ensayo compresión inconfinada
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ENSAYO COMPRESIN INCONFINADA
Fabio Anbal Bernal Lpez[footnoteRef:1], Mauricio Guevara Acosta[footnoteRef:2], lvaro Javier Melo Vega [footnoteRef:3], Ana Milena Ospina Castellanos [footnoteRef:4] Alix Faisuly Rueda Garcia [footnoteRef:5] Universidad Nacional de Colombia Sede BogotDirigido a: Ing. Carol Andrea Murillo Feo [1: Estudiante de Ingeniera Civil de la Universidad Nacional de Colombia] [2: Estudiante de Ingeniera Agrcola de la Universidad Nacional de Colombia] [3: Estudiante de Ingeniera Civil de la Universidad Nacional de Colombia] [4: Estudiante de Ingeniera Civil de la Universidad Nacional de Colombia] [5: Estudiante de Ingeniera Agrcola de la Universidad Nacional de Colombia]
Resumen: El ensayo de compresin inconfinada se realiza con el fin de determinar la resistencia o esfuerzo ltimo de un suelo cohesivo a la compresin inconfinada, mediante la aplicacin de una carga axial con control de deformacin y utilizando una muestra de suelo inalterada tallada en forma de cilindro, generalmente con una relacin alto/dimetro igual a 2. El mtodo provee un valor aproximado de la resistencia de suelos cohesivos en trminos de los esfuerzos totales. Este ensayo solamente es aplicable a materiales cohesivos tales que no habr prdidas de agua durante la carga.
La prueba se realiza aplicando un esfuerzo axial a una muestra de suelo, obviando la etapa de presin hidrosttica y solo aplicando la etapa de carga que conduce el suelo o muestra a la falla.
Considerando que el estado de la muestra en un primer momento es de esfuerzos totales nulos y que el agua soporta toda la presin de pre consolidacin, la tensin que producir el agua ser la necesaria para que la muestra conserve su volumen. Luego de esta etapa se lleva la muestra a la falla aplicndole esfuerzo axial, de forma que podamos medir la resistencia a causa del aumento de esfuerzo axial aumenta la presin neutral
Para este ensayo, se debe tener cierta rapidez de las operaciones, pues al estar la muestra expuesta al ambiente podran cambiar las condiciones de su saturacin, que deben ser del 100%. Tambin se debe en cuenta que la muestra est inicialmente con esfuerzos efectivos mayores a cero y presin intersticial negativa, pues es as como se mantiene la forma de la muestra
RESULTADOS
Formulacin matemtica
a. Para el ensayo de compresin inconfinada, se calcula la deformacin axial ,
Dnde:
Es el cambio de longitud del espcimen, obtenido a partir de las lecturas de los deformimetros.
: Longitud inicial del espcimen de ensayo.
b. Se calcula el rea de la seccin transversal A, para una carga aplicada dada.
(2)
Dnde:
: rea media inicial de la seccin transversal de la muestra.
: Es la deformacin axial para una carga dada.
c. Para cada carga se calcula el esfuerzo utilizando la ecuacin siguiente:
(3)
Dnde:
P: es la medida de carga aplicada.
A: Corresponde al rea media correspondiente de la seccin transversal.
d. Para cada muestra se determina la resistencia al corte la cual se obtiene con la siguiente formula:
(4)
Dnde:
Universidad Nacional de Colombia Sede Bogot
Ensayo Compresin Inconfinada Abril - 2015
4
qu= Resistencia a compresin inconfinada.
