ensayo de corte directo final

ENSAYO DE CORTE DIRECTO SOBRE ARENA SUELTA Y DENSA

FELIX MAURICIO FORERO GARCIA

KELLYN JOHANA GARCIA LONDOÑO

DIEGO FELIPE PATARROYO CHAPARRO

CESAR SANTIAGO RAMIREZ

GEOTECNIA

GUILLERMO EDUARDO AVILA ALVAREZ

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

12 DE MARZO DE 2015

CORTE DIRECTO

La norma INV E-154-13 “Corte Directo”, describe el procedimiento que permite determinar la resistencia al corte de una muestra de suelo que ha sido sometida a un proceso de consolidación previo y, a la cual, se le aplica un esfuerzo de corte directo mientras drena completamente. En este caso realizamos el ensayo a muestras de arenas sueltas y densas.

Objetivo General

Establecer los parámetros fundamentales de resistencia al corte de una muestra de suelo alterada con el ensayo de corte directo.

Objetivos Específicos

Determinar la gráfica esfuerzo de corte vs deformación con el fin de calcular el esfuerzo máximo.

Realizar el ensayo para varias cargas de consolidación y establecer los parámetros C’ y ϕ’

Analizar los datos obtenidos en el laboratorio y de esta manera poder concluir acerca del ensayo realizado.

1. Definiciones:

Desplazamiento lateral relativo: desplazamiento horizontal de la cara superior de la caja de corte con respecto a la cara inferior.

Estado de esfuerzos en condiciones de falla para un espécimen: Sucede cuando la falla corresponde al esfuerzo máximo de corte o al esfuerzo de corte en el que se ha alcanzado entre un 15% a un 20% de desplazamiento lateral.

Los resultados obtenidos en laboratorio, son aplicables en campo cuando los suelos se han consolidado completamente bajo la sobrecarga existente y se produce la falla, momento en el que la presión de poros de disipa.

2. Equipos:

Aparato de corte: La cual deberá sostener la muestra con seguridad, con el fin de permitir aplicarle una fuerza axial, de tal manera que la muestra sufra deformaciones longitudinales y transversales, así como una fuerza de corte (hasta la falla), bien sea en un determinado plano (corte simple) o en determinados planos (corte doble).

Caja de corte: Redonda o cuadrada de acero inoxidable que puede ser de bronce o aluminio, la cual debe estar dispuesta de tal manera que permita el drenaje en la parte superior e inferior.

Piedras porosas: Con un diámetro superior entre 0.2 mm y 0.5 mm menor del diámetro interno del anillo. Deben tener una permeabilidad significativamente mayor que la de la muestra pero debe prevenir la intrusión excesiva de partículas de la muestra en los poros de la piedra. No olvidar que la piedra debe ser de un material no corrosivo.

Dispositivo para la aplicación de fuerza normal: Debe aplicar rápidamente la fuerza especificada con un margen de ± 1% durante el proceso de ensayo.

Dispositivos para medir fuerza de corte: Deberá poseer un medidor de fuerza de corte, el cual podrá ser un anillo calibrado o una celda de carga que tendrá precisión de 2.5 N (0.5 lbf) o al menos el 1% de la carga lateral de falla, cualquiera que sea más grande.

Medidores de desplazamiento: Deben ser adecuados para medir los cambios en el espesor de la muestra con una sensibilidad de 0.002 mm (0.0001") y para medir los desplazamientos laterales con una sensibilidad de 0.02 mm (0.001").

Dispositivo para la aplicación de fuerza de corte: La capacidad depende del tipo de control que se lleve durante el ensayo: control de deformaciones o control de cargas. La velocidad de aplicación de la carga depende la consolidación del suelo.

Balanza: Con una precisión de 0.01 g.

3. Procedimiento

1. Si se usa un espécimen compactado, se debe realizar la compactación con las condiciones de humedad y densidad deseadas.

2. El diámetro mínimo o ancho mínimo de las muestras (si es circular o rectangular) debe ser de 50 mm (2''). El espesor debe estar alrededor de los 13 mm (1/2”) como mínimo.

3. Una vez preparada la muestra, se ensambla la caja de corte con los marcos alineados y se bloquea. Se engrasa ligeramente cada marco para lograr impermeabilidad y reducir la fricción.

4. Se dispone la muestra y se conectan los dispositivos de carga. Al mismo tiempo se ajustan los medidores de desplazamiento (tanto horizontal como longitudinal) y se determina el espesor inicial.

