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MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA FUNDACION DE LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD FUNDALANAVIAL

MANUAL VISUALIZADO

FLNV- MVS-02 VERSION 2

COMPRENSION INCONFINADA

NOVIEMBRE 2003

MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA FUNDACION LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD FUNDALANAVIAL

VERSION 2

FLNV -MVS-02 Fecha: 28/11 /2003

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METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA RESISTENCI A 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 de 0.01 mm de apreciación y 20% mínimo la altura de la muestra de desplazamiento. ? Vernier ? Balanza de 0.01 g de apreciación. ? Cronometro ? Cápsulas para determinar humedad. ? Horno capaz de mantener una 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

(Kg/cm ) 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

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 debe ser de un décimo del diámetro de la a

b

c

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 interior 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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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 pequeños para facilitar la extracción de la

Nota 2: La experiencia indica que es difícil 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

remoldeadas.

compactadas Se

pueden

o

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

8 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

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

8.1 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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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 Gammas ,

otros,

de se

humedad (%W), 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 observac ión en la planilla.

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: Epsiloo = 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) Hi

es la altura inicial de la probeta.

9.1 Área de la probeta : Por ser 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

sufrida por el área de la muestra durante el ensayo, para el cálculo de la misma se toma como invariable el volumen de la

Fi

es el diámetro promedio de la probeta Pi /4 es un valor constante = 0.7854

muestra: A CORREGIDA =

Ao

(1- Epsiloo )

(5)

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Donde Ao

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)

Donde:

? Información sobre la obra, como localización, numero de muestra, profundidad, etc.

C

? Tipo de muestra: Imperturbada,

es la Carga aplicada

remoldeada ocompactada. Ac

es el A CORREGIDA , es decir el área corregida

? Densidad seca, humedad, grado de Saturación (para el calculo se necesita la Gravedad Especifica).

9.6 Carga axial: Se calcula la carga axial

? Resistencia a la Compresión, (qu).

multiplicando la lectura del dial de carga

? Altura y diámetro de la muestra,

por el factor del anillo.

(inicial y final). ? Dibujo o fotografía de la falla.

C = La x Fa

(7)

Donde

? Grafico Esfuerzo – Deformación. ? Sensitividad (si se determinó). ? Limites de Consistencia.

La

es la Lectura del dial del anillo de carga

Fa

es el Factor del anillo

? 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

Esfuerzo (k/cm2)

0,70

0,60

0,50

0,40

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