COMPRESION NO CONFINADA

COMPRESION NO CONFINADA

1. COMPRESION NO CONFINADA

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UNIVERSIDAD PERUANA DE LOS ANDES
ESCUELA ACADÉMICO -PROFESIONAL
INGENIERIA CIVIL


MONOGRAFÍA:
COMPRESION NO CONFINADA

AUTORES:
CHUMPITAZ HERNANDEZ, GUSTAVO



DOCENTE:

Ing. Fernando Uchuypoma Montes


LIMA-PERÙ

2015 I

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DEDICATORIA
A mis queridos padres quienes
desde la infancia me forjaron
una personalidad y futuro con
gran cariño; por ser ellos mi
apoyo constante en la
realización de mis metas y
proyectos.

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AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Dios por haberme guiado, y dedico este trabajo
a mis padres, mis compañeros y a nuestro Docente por
darnos las pautas necesarias y por sus sabias cátedras que
nos brinda.

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INDICE
Dedicatoria
Agradecimiento
Introducción
Objetivos
Apoyo teorico
Tipos de rotura
Materiales
Aparato de compresión
Deformimetro
Instrumento de medición
Cronometro
Balanca
Equipo misceláneo
Métodos
Obtención y preparación de muestra
Preparacion de la probeta
Procedimientos
Calculo
Resultado
Uso de la prueba
Conclusiones
Anexo
Referencias normativas

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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 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. 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
a la 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
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.
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.

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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.

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APOYO TEÓRICO
El ensayo de compresión simple Tiene por finalidad, determinar la resistencia a la
compresión no confinada (qu), deun 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
queal suelo lo rodea sólo la presión atmosférica) y que el ángulo de fricción interna
(Φ) delsuelo se supone cero.
Debido a numerosos estudios, se h a hecho evidente que este ensayo
generalmenteno 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 condicionesinternas del suelo como el grado de saturación o la
presión de poros que no puedecontrolarse 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
cualsolamente se le aplica a la probeta la tensión longitudinal. Puesto que no es
necesario eldispositivo para aplicar la presión lateral, y como, además, la muestra
no necesita estarenvuelta en una membrana de caucho, este ensayo se ha
convertido en un ensayo sencillode campo. El aparato es tan solo útil para
ensayos rápidos sobre suelos predominantementearcillosos que están saturados o
casi saturados. Se podrá realizar de dos maneras, medianteun control de
deformación o bien, mediante un control de esfuerzos. El primero, esampliamente
utilizado, controlando la velocidad de avance de la plataforma del equipo.
Elsegundo, requiere ir realizando incrementos de carga, lo que puede causar
errores en lasdeformaciones unitarias al producirse una carga adicional de
impacto al aumentar la carga,por lo que resulta de prácticamente nula utilización.

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Como el ensayo de compresión simple en arcillas relativamente impermeables
seefectúa cargando la probeta con bastante rapidez, resulta que, en definitiva,
constituyetambién un ensayo sin drenaje si dicha arcilla está saturada. Como el
ensayo de compresiónsimple es extraordinariamente fácil y barato de realizar,
resulta que muy pocas veces sehacen los ensayos triaxiales en suelos saturados.
Según el valor de la resistencia máxima acompresión simple, una arcilla se puede
clasificar del modo que se indica a continuación.

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TIPOS DE ROTURA

Loscuales 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 muypequeñas, presentándose después de ella un
desmoronamiento de la resistencia. En lasegunda la muestra se limita a
deformarse, sin que aparezcan zonas de discontinuidad enella. De forma
intermedia, la rotura se produce a través de un plano inclinado, apareciendoun
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 lareducida resistencia a la tracción de muchos materiales a la
presencia de diminutas fisurasen su interior, en cuyos extremos se produce
concentración de tensiones.
La rotura seproduce debido a la propagación de los microsfisuras existentes bajo
dicha concentración detensiones. En una probeta sometida a compresión simple
también se pueden producirtracciones locales en el contorno de las fisuras,
especialmente sobre planos paralelos a ladirección de la compresión. Esto explica
la aparición de grietas verticales. En suelosblandos sometidos a presiones no muy
altas, la rotura dúctil se presenta bajo la forma de unensanchamiento sólo por el
centro, ya que por los extremos lo impide la fricción entre elsuelo y las placas de
carga.

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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
unmarco de carga activado con un gato de tornillo, o con un mecanismo de carga
hidráulica, ocualquier otro instrumento de compresión con suficiente capacidad de
control paraproporcionar la velocidad de carga. En lugar de la báscula de
plataforma es común que lacarga sea medida con un anillo o una celda de carga
fijada al marco. Para suelos cuyaresistencia a la compresión no confinada sea
menor de 100 kPa (1kg/cm2) el aparato decompresión 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 esfuerzoscompresivos con
una precisión de 5 kPa (0,05 Kg/cm2).

