Universidad Nacional Autónoma de Honduras en el Valle de Sula Facultad de Ingeniería Civil
Alumno Jacobo Ocampo García # de Cuenta 20052001831 Asignatura IC-683 Mecánica de Suelos 1 Documento Informe de laboratorio de la práctica de Consolidación Instructor
Ing. Gladys Chávez Fecha de entrega Viernes, 17 de abril de 2015
Contenido
Contenido 1. Introducción.............................................................................. 1 2. Objetivo.................................................................................... 1 3. Materiales y Equipo..................................................................1 4. Prueba de Compresión Axial.....................................................2 5. Procedimiento........................................................................... 5 6. Datos Obtenidos.......................................................................6 7. Cálculos.................................................................................... 7 8. Ilustraciones.............................................................................8 Fuentes de Error............................................................................9 9. Interpretaciones.......................................................................9 10. Guia.....................................................................................10 11. Glosario................................................................................ 12 12. Investigación........................................................................13 12.1 Métodos para determinar la resistencia al corte de los suelos....................................................................................... 13 13. Conclusiones........................................................................15 14. Bibliografia...........................................................................15
Introducción, Objetivos, Materiales y Equipo
1.
Introducción
La prueba de compresión simple es la más usada en los laboratorios de mecánica de suelos para los trabajos de rutina. Esta prueba tiene la ventaja de ser de fácil realización y de exigir equipos relativamente sencillos, en comparación con las pruebas triaxiales. Sin embargo una correcta interpretación es más difícil que en el caso de las pruebas triaxiales.
2.
Objetivo
Determinación rápida de los valores de esfuerzo compresivo de suelos inalterados que posean suficiente cohesión para permitir la prueba en estado no confinado.
3.
Materiales y Equipo
Aparato de compresión Indicador de deformación Calibrador de vernier Cronometro Horno, balanza Herramientas para re moldear la muestra Latitas para humedad
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Compresión Axial
4.
Prueba de Compresión Axial
La deformación total que se registra en un pavimento originada por la acción de la cargas de los vehículos motorizados, es la suma de las siguiente deformaciones parciales: Deformación Elástica. Deformación causada por la consolidación del material en las diferentes capas. Deformación Plástica. Si la deformación es sólo elástica, esta desaparece tan pronto cesan de actuar las cargas exteriores que la producen. En tal caso, el pavimento recupera su posición primitiva sin dar señales de falla. Las deformaciones producidas por consolidación, son provocadas por el desalojo del aire y, principalmente, el agua que se halle en la masa del suelo sometida a la acción de las cargas exteriores. Una vez consolidado el material, la deformación es permanente pero no progresiva. Cuando los materiales tanto el terreno de fundación, como de la sub-base, han sido compactados debidamente, estas deformaciones son reducidas a su mínimo, asegurándose así la estabilidad del pavimento. Podernos admitir que, prácticamente, ninguna de estas dos clases de deformaciones, ni las dos combinadas, constituyen causas determinantes de las fallas de un pavimento. La causa principal de estas fallas, es la deformación plástica del terreno de fundación. Tal deformación es originada por la acción combinada de las cargas de los vehículos y de la presión interna producida por los fluidos (aire y agua) que se hallan en la masa del suelo. Esta acción combinada crea esfuerzos horizontales de consideración en la masa del suelo, produciendo desplazamientos laterales del material del terreno de fundación. Esta deformación plástica tiene un carácter permanente y progresivo por lo tanto, las deformaciones plásticas que pudieran 2
Compresión Axial presentarse en el terreno de fundación, deben ser anuladas o reducidas a su mínimo. Para ello, es necesario que las diferentes capas de un pavimento sean resistentes y tengan, además, un espesor conveniente que le permita absorber la mayor parte de los esfuerzos transmitidos por las cargas de los vehículos. La resistencia a la deformación plástica del terreno de fundación, causada por desplazamientos laterales del material, es una función de su resistencia al corte “T”. Esta resistencia depende de su cohesión “c” y de su ángulo de fricción interna “Ø” Y está dada por la siguiente relación, conocida la ecuación de Coulomb: τ =σ tg∅+c
Donde: σ =¿ Esfuerzo normal que actúa sobre el plano de ruptura ∅=¿
Ángulo de fricción interna del material del terreno de fundación c=¿ Cohesión del material del terreno de fundación Terzaghi (1925) hizo notar la necesidad de considerar el efecto de la presión de poros en la resistencia del suelo. La presión “ σ t ”, que actúa en un suelo es la suma de la presión “ σ ´ ” transmitida a través del agua, que e halla en los poros del suelo “µ”, que se denomina “presión de poros”, o sea: σ t =σ ´ + μ
Cuando un suelo está sometido a presiones, solamente el esqueleto de suelo opone resistencia a su deformación. El agua como es incompresible y no tiene resistencia al corte, no se opone a la deformación, es neutra; de ahí que a la presión de poros se la llama también “presión neutra” y a la presión intergranular “presión efectiva”, pues esta última es la presión real que se opone a la deformación y posterior falla de un suelo.