5. Se aplica una carga normal apropiada de tal manera que la muestra consolide. Se aplican cargas normales y se toman datos de deformaciones y tiempo para cada carga (conforme a la norma INVE – 151, “Consolidación unidimensional de los suelos”). para este caso se realizaron cargas normales de 1.5, 3.1 y 6.3 kg para los dos tipos de arenas

6. Terminada la consolidación, se desbloquean los marcos y se separan unos 0.25 mm (0.01”), para permitir el corte de la muestra.

7. Se inicia la aplicación de la fuerza de corte, lentamente.

8. Si el ensayo se lleva a cabo por control de deformaciones, la velocidad se puede determinar dividiendo la deformación de corte estimada para el máximo esfuerzo de corte (cuando el esfuerzo se vuelve constante o cuando la deformación alcance el 10% del diámetro o longitud inicial) sobre el tiempo estimado de falla.

9. Si el ensayo se lleva a cabo por control de cargas, se inicia con incrementos de 10% de la máxima estimada. Antes de cada incremento, se busca una consolidación del 95% bajo el incremento anterior. Cuando se ha aplicado entre un 50% y un 70% de la fuerza de falla estimada, los incrementos serán del 5% de la máxima fuerza de corte. Una vez esté cerca la falla, los incrementos serán del 2.5% de la fuerza normal de corte estimada. Se deben tomar datos de la fuerza de corte aplicada y la deformación normal y de corte para intervalos de tiempo pertinentes.

4. Cálculos y resultados:

Inicialmente se calcula el esfuerzo cortante nominal sobre la muestra con la ecuación:

τ=FsA

(1)

Dónde:τ= Esfuerzo cortante nominal (kPa)Fs= Es la fuerza de corte (kN)A = Área transversal de la muestra (m2)

Consecutivamente, se calcula el esfuerzo normal:

σ=FnA

(2)

Dónde:

· σn: Esfuerzo normal nominal (kPa)

· Fn: Fuerza vertical sobre la muestra (kN)

En ambos casos para cada esfuerzo calculado en cada incremento de carga debe utilizarse un área corregida ya que debido a la deformación horizontal esta deja de ser circular. Para esto se usa la siguiente fórmula:

Δ Ac=u√D2−u2❑+D2arcsen ( uD )(3)Ac=A i−Δ AC (4)

donde u es el desplazamiento relativo entre los dos bloques.D es el diámetro de la muestra.

Aces el área corregida.

Adicionalmente hay que calcular los valores iniciales de la relación de vacíos, densidad seca con base en la gravedad específica, masa inicial y final y volumen inicial de este.

5. Resultados y análisis:

A continuación se presentan los datos tomados en los ensayos de corte directo tanto para arena densa como para arena suelta, así como los resultados obtenidos en los diferentes cálculos. En las tablas concernientes al proceso de consolidación se presentan datos relativos a tiempo de carga y deformación vertical de la muestra. Para el caso de los datos recopilados en la etapa de corte se presentan las siguientes columnas:

T, Anillo de carga y deformación horizontal y vertical : El primero corresponde al tiempo transcurrido desde el inicio del proceso de corte, el segundo corresponde a la lectura en el anillo de carga horizontal, y por último se presentan las lecturas de la deformación en ambos ejes de la muestra, teniendo en cuenta que para el caso vertical se inicia en valores muy cercanos a donde finalizó el proceso de consolidación.

Carga : se presenta los datos correspondientes a las cargas aplicadas en ambos ejes, obtenidas a partir de las siguientes expresiones:

Fuerzahorizontal=F s=0,399∗9,81∗Lectura Anillode carga(5)

donde 0,399 es un factor del anillo de carga y la lectura obtenida en este esta en Kgf

FuerzaVertical=Fn=Peso∗10∗9,81(6)

donde Peso es la masa (Kg) puesta en el brazo y 10 es el factor de este.

Área corregida: Dado que el área de contacto entre los dos bloques de la muestra cambia conforme esta se deforma horizontalmente, se debe calcular el área corregida de contacto para cada deformación, para esto se hace uso de la ecuación 4.

Esfuerzos: Con el fin de realizar un análisis gráfico se deben calcular los esfuerzos tangencial y normal que está sufriendo la muestra conforme la carga horizontal aumenta, teniendo en cuenta que estos se calcula a partir de las ecuaciones 1 y 2, utilizando en área corregida calculada en el anterior ítem.

