COMPRESIÓN SIMPLE EN EL SUELO.

REPORTE DE PRÁCTICA NO. 6

COMPRESIÓN SIMPLE EN EL SUELO.

INTRODUCCIÓN.

El ensayo de compresión no confinada, también conocido con el nombre de ensayo de compresión simple o ensayo 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 verámás 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. Este ensayo puede definirse en teoría como un caso particular del ensayo triaxial.

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 ala resistencia al esfuerzo cortante, existen muchos métodos de ensayo para evaluar sus características. Aún cuando se utilizan otros métodos más representativos, como el triaxial, el ensayo de compresión simple cumple el objetivo buscado, sin tener que hacer un método tan complejo ni usar un equipo que a veces puede ser inaccesible, lo que significa menor costo. Este método de ensayo es aplicable solo a materiales cohesivos que no expulsan agua durante la etapa de carga del ensayo y que mantienen su resistencia intrínseca después de remover las presiones de confinamiento, como las arcillas o los suelos cementados. Los suelos secos friables, los materiales fisurados, laminados o barbados, los limos, las turbas y las arenas no pueden ser analizados por este método para obtener valores significativos de la resistencia a la compresión no confinada.

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, generalmente con una relación alto/diámetro igual a 2.

OBJETIVOS.

Al terminar este trabajo en el laboratorio el alumno será capaz de:

•Reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el ensayo de compresión no confinada, aprendiendo las características de cada uno, y los cuidados que se deben tomar para realizar la experiencia.

•Obtener datos a partir de los ensayos y anotarlos en un registro ordenado de acuerdo a un método establecido.

•Procesar los datos obtenidos a través de formulaciones, tablas y gráficos, de manera que permitan sacar conclusiones sobre el ensayo realizado.

•Comprender con exactitud la metodología y procedimientos usados en el ensayo, incluido el tiempo e intervalos con los que será ensayada la muestra.

•Construir el gráfico esfuerzo-deformación a partir de los datos obtenidos de la experiencia y de las fórmulas teóricas necesarias.

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 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.

Como el ensayo de compresión simple en arcillas relativamente impermeables se efectúa cargando la probeta con bastante rapidez, resulta que, en definitiva, constituye también un ensayo sin drenaje si dicha arcilla está saturada. Como el ensayo de compresión simple es extraordinariamente fácil y barato de realizar, resulta que muy pocas veces se hacen los ensayos triaxiales en suelos saturados. 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).

Consistencia del suelo

Carga última (kg/cm2)

Muy blanda<0,25

Blanda 0,25-0,50

Media 0,50-1,00

Firme 1,00-2,00

Muy firme 2,00-4,00

Dura >4,00

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 ala 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 micro fisuras existentes bajo dicha concentración detenciones.

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

MATERIALES.

Los materiales utilizados en el ensayo de compresión no confinada son los siguientes.

1. Aparato de compresión:

El aparato de compresión puede ser una báscula de plataforma equipada con un marco de carga activado con un gato de tornillo, o con un mecanismo de carga hidráulica, o cualquier otro instrumento de compresión con suficiente capacidad de control para proporcionar la velocidad de carga. En lugar de la báscula de plataforma es común que la carga sea medida con un anillo o una celda de carga fijada al marco. Para suelos cuya resistencia a la compresión no confinada sea menor de 100 kPa (1kg/cm2) el aparato de compresión debe ser capaz de medir los esfuerzos compresivos con una precisión de 1 kPa(0,01 kg/cm2); para suelos con una resistencia a la compresión no confinada de 100 kPa (1kg/cm2) o mayor el aparato de compresión debe ser capaz de medir los esfuerzos compresivos con una precisión de 5 kPa (0,05 Kg/cm2).

2. Deformímetro:

El indicador de deformaciones debe 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 para el ensayo, o algún otro instrumento de medición, como un transductor que cumpla estos requerimientos.

3. Instrumentos de medición:

Micrómetro, u otro instrumento adecuado para medir las dimensiones físicas del espécimen dentro del 0,1% de la dimensión medida. Los pie de metro o calibradores Vernier no son recomendados para especimenes blandos que se deformarán a medida que los calibradores se colocan sobre el espécimen.

4. Cronómetro:

Un instrumento de medición de tiempo, que indique el tiempo transcurrido con una precisión de 1 seg para controlar la velocidad de aplicación de deformación prescrita anteriormente.

5. Balanza:

La balanza usada para pesar los especímenes, debe determinar su masa con una precisión de 0,1% de su masa total.

6. Equipo misceláneo:

Incluye las herramientas para recortar y labrar la muestra, instrumentos para remoldear la muestra, y las hojas de datos

MATERIAL Y EQUIPO ADICIONAL:

1 muestra Arcilla

1 espátula de lápiz

2 vidrios de reloj

1 Cuerda de guitarra

1 tubo de PVC de 9 cm de altura y 5cm de diámetro.

