. Calcular la deformación unitaria, ε, es decir:

ε=

∆L Lo

donde: ∆L : cambio en la longitud de la muestra respecto a la longitud inicial, mm 2. Calcular el área actual de la muestra, A. A A= o 1− ε donde: A: área de la muestra, m2 Ao : área inicial de la muestra, m2 ε: deformación unitaria de la muestra 3. Calcular la carga actual sobre la muestra, σ P σ= A donde: σ : esfuerzo sobre la muestra, kPa P : carga sobre la muestra, kN De los valores de esfuerzo calculados, el valor máximo de esfuerzo ó el valor de esfuerzo correspondiente a un 15% de deformación debe ser seleccionado, qu, dependiendo del modo de falla. Finalmente, el valor de resistencia al corte no drenada, cu, puede ser calculada como:

cu =

qu 2

Adicionalmente, si son realizadas pruebas en muestras no disturbadas y remoldeadas correspondientes al mismo suelo, el valor de sensitividad puede ser calculado como:

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St =

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q u (muestra no disturbada ) qu (muestra remoldeada)

6. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS Dentro el reporte del ensayo se deberá presentar: la resistencia al corte no drenada del suelo, la relación altura-diámetro de la misma, la velocidad de deformación, así como la deformación en la falla de la muestra. Adicionalmente un gráfico o una fotografía del modo de falla debe ser también presentado. Por último, datos adicionales como el peso unitario, el grado de saturación, la caracterización de la muestra pueden ser presentados.

REFERENCIAS American Society for Testing and Materials (2003). ASTM D2166-00 Standard Test Method for Unconfined Compressive Strength of Cohesive Soil 2003 annual book of ASTM standards. Volume 04.08 Soil and Rock (I): D420 – D4914. ASTM.

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ANEXO A Planilla de Cálculo

COMPRESION NO CONFINADA ASTM 2166-91

A. DATOS GENERALES Proyecto: Prácticas de Mecánica de Suelos I Ubicación: Aeropuerto Descripción de la muestra: Identificación de muestra: Muestra M-1 Tipo de muestra: Alterada Inalterada Extracción de la muestra: Cliente GTUMSS

Remoldeada

Fecha:

14-Oct-02

Profundidad: Operador:

1,00 m R. Jimenez

B. DATOS TECNICOS Diámetro, mm

37,6

Altura, mm

Peso, g

187,94

P. unit, kN/m

3

2

3

85,9

Area, cm

11,12

Volumen, cm

95,49

19,29

P. unit seco

16,19

Cont. hum, %

19,10

Datos del ensayo: (velocidad = 1.5 mm/min; anillo = 2 kN) Lectura de deformación

Lectura de carga

mm x 0.01

mm x 0.002

1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300

2 2,8 9,2 35,3 48,3 60,1 75,8 87,8 95,2 103,1 110,8 114,6 114,8 114,8 114,6 114,6 114,5

Factor de Deformación Deformación corrección de de la muestra unitaria área mm % --3 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00

4 0,58 1,16 1,75 2,33 2,91 3,49 4,07 4,66 5,24 5,82 6,40 6,98 7,57 8,15 8,73 9,31

5 0,9942 0,9884 0,9825 0,9767 0,9709 0,9651 0,9593 0,9534 0,9476 0,9418 0,9360 0,9302 0,9243 0,9185 0,9127 0,9069

Area corregida

Carga total Esfuerzo en la en la muestra muestra

cm2

N

kN/m2

6 11,18 11,25 11,31 11,38 11,45 11,52 11,59 11,66 11,73 11,80 11,88 11,95 12,03 12,10 12,18 12,26

7 3,77 12,40 47,56 65,08 80,98 102,14 118,31 128,28 138,92 149,30 154,42 154,69 154,69 154,42 154,42 154,28

8 3,37 11,02 42,04 57,19 70,73 88,68 102,10 110,03 118,43 126,50 130,03 129,44 128,63 127,60 126,79 125,88

UMSS - Laboratorio de Geotecnia A-1