Deformación Volumétrica: En esta columna se hace una relación entre el cambio en el volumen de la muestra, y el valor de este antes de iniciar el ensayo.

Arena densa.

Para el ensayo de arena densa se utilizaron 123 gramos de material granular que se

compactaron en un volumen de 98,47cm3 para llegar a una densidad de 1,25grcm3

.

● Carga de 1,5 kg.

Etapa Consolidación

Tiempo Deformación (0,0001 in)

00:00

00:04 645

00:15 648

00:34 650

01:00 650

01:34 651

02:15 651

Tabla 1. Etapa de consolidación de arena densa a carga normal de 1.5 kg.

Etapa CorteDesplazamiento Carga Esfuerzos Área

T Anillo Carga

Def. H. (0,001 in)

Def. V. (0,0001 in)

Cortante (N)

Axial (N)

Cortante (kPa)

Axial (kPa)

ΔV/Vo Corr. (cm2)

00:00 0 0 690 0 147,15 0,00 46,76 0,0000 31,47

00:48 1 5 690 3,91 147,15 1,25 47,00 0,0000 31,31

01:03 3 6 690 11,74 147,15 3,75 47,05 0,0000 31,28

01:02 5 7 693 19,57 147,15 6,26 47,10 -0,0002 31,24

01:36 7 9 696 27,40 147,15 8,79 47,19 -0,0005 31,18

01:59 12 10 702 46,97 147,15 15,08 47,24 -0,0010 31,15

02:14 14 12 706 54,80 147,15 17,63 47,34 -0,0013 31,08

02:21 16 14 707 62,63 147,15 20,19 47,44 -0,0014 31,02

02:27 18 15 708 70,46 147,15 22,74 47,49 -0,0015 30,99

02:35 19 16 710 74,37 147,15 24,02 47,54 -0,0016 30,96

03:06 20 26 717 78,28 147,15 25,55 48,03 -0,0022 30,63

03:37 24 35 721 93,94 147,15 30,96 48,49 -0,0025 30,34

04:14 26 45 722 101,77 147,15 33,90 49,01 -0,0026 30,02

04:32 28 50 722 109,60 147,15 36,70 49,28 -0,0026 29,86

05:04 29 60 720 113,51 147,15 38,43 49,81 -0,0024 29,54

05:20 30 65 718 117,43 147,15 39,97 50,08 -0,0023 29,38

05:36 31 70 717 121,34 147,15 41,53 50,36 -0,0022 29,22

05:50 31 75 714 121,34 147,15 41,76 50,64 -0,0019 29,06

06:10 32 80 713 125,25 147,15 43,34 50,92 -0,0019 28,90

06:39 33 90 710 129,17 147,15 45,20 51,49 -0,0016 28,58

06:56 33 95 707 129,17 147,15 45,46 51,78 -0,0014 28,42

07:01 33 100 705 129,17 147,15 45,71 52,08 -0,0012 28,26

07:43 33 110 703 129,17 147,15 46,24 52,68 -0,0011 27,93

08:01 33 120 701 129,17 147,15 46,78 53,29 -0,0009 27,61

08:43 33 130 698 129,17 147,15 47,33 53,92 -0,0006 27,29

09:15 33 140 697 129,17 147,15 47,89 54,56 -0,0006 26,97

09:05 33 150 696 129,17 147,15 48,47 55,22 -0,0005 26,65

10:02 33 160 696 129,17 147,15 49,06 55,89 -0,0005 26,33

10:49 33 170 696 129,17 147,15 49,67 56,58 -0,0005 26,01

11:02 33 180 696 129,17 147,15 50,29 57,29 -0,0005 25,69

11:41 33 190 700 129,17 147,15 50,92 58,01 -0,0008 25,37

12:19 31 200 710 121,34 147,15 48,45 58,75 -0,0016 25,05

12:49 30 210 720 117,43 147,15 47,49 59,51 -0,0024 24,73

13:17 30 220 705 117,43 147,15 48,12 60,30 -0,0012 24,40

13:49 30 230 709 117,43 147,15 48,76 61,10 -0,0015 24,08

14:21 29,5 240 725 115,47 147,15 48,59 61,92 -0,0028 23,76

Tabla 2. Etapa de corte de arena densa consolidada a carga normal de 1.5 kg

● Carga de 3,1 kg:



