ENSAYOS DE LABORATORIO: Tipología. Selección. Muestras. El

OBTENCIÓN DE VALORES DEL TERRENO – ENSAYOS DE LABORATORIO
ENSAYOS DE LABORATORIO: Tipología. Selección. Muestras. El ensayo de compresión
simple. El ensayo de corte directo. El ensayo triaxial. El edómetro. El ensayo de expansividad o
Lambe. Presentación de resultados.
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EL ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE
El ensayo de compresión simple requiere suelo coherente y
muestra inalterada. Consiste en romper una probeta de suelo NO
CONFINADA ( 1 = 0). Los resultados son la curva tensióndeformación y la resistencia a la compresión simple. También
se suelen medir las humedades de la muestra antes y después de
la realización del ensayo para comprobar que las condiciones no
han variado mucho.
Aplicaciones
Zapata rectangular B x L : σ a = σ 3 ⋅ 1 + 0,3 ⋅
Zapata corrida : (L = ∞ ) : σ a = σ 3
B
L
Zapata cuadrada B = L : σ a = 1,3 ⋅ σ 3
No se aplica coeficiente de seguridad porque en el
ensayo no se confina la muestra, o sea que se realiza
en condiciones muy desfavorables.
En suelos coherentes = 0. Como 1 = 2 = 0
c=
3 / 2 o sea: la cohesión es aproximadamente igual a
la mitad de la resistencia a la compresión simple.
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EJEMPLO
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VALORES ORIENTATIVOS Y CORRELACIONES DEL CTE DB SE-C
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EL ENSAYO DE CORTE DIRECTO
EJEMPLO:
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τ = c + σ ⋅ TAN ϕ
Tipos de ensayo de corte directo:
a) rápido: se aplican la presión y el corte rápidamente sin esperar el drenaje.
Proporciona la cohesión total o aparente (sin drenar). Aplicaciones: estructuras que
entran en carga muy deprisa como silos, piscinas y depósitos.
b) ensayo rápido con consolidación previa: se aplica lentamente la presión
esperando que la muestra consolide. El corte se aplica rápidamente hasta la rotura del
suelo. Aplicaciones: excavaciones de suelos que ya estaban consolidados por el efecto
del peso propio.
c) ensayo lento: se aplica la presión lentamente esperando que la muestre cosolide. A
continuación se aplica escalonadamente el corte esperando su estabilización.
Proporciona los valores efectivos. Aplicaciones: estudio de cimentaciones
Limitaciones
Durante el ensayo disminuye el área de contacto entre las dos partes de la muestra.
Las tensiones de rotura reales son muy superiores a las que se calculan dividiendo por
la sección transversal inicial.
Las deformaciones no son uniformes en toda la superficie de rotura. Se acumulan en
los bordes.
En suelos coherentes poco permeables la consolidación es lenta. El ensayo de corte
directo se eterniza.
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EL ENSAYO TRIAXIAL
Ejecución del ensayo triaxial.
Probeta ensayada y célula del triaxial
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El círculo de Mohr
1.- La superficie plana de un material elástico,
homogéneo e isótropo esta sometida a un estado
tensional producido por el peso propio y otras acciones.
2.- Su resultante sobre un segmento pq unitario es V,
que puede descomponerse en: perpendicular a pq y
paralela a pq.
