ENSAYO DE COMPRESIÓN

SIMPLE

ÍNDICE

ASTM D 2166

OBJETIVO

Determinar la Cohesión no Drenada en suelos cohesivos.

DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO

El método de ensayar muestras de suelo cohesivo en compresión simple, ha sido aceptado ampliamente, como un medio para determinar rápidamente la cohesión de un suelo.

En este ensayo, las muestras se prueban hasta que la carga en dicha muestra comience a decrecer o hasta que por lo menos se haya desarrollado una deformación unitaria del 20%.

Básicamente, el ensayo consiste en colocar una muestra de longitud adecuada (L =2-3φ), entre dos placas (aparatos para transferir la carga al suelo), con piedras porosas insertadas. Se aplica una carga axial y a medida que la muestra se deforma crecientemente, se obtienen cargas correspondientes. Se registran las cargas de "falla" y deformación. Estos datos se utilizan para calcular las áreas corregidas y la resistencia a la compresión inconfinada.

EQUIPO

Máquina de compresión inconfinada (cualquier tipo de máquina de compresión que tenga un sistema de lectura de carga de rango suficientemente bajo, para obtener lecturas de carga aproximada).

Deformímetro de carátula (lectura con precisión de 0.01 mm / división).

Esquema del Ensayo de Compresión Simple

PROCEDIMIENTO

Preparar dos muestras cilíndricas, con relación L/d entre dos y tres.

Colocar las muestras en recipientes húmedos o dejarlas en el cuarto de humedad para prevenir su desecamiento mientras se espera turno para la máquina de compresión.

Calcular la deformación correspondiente al 20 % de deformación unitaria para las muestras mientras se espera turno para la máquina, de forma que se pueda saber, cuando termina el experimento, si la muestra recibe carga sin mostrar un pico, antes de que dicha deformación unitaria suceda.

Calcular la densidad (γg, γs) y el contenido de humedad (%h) de las muestras.

Alinear cuidadosamente la muestra en la máquina de compresión. Si los extremos no son perfectamente perpendiculares al eje del espécimen, la parte inicial de la curva de esfuerzo - deformación unitaria será plana (hasta que el área total de la muestra contribuya a la resistencia al esfuerzo, las deformaciones unitarias serán demasiado grandes para el esfuerzo calculado).

Establecer el cero en el equipo de carga (bien sea un deformímetro de carátula para registrar la deformación del anillo de carga o un DVM si se utiliza una célula de carga electrónica). En este momento es necesario aplicar una carga muy pequeña sobre la muestra (del orden de una unidad del deformímetro de carga, o quizá 0.5 Kg. para una celda de carga).

Prender la máquina y tomar lecturas en los deformimetros de carga y deformación como sigue (para un deformímetro de 0.01 mm / división): 10, 25, 50, 75, 100; y de aquí en adelante cada 50 a 100 divisiones del deformímetro, hasta que suceda uno de los siguientes casos: La carga sobre la muestra decrece

significativamente. La carga se mantiene constante por cuatro

lecturas. La deformación sobrepasa significativamente el

20% de la deformación unitaria. Determinar el contenido de humedad (%h) para

cada muestra.

Se efectúan los cálculos de esfuerzo y deformación unitaria axial, de forma que se pueda dibujar una curva esfuerzo-deformación unitaria, para obtener el máximo esfuerzo (a menos que ocurra primero el 20% de la deformación unitaria) que se toma como la resistencia a la compresión inconfinada (σu) del suelo.

CÁLCULOS

La curva esfuerzo-deformación unitaria se dibuja para obtener un valor "promedio" de σu mayor, para tomar simplemente el valor máximo de esfuerzo. La Deformación Unitaria (Є) se calcula como se muestra a continuación:

Donde:

ΔL = deformación total de la muestra (axial), mm

Lo = long. original de la muestra, en mm.

mm

mm

L

L

o

σ

ε

σU

CURVA ESFUERZO vs. DEFORMACIÓN

De acuerdo a la construcción realizada en el Círculo de Mohr, es evidente que la Cohesión (c) de una muestra de suelo puede ser calculada mediante la siguiente expresión:

2c uu

c

σu

φ=0

El esfuerzo instantáneo (σ) del ensayo, sobre la muestra se calcula como:

Donde: P’ = carga sobre la muestra en cualquier instante

para el correspondiente valor de ΔL. A’ = área de la sección transversal de la muestra

para la carga correspondiente P.

'A

'P

Se debe corregir el área sobre la cual actúa la carga P, esto para permitir cierta tolerancia en la forma como el suelo es realmente cargado en el terreno.