00:00 600

00:04 841

00:15 844

00:34 847

01:00 849

01:34 851

02:15 852

03:04 853

04:00 854

06:15 856

Tabla 3. Etapa de consolidación de arena densa a carga normal de 3.1 kg


T Anillo Carga

Def. H. (0,001 in)

Def. V. (0,0001 in)

Cortante (N)

Axial (N)

Cortante (kPa)

Axial (kPa)

ΔV/Vo Corr. (cm2)

00:00 0 0 862 0 304,11 0 96,63 0 31,47

00:18 1 1 863 3,91 304,11 1,25 96,73 -0,0001 31,44

00:34 4 2 863 15,66 304,11 4,99 96,83 -0,0001 31,41

00:50 6 3 863,5 23,49 304,11 7,49 96,93 -0,0001 31,37

01:03 8 4 865,5 31,31 304,11 9,99 97,03 -0,0003 31,34

01:15 10 6 868 39,14 304,11 12,51 97,23 -0,0005 31,28

01:25 12 8 871 46,97 304,11 15,05 97,43 -0,0007 31,21

01:43 17 10 879 66,54 304,11 21,36 97,63 -0,0014 31,15

02:01 22 12 890 86,11 304,11 27,70 97,83 -0,0023 31,08

02:16 24 14 895 93,94 304,11 30,28 98,04 -0,0027 31,02

02:36 26 20 905 101,77 304,11 33,01 98,65 -0,0035 30,83

02:05 25 25 980 97,85 304,11 31,91 99,17 -0,0096 30,67

03:01 26 30 995 101,77 304,11 33,36 99,69 -0,0108 30,51

03:24 29 35 1000 113,51 304,11 37,41 100,22 -0,0112 30,34

03:04 32 40 1009 125,25 304,11 41,50 100,75 -0,0119 30,18

04:02 35 45 1018 137,00 304,11 45,63 101,29 -0,0127 30,02

04:03 37 50 1021 144,83 304,11 48,50 101,84 -0,0129 29,86

04:48 43 60 1034 168,31 304,11 56,98 102,95 -0,0140 29,54

05:22 48 70 1043 187,88 304,11 64,30 104,08 -0,0147 29,22

05:56 51 80 1050 199,62 304,11 69,08 105,24 -0,0153 28,90

06:32 55 90 1057 215,28 304,11 75,33 106,42 -0,0158 28,58

07:05 58 100 1059,5 227,02 304,11 80,35 107,63 -0,0160 28,26

07:39 60 110 1059,5 234,85 304,11 84,07 108,87 -0,0160 27,93

08:11 61,5 120 1059,5 240,72 304,11 87,18 110,13 -0,0160 27,61

08:46 62,5 130 1059,5 244,64 304,11 89,64 111,43 -0,0160 27,29

09:19 63 140 1060 246,59 304,11 91,43 112,76 -0,0161 26,97

09:48 62 150 1061 242,68 304,11 91,06 114,11 -0,0162 26,65

10:19 61 160 1063 238,77 304,11 90,69 115,51 -0,0163 26,33

10:05 61 170 1065 238,77 304,11 91,81 116,93 -0,0165 26,01

11:24 62 180 1071 242,68 304,11 94,48 118,39 -0,0170 25,69

11:55 63 190 1074 246,59 304,11 97,21 119,89 -0,0172 25,37

12:28 64,5 200 1078 252,47 304,11 100,80 121,42 -0,0175 25,05

13:00 65 210 1080 254,42 304,11 102,90 123,00 -0,0177 24,73

13:31 66 220 1083 258,34 304,11 105,85 124,61 -0,0179 24,40

14:06 67 230 1089 262,25 304,11 108,89 126,27 -0,0184 24,08

14:35 68 240 1100 266,16 304,11 112,00 127,97 -0,0193 23,76

15:06 69,5 250 1101 272,04 304,11 116,03 129,72 -0,0194 23,44

15:37 70 260 1106 273,99 304,11 118,49 131,51 -0,0198 23,12


● Carga de 6,3 Kg



00:00 3200

00:04 3807

00:15 3815

00:34 3822

01:00 3826

01:34 3830

02:15 3833

03:04 3836

04:00 3839

06:15 3845

Tabla 5. Etapa de consolidación de arena densa a carga normal de 6.3 kg


T Anillo Carga

Def. H. (0,001 in)

Def. V. (0,0001 in)

Cortante (N)

Axial (N)

Cortante (kPa)

