Resistencia a la compresión simple de un suelo. ASTM D2166-66 ASTM D2166M-13 AASHTO T208-70

Objetivo:•Evaluar de forma rápida la resistencia a la

compresión de suelos cohesivos.

Equipos, herramientas y accesorios:

• Máquina de compresión inconfinada. • Deformímetro de carátula. • Balanza. • Extensómetro. • Cronómetro. • Extractor de muestra. • Cilindro metálico. • Vernier. • Horno. • Cortador de espécimen. • Cuchillo. • Espátula. • Hojas de datos.

Instalación, colocación y preparación de los equipos:

• Máquina de compresión inconfinada. El dispositivo puede ser una plataforma de balanza equipada con un yugo con gato activador de carga, un aparato de carga muerta, un dispositivo de carga hidráulico, o cualquier otro equipo de compresión con suficiente capacidad y control para proporcionar la velocidad de carga necesaria.

• Extractor de muestra. Deberá ser capaz de extraer el testigo de suelo del tubo muestreador en la misma dirección del recorrido de la muestra en el tubo y con perturbación mínima a la muestra.

 • Deformímetro de carátula. El

indicador de deformación deberá ser un dial indicador graduado a 0.001 pulg. (0.03 mm), teniendo un rango de movimiento de al menos el 20% de la longitud del espécimen, u otro dispositivo de medición que cumpla con estos requerimientos.

• Vernier. Adecuado para medir las dimensiones físicas del espécimen con una aproximación de 0.01 pulg. (0.25 mm).

• 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 indicados.

 • Horno. Un horno controlado

termostáticamente capaz de mantener una temperatura de 230±9°F (110±5°C), para el cálculo del contenido de humedad de las muestras.

• Balanzas. Las balanzas deberán ser apropiadas para el pesado de los especímenes de suelo. Los especímenes de menos de 100 grs. deberán ser pesados con aproximación a 0.01 gr. mientras que los especímenes mayores de 100 grs. deberán ser pesados con aproximación a 0.1 gr.

Descripción, preparación y selección de la muestra:

• Los especímenes deberán tener un diámetro mínimo de 1.3 pulg. (33 mm). La partícula de mayor tamaño contenida en el espécimen deberá ser menor que un décimo del diámetro del espécimen. Para especímenes con diámetro mayor de 2.8 pulg. (71.1 mm), la partícula de mayor tamaño deberá ser menor que un sexto del diámetro del espécimen.

• Realice el mayor esfuerzo para prevenir cualquier cambio en el contenido de húmeda del suelo. Los especímenes deberán ser de una sección transversal uniforme, circular o cuadrada, con sus extremos perpendiculares el eje longitudinal del espécimen.

• Determine el peso del espécimen de ensayo. Si todo el espécimen no será usado en el contenido de humedad, obtenga una muestra representativa de los sobrantes para este propósito, y colóquela inmediatamente en un recipiente cubierto.

• Para colocar la muestra en la máquina de compresión inconfinada esta se monta la muestra bajo el marco de carga bien centrada, se ajusta el instrumento de carga cuidadosamente de tal manera que la platina superior apenas haga contacto con el espécimen, se coloca una pequeña pesita en la ménsula, asegurando un buen contacto entre la muestra y el marco de carga, a través del balín y la placa del cabezal.

Procedimiento de ensayo:• Móntese un extensómetro sensible al centésimo de

milímetros en su soporte, adosado al marco de carga. Ajústese a una lectura inicial de cero.

 • Se utilizará un cronometro simultáneamente, aplicando el

primer incremento de carga a la ménsula. Antes de incrementar la carga debe observarse y registrarse la lectura del extensómetro. Cada incremento de carga debe aplicarse durante un minuto y la lectura del extensómetro debe hacerse en 5 segundos antes de aplicar la siguiente.

•  Conforme la muestra se acerca a la falla deberá ser observada cuidadosamente para detectar sus grietas o posibles planos de falla y otros puntos de interés.

• Si la muestra falla bruscamente anótese el tiempo transcurrido tras la aplicación del último incremento de carga, prosiguiendo a quitar las pesas de la ménsula. Si no hay falla brusca, la prueba se dará por terminada al sufrir la muestra una deformación unitaria de orden de 20%.

