Ensayo de resistencia a compresión simple: procedimiento y cálculos

Introducción ensayo compresión simple

También conocido como ensayo de compresión uniaxial o compresión no confinada, el ensayo de resistencia a la compresión simple permite determinar el esfuerzo que ofrece un material cohesivo a la presión no confinada.

La resistencia a la compresión simple se toma como el valor más alto de carga por unidad de área o la carga por unidad de área en el 20% de deformación, según cual se alcanza primero. Este ensayo está regido por la norma ASTM D-2166 o norma UNE-EN ISO 17892-7:2019.

El material cohesivo sobre el cual se realiza el ensayo no debe expulsar agua durante la etapa de carga y mantener su resistencia intrínseca al finalizar la compresión. No se puede aplicar en turbas, arenas, limos, suelos secos friables o materiales fisurados, laminados o varvados.

Este ensayo es sencillo de efectuar, sin mucha complejidad, con bajo coste y los materiales necesarios son accesibles. Los resultados obtenidos son conservadores, ya que se considera que es una variante del ensayo de compresión triaxial, con esfuerzo lateral nulo, por lo que no logra reproducir las condiciones naturales del terreno. Sin embargo, estos valores preliminares se pueden utilizar en trabajos ingenieriles de cualquier índole.

Es necesario conocer el comportamiento del suelo a la compresión ya que de esto depende la tensión admisible del terreno para la estabilidad de las estructuras que se construyan sobre el mismo, permitiendo predecir si va conservar frente a esfuerzos y deformaciones.

Metodología ensayo compresión simple

Instrumentos y materiales

El equipo necesario para la realización de este ensayo incluye:

• Prensa con buena aproximación o prensa triaxial.
• Calibrador con vernier.
• Aparato de corte para tallar las probetas.
• Molde cilíndrico para preparar las muestras remoldeadas.
• Balanza con aproximación a 0,1 gr.
• Pisón.
• Cronómetro.

Preparación de la muestra

Probeta de muestra: la muestra debe presentar características específicas para que los resultados sean representativos. Por esta razón, se confecciona una probeta siguiendo los parámetros determinados:

• Sección constante, circular o cuadrada, y eje perpendicular a dicha sección.
• La menor dimensión tiene que ser de 35 mm, mientras que la mayor debe ser 1/5 de la menor.
• Se debe medir la altura y el diámetro de la probeta con un calibrador de precisión de 0,1 mm.
• La relación de la altura al diámetro de la base debe ser aproximadamente igual, con un valor no menor a 2.

La muestra debe ser medida y pesada, registrándose estos valores.

Muestras inalteradas: en este caso la preparación de la probeta y el tallado deben realizarse de forma tal que se genere la menor perturbación posible y una pérdida de humedad mínima.

Probetas remoldeadas: para este tipo de muestras se deben reproducir las condiciones de humedad y densidad bajo las cuales se quiera realizar el ensayo de rotura.

Procedimiento resistencia uniaxial

Ensayo compresión con control de la deformación

1° Se debe ubicar la muestra en la placa inferior de forma tal que quede centrada. Luego, se procede a ajustar el aparato de carga con el fin de que la placa superior quede en contacto con la muestra. El indicador de deformación debe colocarse en cero.

2° Se enciende la prensa con una velocidad de deformación unitaria dentro del rango de 1/2 y 2% por minuto.

3° Cada 30 segundos se registran los valores de deformación y cargas. Esto debe realizarse hasta alcanzar una deformación axial de 20% o hasta que las cargas empiecen a disminuir.

4° La relación de deformación se regula con el fin de que la rotura ocurra en un período de tiempo entre 1 y 10 minutos.

5° Cuando se genera la rotura, se realiza un esquema de la muestra indicando la forma en que sucedió. Si es a través de un plano inclinado, se indica el ángulo de inclinación.

