Informe de Laboratorio de Geomecánica

CI4402

“Ensayo de Compresión No Confinada”

UNIVERSIDAD DE CHILEFacultad de Ciencias Físicas y MatemáticasDepartamento de Ingeniería Civil

LABORATORIO DE SOLIDOS Y

MEDIOS PARTICULADOS

Nombre: Elizabeth Silva

Ayudante: Javier Sotomayor

Profesor: Loreto Cifuentes

Fecha de realización: 02 de mayo, 2012

Fecha de entrega: 16 de mayo, 2012

1. Introducción

En el presente informe se desarrolla el ensayo de compresión no confinada, CNC, realizado durante el laboratorio del ramo de Geomecanica. Este ensayo tiene como objetivo obtener de una forma simple y económica la resistencia al corte de una muestra de suelo cohesivo.

Durante este ensayo una muestra cilíndrica de suelo cohesivo es sometida a un esfuerzo vertical hasta alcanzar la falla, y para cada incremento de la deformación se mide la carga vertical aplicada. Una suposición importante que se debe considerar en la realización de este ensayo es que tanto la tensión horizontal como el ángulo de fricción interna son iguales a cero, y luego mediante la construcción del círculo de Mohr, es posible obtener la resistencia al corte del suelo, que corresponde a la tensión a la cual se alcanza la falla. No obstante, estás suposiciones son ciertas en la medida que se realice adecuadamente la obtención y manipulación de la muestra hasta el momento en que se ensaya. Aún así, no es posible asegurar que las suposiciones mencionadas se cumplan en un 100%.

El ensayo se realizó para dos muestras de un mismo suelo con distintas humedades, además de utilizarse dos probetas por muestra, una correspondiente al suelo natural y otra al suelo remoldeado, de este modo es posible obtener la sensitividad del suelo.

Es importante notar que para el ensayo se asumió una humedad constante durante las dos horas de realización del mismo, como también que se considera que tanto el suelo natural como el remoldeado poseen la misma humedad.

Finalmente, para la realización de los cálculos del presente informe se hará uso de las siguientes formulas:

(1) Contenido de humedad

w=Ww

W s

Donde:

w: Humedad de la muestra de suelo.Ww: Peso de agua en la muestra.Ws: Peso suelo seco.

(2) Deformación unitaria

ε=∆llo

Donde:

ɛ : Deformación unitaria.Δl [cm]: Deformación axial de la probeta.lo [cm]: Longitud inicial de la probeta.

(3) Corrección de área

A'=Ao

1−ε

Donde:

A’[cm²]: Área corregida de la probeta.Ao [cm²]: Área inicial de la probeta.ɛ : Deformación unitaria.

(4) Tensión normal

σ= FA '

Donde:

σ[Kgf/cm²]: Tensión normalF [Kgf]: Carga axial.A’[cm²]:Área probeta .

(5) Sensitividad

S=SUN

SU R

Donde:

S : Sensitividad.SU N

[Kgf/cm²]: Resistencia al corte de probeta natural.SU R

[Kgf/cm²]: Resistencia al corte de probeta remoldeada.

2. CálculosEn el ensayo de laboratorio, como ya se mencionó se trabajó con dos muestras de suelo. Los datos y los cálculos realizados a partir de éstos se presentan a continuación, donde de las Tablas 1 a la 6 corresponden a la muestra de suelo 1, y el resto de las tablas, a la muestra de suelo 2.

