MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA INFRAESTRUCTURA FUNDACION DE LABORATORIO LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD FUNDALANAVIAL
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FLNV- MVS-02 VERSION 2
COMPRENSION COMPRENSI ON INCONFINADA
NOVIEMBRE 2003
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METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA COMPRESION INCONFINADA DE SUELOS COHESIVOS
NORMA
A.S.T.M. D 2166 / N.L.T. 202
1 OBJETO
Determinar el Esfuerzo máximo permisible en especimenes ensayados a compresión simple.
2 DURACIÓN
Para realizar el ensayo y obtener los res ultados se estiman un máximo de 24 horas.
3 EQUIPOS REQUERIDOS
?
Prensa
de Compresión , de velocidad controlada (manual o automática) con capacidad suficiente para llegar a la carga de rotura, con un anillo de carga menor a 2 KN y micrómetro de carga de 0.01mm de apreciación.
?
Micrómetro de deformación
?
Vernier
?
Balanza de 0.01 g de apreciación.
?
Cronometro
?
Cápsulas para determinar humedad.
?
Horno capaz de mantener una
de 0.01 mm de apreciación y 20% mínimo la altura de la muestra de desplazamiento.
temperatura de 105 °C ± 5 °C. Figura 1 Equipos requeridos para el ensayo
?
Discos espaciadores.
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4 INTRODUCCION
5 TERMINOLOGIA
El ensayo de Compresión Inconfinada o
Definiciones de Términos Específicos de
Compresión Simple se emplea en general
este Ensayo:
para juzgar la resistencia int erna de los suelos. Puede realizarse en una forma
Resistencia
rápida y sencilla y suministra resultados
Inconfinada , (qu): Es el esfuerzo máximo
que
conclusiones
a la compresión, a la que una probeta
relativas a las resistencias y capacidad
cilíndrica de suelo sin confinamiento lateral
portante de una serie de estratos.
fallase en una prueba de compresión
permiten
obtener
a
la
Compresión
simple. En este método de ensayo se toma En realidad se trata del mismo ensayo de Compresión empleado para los materiales de construcción en general, es decir, del ensayo de compresión sin confinamiento lateral; la probeta es de forma cilíndrica, con una altura de 1.5 a 2 veces el diámetro de
la
probeta.
De
esta
la resistencia a la Compresión como la carga máxima lograda por unidad de área, o la carga aplicada por unidad de área al llegar al 15% de Deformación, o cualquiera de los dos que ocurra primero durante el ensayo.
manera
satisfacemos la condición de que solo obtenemos resultados confiables si se puede formar una superficie de falla dentro
Esfuerzo de Corte , (s u): Se define como la mitad de la Resistencia a la compresión inconfinada, en el ensayo de Compresión
de la probeta.
Simple, es decir qu/2.
La ejecución del ensayo es simple. Solo se requiere un sistema de aplicación de carga
Sensitividad ó Sensibilidad, (St): Se
y
define como la relación de la resistencia a
algún
dispositivo
para
medir
la
deformación vertical de la probeta. La
la
aplicación de la carga puede ocurrir en una
imperturbado
forma
compresión de un espécimen remoldeado.
rápida
o
lenta,
empleándose
generalmente el primer método.
compresión
St = qu
y
de la
(imperturbado)
qu (remoldeado )
un
espécimen
resistencia
a
la
(Adimensional ) 1
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En probetas imperturbadas la resistencia a la compresión es mayor que en probetas remoldeadas, debido a que el remoldeo destruye la disposición regular de las
Nota 1: Para un estudio exha ustivo de esta propiedad en el laboratorio, es necesario realizar investigaciones con especimenes remoldeados a la misma humedad, pero a diferentes edades para ser ensayados a Compresión Simple.
moléculas en la capa de adsorción y la
Consistencia
estructura de la arcilla que se ha formado
resistencia a la Compresión, se considera
durante la sedimentación.
más que nada una propiedad índice, para
de
las
arcillas:
La
lo cual este ensayo es extraordinariamente Una parte de la resistencia es recuperada
adecuado, sin embargo sirve para clasificar
con
la consistencia de las arcillas.
el
tiempo
(Tixotropía),
pero
la
reducción de la resistencia debido a la destrucción
de
la
estructura
no
se
recupera.
