ENSAYOS DE MATERIAL (GEOTECNIA)

 

Memoria Prácticas de Ensayos Geotécnicos

En las prácticas de cursos anteriores nos hemos centrado más en ensayos de tipo “cualitativos” (ensayos de clasificación de suelos).

En este curso, en la asignatura de Geotecnia se han realizado 5 prácticas, basándonos en ensayos “cuantitativos”, con los cuales podremos realizar cálculos, y nos centramos en obtener datos principalmente de la Resistencia y la Deformación.

Los parámetros de la Resistencia son la cohesión y el rozamiento. Y los parámetros de la deformación serían principalmente el Módulo de Young, y el coeficiente de Poisson, aunque también existe el módulo de rigidez por distorsión angular, que se utiliza para conocer la expansividad.

Con estos parámetros podemos obtener el asiento existente, el cual siempre se produce en cualquier tipo de suelo, y lo máximo admisible sería unos 2-3 cms.

Para acaba esta breve introducción, hay que señalar que en Geotecnia se debe tener siempre  prudencia, realizar muchos ensayos y, muy importante, tener en cuenta el coeficiente de seguridad.

1-ENSAYO COMPRESION SIMPLE

2-ENSAYO EDOMETRICO

3-ENSAYO CORTE DIRECTO (C.D.)

4-ENSAYO TRIAXIAL

5-ENSAYO CORTE DIRECTO (C.U.)

 

1-ENSAYO COMPRESION SIMPLE

Este ensayo obtiene la resistencia al corte en suelos y determinar los parámetros de cohesión y rozamiento. En realidad para hallar estos parámetros sería mejor con el ensayo de corte directo o con el triaxial.

Se puede considerar el ensayo más intuitivo y más simple para valorar la resistencia de un material, y consiste en someter a la muestra, sin confinar, a un esfuerzo axil llevado hasta la rotura. Por lo general, este sistema se utiliza en gran variedad de materiales en el ámbito de la ingeniería, y en especial para aquellos en los que se supone una situación de servicio a compresión.

En nuestro caso la finalidad es conocer la “carga admisible”.

Se utiliza una prensa de compresión uniaxial con una resolución de medida y registro adecuados, y consiste de forma resumida en las siguientes operaciones:

– Obtención de una muestra representativa del terreno correspondiente a una muestra inalterada tomada bien en sondeo, o bien por medios manuales en una cata.

– Tallado cuidadoso de una probeta.

– Rotura a compresión uniaxial, por lo general a velocidad (deformación axil) constante, y se toman lecturas de la relación entre la deformación y el valor de la carga aplicada.

 

2-ENSAYO EDOMETRICO

Su finalidad es determinar la velocidad y tiempo de asentamiento que experimentará una muestra de suelos blandos saturados al someterla a una serie de incrementos de presión o carga. Es más complicado averiguar el tiempo de asiento, incluso pueden cometerse graves errores, por lo que es más que recomendable realizar el ensayo in situ(ensayo de penetración estándar)

Hay que reseñar que existen 3 tipos de asientos: asiento instantáneo, asiento de consolidación primaria y el asiento de consolidación secundaria (por envejecimiento).

El fenómeno de consolidación, se origina debido a que si un suelo parcial o totalmente saturado se carga, en un comienzo el agua existente en los poros absorberá parte de dicha carga puesto que esta es incompresible, pero con el transcurso del tiempo, escurrirá y el suelo irá absorbiendo esa carga paulatinamente.

Para realizar el ensayo se coloca una muestra tallada, de 50 mm de diámetro, entre dos piedras porosas. Se coloca en el edómetro y se inunda de agua. A continuación se le aplican los “escalones de carga”, por cada escalón unas 24 horas, aunque en clase no lo hayamos hecho así por no disponer de tanto tiempo. Realizamos 8 escalones de carga y 3 de descarga.

Obtenemos una curva edométrica por cada escalón, y con el último escalón de carga averiguamos el índice de poros final. Para realizar los cálculos se intenta coger una pendiente representativa de la final. En el eje vertical (índice de poros) y eje horizontal (tensiones).

3-ENSAYO CORTE DIRECTO

Es la forma más antigua de prueba de corte sobre un suelo, utilizada primeramente por Coulomb en 1776. Sirve para determinar los parámetros resistentes de cohesión y el ángulo de rozamiento interno de una muestra de suelo sometida a esfuerzo cortante. Se registra la magnitud de las fuerzas tangenciales en función del desplazamiento y generalmente también la variación de espesor de la muestra.

Este ensayo normalmente se realiza para muestras de suelos con partículas de pequeño tamaño como arenas, limos y arcillas. No obstante, se puede utilizar para muestras de suelos con partículas de mayor tamaño.
Para su realización, introducimos en el equipo de corte directo una muestra de suelo restringida lateralmente por las paredes de una caja. Esta muestra se corta por un plano horizontal mientras se encuentra sometida a una presión normal a dicho plano. En suelos secos la duración de la prueba de corte directo es semejante a la de la prueba triaxial.              En nuestro caso ensayamos dos cajas con plano prefijado; y el tipo de ensayo CD (consolidado y drenado) y obtenemos los parámetros resistentes: cohesión y rozamiento. Comprobamos que se trata de un limo arcilloso, y que no tenía cohesión.