Datos MoldeDiámetro [cm] 5Altura [cm] 10

Area[cm²] 19,635

Volumen[cm³] 196,350

Tabla 1: “Datos molde”

Datos Probeta Natural RemoldeadaDiámetro [cm] 4,98 5Altura [cm] 10,48 10Area [cm²] 19,478 19,635Volumen [cm³] 204,131 196,350Peso [g] 219,5 211,132

Tabla 2:” Datos probetas de muestra de suelo 1”

Humedad de Confección Prob. NaturalPeso Cápsula [g] 72,2Peso Cáps.+ S. Humedo [g] 141,1Peso Cáps.+ S. Seco [g] 112,7Peso Agua [g] 28,4Humedad [%] 70,123

Tabla 3: “Humedad de Confección probeta natural de muestra de suelo 1”

Humedad de Confección Prob. RemoldeadaPeso Cápsula [g] 72,2Peso Cáps.+ S. Humedo [g] 141,1Peso Cáps.+ S. Seco [g] 112,7Peso Agua [g] 28,4Humedad [%] 70,123

Tabla 4: “Humedad de Confección probeta remoldeada de muestra de suelo 1”

Luego se utiliza las calibraciones de los instrumentos, para las deformaciones y para las cargas aplicadas, obteniéndose luego las deformaciones unitarias, posteriormente utilizando la corrección del área es posible obtener la tensión normal, los valores obtenidos se presentan en la siguiente tabla.

Deformación unitaria, ε Carga[kgf] Area corregida [cm²] Tensión normal [Kgf/cm²]Probeta natural

Probeta remoldeada

Probeta natural

Probeta remoldeada

Probeta remoldeada

Probeta natural

Probeta remoldeada

Probeta remoldeada

0 0 0 0 19,478 19,635 0 00,0012 0,0013 -0,0253 0,8055 19,502 19,660 -0,001 0,0410,0024 0,0025 0,3901 1,6363 19,526 19,685 0,020 0,0830,0036 0,0038 0,8055 2,4671 19,549 19,710 0,041 0,1250,0048 0,0051 1,6363 2,8825 19,573 19,735 0,084 0,1460,0061 0,0064 2,4671 4,5441 19,597 19,760 0,126 0,2300,0073 0,0076 3,7133 5,7903 19,621 19,786 0,189 0,2930,0085 0,0089 5,3749 7,8673 19,645 19,811 0,274 0,3970,0097 0,0102 6,2057 9,1135 19,669 19,836 0,316 0,4590,0109 0,0114 6,6211 10,7751 19,693 19,862 0,336 0,5420,0121 0,0127 7,0365 12,4367 19,717 19,888 0,357 0,6250,0145 0,0152 8,6981 11,1905 19,766 19,939 0,440 0,5610,0170 0,0178 7,8673 9,9443 19,814 19,990 0,397 0,4970,0194 0,0203 7,4519 9,5289 19,863 20,042 0,375 0,4750,0218 0,0229 7,0365 7,4519 19,913 20,094 0,353 0,371

Tabla 5: “Tensiones normales calculadas para la muestra de suelo 1”

Posteriormente, dado el máximo de tensión normal que soportó la probeta, valor que se encuentra destacado y en negrita, se puede obtener el centro y el radio del circulo de Mohr, también se tiene la tensión tangencial o resistencia al corte del suelo, pues tiene el mismo valor del radio.

Probeta Tensión normal[Kgf/cm²] Tensión tangencial[Kgf/cm²] radio[Kgf/cm²] centro[Kgf/cm²]

natural 0,440 0,220 0,220 0,220remoldeada 0,625 0,313 0,313 0,313

Tabla 6: “Circulo de Mohr de muestra de suelo 1”

De la resistencia al corte de la probeta de suelo natural y remoldeado se obtiene el siguiente valor para la sensitividad:

S = 0,704

Con los datos de la Tabla 5 es posible obtener el siguiente gráfico:

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Tensión normal vs deformación unitariaprobeta de suelo nat-ural

probeta de suelo remoldeado

Deformación unitaria, ɛ [%]

Tens

ion

norm

al [k

gf/c

m²]

Gráfico 1: “ Tensión normal versus deformación unitaria para la muestra de suelo 1”

Con los datos de la Tabla 6, es posible obtener el siguiente gráfico del circulo de Mohr, donde además se incluye la envolvente de falla, que es una recta horizontal tangente a la resistencia al corte del suelo, pues como ya se dijo se asume que el ángulo de fricción interna es cero.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Circulo de Mohr y envolvente de fallacirculo de mohr probeta natural

circulo de mohr probeta remoldeada

envolvente de falla probeta natural

envolvente de falla probeta remoldeada

Tensión normal [kgf/cm²]