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Compresión Axial Como vemos por la relación anterior, el esfuerzo o presión efectiva es igual al esfuerzo total, menos la presión de poros. Si se considera el esfuerzo efectivo, la ecuación de Coulomb se escribirá de la siguiente manera: τ =σ tg∅+c '
Dónde: c´= cohesión referida al esfuerzo efectivo. Cohesión: es la atracción entre Las partículas, originada por las fuerzas moleculares y las películas de agua, Por lo tanto, la cohesión de un suelo variará si cambia su contenido de humedad. La cohesión se mide en kg/cm2 o Lb/plg2. Los suelos arcillosos tienen cohesión alta de 0.25 kg/cm 2 a 1,5 k/cm2, o más. Los suelos limosos tienen muy poca y en las arenas la cohesión es prácticamente nula. Fricción Interna: es la resistencia al deslizamiento causada por la fricción que hay entre las superficies de contacto de las partículas. Depende, por lo tanto, de la granulometría del material, de la forma de las partículas y de su densidad. Como los suelos granulares tienen superficies de contacto mayores y sus partículas, especialmente si son angulares, presentan buena trabazón, tendrán fricciones internas altas, En cambio, los suelos finos las tendrán bajas, La fricción interna de un suelo, está definida por el ángulo cuya tangente es la relación entre la fuerza que resiste al deslizamiento, a lo largo de un plano, y la fuerza normal “p” aplicada a dicho plano. Los valores de este ángulo llamado ángulo de fricción interna Ø, varían de prácticamente 0° para las arcillas plásticas, cuya consistencia esta próxima a su límite líquido, hasta 45° o más, para gravas y arenas secas, compactas y de partículas angulares. Generalmente, el ángulo para arenas es alrededor de 30°. Los ensayos de suelo comúnmente empleados para obtener los parámetros de resistencia incluyen (en orden creciente de costo): 4
Compresión Axial 1 Presión inconfinada o ensayo “qu”. La resistencia a la compresión obtenida por este ensayo es siempre identificada como “qu”. 2 Ensayos de esfuerzo de corte directo. 3 Compresión confinada o ensayos triaxiales. La evaluación de la resistencia al esfuerzo cortante es necesaria en la mayoría de los problemas de estabilidad de suelos, Estos problemas incluyen: Selección adecuada de los taludes para terraplenes y excavaciones. Determinación de la carga de un suelo puede resistir con cierta seguridad. Determinación de la capacidad de soporte para zapatas y losas de cimentación. Determinación de la resistencia al esfuerzo cortante desarrolladas entre el suelo y pilote cajones de cimentación.
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Procedimiento
5.