4-ENSAYO TRIAXIAL

El ensayo triaxial es tal vez el más representativo de las condiciones reales en las que se produce la rotura en el terreno,    ya que reproduce la situación original de la muestra que se ensaya, considerando una presión lateral de confinamiento y una presión axil que corresponda, por ejemplo, a la carga ejercida por una cimentación. En esencia responde a una descripción similar a la presentada para el dispositivo utilizado en el ensayo de compresión simple, al cual se ha implementado una celda en la cual se inserta la muestra. Es un módelo más exacto que el de corte directo.

Con esta finalidad, se obtiene una muestra remoldeada. Se talla la muestra con ayuda de una sierra de alambre, y se monta en el pedestal, a razón de 12 golpes por cada 3 capas con el proctor. Se enrasa la muestra, en un ensayo real mediríamos la altura, diámetro y peso, antes y después del ensayo. Se coloca la muestra entre dos piedras porosas para que dé la altura de la máquina, aunque no haya drenaje. A continuación se le enfunda en una camisa dúctil e impermeable que aísla el suelo del fluido confinante con el cual se rellena la célula (agua) cuya presión se controla. La carga axil se aplica a través de un vástago que se introduce en la célula a través de un dispositivo que evite la fricción y las fugas del líquido que rellena la cámara. Para que este bien sellado las juntas son de nylon.

El ensayo se inicia, según se requiera o no, después de consolidar la muestra sometida a la presión de confinamiento escogida (σ3), incrementando a continuación la carga axil a velocidad (recorrido) constante, y determinando simultáneamente el valor de la carga (σ1) a intervalos adecuados, registrando además el valor de la presión intersticial y la variación de volumen de la probeta. Los equipos actuales permiten el registro automatizado de los datos mediante unidades de adquisición digital. Al igual que en el ensayo de corte directo, los parámetros de resistencia al corte (cohesión y ángulo de rozamiento interno) se obtienen mediante la interpretación de la gráfica que relaciona para diferentes presiones de confinamiento (σ3) el valor del esfuerzo desviador en rotura (σ1 – σ3). La práctica habitual consiste en el ensayo de cuanto menos tres probetas por muestra (6`5 – 7´5 – 9 Kg), en clase solo hacemos una, representando en el campo de tensión normal respecto a tensión tangencial el círculo de Mohr de cada rotura, y determinando la recta característica del suelo como tangente a los círculos obtenidos.

En nuestro caso le metemos 6`5 kg de presión +1kg por minuto, y damos por finalizado el ensayo cuando se produce hasta un 15 % de deformación en la sobrecarga horizontal, ya que con esta deformación se puede considerar como rota. Al ser un ensayo U.U. (sin drenaje) el radio de los círculos sería es el mismo.

5-ENSAYO CORTE DIRECTO (C.U.)

Esta última práctica trata de hallar el rozamiento y la cohesión de un suelo mediante el ensayo de corte directo del tipo C.U. (consolidado no drenado).

Normalmente realizaríamos dicha práctica con la triaxial, pero al estar averiada lo realizamos en la máquina de Corte Directo. El ensayo de esta manera es más laborioso y lo tenemos que realizar en dos partes:

1ªParte: drenado / Consolidación.

2ªParte: no drenado / Rotura.

Este ensayo es muy representativo del estado real de los suelos, ya que estos se tratan de suelos de transición (mezcla de suelos), que son sedimentarios y ya han tenido un proceso de consolidación con el tiempo.

Se hacen 3 probetas, en nuestro caso haremos 2. Se trata de muestras remoldeadas, con 12 golpes por cada capa, en un total de tres capas, y se coloca entre piedras porosas. Se deberían medir y pesar antes y después del ensayo, pero no lo hacemos. A continuación se introduciría en la caja y ésta se coloca en la máquina de Corte Directo, y se le añade el agua directamente.

Realizamos el mismo ensayo con cada una de las dos probetas, a diferencia de que a una se le produce una carga vertical de 1Kg y a la otra de 3Kg. Se realiza con drenaje, se produce primeramente la consolidación por corte directo. Ésta se puede observar en la gráfica (def/tiempo) cuando se convierte en horizontal, que es cuando llega a su máxima deformación. Al final se puede observar que se deforman lo mismo, pero como hemos apuntado antes uno a 1Kg y otro a 3Kg.

En la 2ªparte para que no drene, lo hacemos con una velocidad superior: 1mm/seg. Se trata de un corte directo circular hasta la rotura de la muestra. En este caso la gráfica (fuerza/def) nos indica cuando se produce la rotura en el momento en que la gr´fica se vuelve completamente horizontal. Hay que tener en cuenta que se pueden producir “picos” en la gráfica, que no hay que tenerlos en cuenta.

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