Ensayo de Compresion Simple

ENSAYO DE COMPRESION SIMPLE

MECANICA DE SUELOS II

ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA O SIMPLE NORMAS DE ENSAYO:  

ASTM D-2166 AASHTO T-208

OBJETIVOS:

Determinar la resistencia a la compresión inconfinada de suelos cohesivos bajo condiciones inalteradas, aplicando carga axial, usando cualquiera de los métodos de resistencia controlada o deformación controlada.  Determinar el valor de la resistencia a la comprensión comprensión simple simple  qu  así como también su cohesión  C . 

DEFINICIÓN: Resistencia a la compresión no-confinada. La carga por unidad de área a la cual un espécimen prismático o cilíndrico de suelo fallará en un ensayo de compresión simple. Se acepta internacionalmente que la resistencia al corte de un suelo es la tensión de corte o cizallamiento en el plano de corte y en el momento de falla.

EL ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE Tiene por finalidad, determinar la resistencia a la compresión no confinada (qu), de un cilindro de suelo cohesivo o semi-cohesivo, e indirectamente la resistencia al corte (qc), por la expresión.


qc 


qu  kg  2  cm 2 

Este cálculo se basa en el hecho de que el esfuerzo principal menor es cero (ya que al suelo lo rodea sólo la presión atmosférica) y que el ángulo de fricción interna (Φ) del suelo se supone cero.

Debido a numerosos estudios, se ha hecho evidente que este ensayo generalmente no 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 condiciones internas del suelo como el grado de saturación o la presión de poros que no puede controlarse 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 cual solamente se le aplica a la probeta la tensión longitudinal. Puesto que no es necesario el dispositivo para aplicar la presión lateral, y como, además, la muestra no necesita estar envuelta en una membrana de caucho, este ensayo se ha convertido en un ensayo sencillo de campo. El aparato

es

tan

solo

útil

para

ensayos

rápidos

sobre

suelos

predominantemente arcillosos que están saturados o casi saturados. Se podrá realizar de dos maneras, mediante un control de deformación o bien, mediante un control de esfuerzos. El primero, es ampliamente utilizado, controlando la velocidad de avance de la plataforma del equipo. El segundo, requiere ir realizando incrementos de carga, lo que puede causar errores en las deformaciones unitarias al producirse una carga adicional de impacto al aumentar la carga, por lo que resulta de prácticamente nula utilización. Como el ensayo de compresión simple en arcillas relativamente impermeables se efectúa cargando la probeta con bastante rapidez, resulta



que, en definitiva, constituye también un ensayo sin drenaje si dicha arcilla está

saturada.

Como

el

ensayo

de

compresión

simple

es

extraordinariamente fácil y barato de realizar, resulta que muy pocas veces se hacen los ensayos triaxiales en suelos saturados. Según el valor de la resistencia máxima a compresión simple, una arcilla se puede clasificar del modo que se indica a continuación (Terzaghi y Peck, 1955). Carga Consistencia última del suelo (kg/cm2) Muy blanda <0,25 Blanda 0,25-0,50 Media 0,50-1,00 Firme 1,00-2,00 Muy firme 2,00-4,00 Dura >4,00

EQUIPO: Aparato de Compresión: conformado por una prensa para rotura de las probetas, de velocidad controlada manual o mecánicamente, con capacidad suficiente para llegar a la carga de rotura. El dispositivo de medida de la fuerza aplicada debe tener una sensibilidad del 1 % de la resistencia a la compresión simple de la muestra ensayada.  Extractor de muestras: capaz de sacar corazones de suelos; si las muestras llegan al laboratorio en tubos no abiertos longitudinalmente, es preciso que produzca poca alteración en el suelo.  Moldes para preparar probetas de suelo amasado o compactado.  Aparatos para determinar la humedad de la muestra.  Cronómetro.- Se deberá emplear un cronómetro con aproximación al segundo, que indique el tiempo transcurrido desde el inicio del ensayo, para establecer la velocidad de aplicación del esfuerzo o la deformación.  Un cronómetro, si el control de la prensa es manual.  Balanzas que den el peso de la muestra con una precisión del 0.1 % de su peso total.  Horno capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5 °C (230° ± 9 °F). 