Tens

ión

tang

encia

l [kg

f/cm

²]

Gráfico 2: “Circulo de Mohr y envolvente de falla para la muestra de suelo 1”

Para la segunda muestra de suelo se tiene los siguientes valores:

Datos Probeta Natural RemoldeadaDiámetro [cm] 4,74 5Altura [cm] 10,19 10Area [cm²] 17,646 19,635Volumen [cm³] 179,813 196,350Peso [g] 296,7 323,986

Tabla 7:” Datos probetas de muestra de suelo 2”

Humedad de Confección Prob. NaturalPeso Cápsula [g] 93,20Peso Cáps.+ S. Humedo [g] 164,80Peso Cáps.+ S. Seco [g] 150,80Peso Agua [g] 14,00Humedad [%] 24,306

Tabla 8: “Humedad de Confección probeta natural de muestra de suelo 2”

Humedad de Confección Prob. RemoldeadaHumedad Aparente [%]Peso Cápsula [g] 93,20Peso Cáps.+ S. Humedo [g] 164,80Peso Cáps.+ S. Seco [g] 150,80Peso Agua [g] 14,00Humedad [%] 24,306

Tabla 9: “Humedad de Confección probeta remoldeada de muestra de suelo 2”

Al igual que para la muestra de suelo 1, en la Tabla 10 se puede apreciar los valores calculados para las deformaciones unitarias y tensiones normales para la muestra de suelo 2.

Deformación unitaria, ε Carga[kgf] Area corregida [cm²] Tensión normal [Kgf/cm²]Probeta natural

Probeta remoldeada

Probeta natural

Probeta remoldeada

Probeta natural

Probeta remoldeada

Probeta natural

Probeta remoldeada

0 0 0 0 17,646 19,635 0 00,00125 0,00127 1,221 3,298 17,668 19,660 0,069 0,1680,0025 0,00254 2,052 5,790 17,690 19,685 0,116 0,2940,0037 0,00381 3,298 7,867 17,712 19,710 0,186 0,3990,0050 0,00508 6,206 9,944 17,734 19,735 0,350 0,5040,0062 0,00635 7,867 11,191 17,757 19,760 0,443 0,5660,0075 0,00762 9,529 14,098 17,779 19,786 0,536 0,7130,0087 0,00889 11,191 15,345 17,801 19,811 0,629 0,7750,0100 0,01016 17,422 16,175 17,824 19,836 0,977 0,8150,0112 0,01143 22,406 15,760 17,846 19,862 1,256 0,7930,0125 0,0127 26,976 16,175 17,869 19,888 1,510 0,8130,0150 0,01524 22,406 14,514 17,914 19,939 1,251 0,7280,0174 0,01778 14,514 11,606 17,9594 19,990 0,808 0,5810,0199 0,02032 8,283 18,005 20,042 0,413

Tabla 10: “Tensiones normales calculadas para la muestra de suelo 2”

Luego los máximos valores de la Tensión normal se presentan subrayados y en negrita en la tabla anterior, y corresponden a la resistencia al corte del suelo, en base a esto la siguiente tabla presenta los datos obtenidos para el circulo de Mohr.