• Quítese la muestra del aparato y hágase un esquema de su falla y agrietamiento a una escala correcta.

• Córtese una laja delgada, de unos 3 mm de espesor, paralela al plano de falla, para determinar el contenido de agua. El resto de la muestra se pondrá a secar para el mismo fin.

• Calcúlese las deformaciones correspondientes a los diferentes esfuerzos, según los datos observado, calculando con áreas corregidas y dibújese un diagrama de esfuerzo deformación.

Análisis, recopilación y evaluación de datos:

• Los datos obtenidos en este ensayo se usaran para calcular la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo, comparando las cargas para evaluar cual puede actuar sobre el sin que falle.

• También nos sirven para interpretar el tipo de falla sufrida por el material, así como comparar los valores obtenidos para un mismo suelo sujeto a diferentes ensayos de resistencia y ver su comportamiento ante situaciones diferentes. Una de las comparaciones más importantes la ofrece la curva esfuerzo-deformación a través de la cual podemos conocer aunque no de forma tan precisa el modulo de elasticidad y el esfuerzo ultimo o de rotura.

Cálculos, uso de fórmulas, gráficos y dibujos:

Deformación axial, para cada carga de interés:ε1 = ΔL/L0

Donde:ΔL = Cambio de longitud del espécimen como se lee a partir del

indicador de deformaciones (mm).L0 = Longitud inicial de la muestra para el ensayo (mm). • Área transversal media:

A = A0/(1- ε1)Donde:A0 = Área transversal media inicial de la muestra (mm2).ε1 = Deformación axial para una carga dada, %. 

• Esfuerzo compresivo, σc, con tres cifras significativas, para cada carga de interés:

σc = P/ADonde:P = Carga aplicada.A = Área transversal media correspondiente.

• Esfuerzo de ruptura a compresión axial sin confinar:qu = Pruptura/A

Donde:Pruptura = Carga máxima de ruptura. • Resistencia al corte o cohesión (C) del suelo:

C = qu/2Donde:qu = Máximo esfuerzo de compresión no confinada.

Esquema prueba compresión simple:

Curva esfuerzo – deformación:

Muestras falladas:

Círculo de Mohr:

Ventajas y desventajas del ensayo:Ventajas:

• El ensayo es rápido y económico.• Es fácil de realizar.• Exige equipos sencillos y de fácil manipulación. Desventajas:

• La prueba solo puede ser realizada en suelos arcillosos y cohesivos.

• Solo debe realizarse en muestras extraídas del tubo y ensayas en el diámetro original.

• El labrado de muestra y la prueba se deben realizar en un cuarto húmedo para evitar evaporación.

• Los resultados obtenidos sobre muestras extraídas a grandes profundidades son poco confiables.

Conclusión:• El ensayo de compresión simple o no confinada es

un ensayo relativamente sencillo que nos permite medir la carga última a la que un suelo sometido a una carga compresión falla. Sin embargo es muy importante tener en cuenta las simplificaciones que este ensayo supone, y por las cuales no es un método exacto, sino más bien aproximado, a pesar de esto es un ensayo muy solicitado, ya que la sencillez de su método y el equipo que utiliza lo convierten en un ensayo de bajo costo en relación a otros ensayos afines, como el ensayo triaxial, que requiere de equipo más especializado.

Ejemplos

1. A un espécimen cilíndrico de arcilla de 3.0 cm de diámetro por 7.5 cm de altura inalterado, se le somete a la prueba de compresión axial sin confinar, resultando como carga de ruptura un valor de 210 kg. La altura final de la muestra en el instante de la falla es de 7.1 cm. Determinar la cohesión de la arcilla.

2. 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 Dc = 4.38 cmDi = 4.58 cm W =175.3 gr V = 82,84 cm3 γg = 1,067 gr/cm3

Hm= 8.00 cm %h= 81.97Ángulo del plano de Rotura = 73.07°Factor de Calibración del Anillo: 0.136459 kgVelocidad de Aplicación de la Carga: 1 mm/min