6° Por último, se establece el contenido de humedad de la muestra. Esto se obtiene cortando una lámina delgada de unos 3 mm de espesor de forma paralela al plano de la fractura. Así se determina el contenido de agua de la lámina, y el resto de la muestra se deja secando para el mismo fin.

Ensayo compresión con control de la tensión

1° Previo al inicio del ensayo se debe realizar una estimación de la carga que puede soportar ese suelo.

2° La muestra debe colocarse centrada en la placa inferior y ajustar la placa superior para que esté en contacto con la misma. El indicador de deformación debe colocarse en cero.

3° La carga aplicada sobre la muestra corresponde a un valor entre 1/10 y 1/15 de la carga estimada en el primer paso.

4° Luego de 30 segundos, se registra la deformación y se coloca sobre la muestra una carga igual a la primera. Este procedimiento se repite hasta alcanzar una deformación axial de 20% o hasta que se produzca la rotura.

5° Se debe leer la deformación antes de cada incremento de carga, el cual debe realizarse cada 30 segundos.

6° A medida que se lleva a cabo el ensayo, se hace evidente si la cantidad de incrementos de carga será mayor a 15 o menor a 10, permitiendo ajustar convenientemente este parámetro.

7° Cuando se genera la rotura, se realiza un esquema de la muestra.

8° Finalmente, se establece el contenido de humedad. Esto se obtiene cortando una lámina delgada de unos 3 mm de espesor de forma paralela al plano de la fractura. Así se determina el contenido de agua de la lámina, y el resto de la muestra se deja secando para el mismo fin.

Cálculos ensayo resistencia a compresión no confinada

Datos necesarios

Para la realización de los cálculos son necesarios tanto los valores que se obtuvieron del ensayo de resistencia uniaxial, como los datos iniciales de la probeta de muestra tomados antes de iniciar la carga.

Datos de la muestra:

• Contenido de humedad
• Altura inicial (L₀)
• Diámetro (D₀)
• Peso (P)

Datos obtenidos del ensayo:

• Lecturas del dial del anillo (l)
• Tiempo (t)
• Velocidad de deformación (v)
• Lecturas del dial de deformación (∆L)

Parámetros de la muestra

A partir de los datos de la muestra registrados previos al inicio del ensayo se calcula el área inicial (A₀), volumen (V) y la relación entre altura y diámetro de la probeta.

A su vez, del ensayo se obtienen la densidad húmeda (d), la humedad (h) y la densidad seca (d_s).

Cálculos de compresión uniaxial

En base a los valores derivados del ensayo, los datos iniciales de la muestra y los parámetros de la muestra, se pueden calcular:

• Deformación aplicada a la muestra: se puede obtener de las lecturas del dial de deformación (∆L) o mediante la ecuación:

∆L = (v × t) – l

• Deformación unitaria axial (ε): se calcula para cada carga aplicada con la relación:

ε = ∆L / L₀

• Superficie de la muestra al aumentar la carga (A):

A = A₀ / (l – ε)

• Carga axial: se calcula para cada carga aplicada, multiplicando la lectura del dial del anillo (l) por el factor de calibrado del mismo.
• Carga por unidad de área: se divide la carga por el área de la sección.

Resultados ensayo compresión simple

Al momento de realizar el informe que detalle los procedimientos y cálculos que se llevaron a cabo durante y posterior al ensayo resistencia uniaxial, hay que indicar todos los datos de la muestra y los obtenidos de la compresión.

Para representar gráficamente los resultados, se confecciona un diagrama de compresión o carga por unidad de área (kg/cm²) versus deformación unitaria (%).

A su vez, se presenta el esquema de la probeta donde se observa las fracturas y grietas y, en caso de ser necesario, se detalla el ángulo de inclinación del plano de rotura.

Por último, se indican los parámetros más importantes que son: la resistencia a la compresión simple y la cohesión sin drenaje. Esta última, para suelos cohesivos y saturados, corresponde habitualmente a la mitad de la resistencia a la compresión simple.

 

Post escrito por Micaela Tommasi