Aplicar esta corrección al área original de la muestra es también conservador, pues la resistencia última calculada de esta forma será menor que la que se podría calcular utilizando el área original. El área original Ao se corrige considerando que el volumen total del suelo permanece constante. El volumen total inicial de la muestra es:

VT = Ao*Lo

Pero después de algún cambio (ΔL) en la longitud de la muestra sucede que:

VT = A'(Lo - ΔL)

Igualando las ecuaciones, simplificando términos y despejando el área corregida A’, se obtiene:

Finalmente, la relación longitud-diámetro de las

muestras para el experimento debería ser suficientemente grande para evitar interferencias de planos potenciales de falla a 45° y suficientemente corta para no obtener falla de "columna". La relación L/d que satisface estos criterios es:

2 < L/d <3

1

A'A o

EJEMPLO

Con los siguientes datos, obtenidos de un ensayo de Compresión Simple, calcular el diagrama esfuerzo deformación unitaria y la cohesión del suelo:

Ds = 4.56 cm. W =175.3 gr.

Dc = 4.38cm. V = 82,84 cm3.

Di = 4.58cm. γg = 1,067 gr./cm3

Hm= 8.00cm. %h= 81.97

Ángulo del plano de Rotura = 73.07°

Lec. Def.

plg. x 10-3

Lec. Carga

mm

10 3

15 6

20 15

25 27

30 40

35 55

40 68

45 84

50 96

60 118

70 124

80 135

Factor de Calibración del Anillo: 0.136459 Kg. Velocidad de Aplicación de la Carga: 1 mm/min.

Conociendo la constante del anillo de carga y la equivalencia del anillo de deformaciones, se calculan la deformación y la carga aplicada reales:

Lec. Def.

plg. x 10-3

Lec. Carga

mm

Def. Real

cm.

Carga Real

Kg.

10 3 0,0254 0.41

15 6 0,0381 0.82

20 15 0,0508 2.05

25 27 0,0635 3.68

30 40 0,0762 5.46

35 55 0,0889 7.51

40 68 0,1016 9.28

45 84 0,1143 11.46

50 96 0,127 13.10

60 118 0,1524 16.10

70 124 0,1778 16.92

80 135 0,2032 18.42

222

cm33.164

)56.4(

4

d.eriorsupAreaAs

222

cm07.154

)38.4(

4

d.centralAreaAc

222

cm47.164

)58.4(

4

d.eriorinfAreaAi

o Seguidamente se calculan los siguientes valores:

3h

s cmg77.0

8197.01

411,1

h1SecoSueloEspecificoPeso

2cm51.156

47.16)07.15(*433.16

6

AiAc4AsmediaAreaAm

3

m cm08.1248x51.15AmxhmediovolúmenVm

3h cmg411,1

08.124

3.175

V

WHúmedoMedioEspecíficoPeso

Después, se calculan los valores de: deformación unitaria, área corregida, esfuerzo y cohesión, para cada lectura del dial de cargas y deformaciones.

0032.0cm8

cm0254.0

h

medida.DefUnitaria.Def

m

2cm56.150032.01

51.15

unitaria.def1

AmCorregidaArea

2cmKg03.0

56.15

0.41

.corr.A

aargCEsfuerzo

A continuación se muestra una tabla que resume los valores calculados:

Lec.Def.

plg. x 10-

3

Lec.Carga mm

Def. Unitaria

A.Corr. cm2

F.Aplicada Kg.

Esfuerzo Kg./cm2

10 3 0.0032 15.56 0.41 0.03

15 6 0.0048 15.58 0.82 0.05

20 15 0.0064 15.61 2.05 0.13

25 27 0.0079 15.63 3.68 0.24

30 40 0.0095 15.66 5.46 0.35

35 55 0.0111 15.68 7.51 0.48

40 68 0.0127 15.71 9.28 0.59

45 84 0.0143 15.73 11.46 0.73

50 96 0.0159 15.76 13.10 0.83

60 118 0.0191 15.81 16.10 1.02

70 124 0.0222 15.86 16.92 1.07

80 135 0.0254 15.91 18.42 1.16

Con el valor de σu dibujamos el círculo de Mohr correspondiente y calculamos la Cohesión (c), como se muestra a continuación:

0.58

1.16

φ=0

58.02

16.1

2Cohesiónc u

Finalmente, se dibuja el diagrama esfuerzo vs. Deformación unitaria, con los datos de la tabla:

Diagrama Esfuerzo vs. Deformación Unitaria

0,03

0,23

0,43

0,63

0,83

1,03

1,23

0,00320 0,00820 0,01320 0,01820 0,02320 0,02820

DEFORMACIÓN UNITARIA

ESFU

ER

ZO

σu 1.16

FORMATOS DE

LABORATORIO