A continuación se presenta en la tabla 2 la Consistencia de las arcillas en base a la resistencia a la Compresión:
A continuación se presenta en la tabla 1 el grado de sensitividad de una arcilla:
Tabla 2 Consistencia de las arcillas Resistencia a la
Tabla 1 Grado de sensitividad de una arcilla
Consistencia
Compresión, qu 2
Grado de
Tipo de
sensitividad
Sensitividad
De 1 a 4
Normales
De 4 a 8
Sensitiva
Mayor a 8
Extra sensitiva
Tixotropía: Es la propiedad de un suelo de
(Kg/cm ) Muy blanda
< 0.25
Blanda
0.25 . . . 0.50
Mediana
0.50 . . . 1.00
Dura
1.00 . . . 2.00
Muy dura
2.00 . . . 4
Extraordinariamente dura
>4
readquirir una gran parte de la resistencia perdida en el remoldeo, en el transcurso
Tipos de falla: Según la deformación que
del tiempo. Esta propiedad es muy común
sufre la muestra y el tipo de falla,
en las arcillas.
mismas pueden clasificarse como: rotura frágil, rotura plástica y fluencia plástica.
las
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A continuación en la figura 2 se presentan
7 PREPARACION DE LA MUESTRA
los diferentes tipos de falla:
7.1 Dimensiones de la probeta. La Probeta tendrá un diámetro mínimo de 30 mm. y el tamaño mayor de la partícula a
b
c
debe ser de un décimo del diámetro de la
d
probeta. Para probetas con diámetro mayor de 72 mm. El tamaño máximo de la partícula deberá ser menor a un sexto del diámetro.
Figura 2 Diferentes tipos de fallas: a) Antes del ensayo, b) rotura frágil,
En cuanto al tamaño del espécimen a
c) rotura plástica y d) fluencia plástica .
ensayar, el mismo debe cumplir con la relación de que su altura debe ser altura
6 SIGNIFICADO Y USO
diámetro entre 2 y 2.5. El
objetivo
inicial
del
ensayo
de
Compresión Inconfinada es obtener de una
Si después de realizar un ensayo con una
manera rápida y fácil el esfuerzo máximo
muestra imperturbada, se observa que en
de suelos que poseen cohesión suficiente
su int erior hay partículas mayores que la
para
permitida, se anotara esta observación en
permitir
ser
ensayados
sin
confinamiento lateral.
la planilla de registro y en el informe.
Los más indicados para practicar este
Las probetas deben ser cilíndricas, de área
ensayo son: suelos arcillosos limosos,
circular uniforme y perpendicular al eje
algunos tipos de suelos con estructuras
longitudinal.
sólidas (no quebradizos), también puede usarse en suelos arenosos siempre y
7.2 Probetas imperturbadas. Si se trata
cuando posean algún tipo de cementante
de muestra proveniente de tubos de
que permita
perforación,
la cohesión entre las
hay
que
manejarla
partículas y se puedan retener de una
cuidadosamente para evitar alteraciones,
forma estable sin confinamiento lateral.
cambios en la sección transversal o
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METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA COMPRESION INCONFINADA DE SUELOS COHESIVOS perdida de humedad. Si se teme que el
determina
dispositivo de extracción pueda dañar la
(diámetro y altura).
muestra,
puede
hendirse
el
su
peso
y
dimensiones
tubo
longitudinalmente a cortarlo en trozos más
Nota 2: La experiencia indica que es difícil
pequeños para facilitar la extracción de la
compactar probetas con un grado de saturación mayor al 90%.
muestra. En la siguiente figura 3 se presentan las Cuando se deban tallar muestras deberá
diferentes instrumentos necesarios para la
realizarse siempre que sea posible en un
preparación de muestras imperturbadas y
cuarto húmedo para prevenir la perdida de
remoldeadas:
humedad. Cuando los extremos de la probeta queden irregulares debido a la existencia de gravilla
o
desmoronamiento
de
las
muestras se deberá rellenar las oquedades con materiales provenientes del tallado
7.3 Probetas compactadas o remoldeadas. Se pueden preparar probetas remoldeadas o compactadas en un
molde
cilíndrico
de
dimensiones
Figura 3 Instrumentos necesarios para el ensayo
conocidas y que cumpla con los requisitos exigidos para la realización del ensayo, el material a utilizar se compacta a una humedad y densidad determinada (si se va a calcular la sensitividad deberá ser a la misma humedad y densidad que la probeta imperturbada). Después de que las probetas han sido compactadas se extrae del molde y se
8 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO 8.1 Se debe medir la altura inicial de la probeta (véase figura 4).
