ENSAYO COMPRESION NO CONFINADA (CNC)

La determinación de la resistencia a la compresión no confinada de suelos cohesivos, se

ejecuta mediante la aplicación de una carga axial con control de deformación. El ensayo se

ejecuta sobre muestras inalteradas, remoldeadas o compactadas. Este método de ensayo da

un valor aproximado de la resistencia de los suelos cohesivos en términos de esfuerzos totales.

Tiene por finalidad, determinar la resistencia al a compresión no confinada (qu), de un cilindro

de suelo cohesivo o semi - cohesivo, e indirectamente la resistencia al corte (c), 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. Este ensayo es ampliamente utilizado, ya que constituye un método rápido y económico.

Consiste en un ensayo uniaxial, en donde la probeta no tiene soporte lateral (σ3 = 0),

realizándolo en condiciones no drenadas. 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.

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 varvados, 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.

Observación: La determinación de la resistencia, de los suelos cohesivos, con confinamiento

lateral, sin consolidación previa y sin drenaje, está regulada por la Norma NTP 339.167.

DESCRIPCIÓN:

Resistencia a la compresión no confinada (qu): mínimo esfuerzo compresivo necesario para

romper una muestra no confinada de suelo, de forma cilíndrica, en condiciones normalizadas.

En este método la resistencia a la compresión no confinada se toma como la máxima carga

alcanzada por unidad de área durante el ensayo, o la carga por unidad de área cuando se

alcanza el 15% de deformación axial, lo que ocurra primero durante la ejecución de un ensayo.

Cohesión (c): la resistencia al corte puede estimarse a partir de la resistencia a la compresión,

para los especímenes sometidos al ensayo de resistencia a la compresión no confinada a partir

de la ecuación.

C = 0.5qu

SIGNIFICADO Y USO:

El objetivo primario del ensayo de compresión no confinada es obtener rápidamente

un valor aproximado de la resistencia a la compresión de los suelos que tienen

suficiente cohesión para ser sometidos a dicho ensayo.

Las muestras de suelos fisuradas o que tienen estructuras de falla, algunos tipos de

loess o de cenizas volcánicas, arcillas muy blandas, suelos secos, friables, materiales

laminados y varvados, o muestras que contienen cantidad significante de limo y arena,

o ambos (todos los cuales normalmente exhiben propiedades cohesivas),

frecuentemente presentan una mayor resistencia al corte cuando se ensayan de

acuerdo con la Norma NTP 339.167.

La sensibilidad del material puede ser determinada si se llevan a cabo ensayos sobre la

misma muestra en condiciones alterada e inalterada. Este método de determinación

de la sensibilidad es adecuado solo para suelos que pueden mantener una forma

estable al ser remoldeados.

EQUIPOS:

Ap arato 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 (1

kg/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).

Deformímetro : El indicador de deformaciones debe ser un comparador de carátula graduado a

0.02 mm, 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.

Micrómetro : Instrumento adecuado para medir las dimensiones físicas del espécimen dentro

del 0.1% de la dimensión medida.

Nota: Los piederrey o calibradores Vernier no son recomendados para especimenes blandos

que se deformarán a medida que los calibradores se colocan sobre el espécimen.

Cronómetro: Un instrumento de medición de tiempo, que indique el tiempo transcurrido con

una precisión de 1s para controlar la velocidad de aplicación de deformación.

Balanza: La balanza usada para pesar los especimenes, debe determinar su masa con una

precisión de 0.1% de su masa total.

Equipo misceláneo : que incluye las herramientas para recortar y labrar la muestra,

instrumentos para remoldear la muestra, y las hojas de datos.