ANLISIS
a. Datos obtenidos
Muestra inalterada Muestra alterada
Muestra, grupo 4
Muestra, grupo 3
Muestra, grupo 4
Muestra, grupa 1
Esfuerzo Pa
Deformacin
Esfuerzo Pa
Deformacin
Esfuerzo Pa
Deformacin
Esfuerzo Pa
Deformacin
187,26
0,0047
0
0
0
0
0
0
334,37
0,0094
70
1,24
91,91
0,01
0,141
0,004
441,35
0,0132
139
1,363
162,6
0,01
0,318
0,007
481,46
0,0173
209
1,508
219,14
0,02
0,389
0,011
274
2,848
289,82
0,02
0,566
0,014
342
3,004
325,15
0,03
0,707
0,018
Muestra, grupo 2
410
3,116
417,02
0,03
0,778
0,021
Esfuerzo Pa
Deformacin
478
3,228
417
0,03
0,919
0,025
0,000
0,000
546
3,351
438,18
0,04
0,99
0,028
802,761
0,382
613
3,485
452,29
0,04
1,06
0,032
1867,724
0,668
681
3,608
452,27
0,05
1,06
0,035
2659,629
0,986
748
3,73
1,17
0,039
3446,406
1,305
747
3,864
1,27
0,042
3959,954
1,718
814
3,965
Muestra, grupo 3
1,34
0,046
4341,846
2,037
813
4,066
Esfuerzo Pa
Deformacin
1,41
0,049
4594,517
2,259
879
4,211
0,000
0,000
1,55
0,053
4702,711
2,737
946
4,334
353,893
0,510
1,59
0,057
4684,248
3,119
1012
4,468
844,986
1,021
1,63
0,06
1078
4,579
1330,996
1,531
1,7
0,064
1144
4,713
1671,962
2,076
1,73
0,067
Muestra, grupo 1
1142
4,859
2009,056
2,620
1,77
0,07
Esfuerzo Pa
Deformacin
1208
4,959
2212,242
2,824
1,8
0,074
0,151
0
1274
5,071
2397,612
3,709
1,8
0,078
0,151
0,004
1272
5,194
2588,404
4,253
1,8
0,081
0,151
0,007
1404
5,316
2709,144
4,798
1,87
0,085
0,153
0,01
1469
5,45
2829,351
5,308
1,94
0,088
0,153
0,014
1532
5,696
2881,104
5,818
2,01
0,092
0,154
0,017
1530
5,808
2931,065
6,363
2,05
0,095
0,156
0,02
1528
5,931
2980,251
6,907
2,08
0,099
0,156
0,024
1526
6,054
3027,550
7,486
2,12
0,102
0,156
0,027
1590
6,165
3141,754
7,996
2,15
0,106
0,157
0,031
1588
6,299
3188,229
8,540
2,19
0,11
0,158
0,034
1586
6,422
3233,930
9,085
2,19
0,113
0,159
0,038
1584
6,545
3278,857
9,629
2,22
0,117
0,159
0,041
1648
6,668
3324,267
10,140
2,26
0,12
0,159
0,044
1645
6,791
3302,869
10,718
2,26
0,124
0,16
0,048
1641
7,036
3347,141
11,228
2,3
0,127
0,16
0,051
1705
7,159
3326,614
11,773
2,33
0,131
0,161
0,055
1702
7,271
3368,467
12,317
2,33
0,134
0,161
0,058
1700
7,394
3344,938
12,930
2,37
0,138
0,161
0,061
1698
7,517
3326,638
13,406
2,4
0,141
0,161
0,065
1761
7,64
3307,031
13,916
2,4
0,144
0,162
0,068
1758
7,774
2,4
0,148
0,162
0,071
1756
7,908
2,4
0,152
0,162
0,075
1819
8,019
Muestra, grupo 2
2,44
0,155
0,162
0,078
1816
8,131
Esfuerzo Pa
Deformacin
1874
8,5
0
0
1871
8,622
212
0,299
1869
8,745
349
1,622
1866
8,879
522
1,96
1851
9,605
761
2,567
1861
9,125
827
2,886
1859
9,237
993
3,533
1856
9,371
1024
3,881
1855
9,404
1021
4,16
Los datos obtenidos corresponden a la carga aplicada y a la deformacin de la probeta producida por esta, hasta llegar a la mxima carga antes de que falle la probeta.
Graficando los resultados obtenidos se obtuvieron las curvas de esfuerzo deformacin para ambos ensayos:
Grafica 1, Muestras inalteradas
Grafica 2, Muestra alterada
Analizando los datos se obtuvieron los siguientes resultados, respecto al clculo de la resistencia a la compresin se seleccion el valor mximo del esfuerzo de compresin, o el esfuerzo de compresin correspondiente al 15% de deformacin axial, o lo que se alcanz primero. Para la resistencia al corte se utiliz la formula (4) donde se determina la resistencia al corte a partir de la resistencia de compresin mxima.
