Hostname: page-component-74656f9884-g96k6 Total loading time: 0 Render date: 2026-11-10T19:50:35.801Z Has data issue: false hasContentIssue false

Measuring the Uniaxial Compressive Strength of Ice

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

F. D. Haynes
Affiliation:
U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Hanover, New Hampshire 03755, U.S.A.
M. Mellor
Affiliation:
U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Hanover, New Hampshire 03755, U.S.A.
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Abstract

An attempt was made to develop a simple but accurate method for making compressive strength tests on right circular cylinders. Compliant loading platens were designed to apply uniform normal stress without introducing significant interface radial shear stresses. The compliant platens gave reproducible results that agree well with results obtained by a precise conventional technique. Accurate results were obtained with simple specimen preparation, and with short specimens where the length-to-diameter ratio was less than unity. Platens were made from a rubber-like urethane which was molded in aluminum cylinders to provide lateral restraint. Uniaxial compression tests on cylindrical polycrystalline ice specimens were made to determine the characteristics of the platens. For 21 specimens with ends prepared on a lapping plate to obtain a mirror finish, the measured strength showed a variation of only 13% for length-to-diameter ratios from 0.74 to 2.5, with no systematic trend. Another 21 specimens with length-to-diameter ratios of about 2.35 were tested with various platens and various methods of specimen end preparation. The strength for specimens with saw-cut ends and for those with ends lapped showed very little difference when tested with the rubber platens.

Résumé

Résumé

Mesures de la resistance de la glace a une compression uniaxiale. On a essay a de mettre au point une methode simple mais precise pour executer des essais de resistance a la compression dans des cylindres circulaires droits. On a conu des plateaux souples charges pour produire un effort uniforme sans introduire de cisaillement radial significatif a lainterface. Les plateaux souples donnent des resultats reproductibles qui concordent bien avec ceux obtenus par des techniques conventionnelles precises. Des resultats precis peuvent atre obtenus avec la preparation deachantillons simples et sur des achantillons courts of le rapport de la longueur au diametre est inferieur a launite. Les plateaux ataient faits en une sorte de gomme en urethane qui atait moulae dans des cylindres en aluminium pour les limiter lateralement. Des essais de compression uniaxiales sur des achantillons de glace polycristalline cylindrique ont ete faits pour determiner les caracteristiques des plateaux. Pour 21 achantillons dont les extremitas ataient preparaes sur une assiette a polir pour obtenir une finition equivalente a celle deun miroir, les resistances mesuraes montrerent une variation de seulement 13% pour des rapports longueur/diametre allant de 0,74 a 2,5 sans erreur systematique decelable. Vingt et un autres achantillons avec des rapports longeur/diametre daenviron 2,35 furent essayes avec differents plateaux et differents modes de preparation des extremites. Les resistances mesurues sur les achantillons coupas a la scie et sur ceux soigneusement polis ne montraient que de tres faibles differences lorsque les mesures ataient faites avec les plateaux en gomme.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Messung der einachsialen Druckfestigkeit von Eis. Es wurde versucht, eine einfache, aber genaue Methode for Druckfestigkeitsversuche an geraden Kreiszylindern zu entwickeln. Geeignete Anpressplatten wurden entworfen, die einen gleichmessigen Normaldruck erzeugen sollten, ohne dass merkliche radiale Scherspannungen an den Beruhrflachen auflruten. Die Platten lieferten reproduzierbare Ergebnisse, die gut mit solchen ubereinstimmen, die mit der herkammlichen Prezisionstechnik gewonnen wurden. Genaue Resultate lassen sich mit einfacher Bearbeitung der Proben und mit kurzen Proben, deren Lunge unterhalb ihres Durchmessers liegt, erzielen. Die Platten bestehen aus einem gummiartigen Urethan, das zur seitlichen Fassung in Aluminium-Zylinder gegossen wurde. Einachsige Druckversuche mit zylindrischen polykristallinen Eisproben wurden zur Bestimmung der Plattencharakteristiken vorgenommen. Bei 21 Proben mit Endfluchen, die spiegelartig prepariert waren, schwankte die gemessene Festigkeit nur um 13% bei Verhultnissen zwischen Lange und Durchmesser von 0.74 bis 2,5, und zwar ohne erkennbare Systematik. Weitere 21 Proben mit Lange und Durchmesser-Verhaltnissen von etwa 2,35 wurden mit verschiedenen Platten und verschiedenen Methoden zur Bearbeitung der Endflachen getestet. Die Festigkeit der Proben mit gesagten Endflachen unterschied sich bei Versuchen mit den Gummiplatten nur wenig von der Festigkeit bei spiegelglatten Endflachen.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1977
Figure 0

Fig. 1. The lapping plate, the steel polishing jig, and the platens.

Figure 1

Fig. 2. (left) The MTS testing machine and environmental chamber.

Figure 2

Fig. 3. (right) The compliant platen. Figures in parentheses are millimeters.

Figure 3

TABLE I. RESULTS OF SERIES 1 COMPRESSION TESTSBubbly, polycrystalline iceTest temperature: -9.4°CMachine speed: 0.042 m s-1

Figure 4

Fig. 4. Strength versus specimen L/D for series 1 tests using urethane platens.

Figure 5

TABLE II. RESULTS OF SERIES 2 COMPRESSION TESTSBubbly, polycrystalline iceTest temperature: -9-4°CMachine speed; 0.004 2 m S-1

Figure 6

Fig. 5. Strength versus specimen L/D ratio for the series s tests using steel, urethane, and large urethane platens.

Figure 7

TABLE III. RESULTS OF SERIES 3 COMPRESSION TESTSPolycrystalline iceTest temperature: - 9.4°CMachine speed: 0.004 2 m s-1

Figure 8

Fig. 6. The relationship of strength of ice ta L/D ratio using steel platens.