1 moldeador de cilindros de arcilla.

1 vernier

PROCEDIMIENTO:

Se tomó un fragmento de muestra de arcilla guardada, cortando con la cuerda de guitarra.

Se colocó en el moldeador de cilindros y se procedió a moldear, cortando los excesos de arcilla.

Se colocó el cilindro de arcilla dentro del tubo  PVC  y se cortaron los bordes, haciendo coincidir con los bordes del tubo.

Se midieron los diámetros, superior, central e inferior.

Se llevó  la muestra y se colocó  bajo el anillo d medición en la máquina de compresión, entre dos vidrios planos.

Se aplicó la compresión, midiendo el tiempo, la carga, y la lectura del micrómetro.

Se obtuvieron los siguientes datos  y se determinaron los siguientes resultados con las siguientes formulas:


Carga:

y=	(0.00027X+0.00901)100	= kg
	9.81

Deformación unitaria:

ε=	ΔL(10)
	Hm

1 – deformación unitaria:

=	unitaria
	100

área corregida:                                                                                                    Esfuerzo:

A.=	Am				Ṽ.=	Carga
	1- def. unitaria					Area corregida
	100

Diámetro de muestra:

9.9 cm
3.7 cm
3.6 cm
3.7  cm




Hm= 3.7+3.6+3.7= 11 cm
Areas:
Superior: 10.75 cm2
Central: 10.18 cm2
Inferior: 10.75 cm2

Am:

Am=	10.75 + 10.18+10.75	=5.28
	6

Tabla de datos:

Tiempo	lectura anillo	Carga	lectura	deformación	Deformación	1 - deformación	área	esfuerzo
seg	mm		manómetro	total lineal	unitaria	unitaria	corregida	kg/cm2
		50	mm	mm (ΔL)			Cm2
0	0	0,9184506	0,0000	0,000	0,0000000	1	5,28	0
10	0.07	0,9184695	0.45	0,450	0,4090909	0,995909091	5,301688727	137.639.403
20	0.09	0,9184749	0.59	0,590	0,5363636	0,994636364	5,308472717	137.640.221
30	0.12	0,918483	0.73	0,730	0,6636364	0,993363636	5,315274092	137.641.447
40	0.14	0,9184884	0.85	0,850	0,7727273	0,992272727	5,321117728	137.642.265
50	0.15	0,9184911	1,0000	1,000	0,9090909	0,990909091	5,328440367	137.642.674
60	0.16	0,9184938	1.14	1,140	1,0363636	0,989636364	5,335293037	137.643.083
75	0.17	0,9184965	1.28	1,280	1,1636364	0,988363636	5,342163355	137.643.492
90	0.28	0,9185262	1.42	1,420	1,2909091	0,987090909	5,349051391	137.647.989
105	0.28	0,9185262	1.74	1,740	1,5818182	0,984181818	5,364862368	137.647.989
120	0.28	0,9185262	1.85	1,850	1,6818182	0,983181818	5,370319001	137.647.989
135	0.28	0,9185262	2.07	2,070	1,8818182	0,981181818	5,381265635	137.647.989
150	0.28	0,9185262	2.24	2,240	2,0363636	0,979636364	5,389755011	137.647.989
205	0.28	0,9185262	2.42	2,420	2,2000000	0,9780000	5,398773006	137.647.989
220	0.28	0,9185262	2.63	2,630	2,3909091	0,976090909	5,409332216	137.647.989
235	0.28	0,9185262	2.85	2,850	2,5909091	0,974090909	5,420438637	137.647.989
250	0.28	0,9185262	3.07	3,070	2,7909091	0,972090909	5,43159076	137.647.989
305	0.28	0,9185262	3.29	3,290	2,9909091	0,970090909	5,442788867	137.647.989
320	0.28	0,9185262	3.5	3,500	3,1818182	0,968181818	5,453521127	137.647.989
350	0.28	0,9185262	3.73	3,730	3,3909091	0,966090909	5,465324174	137.647.989
405	0.28	0,9185262	3.94	3,940	3,5818182	0,964181818	5,476145578	137.647.989
420	0.28	0,9185262	4.15	4,150	3,7727273	0,962272727	5,48700992	137.647.989
435	0.28	0,9185262	4.36	4,360	3,9636364	0,960363636	5,497917456	137.647.989
450	0.28	0,9185262	4.59	4,590	4,1727273	0,958272727	5,50991367	137.647.989
505	0.28	0,9185262	4.8	4,800	4,3636364	0,956363636	5,520912548	137.647.989
530	0.28	0,9185262	5.02	5,020	4,5636364	0,954363636	5,532482378	137.647.989