Muestra
Dimensiones
Humedad
Resistencia
a la compresin (Pa)
Resistencia al corte (Pa)
Dimetro
Altura
Grupo 1
Inalterada
5,026 cm
11,4 cm
107%
0,163
0,08
Alterada
5,153 cm
9,951 cm
3
1,5
Grupo 2
Inalterada
8,953 cm
3,556 cm
115,07%
1876
938
Alterada
10,049 cm
5,015 cm
1024
512
Grupo 3
Inalterada
3,647 cm
7,982 cm
60,19%
4700
2350
Alterada
5,011 cm
7,466 cm
3300
1660
Grupo 4
Inalterada
3,652 cm
8,648 cm
111%
481,46
240,73
Alterada
5,024 cm
10,73 cm
452,27
226,14
Tabla 1. Resultados de resistencia a la compresin y resistencia al corte
Consistencia de la Arcilla
Resistencia a la Compresion Inconfinada (kg/cm)
Resistencia a la Compresion Inconfinada (Pa)
Muy Blanda
< 0,25
4
> 392.27
Tabla 2. Valores tericos de clasificacin
A partir de la tabla 2, la cual es obtenida de la teora ya existente se deduce que la consistencia de las arcillas para cada muestra es la siguiente, deducida a partir de los valores de resistencia a la compresin inconfinada y la resistencia al corte:
Muestra
Resistencia (Pa)
Resistencia al corte (Pa)
Consistencia de la arcilla
Grupo 1
Inalterada
0,163
0,08
Muy blanda
Alterada
3
1,5
Muy blanda
Grupo 2
Inalterada
1876
938
Muy blanda
Alterada
1024
512
Muy blanda
Grupo 3
Inalterada
4700
2350
Blanda
Alterada
3300
1660
Blanda
Grupo 4
Inalterada
481,46
240,73
Muy blanda
Alterada
452,27
226,14
Muy blanda
Tabla 3, Consistencia de la arcilla para cada muestra
CONCLUSIONES
Analizando la resistencia a la compresin obtenida y la tabla 2 se puede tener una clasificacin en cuanto a textura de cada muestra de suelo. Para la muestra del suelo de grupo 1 se trata de una arcilla muy blanda. Para el grupo 2 se trata de una arcilla muy dura. Para los grupos 3 y 4 se trat de una arcilla muy dura tambin.
En la curva de esfuerzo deformacin comparativa entre las distintas muestras tanto en la alterada como la inalterada es poco apreciable la curva de los grupos 1 y 4, esto se debe al poco tiempo de falla que presentaron sus muestras.
Las muestras con mayor tiempo de falla presentaron una gran diferencia en cuanto a la deformacin para la muestra alterada e inalterada.
El aumento en la velocidad de carga en las muestras alteradas respecto a las alteradas puede ser la causante de las anteriores diferencias mencionadas. Al reacomodar la muestra y consolidarla esto cambia la densidad del suelo lo que afecta la curva de esfuerzo deformacin.
La arcilla dura del grupo 3 present una resistencia al corte bastante elevado respecto a las dems muestras tratadas en el laboratorio. Del mismo modo la resistencia a la compresin para esta muestra fue muy superior a las dems.
El contenido de agua variante en las muestras puede acentuar estos valores para una determinada muestra.
La precisin y exactitud de estos resultados depende del tratamiento dado a la muestras antes y durante el proceso de carga, aunque se hicieron las recomendaciones permitentes es posible que haya fallos relacionados con prdida de contenido de agua en la muestra y/o con la apreciacin del momento de falla.
BIBLIOGRAFA
INVIAS, 2007. Relaciones de humedad masa unitaria seca en los suelos (ensayo modificado de compactacin) I.N.V.E -152.
BERRY, P. 1993. Mecnica de suelos. Editorial McGRAW-HILL. Mxico DF. Mxico. Primera edicin. Pg. 378-383
WILLIAM LAMBE, ROBERT WHITMAN. 1996 Mecnica de Suelos. Mxico, D.F. Editorial Limusa.