PREPARICIÓN DE LA MUESTRA:


o

o

o

o

o

o

o

o


Dimensiones de la probeta.- La probeta debe ser de sección aproximadamente constante, circular o cuadrada, y eje perpendicular a dicha sección. Su diámetro o lado no debe ser inferior a 35 mm (1.4") y en suelos que presentan discontinuidades se recomienda que sea de mayor tamaño. La mayor partícula contenida en su interior debe ser, como máximo, igual a 1/10 del diámetro o lado. Si, una vez terminado el ensayo, se encuentran partículas mayores que dicho tamaño, se hará constar ésto, junto con los resultados. Para muestras con diámetro igual o mayor de 71.1 mm, el tamaño de la partícula deberá ser menor a 1/6 del diámetro o lado. La relación de la altura al diámetro o al lado de la base debe ser aproximadamente igual, y no inferior a 2. El término probeta se aplica a la muestra ya tallada. Cuando la altura no cumpla con las dimensiones indicadas, deberá anotarse en el Informe. La dimensión longitudinal de la probeta cortada debe coincidir con la dirección vertical de la muestra original. Probetas inalteradas: Si se trata de muestras de tubo, hay que manejarlas con gran cuidado para evitar su alteración, cambios en la sección transversal o la pérdida de humedad. Si se teme que el dispositivo de extracción pueda dañar la muestra, puede hendirse el tubo longitudinalmente o cortarlo en trozos más pequeños para facilitar la extracción de la muestra sin alterarla. Si se trata de arcilla no dura, se recomienda, cuando sea posible, tallar la muestra para eliminar las zonas alteradas próximas a las paredes del tubo. En general, deben desecharse las partes alteradas de la muestra. En caso de disponerse de cámara húmeda, las operaciones de tallado deben realizarse en ella con el fin de que el suelo permanezca el menor tiempo posible expuesto a la pérdida de humedad. Puede emplearse un torno o tallador como el de la figura No.1, y para recortar los extremos la sierra de alambre y una caja de ingletes. Para evitar el desarrollo de fuerzas capilares que se consideren importantes, en cuanto una probeta haya sido cortada, se envuelve en papel celofán o encerado, o se coloca en un recipiente



hermético a menos que inmediatamente se realice el ensayo. Si lo que queda de la muestra inalterada original se va a usar otra vez, debe cubrirse nuevamente. o

o

Cuando los extremos de la probeta quedan irregulares debido a la existencia de piedras, desmoronamiento de la muestra, etc., se deben igualar las caras rellenando los pequeños agujeros con suelo de los cortes. Si se trata de muestras duras, es conveniente refrentar las caras de modo que queden perfectamente paralelas. Esto puede hacerse mediante un corte de precisión o añadiendo una capita de azufre o material duro análogo en un "refrentador". Se determina el peso de las probetas y separadamente se toma una muestra para determinar la humedad. El peso debe excluir la capa de material utilizado para refentar la probeta.

Procedimiento:

o

o o

o

Se miden la altura y el diámetro o lado de la probeta, con una precisión de 0.1 mm mediante un calibrador con nonio o un objeto análogo. Se pesa la muestra Se coloca la probeta en la prensa de modo que quede perfectamente centrada. Se acciona el dispositivo de avance lo estrictamente necesario para que la probeta toque a la placa superior de la prensa. Se pone en cero el indicador de deformaciones Para el caso de la deformación controlada, se acciona la prensa de modo que la velocidad de deformación unitaria de la probeta esté comprendida entre ½ % y 2% por minuto. Se toman medidas de las deformaciones y de las cargas cada 30 segundos hasta que las cargas comiencen a disminuir o hasta llegar a una deformación axial del 20% (lo que antes suceda). Se escogerá una velocidad en que la rotura ocurra en un lapso entre 1 y 10 minutos. -En el caso de materiales muy blandos que exhiben deformaciones mayores a la


o


falla, deberán ensayarse a una rata mayor de deformación y lo inverso para los materiales duros o quebradizos. Hágase un esquema de la forma de rotura. Si la rotura se produce a través de un plano inclinado, es conveniente medir el ángulo de inclinación de dicho plano.