3.- Estas componentes y se representan sobre los
ejes de la recta de Coulomb (del ensayo de corte directo)
que son:
- abscisas: esfuerzos normales
- ordenadas: esfuerzos tangenciales
4.- Estudiando la resultante que actúa sobre otro
segmento unitario p’q’ obtenido girando el anterior un
ángulo , se obtienen V’, ’ y ’
5.- Estudiando más puntos, se trazaría un círculo con el
centro C sobre el eje de las abscisas o sea de las
tensiones normales
6.- El ángulo que forman los radios
correspondientes a dos posiciones
determinadas es igual al doble que
forman los segmentos
correspondientes, o sea:
- el radio correspondiente al segmento
pq es CV
- el radio correspondiente al segmento
p’q’ es CV’
- CV forma con CV’ el ángulo 2·
- pq forma con p’q’ el ángulo
Conclusiones
7.- El círculo de Mohr determina dos puntos ( 1,0) y ( 3,0) que son las tensiones principales:
-
menor y mayor, respectivamente
sin cortante: = 0 en ambos casos
actúan sobre segmentos perpendiculares entre sí porque C
de 180º
1
forma con C
3
un ángulo
8.- El ángulo que forma el segmento pq con el que tiene aplicada la tensión principal mayor
es = mitad de VC 3
3
9.- La dirección de la rotura forma el ángulo con la dirección del segmento pq, porque la
rotura se produce en dirección perpendicular a la tensión
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El punto B representa la rotura porque está sobre la recta de Coulomb. De la geometría del
triángulo ABC se deduce la expresión siguiente:
σ 3 = σ1 ⋅ TAN2
π ϕ
π ϕ
+ 2 ⋅ c ⋅ TAN +
+
4 2
4 2
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Aplicaciones:
1.- El ensayo de compresión simple en al aparato triaxial:
1 = 0 y 3 = resistencia a la compresión simple
2.- Conocidos , c y
1
determinar
3
Analíticamente con la fórmula anterior
Gráficamente:
a) se dibuja la recta de Coulomb con c y
b) desde
1
se traza la recta que forma el ángulo
con el eje . Corta a la recta de Coulomb en B
π ϕ
+
4 2
c) desde B se traza la perpendicular a la recta de Coulomb, que corta al eje
círculo de Mohr
d) el círculo de Mohr proporciona el valor de
en el centro del
3
3.- Con el molinete se determina c. Con el ensayo de
compresión simple se determina 3. Hallar 3
a) la resistencia a la compresión simple es el diámetro
del círculo de Mohr que pasa por el origen ( 1 =0).
b) la recta de Coulomb es la tangente al círculo de Mohr
que pasa por c. El punto de tangencia es B.
c) desde B se traza la perpendicular a la recta de
Coulomb, que corta al eje en el centro del círculo de
Mohr
e) el círculo de Mohr proporciona el valor de
3
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EL EDÓMETRO
El edómetro carga una muestra inalterada saturada y proporciona la curva presión-disminción
del índice de huecos. Aplica la presión en 7 escalones de 24 horas (1 semana):
2
1. de 0 a 0,1 kp/cm
2
2. de 0,1 a 0,2 kp/cm
2
3. de 0,2 a 0,5 kp/cm
2
4. de 0,5 a 1 kp/cm
2
5. de 1 a 2 kp/cm
2
6. de 2 a 4 kp/cm
2
7. de 4 a 8 kp/cm
Aplicaciones
1.- Calcular el asiento
2.- Calcular el tiempo que
tardará en producirse el
asiento
3.- Determinar la presión de
hinchamiento
Geometría de la muestra saturada (sin aire, todos los poros están llenos de agua):
base A y altura total h = h0 + hs = altura del agua sin carga más altura de la fracción sólida.
Geometría de la muestra bajo carga: base A y altura h1 + hs = altura del agua bajo carga más
altura de la fracción sólida (incompresible)
e=
vol. poros
vol. sólido
e0 =
h − h1
s = h0 − h1 = 0
⋅h =
h
A ⋅ h0 h0
=
A ⋅ h s hs
h0 − h1
hs + h0
e1 =
A ⋅ h1 h1
=
A ⋅ hs hs
h0 h1
−
h s hs
e − e1
⋅h =
⋅h
⋅h = 0
hs h0
1 + e0
+
hs hs
e − e1
s= 0
⋅h
1 + e0
El asiento se puede calcular a partir de la variación del índice de huecos
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ENSAYO DE EXPANSIVIDAD O DE LAMBE
Realización del ensayo:
1.- Preparación de la muestra con alguna de
las humedades siguientes: wp límite plástico,
“húmeda” después de 48 horas en ambiente al
100% o “seca” después de 48 horas en
ambiente al 50%.
2.- Colocación de la muestra en el aparato,
entre la base y el émbolo, rodeada por una
malla rígida.
3.- Inundación de la muestra.
4.- Dos horas.
5.- Lectura del índice de hinchamiento. El
índice de hinchamiento no es la presión de
hinchamiento
6.- Lectura del cambio potencial de volumen en
el gráfico entrando por el índice de
hinchamiento y las condiciones iniciales de
humedad de la muestra.
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EJEMPLO:
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PRESENTACIÓN DE RESULTADOS
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