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Figura 4 Lectura de la altura inicial
Figura 6 Lectura del diámetro central
Así como el diámetro inicial en la parte superior (véase figura 5), en el centro (véase figura 6) y en la parte inferior del cilindro (véase figura 7).
Figura 7 Lectura del diámetro inferior
8.2 Una vez tomadas las medidas de la probeta se procede a pesarla en una balanz a de sensibilidad de 0.01 g(véase Figura 5 Lectura del diámetro superior
figura 8).
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METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA COMPRESION INCONFINADA DE SUELOS COHESIVOS Nota 2: Se recomienda marcar el centro del disco espaciador, como una guía para centrar la probeta (véase figura 10) .
Figura 8 Pesada de la muestra
8.3 Una vez, tomados los datos iniciales
Figura 10 Marcado del disco espaciador
del espécimen se coloca la probeta centrada en el disco espaciador, como
8.4 Se procede a ajustar el dispositivo de
una guía para centrar la probeta entre las
carga cuidadosamente hasta que la
pletinas de la prensa como se aprecia en
platina de carga superior haga el contacto
la figura 9.
mínimo con la probeta como se observa en la figura 11.
Figura 9 Probeta colocada en el disco espaciador Figura 11 Ajuste del dispositivo de carga
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8.5 Ponga en cero el Dial de Deform ación,
8.7 Se debe aplicar la carga a una
previamente adaptado a la platina inferior
velocidad de 0.5% a 2% por minuto de la
de la prensa.
altura de la probeta (véase figura 14).
Figura 12 Ajuste a cero del dial de deformación Figura 14 Velocidad de aplicación de la carga
8.6 Se procede a ajustar
en cero el Dial
del anillo de Carga (véase figura 13).
Nota 3: Si la prensa es manual es necesario controlar la deformación con un cronometro, si la prensa es de velocidad controlada, es necesario hacer calibraciones previas a diferentes velocidades. (Ver Planilla de Calibraciones de Velocidad).
Speed Control = Control de Velocidades
Figura 13 Ajuste a cero del dial del anillo
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8.7 Se aplica la carga y se continúa la Compresión hasta que la falla ocurra o hasta que la probeta alcance el 15% de deformación con respecto a su altura inicial, en la figura 15 se aprecia la ocurrencia de falla en la probeta.
Figura 16 Toma de las lectura reportadas por el ensayo
8.9 Terminado el ensayo retire la muestra y determine
las
dimensiones
finales
(Diámetro y Altura) de la misma manera que al principio del ensayo (véase figuras Figura 15 Probeta deformada (ocurrencia de falla)
17, 18 y 19).
8.8 Se anota en la planilla: la carga, la deformación, en intervalos de tiempos suficientes para definir la curva Esfuerzo Deformación. (Normalmente 10 a 15 puntos son suficientes) (véase figura 16).
Nota 3: La velocidad de deformación debe escogerse para que el tiempo de rotura de la muestra no sea mayor de 15 minutos. Para materiales que presenten una deformación alta deben ensayarse a una velocidad alta. Materiales que presenten aspectos quebradizos o de poca resistencia se ensayaran a una velocidad mas baja.
Figura 17 Toma de las medidas de diámetro superior la probeta ensayada
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8.10 Tomadas las medidas, se procede a pesar nuevamente la muestra (véase figura 20).