Procedimiento
1. Los especímenes deberán ter un diámetro mínimo de 1.3 pulg (3.3cm) y el tamaño máximo de las partículas contenidas dentro del espécimen de prueba será menor que 1/10 del diámetro del espécimen. Para especímenes que tengan un diámetro de 2.8 pulg (7.11cm) o mayor, el tamaño máximo de la partícula será menor que 1/16 del diámetro del espécimen. Si después de realizada la prueba se encuentran partículas mayores que las mencionadas anteriormente, deberán registrarse esa información en las observaciones. La relación altura-diámetro estará entre 2 y 3. Las alturas y los diámetros se miden con un calibrador de vernier. 2. De una muestra inalterada grande lábrese los especímenes en un cuarto húmedo, teniendo cuidado en evitar cualquier cambio de humedad en la muestra. Los especímenes a usar pueden ser de sección circular uniforme o sección cuadrada, con los extremos perpendiculares al eje longitudinal de espécimen. 3. Determinar las dimensiones (altura y diámetro) y peso del espécimen. 4. Coloque el espécimen en el aparato de carga de tal manera que se encuentre centrado en la plataforma base. Ajustar el aparato cuidadosamente para que plataforma superior haga contacto con espécimen. Colocar en cero el indicador de deformación. Aplique la carga registrando valores e carga y deformación cada 30s. Continúe cargando hasta que los valores de carga decrezcan con incremento de la deformación. 5. Determine la falla del espécimen y anote el ángulo de falla con respecto a la horizontal. 6. Determine el contenido de humedad del espécimen entero, a menos que se haya obtenido muestras representativas para el propósito como en el caso de especímenes inalterados. 6
Datos Obtenidos
6.
Datos Obtenidos 6.1
Muestra #1
∅1
L1
W humedo
∅2
L2
W seco
α falla
∅3
6.2
Muestra #2
∅1
L1
W humedo
∅2
L2
W seco
α falla
∅3
6.3
Muestra #3
∅1
L1
W humedo
∅2
L2
W seco
α falla
∅3
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Cálculos
7.
Cálculos
8
Cálculos
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Ilustraciones
8.
Figura 1 Compactando la muestra en el molde.
Ilustraciones
Figura 3 Sometiendo la muestra compactada en el molde a la máquina de compresión axial.
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Ilustraciones
Figura 2 Midiendo el diámetro con el Pie de Rey.
Figura 4 Midiendo el ángulo de Falla.
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Fuentes de Error e Interpretaciones
Fuentes de Error Debido a los instrumentos en mal estado. Debido a los operadores no calificados. Debido a factores ambientales. Debido a una mala compactación por parte de los operadores. Debido a las tolerancias geométricas de la propia muestra compactada.
9.
Interpretaciones
El método de ensayar muestras de suelo cohesivo en compresión simple, ha sido aceptado ampliamente, como un medio para determinar rápidamente la cohesión de un suelo. En este ensayo, las muestras se prueban hasta que la carga en dicha muestra comience a decrecer o hasta que por lo menos se haya desarrollado una deformación unitaria del %. Se aplica una carga axial y a medida que la muestra se deforma crecientemente, se obtienen cargas correspondientes. Se registran las cargas de falla y deformación. 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.
Guía
10. Guia 1. ¿Cuál es el objetico de la prueba? Principalmente determinar la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo cohesivo, punto básico en mecánica de suelos para calcular después la estabilidad de taludes asentamientos capacidad de carga admisible para cimentaciones etc. Resolver el problema dado. 2. Mencione el equipo utilizado Aparato de compresión Indicador de deformación Calibrador de vernier Cronometro Horno, balanza Herramientas para re moldear la muestra Latitas para humedad 3. ¿Qué es esfuerzo compresivo sin confinar? Resistencia a la compresión no-confinada. La carga por unidad aérea a la cual un espécimen prismático o cilíndrico de suelo fallará en un ensayo de compresión simple. Es el que mide la resistencia de un suelo cohesivo en condiciones inalteradas y remoldeada. 4. ¿A qué suelos se le puede hacer este tipo de pruebas? Suelos cohesivos. 5. ¿Qué es espécimen? Muestra o ejemplar, sobre todo en la medida en que es representativa de una clase de objetos o entidades. 6. ¿Cuáles son las deformaciones parciales de un pavimento? Grietas finas capilares y longitudinales que se desarrollan de forma paralela con unas pocas o ninguna interconectadas. Las