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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 parael ensayo, o algún otro instrumento de medición, como un
transductor que cumpla estosrequerimientos.
3. Instrumentos de medición:
Micrómetro, u otro instrumento adecuado para medir las dimensiones físicas
delespécimen dentro del 0,1% de la dimensión medida. Los pie de metro o
calibradoresVernier no son recomendados para especímenes blandos que se
deformarán a medida quelos calibradores se colocan sobre el espécimen.
4. Cronómetro:
Un instrumento de medición de tiempo, que indique el tiempo transcurrido con
unaprecisión de 1 seg para controlar la velocidad de aplicación de deformación
prescritaanteriormente.
5. Balanza:
La balanza usada para pesar los especímenes, debe determinar su masa con
unaprecisión de 0,1% de su masa total.
6. Equipo misceláneo:
Incluye las herramientas para recortar y labrar la muestra, instrumentos
pararemoldear la muestra, y las hojas de datos.

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MÉTODOS

El ensayo de compresión simple se realiza siguiendo el método dado a
continuación:

1. Obtención y preparación de muestras.
1.1 Se extrae muestra del suelo lo mas inalterada posible de un tamaño
suficientepara poder trasportarla al laboratorio sin que ésta se desintegre y no se
produzcan grietasinternas que puedan alterar los resultados del ensayo.
1.2 Se deben manejar las muestras cuidadosamente para prevenir
cualquieralteración, cambios en la sección transversal y evitándose cualquier
cambio en el contenidode agua del suelo.
2. Preparación de la probeta.
2.1 Los especímenes deben tener una sección transversal circular con
susextremos perpendiculares al eje longitudinal de la muestra. Además deben
tener undiámetro mínimo de 30 mm y la partícula mayor contenida dentro del
espécimen de ensayodebe ser menor que 1/10 del diámetro del espécimen. La
relación de altura a diámetro debe centrarse entre 2 y 2,5.
2.2 Se talla la muestra de tal manera que la altura sea el doble del diámetro,
estetallado se realiza de forma muy cuidadosa, en lo posible tratando que el
material no seagriete en el tallado, realizado con un cuchillo.
2.3 El tamaño de la probeta se mide con un molde, de esta manera se llega
a unaprobeta bien tallada cumpliendo con la condiciones anteriormente
mencionadas, y sedetermina la altura promedio y el diámetro de la muestra para el
ensayo utilizando losinstrumentos especificados anteriormente.
3. Procedimiento.
3.1 Se coloca el espécimen en el aparato de carga de tal manera que
quedecentrado en la platina inferior. Se ajusta el instrumento de carga
cuidadosamente de tal manera que la platina superior apenas haga contacto con
el espécimen. Se coloca en cero elindicador de deformación.

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3.2 Se aplica la carga de tal manera que se produzca una deformación axial
arazón de 0,05 plg/min.

3.3 Se registran los valores de carga, deformación y tiempo, del anillo
dedeformaciones y del anillo de cargas (0,0001”) a intervalos suficientes para
definir la curvaesfuerzo-deformación.
3.4 Se continúa aplicando carga hasta que los valores de carga decrezcan
alaumentar la deformación o hasta que se alcance una deformación igual a 0,2.
3.5 Finalmente, se confecciona un croquis de la probeta posterior al ensayo.

CALCULO

Calculo de la humedad (w). En muestras inalteradas, se obtiene desde una
muestra representativa de suelo paralela al tallado de la probeta. Para muestras
remoldeadas, una vez ensayada esta, se llevará a horno 24 horas.

- Calcular la altura inicial (L o ) de la probeta, como la media aritmética de las
lecturas realizadas.

- Calcular el diámetro (D) de la probeta:
D = (d i + 2 * d m + d s ) / 4 ( cm )
donde:
di = diámetro inferior (cm.)
dm = diámetro medio ( c m . )
ds = diámetro superior ( c m . )

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

- Calcular el volumen (V):
V = A * L o (cm 3 )

- Calcular la deformación unitaria ( ε ) para cada carga:
ε = ∆ L / Lo
donde:
∆ L = variación de altura de probeta (cm.)

- Calcular el área corregida (A c ) para cada carga:

Ac = A / ( 1 - ε ) ( cm 2 )

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- Calcular el esfuerzo de compresión no confinada ( σ c ) para cada unidad de
área, mediante la siguiente expresión:

σ c = P / A c ( kgs/cm 2 )

donde:
P = carga aplicada (kgs.)