Grupo 44.7000000000000002E-39.4000000000000004E-31.32E-21.7299999999999999E-2187.26334.37441.35481.46Grupo 301.241.3631.5082.84799999999999993.0043.11600000000000013.22800000000000023.3513.48499999999999993.60800000000000013.733.86399999999999993.96499999999999994.06599999999999984.21100000000000034.33399999999999964.4684.57899999999999974.71300000000000014.8594.95899999999999965.07099999999999975.1945.31599999999999985.455.56200000000000035.69599999999999975.80799999999999985.9316.05400000000000036.1656.29900000000000046.42199999999999976.54499999999999996.66800000000000016.79100000000000046.92499999999999987.03599999999999967.15899999999999987.27099999999999997.39400000000000017.51700000000000037.647.7747.90800000000000048.01900000000000018.13100000000000028.27599999999999988.37700000000000078.58.62199999999999998.74499999999999928.87899999999999969.60500000000000049.1259.23700000000000019.37100000000000049.4039999999999999070139209274342410478546613681748747814813879946101210781144114212081274127214041469153415321530152815261590158815861584164816451643164117051702170016981761175817561819181618141876187418711869186618511861185918561855Grupo 200.381859183162114810.668253570533700940.986469556502129751.30468554247055881.71836632422951662.03658231019794572.25933350037584592.73665747932848953.11851666249060420802.760965578616611867.72387759035912659.62928212419643446.40607514081563959.95440696228754341.84616598616594594.51744268312724702.71061778944664684.2476163274605Grupo 104.0000000000000001E-37.0000000000000001E-30.011.4E-21.7000000000000001E-20.022.4E-22.7E-23.1E-23.4000000000000002E-23.7999999999999999E-24.1000000000000002E-24.3999999999999997E-24.8000000000000001E-25.0999999999999997E-25.5E-25.8000000000000003E-26.0999999999999999E-26.5000000000000002E-26.8000000000000005E-27.0999999999999994E-27.4999999999999997E-27.8E-20.1510.1510.1510.1530.1530.1540.1560.1560.1560.1570.1580.1590.1590.1590.160.160.1610.1610.1610.1610.162000000000000010.162000000000000010.162000000000000010.16200000000000001
Deformacion Axial (%)
Esfuerzo (Pa)
Grupo 405.7000000000000002E-31.04E-21.52E-22.01E-22.5600000000000001E-23.0099999999999998E-23.4599999999999999E-23.9100000000000003E-24.4299999999999999E-24.8300000000000003E-2091.91162.6219.14289.82325.14999999999998417.02417438.18452.29452.27Grupo 200.298999999999999991.62200000000000011.962.26900000000000012.56700000000000022.88600000000000013.20400000000000023.53299999999999993.88099999999999984.16021234952265976182792899310241020.9999999999999Grupo 300.510381781647689211.02076356329537841.53114534494306762.07555257870060262.61995981245813782.82411252511721323.70877427997320824.25318151373074384.79758874748827865.3079705291359685.81835231078365746.36275954454119316.90716677829872697.48559946416610797.99598124581379738.54038847957133219.08479571332886959.629202947086403310.13958472873409110.71801741460147511.22839919624916411.77280643000669812.31721366376423212.92967180174146213.40602813127930513.9164099129269940353.89294702833769844.985942561116421330.99561940251851671.96241318707082009.05620225438362212.24199682690912397.61196970013452588.40414917749422709.14392763366912829.35116794122362881.10362167345332931.06481072396042980.25139883102023027.54989713842543141.75398013425823188.2294649392523233.93034880079543278.85663171889113324.26704022664313302.86868916389633347.14140253595913326.61447753459113368.46656295837973344.9380593011523326.63811201219733307.0310256311736Grupo 104.0000000000000001E-37.0000000000000001E-31.0999999999999999E-21.4E-21.7999999999999999E-22.1000000000000001E-22.5000000000000001E-22.8000000000000001E-23.2000000000000001E-23.5000000000000003E-23.9E-24.2000000000000003E-24.5999999999999999E-24.9000000000000002E-25.2999999999999999E-25.7000000000000002E-20.066.4000000000000001E-26.7000000000000004E-27.0000000000000007E-27.3999999999999996E-27.8E-28.1000000000000003E-28.5000000000000006E-28.7999999999999995E-29.1999999999999998E-29.5000000000000001E-29.9000000000000005E-20.101999999999999990.1060.110.1130.117000000000000010.120.1240.1270.131000000000000010.134000000000000010.138000000000000010.140999999999999990.143999999999999990.147999999999999990.1520.15500.141000000000000010.3180.389000000000000010.565999999999999950.706999999999999960.778000000000000020.919000000000000040.99000000000000011.061.061.171.271.341.41000000000000011.551.591.63000000000000011.71.731.771.79999999999999981.79999999999999981.79999999999999981.871.94000000000000022.00999999999999982.04999999999999982.082.122.15000000000000042.19000000000000042.19000000000000042.21999999999999982.25999999999999982.25999999999999982.29999999999999982.332.332.372.42.42.42.42.44
Deformacion Axial (%)
Esfuerzo (Pa)
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