Cálculos: Diámetro: (3,70; 3,77; 3.90) cm Altura: 8,05 cm Peso: 159,1 Cont. De Humedad: 25,5 % Área= 11,22cm2 Volumen= Área x Altura probeta = 11,22cm2 x 8,05cm = 90,32cm3 LRC= 0,8512

Tiempo

Deformación

(seg) 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

Probeta Anillo (plg) 0,0001" 0,0125 12 0,0250 31 0,0375 53 0,0500 80 0,0625 126 0,0750 211 0,0875 275 0,1000 300 0,1125 410 0,1250 495 0,1375 500 0,1500 450

Carga

Deformació n unitaria

(kg) 4,19 7,02 10,30 14,32 21,17 33,84 43,38 47,10 63,49 76,16 76,90 69,45

Esfuerz o

1-ε

ε

0,0030 0,0059 0,0089 0,0118 0,0148 0,0177 0,0207 0,0236 0,0266 0,0295 0,0325 0,0354

0,9970 0,9941 0,9911 0,9882 0,9852 0,9823 0,9793 0,9764 0,9734 0,9705 0,9675 0,9646

Área corregid σ a 2 (cm ) (kg/cm2) 22,13 0,19 22,20 0,32 22,26 0,46 22,33 0,64 22,40 0,95 22,46 1,51 22,53 1,93 22,60 2,08 22,67 2,80 22,74 3,35 22,81 3,37 22,88 3,04

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

DIÁMETRO (cm)



Superior Central Inferior 5,20 5,35 5,30 2 ÁREA (cm ) Superior Central Inferior 21,24 22,48 22,06 5,30 22,06

D medio (cm) A media (cm2) ALTURA cm plg 10,75 4,23 DESPUÉS DEL ENSAYO Diámetro Altura 5,50 10,55

Los valores se obtuvieron con las siguientes fórmulas.

Área media 

Área superior  (2  Área central)  Área inferior 4

Deformació n unitaria 

Área corregida 

Deformació n probeta Longitud inicial probeta

Área media 1  Deformació n unitaria

Carga  (Lectura  0,149)  2,4 kg 

Esfuerzo 

Carga  kg  Área corregida  cm 2 

Con los datos anteriores obtenemos el gráfico esfuerzo-deformación.



GRÁFICO ESFUERZO - DEFORMACIÓN

20.00

0.00 0.0000

3.0716

7.0884

10.6326

14.4130

18.9023

22.2102

-20.00

-40.00 ) 2 m c / g k ( o z -60.00 r e u f s E

-80.00

-100.00

-120.00

-140.00 Deformación unitaria

25.9907

29.7712

34.0242

37.8047

42.2940



ANEXO FOTOGRÁFICO

Fotografía 1, probeta después del ensayo.

Fotografía 2, acercamiento. Puede verse claramente que la falla se presenta principalmente en forma de grietas verticales, que de acuerdo a la teoría de Griffith acusan una falla frágil del suelo, producto de la concentración de tensiones en las fisuras del material sobre planos paralelos a la dirección de la compresión. Esto podría explicar en parte las altas resistencias alcanzadas por el suelo con bajísimas deformaciones, y la caída brusca de la resistencia después del ensayo.



CONCLUSIONES 2

La resistencia del suelo o esfuerzo de compresión último es 3,37 kg/cm , valor que según la clasificación de Terzaghi mostrada en la sección Apoyo Teór ico corresponde a un suelo de consistencia muy firme. También podemos obtener una aproximación de la resistencia al corte, simplemente diviendo este valor por 2, con lo que obtenemos 1,69 kg/cm 2 de resistencia al corte.

Consistencia del suelo Muy blanda Blanda

Carga última 2 (kg/cm ) <0,25 0,25-0,50

Media Firme Muy firme Dura

0,50-1,00 1,00-2,00 2,00-4,00 >4,00

Ensayo de Compresion Simple

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