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OBTENCIÓN DE VALORES DEL TERRENO – ENSAYOS DE LABORATORIO EL TERRENO Y EL ESTUDIO GEOTÉCNICO - J. Llorens – CSCAE/ETSAB/UPC – 2007 47 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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OBTENCIÓN DE VALORES DEL TERRENO – ENSAYOS DE LABORATORIO
EL TERRENO Y EL ESTUDIO GEOTÉCNICO - J. Llorens – CSCAE/ETSAB/UPC – 2007 47
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 tensión-deformación 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 : ��������
������������
���� ⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅σσσσ====σσσσLB
3,013a
Zapata corrida : (((( )))) 3a:L σσσσ====σσσσ∞∞∞∞==== Zapata cuadrada B = L : 3a 3,1 σσσσ⋅⋅⋅⋅====σσσσ 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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ϕ⋅σ+=τ TANc
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�1 forma con C�3 un ángulo
de 180º 8.- El ángulo que forma el segmento pq con el que tiene aplicada la tensión principal mayor �3 es � = mitad de VC�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:
��������
������������
���� ϕϕϕϕ++++ππππ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅++++����
����
������������
���� ϕϕϕϕ++++ππππ⋅⋅⋅⋅σσσσ====σσσσ 24
TANc224
TAN213
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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 24ϕϕϕϕ++++
ππππ
con el eje �. Corta a la recta de Coulomb en B
c) desde B se traza la perpendicular a la recta de Coulomb, que corta al eje � en el centro del círculo de Mohr d) el círculo de Mohr proporciona el valor de �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):
1. de 0 a 0,1 kp/cm2 2. de 0,1 a 0,2 kp/cm2 3. de 0,2 a 0,5 kp/cm2 4. de 0,5 a 1 kp/cm2 5. de 1 a 2 kp/cm2 6. de 2 a 4 kp/cm2 7. de 4 a 8 kp/cm2
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)
sólido.volporos.vol
e ====s
0
s
00 h
hhAhA
e ====⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====
s
1
s
11 h
hhAhA
e ====⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====
he1ee
h
hh
hh
hh
hh
hhhhh
hh
hhhhs
0
10
s
0
s
s
s
1
s
0
0s
101010 ⋅⋅⋅⋅
++++−−−−====⋅⋅⋅⋅
++++
−−−−====⋅⋅⋅⋅
++++−−−−====⋅⋅⋅⋅
−−−−====−−−−==== he1ee
s0
10 ⋅⋅⋅⋅++++−−−−====
El asiento se puede calcular a partir de la variación del índice de huecos
Aplicaciones 1.- Calcular el asiento 2.- Calcular el tiempo que tardará en producirse el asiento 3.- Determinar la presión de hinchamiento
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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