Vista del Equipo Usado para el Ensayo – Aparato de CompresiónCon todos los instrumentos de medición necesarios para el ensayo

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA:

Tamaño de la muestra . Los especímenes deben tener un diámetro mínimo de 30mm y la

partícula mayor contenida dentro del espécimen de ensayo debe ser menor que 1/10 del

diámetro del espécimen. Para muestras que tengan un diámetro de 72 mm o mayores, el

tamaño mayor de partícula debe ser menor que 1/6 del diámetro del espécimen. La relación

de altura a diámetro debe encontrarse entre 2 y 2.5. Determine la altura promedio y el

diámetro de la muestra para el ensayo utilizando los instrumentos especificados. Tome un

mínimo de 3 mediciones de la altura (separadas 120º), y por lo menos tres mediciones del

diámetro espaciadas igualmente a lo largo de la generatriz del cilindro.

Muestras inalteradas : Prepare los especimenes inalterados a partir de muestras grandes

inalteradas, preservadas y transportadas de acuerdo con las Normas. Las muestras de tubo

pueden ser ensayadas sin labrar, excepto sus extremos, si las condiciones de la muestra

justifican este procedimiento. Maneje las muestras cuidadosamente para prevenir cualquier

alteración, cambios en la sección transversal o pérdidas en el contenido de agua. Si el aparato

de extracción puede causar compresión o cualquier otro tipo de alteración notoria de la

muestra, divida el tubo de muestreo a lo largo o córtelo en secciones pequeñas para facilitar la

remoción del espécimen sin alteración. Cuando sea posible, prepare los especimenes labrados

a partir de muestras mayores intactas en un cuarto con humedad controlada. Haga todo lo

posible para prevenir cualquier cambio en el contenido de agua del suelo. Los especimenes

deben tener una sección transversal circular con sus extremos perpendiculares al eje

longitudinal de la muestra.

PROCEDIMIENTO:

1. Preparación de la muestra inalterada, la cual fue extraída del terreno natural de

manera manual o perforaciones. Las probetas deben cumplir con las siguientes

condiciones:

- Diámetro mínimo 33mm.

- Tamaño máximo de las partículas menor que 1/10 de su diámetro.

- relación altura/diámetro (L/D) debe ser lo suficientemente grande para evitar

interferencias en los planos potenciales de falla a 45º y lo suficientemente corta para

evitar que actúe como columna; para satisfacer ambos criterios, se recomienda una

relación L/D comprendida entre 2 y 3.

2. Se deben determinar el diámetro, altura, peso.

3. Se coloca la muestra centrada en la placa inferior del aparato de carga, se ajusta

cuidadosamente de manera que la placa superior quede justamente en contacto con

la muestra, y se colocan en cero los controles.

4. Se aplica la fuerza para conseguir la relación de deformación axial unitaria de 1/2% a

2% por minuto y se anota la fuerza en cada porcentaje de deformación establecido. Se

debe regular la relación de deformación para que el tiempo de falla de la muestra no

supere los 10 minutos.

5. Se continúa cargando hasta cuando la fuerza disminuya con un incremento de

deformación o hasta alcanzar una deformación del 20%.

6. Una vez finalizado el ensayo se retira con cuidado del equipo, se describe y se realiza

un esquema de la forma de la falla y se establece la humedad de la muestra.

Figura. Ejemplos de Especímenes después de la falla en compresión no confinada.

Fig. 1

Fig. 2

En la Fig. 1 se observa la extracción de la muestra de un tubo Shelby, en la Fig. 2 se observa la toma de datos del espécimen antes de iniciar el ensayo

Fig. 3 Fig. 4

En estas dos vistas se aprecia el inicio del análisis (Fig. 3) y como se va incrementado la carga a medida que transcurre el tiempo (Fig. 4)

Fig. 5

En esta vista se observa el tipo de falla, para nuestro caso es una falla por agrietamiento en sentido diagonal

CÁLCULOS Y GRÁFICAS:

Tomar los pesos de la muestra inalterada.

Calcular la altura inicial (Lo) de la probeta, como la media aritmética de las 3 lecturas

realizadas.

Calcular el diámetro (D) de la probeta:

(cm)

Donde:

di = diámetro inferior (cm.)

dm = diámetro medio (cm.)

ds = diámetro superior (cm.)