- Calcular la resistencia al corte o cohesión (c) del suelo:
c = q u / 2 ( kgs/cm 2 )
donde:
q u = máximo esfuerzo de compresión no confinada (kgs/cm 2 )

- Calcular la sensibilidad (S) del suelo:
S = q u inalterado / q u remoldeado

- Graficar la curva deformación unitaria ( ε *10 - 2 ) contra el esfuerzo de
compresión, para cada aplicación de carga y dibujar el círculo de Mohr del
Ensayo,

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RESULTADOS

Los valores obtenidos en el laboratorio se muestran a continuación en la tabla de
cálculos yresultados.









Además se muestran en las tablas siguientes los diámetros, áreas, el área media
de cálculo,
la altura y las medidas principales después del ensayo.

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Los valores se obtuvieron de las siguientes formulas:










Grafico esfuerzo - deformacion

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USO DE LA PRUEBA
Este ensayo se puede realizar para el diseño de cimentaciones de ingeniería civil
tales como edificios, puentes, presas, represa, terraplenes ya además en análisis
de estabilidad de taludes, túneles y empujes sobre estructuras de retención.

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CONCLUSIONES
El ensayo de compresión simple o no confinada es un ensayo relativamente
sencilloque nos permite medir la carga última a la que un suelo sometido a una
carga compresiónfalla. Sin embargo es muy importante tener en cuenta las
simplificaciones que este ensayosupone, y por las cuales no es un método exacto,
sino más bien aproximado, a pesar de estoes un ensayo muy solicitado, ya que la
sencillez de su método y el equipo que utiliza loconvierten en un ensayo de bajo
costo en relación a otros relacionados, como el ensayotriaxial, que requiere de
equipo más especializado. Se podría decir que este ensayo es uncaso particular
del ensayo triaxial, en el que la presión lateral es igual a cero, y aunque estopueda
significar una imprecisión, pues no reproduce claramente las condiciones en
elterreno, en realidad se obtiene un resultado más conservador, ya que la presión
lateral deconfinamiento ayuda al suelo a resistir la carga, y al no existir ésta el
valor obtenido seríainferior al real, lo que deja al ingeniero con un margen de
seguridad adicional. En esteensayo se trabaja manteniendo la deformación
constante, lo que se controla por medio deldial o deformímetro solidario a la
muestra de suelo y el cronómetro, siendo la cargaaplicada, o resistida, lo que varía
y produce la forma de la curva esfuerzo-deformación.
En lo que respecta al ensayo realizado por nosotros, después de llevar a cabo
todoslos procedimientos señalados en un apartado anterior, y luego del
procesamiento de losdatos obtenidos en las mediciones, podemos construir el
gráfico esfuerzo-deformación, querepresenta el comportamiento del suelo
sometido a cargas en progresivo aumento.
El gráfico esfuerzo-deformación obtenido presenta una forma un tanto extraña, en
lacual no podría definirse en forma precisa el módulo de elasticidad, aunque si el
esfuerzoúltimo o de rotura, ya que después de llegar a este valor, la resistencia
decae bruscamente yla probeta se rompe visiblemente. Es posible que la forma
del gráfico se debaprincipalmente a la inexperiencia del grupo en el manejo de la
máquina de carga en elcontrol de la velocidad de la deformación por medio del
cronómetro, aunque la probeta fuetallada cuidadosamente. Otra explicación que
podemos dar a la forma, la cual muestra unameseta o zona en que el esfuerzo se
mantiene aumentando mucho la deformación, cercano alos 2 kg/cm2, es que en
ese momento se haya producido una acomodación de la probeta enuno de sus
extremos o en ambos, que podrían no haber quedado
perfectamenteperpendiculares al eje.

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En resumen los resultados muestran un comportamiento que se aleja un poco
delcomportamiento típico de un suelo arcilloso, ya que el esfuerzo de rotura es
bastante alto encomparación a otros suelos, a pesar de mantener bajas
deformaciones, es por esto queconcluimos que la rotura del suelo es de tipo frágil,
tesis que queda avalada por las grietascasi verticales que se produjeron al final, y
que se veían claramente luego de terminar elensayo.
La resistencia del suelo o esfuerzo de compresión último es 3,37 kg/cm2, valor
quesegún la clasificación de Terzaghi mostrada en la sección Apoyo Teórico
corresponde a unsuelo de consistencia muy firme. También podemos obtener una
aproximación de laresistencia al corte, simplemente dividendo este valor por 2,
con lo que obtenemos 1,69kg/cm2 de resistencia al corte.

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ANEXO FOTOGRAFICO















Puede verse claramente que la falla se presenta principalmenteen forma de
grietas verticales, que de acuerdo a la teoría de Griffith acusan una falla frágildel
suelo, producto de la concentración de tensiones en las fisuras del material sobre
planosparalelos a la dirección de la compresión. Esto podría explicar en parte las
altas resistenciasalcanzadas por el suelo con bajísimas deformaciones, y la caída
brusca de la resistenciadespués del ensayo.

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