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Universidad Nacional de Cajamarca Facultad de Ingeniería

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil ASIGNATURA :

MECANICA DE SUELOS II

DOCENTE

:

ING. RAÙL VALERA GUERRA

ALUMNOS

:

URRUTIA MEDINA, Sarly

CICLO

:

VI Cajamarca noviembre del 2013

RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE

MECÁNICA DE SUELOS II

PRÁCTICA N°02: ENSAYO DE COMPRECION SIMPLE I.

INTRODUCCIÓN: El ensayo de compresión Inconfinada, 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. Este ensayo 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 extraída en la misma universidad por la facultad de geológica.

II.

OBJETIVOS:  Determinar la resistencia a la compresión no confinada de una probeta cilíndrica de suelo inalterado, de manera de poder obtener de forma indirecta la resistencia al corte de la muestra.  Reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el ensayo de compresión no confinada,

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aprendiendo las características de cada uno, y los cuidados que se deben tomar para realizar la experiencia.

III.

MARCO TEÒRICO: a) El ensayo de compresión simple 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.

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. 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, este ensayo se ha convertido en un ensayo sencillo de campo. 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 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

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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. b) Tipos de rotura 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. 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. En una probeta sometida a compresión simple también se pueden producir tracciones locales en el contorno de las fisuras, especialmente sobre planos paralelos a la dirección de la compresión. Esto explica la aparición de grietas verticales. En suelos blandos sometidos a presiones no muy altas, la rotura dúctil se presenta bajo la forma de un ensanchamiento sólo por el centro, ya UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

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que por los extremos lo impide la fricción entre el suelo y las placas de carga. IV.

REFERENCIAS :  AASHTO T208-70 ASTM 2166-66

V.

MATERIAL:  Muestra inalterada

VI.

EQUIPO:  Máquina de compresión encofinada (cualquier tipo de máquina de compresión que tenga un sistema de lectura de carga de rango suficientemente bajo para obtener lecturas de carga aproximada).

Figura 1. Máquina de compresión simple  Deformímetro de carátula (lectura con precisión de 0.01 mm/división).  Cronómetro  Balanza  Equipo misceláneo (incluye las herramientas para recortar y labrar la muestra, instrumentos para remoldar la muestra)

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VII.

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PROCEDIMIENTO:  Mediante el muestreador de 4 cm de diámetro y 6 cm. De longitud extraer una muestra inalterada.  Sacar la muestra del muestreador con el extractor de muestra.

Figura 2. Extrayendo la muestra

 Determinar la densidad natural y el contenido de humedad de la muestra.  Colocar la muestra inalterada en la máquina de compresión.

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Figura 3. Colocando la muestra en la máquina de compresión simple

 Colocar la placa de distribución de carga encima de la muestra.  Girar el tornillo de carga hasta que haga contacto con la placa de distribución de carga.  Establecer en ceros los diales que indicará la deformación de la muestra y las deformaciones del resorte del anillo.  Aplicar las cargas verticales (esta carga se registra mediante la deformación del resorte del anillo vertical) y en cada una de ellas realizar las lecturas de deformación de la muestra.  Calcular la deformación axial unitaria.

= Deformación de la muestra. = Longitud inicial de la muestra.

 Calcular el área corregida promedio de la sección transversal de la muestra.

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= Área inicial = Área corregida = Deformación axial unitaria.

 Calcular el esfuerzo aplicado.

= Esfuerzo aplicado = Carga aplicada determinada de acuerdo a la deformación del anillo. = Área corregida

 Dibujar los resultados en escala natural, en el eje de las abscisas va las deformaciones unitarias y en el eje de las ordenadas de esfuerzos.  Determinar la resistencia a la compresión simple del suelo como el máximo valor del esfuerzo en el ensayo o el correspondiente al 20% de deformación de la muestra, el que ocurra primero.  Realizar dos ensayos y tomar como resistencia a la compresión simple el promedio de dos esfuerzos obtenidos.  Determinar la resistencia al corte o cohesión mediante la siguiente expresión:

= Resistencia al corte = resistencia a la compresión simple.

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RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE VIII.

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RESULTADOS: MUESTRA DE ENSAYO DIAM.(Pulg.) 2.5 ALT.(Pulg.) 6 AREA (cm^2) 31.6692915 Vm (cm^3) 482.640002 Wmh(gr.) 976 γm (gr/cm^3) 2.02221116 γs (gr/cm^3) 2.65

Cte.Anillo carga (Kg.) Lect.inicial (deformación) velocidad de carga 1.5%(ɛ)x min.

0.1469xdiv. (x0.001") 0.06"xmin.

ENSAYO DE CARGA TIEMPO

LECT. DEF. MUESTRA (0.001")

0m 0s 0m 15s 0m 30s 0m 45s 1m 0s 1m 15s 1m 30s 1m 45s 2m 0s 2m 15s 2m 30s 2m 45s 3m 0s 3m 15s 3m 30s 3m 45s 4m 0s 4m 15s 4m 30s 4m 45s 5m 0s

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300

LECT. DEF. CARGA (0.001") 0 4 10 22 35 59 90 121 141 185 212 241 268 292 308 323 305 285 254 215 198

LECT. DEF. MUESTRA ∆L(Pulg.)

DEF. MUESTRA ∆L/LO

AREA CORREGIDA (cm^2)

0 0.015 0.03 0.045 0.06 0.075 0.09 0.105 0.12 0.135 0.15 0.165 0.18 0.195 0.21 0.225 0.24 0.255 0.27 0.285 0.3

0 0.003 0.005 0.008 0.010 0.013 0.015 0.018 0.020 0.023 0.025 0.028 0.030 0.033 0.035 0.038 0.040 0.043 0.045 0.048 0.050

31.669 31.749 31.828 31.909 31.989 32.070 32.152 32.233 32.316 32.398 32.481 32.565 32.649 32.733 32.818 32.903 32.989 33.075 33.162 33.249 33.336

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CARGA TOTAL (Kg.)

ESFUERZO (Kg/cm^2)

0 0.588 1.469 3.232 5.142 8.667 13.221 17.775 20.713 27.177 31.143 35.403 39.369 42.895 45.245 47.449 44.805 41.867 37.313 31.584 29.086

0 0.019 0.046 0.101 0.161 0.270 0.411 0.551 0.641 0.839 0.959 1.087 1.206 1.310 1.379 1.442 1.358 1.266 1.125 0.950 0.873 9

Esfuerzo Unitario (kg/cm2)

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1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

Deformacion Unitaria (ɛ)

De la gráfica obtenemos: (kg/cm2) Cohesión (c): (kg/cm2)

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Graficando el Esfuerzo Normal Vs. el Esfuerzo Cortante CÍRCULO DE MOHR

IX.

CONCLUSIONES.  Se logró determinar la resistencia a la compresión no confinada de una muestra de suelo inalterado  Se logró reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el ensayo de compresión no confinada.

X.

BIBLIOGRAFÍA.  Manual de laboratorio de Ing. Marco Hoyos Saucedo.  Salvador Ricardo – Montero Juan Carlos, Manual de Ensayos de Mecánica de Suelos, 200.  Das Braja M., Soil Mechanics Laboratory Manual, 1997.  Lambe T. William – Whitman Robert V., Mecánica de Suelos, Instituto Tecnológico de Massachusetts, 1994.

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