Probeta tension normal[Kgf/cm²] Tension tangencial[Kgf/cm²] radio[Kgf/cm²] centro[Kgf/cm²] natural 1,510 0,755 0,755 0,755remoldeada 0,815 0,408 0,408 0,408

Tabla 11: “Circulo de Mohr de muestra de suelo 2”

De la resistencia al corte de la probeta de suelo natural y remoldeado se obtiene el siguiente valor para la Sensitividad:

S = 1,851

De los datos de la Tabla 10, se tiene el siguiente grafico de tensión normal versus deformación:

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.50

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Tensión normal vs deformación unitaria

probeta de suelo nat-ural

probeta de suelo remoldeado

Deformación unitaria, ɛ [%]

Tens

ion

norm

al [k

gf/c

m²]

Gráfico 3: “Tensión normal versus deformación unitaria para la muestra de suelo 2”

De la Tabla 11 se tiene la siguiente gráfica del circulo de Mohr, tanto para la probeta de suelo natural como la de suelo remoldeado. Además se aprecia la envolvente de falla, tangente al punto de máxima tensión de corte.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.60

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Circulo de Mohr y envolvente de fallacirculo de mohr probeta natural

circulo de mohr probeta remoldeada

envolvente de falla probeta natural

envolvente de falla probeta remoldeada

Tensión normal [kgf/cm²]

Tens

ión

tang

encia

l [kg

f/cm

²]

Gráfico 4: “Circulo de Mohr y envolvente de falla para la muestra de suelo 2”

3. Conclusiones

Es de esperar que la resistencia de la probeta remoldeada sea menor que la de la probeta natural, pues los suelos tienden a perder resistencia cuando son remoldeados. Luego del grafico 1 se observa que para la muestra de suelo 1, la tensión normal máxima que alcanza la probeta de suelo remoldeado es mayor que la alcanzada por la probeta de suelo natural, y por ende la resistencia al corte de la probeta remoldeada es mayor que la de la probeta natural. Esto se puede explicar debido que al tallar la probeta natural se desprendió un pedazo de ésta en la base, por lo que al poseer una menor área en la base la probeta de suelo natural recibe una tensión mayor en ese punto, lo que explicaría que la falla en la probeta natural ocurriera para una menor carga.

Se puede ver también que ambas probetas de la muestra 1 alcanzan un peak de tensión normal, de lo que se desprende que el suelo se comporta de manera frágil. Para el caso del grafico 3, donde se observa la muestra de suelo 2, el peak de la probeta natural es bastante pronunciado, y el de la probeta remoldeada es poco notorio, luego la probeta natural presenta un comportamiento mucho más frágil, además la probeta natural alcanza la falla a una tensión normal bastante más alta que la probeta remoldeada( alrededor de 3 veces su valor).

Del grafico 2 donde se aprecia el circulo de mohr para la muestra 1, se observa que la resistencia al corte es mayor para el suelo remoldeado, pues está relacionada con la tensión normal, que como se dijo anteriormente es mayor para el suelo remoldeado. Del grafico 4 se observa que para la muestra de suelo 2, la resistencia al corte de la probeta natural es mayor a la remoldeada, que es lo esperable. Luego comparando ambas muestras, se tiene que la muestra 2 alcanza mayor resistencia al corte, esto se puede explicar debido a que ésta posee una menor humedad, por ende una menor presión de poros y una mayor tensión efectiva que la muestra 1. Cabe destacar, que también puede haber inducido a error considerar que la humedad se mantuvo constante durante la realización del laboratorio y además que ésta se consideró igual para la probeta natural y para la probeta remoldeada.

Por otro lado, para ambas muestras se obtiene una sensitividad menor a 2, lo que quiere decir que el suelo es insensible o no se ve afectado cuando se remoldea, de los gráficos del circulo de mohr, se aprecia que para la muestra 1 la resistencia al corte remoldeada y natural no varía mucho, y para la muestra 2 se tiene que la resistencia natural es cerca de 1,9 veces la resistencia remoldeada, luego a pesar de tratarse del mismo suelo, la muestra 1 es más insensible que la muestra 2 (posee menor sensitividad), esto puede deberse a errores en la realización del ensayo.

Finalmente, el ensayo CNC no es representativo del suelo, pues considera que las tensiones horizontales en el suelo son cero, al igual que el ángulo de fricción, aun cuando en la realidad el terreno se encuentra confinado, por ende no nos entrega una magnitud real de la resistencia al corte del suelo, pero si nos da una idea de cómo se comporta.