Guía grietas no están descascaradas, es decir, no presentan rotura del material a lo largo de lados de la grieta. 7. ¿Qué producen las deformaciones por consolidación? Producen asientos, es decir, hundimientos verticales, en las construcciones que pueden llegar a romper si se producen con gran amplitud. Además El no tomar en cuenta este posible movimiento del suelo al proyectar una estructura sobre él puede llevar a consecuencias catastróficas tales como la inclinación, fisuración e incluso el colapso de la misma. 8. ¿Cuál es la causa principal de estas fallas? La falta de consolidación. 9. ¿Por qué es causada la resistencia a la deformación plástica? Esto sucede porque, en la deformación plástica, el material experimenta cambios termodinámicos irreversibles al adquirir mayor energía potencial elástica. La deformación plástica es lo contrario a la deformación reversible. 10. ¿Qué es presión neutra? La presión neutra ο presión intersticial, es la presión ejercida por la masa de agua de los huecos bajo el nivel freático, con la denominación de neutra, se hace referencia a que cualquier cambio en ella, no produce ningún cambio en las propiedades mecánicas del suelo. 11. ¿Qué es esfuerzo efectivo? El esfuerzo efectivo, es aquel que se transmite a través de los puntos de contacto de las partículas sólidas del suelo. 12. ¿Qué es cohesión? Las fuerzas intermoleculares son el conjunto de fuerzas atractivas y repulsivas que se producen entre las moléculas como consecuencia de la polaridad que poseen las moléculas. 13. ¿Qué es fricción interna? El ángulo de rozamiento interno es una propiedad de los materiales granulares.
Guía
14. ¿Qué es ángulo de fricción y como son los valores? Expresa la oposición al deslizamiento que ofrecen las superficies de dos cuerpos en contacto. Es un coeficiente adimensional.
Investigación
Ángulos De Fricción Interna Y Peso Específico De Suelos Tipo de suelo Arena gruesa o arena con grava Arena media Arena limosa fina o limo arenoso Limo uniforme Arcilla – limo Arcilla limosa Arcilla
Angulo de fricción interna en grados 40 35 40 30 30 25 30 25 20 15 0.1
15. ¿Cuáles son los ensayos para encontrar el ángulo de fricción y la cohesión? Con ensayo de penetrómetro dinámico ligero El ángulo de fricción interna se obtiene únicamente de ensayos de corte directo y triaxial.
11.
Glosario
No encontré ninguna palabra de la cual no supiera su significado.
Investigación
12. Investigación 12.1 Métodos para determinar la resistencia al corte de los suelos También pueden determinarse los parámetros de resistencia al corte de forma empírica, al realizar diversos ensayos en una gran variedad de suelos se ha observado que los parámetros de resistencia siguen un comportamiento ordenado que está relacionado a las propiedades índice del suelo. Por lo cual diversos investigadores han elaborado ábacos para determinar de forma empírica los parámetros de resistencia al corte para diversos tipos comunes de suelo.
Figura 5 muestra un ábaco elaborado por el U.S. Navy (1982) para determinar el parámetro de resistencia Ø' en condiciones drenadas con c’ = 0.
Investigación
Figura 7 Valores típicos de Ø’ para arcillas y limos NC (Mitchell, 1993). Algunas relaciones empíricas sugeridas para determinar los parámetros de resistencia al corte del suelo se muestran en la Figura 8 Los resultados que proporcionan estas relaciones solo son referenciales.
Investigación Figura 8 Relaciones empíricas para los parámetros de resistencia al corte (Budhu, 2000).
Conclusiones y Bibliografía
13. Conclusiones Se sometió a compresión axial la muestra, midiendo el tiempo, la carga y la lectura del micrómetro. Es importante comprender el comportamiento de los suelos sometidos a cargas, ya que en ellos o sobre ellos es donde se soportan las estructuras, sean puentes, edificios o carreteras, que requieren de un suelo firme, o más aun que pueden aprovechar la resistencia del suelo en beneficio de su propia capacidad.
14. Bibliografia
Manual de laboratorio manual de laboratorio de Mecánica de suelos 1 de la Facultad de Ingeniería Civil, UNAH-VS.