Figura 18 Toma de las medidas de la altura la probeta ensayada
Figura 20 Pesada de la muestra ensayada
8.11 Una vez finalizado el ensayo, para realizar los cálculos posteriores al ensayo como porcentaje de humedad (%W), Gammas ,
otros,
se
debe
colocar
el
espécimen ensayado en el horno a 105 °C ± 5 °C, de 18 a 24 horas, hasta peso constante (véase figura 21). Figura 19 Toma de las medidas de diámetro inferior la probeta ensayada
Nota 4: Si la probeta se rompe, colocar la observación
en la planill a.
Nota 5: Cuando no es posible obtener la humedad de la muestra al principio del ensayo por ser la nuestra imperturbada se determina la humedad de toda la probeta al final del ensayo.
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9.2 Volumen de la probeta : El volumen será igual al área multiplicada por la altura de la probeta: V= A x h
(3)
Donde A
es el área de la probeta
h
es la altura de la probeta
9.3 Deformación unitaria (Epsilo o): Es la relación entre la Deformación sufrida por la probeta en el momento del ensayo y la altura inicial de la misma: Epsilo o = Delta Figura 21 Introducción de la muestra ensayada en el horno
(4)
Hi Donde Delta
es la deformación total de la probeta (Diferencia del dial de
9 CALCULOS
deformación)
9.1 Área de la probeta : Por ser la probeta
Hi
es la altura inicial de la probeta.
cilíndrica se calculara usando la formula del área del cilindro:
9.4 Área corregida: Es la deformación 2
A = Fi x Pi /4
(2)
Donde
Fi
es el diámetro promedio de la probeta Pi /4 es un valor constante = 0.7854
sufrida por el área de la muestra durante el ensayo, para el cálculo de la misma se toma como invariable el volumen de la muestra:
A CORREGIDA =
Ao
(1- Epsiloo )
(5)
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es la altura inicial de la muestra
Epsilo o
10 INFORME
es la Deformación unitaria. El informe debe incluir lo siguiente:
9.5 Esfuerzo a la compresión (qu) : Es la relación entre la carga aplicada a la
?
la
muestra y el área corregida. qu = C / Ac
Identificaron y descripción visual de muestra,
incluyendo
la
clasificación del suelo. (6)
Información sobre la obra, como
?
localización, numero de muestra,
Donde:
profundidad, etc. C Ac
Tipo de muestra: Imperturbada,
?
es la Carga aplicada es el A CORREGIDA , es decir el área
remoldeada o compactada. ?
corregida
Densidad seca, humedad, grado de Saturación
(para
el
calculo
se
necesita la Gravedad Especifica).
9.6 Carga axial: Se calcula la carga axial multiplicando la lectura del dial de carga
?
Altura y diámetro de la muestra,
?
por el factor del anillo. C = La x Fa
(inicial y final). (7)
Donde La
es la Lectura del dial del anillo de carga
Fa
Resistencia a la Compresión, (qu).
es el Factor del anillo
?
Dibujo o fotografía de la falla.
?
Grafico Esfuerzo – Deformación.
?
Sensitividad (si se determinó).
?
Limites de Consistencia.
Cualquier otro dato que pueda
?
influir en los resultados del ensayo.
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11 PRECISION Y DESVIACION Actualmente no existe un método que permita evaluar la precisión de un grupo de ensayo sobre muestras inalteradas debido a la variedad de las probetas. Muestras de suelos imperturbadas del mismo lugar y de depósitos aparente homogéneos a menudo presentan resistencias y deformaciones diferentes. Aun no se ha desarrollado un método para determinar la discrepancia de resultado de diferentes
laboratorios,
debido
a
la
dificultad de producir probetas de suelos idénticas.
12 GRAFICO Para el calculo de Compresión inconfinada, es conveniente realizar un grafico donde se coloque la deformación unitaria en el eje de las
ordenadas y el esfuerzo a la
compresión en el eje de las abscisas (ver grafico n° 1)
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Grafico N° 1. Deformación unitaria Vs. Esfuerzo, para hallar el valor de qu
1,00
0,90
0,80
qu= 0,88 kg/cm2
0,70
) 2 0,60 m c / k ( o 0,50 z r e u f s 0,40 E 0,30
0,20
0,10
0,00 0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
Deformación unitaria
0,014
0,016
0,018
0,020