- Calcular el área (A) de la probeta: A = π * (D/2)2 (cm2)

- Calcular el volumen (V): V = A * Lo (cm3)

- Cálculo de la deformación unitaria axial e :

e =DL

Lo

Donde:

DL: cambio en la longitud de la muestra leída en el indicador de deformación.

Lo: Longitud inicial de la muestra.

- Se debe calcular el promedio del área de la sección transversal y su variación a lo largo del

ensayo:

A =Ao

(1 - e)

Donde:

Ao Promedio del área de la sección transversal inicial.

- Para cada una de las fuerzas aplicadas, se debe calcular el esfuerzo s , mediante la fórmula:

s =P

A

Donde: P: Fuerza aplicada

- Calcular la resistencia al corte o cohesión (c) del suelo:

c = qu / 2 (kg/cm2)

Donde:

qu = máximo esfuerzo de compresión no confinada (kg/cm2)

De los datos obtenidos en el laboratorio:

Cuadro de Cálculos

Lec. Dialde

deformación

Lec. de deformación

(mm)

Dial de Carga

Carga Axial (kg)

con ecuación

Deformación unitaria (ε)

Factor de corrección de

área (1-ε)

Área Corregida (Ac)-(cm2)

Esfuerzo desviador

(σ)-(kg/cm2)

0 0.00 0 -0.128 0.000 1.000 18.75 -0.01

10 0.10 20 4.753 0.001 0.999 18.768 0.25

20 0.20 35 8.413 0.002 0.998 18.785 0.45

30 0.30 54 13.049 0.003 0.997 18.803 0.69

40 0.40 71 17.198 0.004 0.996 18.82 0.91

50 0.50 93 22.566 0.005 0.995 18.838 1.20

75 0.75 132 32.082 0.007 0.993 18.882 1.70

100 1.00 154 37.451 0.009 0.991 18.927 1.98

125 1.25 171 41.599 0.012 0.988 18.972 2.19

150 1.50 181 44.039 0.014 0.986 19.017 2.32

175 1.75 178 43.307 0.016 0.984 19.062 2.27

De donde se Obtuvo:

q (kg/cm2) 2.32 kg/cm2

c(kg/cm2) 1.16 kg/cm2

Carga Máxima (Kg) 44.039 kg

PESO M. HÚMEDA 318.79 grPESO M. SECA 208.5 grVolumen (cm3) 200.55

ÁREA PROM. (cm2) 18.75

Lo prom: 10.696 cm 106.96 mmD prom: 4.886 cm 48.86 mm

GRÁFICO 1:

GRÁFICO 2:

OBSERVACIONES:

La muestra ensayada fallo por agrietamiento diagonal.

CONCLUSIONES:

La carga máxima fue de 44.039 kg y produjo un qu de 2.32 kg/cm2. Es allí donde la

muestra falló.

Se debe considerar la calibración de los equipos. Esta debe de ser cada 6 meses

aproximadamente, sino en relación al tiempo de uso del equipo. Es importante

mencionar que cada anillo tiene una ecuación, la cual permite conocer la carga.

El que realiza el ensayo debe girar el aparato a una velocidad de 1 mm/min. constante

sin detenerse hasta hacer la última medición.

Se debe trabajar en un ambiente con condiciones controladas para que la muestra no

sea alterada.

Se puede considerar que este ensayo es importante debido a que es uno de los

factores que determinan el tipo de cimentación que se utilizará en un determinado

proyecto.

La resistencia a la compresión no confinada (qu) es un dato utilizado ampliamente en el

campo por los ingenieros; debido que es un parámetro que nos ayuda a determinar la

carga que puede soportar un suelo en estado natural.

MECÁNICA DE SUELOSCiclo: 2009-2

INFORME DEL LABORATORIO N° 4

Tema:ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADANORMA: ASTM D 2166

Profesora: Ing. Maggie Antonieta Martinelli Montoya

Alumnos: Código:

Salazar Orosco Germán Bertoni 200814049 Copello Muñante Renatto Mauricio 200810011 Caicedo Moreno Enzo Lizardo 200814031

Lima - 2009