Axial (kPa)

ΔV/Vo Corr. (cm2)

00:00 0 0 3851 0 618,03 0,00 196,39

0 31,47

01:14 8 1 3855 31,31 618,03 9,96 196,59

0 31,44

01:39 15 2 3860 58,71 618,03 18,69 196,79

-0,001 31,41

01:53 20,5 3 3864 80,24 618,03 25,58 196,99

-0,001 31,37

02:05 26 5 3872 101,77 618,03 32,50 197,40

-0,002 31,31

02:19 31 7 3880 121,34 618,03 38,84 197,80

-0,002 31,24

02:32 37 10 3891 144,83 618,03 46,50 198,41

-0,003 31,15

02:42 41 12 3897 160,48 618,03 51,63 198,82

-0,004 31,08

02:55 45 15 3905 176,14 618,03 56,84 199,44

-0,004 30,99

03:08 50 18 3915 195,71 618,03 63,35 200,07

-0,005 30,89

03:20 55 20 3920 215,28 618,03 69,84 200,48

-0,006 30,83

03:31 59 25 3930 230,94 618,03 75,31 201,54

-0,006 30,67

03:51 64 30 3940 250,51 618,03 82,12 202,60

-0,007 30,51

04:08 69 35 3950 270,08 618,03 89,00 203,67

-0,008 30,34

04:22 73,5 40 3956 287,69 618,03 95,31 204,76

-0,009 30,18

04:59 82 50 3971 320,96 618,03 107,48 206,96

-0,010 29,86

05:33 89 60 3987 348,36 618,03 117,93 209,21

-0,011 29,54

06:08 96 70 3996 375,76 618,03 128,60 211,51

-0,012 29,22

06:43 103 80 4004 403,16 618,03 139,51 213,87

-0,012 28,90

07:18 108 90 4010 422,73 618,03 147,93 216,27

-0,013 28,58

07:52 113 100 4014 442,30 618,03 156,54 218,73

-0,013 28,26

08:25 118 110 4017 461,87 618,03 165,35 221,25

-0,013 27,93

09:00 121 120 4020 473,62 618,03 171,52 223,82

-0,014 27,61

09:32 124,5 130 4023 487,32 618,03 178,56 226,45

-0,014 27,29

10:05 127 140 4025,5 497,10 618,03 184,31 229,15

-0,014 26,97

10:48 129,5 150 4028 506,89 618,03 190,21 231,91

-0,014 26,65

11:11 131 160 4029 512,76 618,03 194,75 234,74

-0,014 26,33

11:43 131 170 4035 512,76 618,03 197,16 237,63

-0,015 26,01

12:44 131 190 4040 512,76 618,03 202,14 243,64

-0,015 25,37

13:17 128 200 4044 501,02 618,03 200,04 246,76

-0,016 25,05

13:48 126,5 210 4042 495,15 618,03 200,26 249,96

-0,016 24,73

14:17 124,5 220 4050 487,32 618,03 199,68 253,24

-0,016 24,40

14:44 123 230 4053 481,45 618,03 199,90 256,61

-0,016 24,08

15:15 122 240 4056 477,53 618,03 200,94 260,07

-0,017 23,76

15:45 122 250 4060 477,53 618,03 203,69 263,62

-0,017 23,44

16:15 122 260 4063 477,53 618,03 206,50 267,26

-0,017 23,12


Arena suelta

El tratamiento de datos usado para obtener los resultados de esta muestra fue el mismo que se describió para el material denso.

● Carga de 1,5 kg.


Tiempo(mm:ss)

Deformación(0,0001 in)

00:00 0

00:04 131

00:15 131,5

00:34 131,5

Tabla 7. Etapa de consolidación de arena suelta a carga normal de 1.5 kg


T Anillo Carga

Def. H. (0,001 in)

Def. V. (0,0001 in)

Cortante (N)

Axial (N)

Cortante (kPa)

Axial (kPa)

ΔV/Vo Corr. (m2)

0 0 0 150 0,00 147 0,00 46,71 0,0000 0,0031

5

0:23 1 1 150,5 3,91 147 1,25 46,76 0,0000 0,00314

-- 3 1,5 151 11,74 147 3,74 46,78 -0,0001 0,00314

-- 4 2 151 15,66 147 4,99 46,81 -0,0001 0,00314

0:50 5 2,5 152 19,57 147 6,23 46,83 -0,0002 0,00314

1:00 6 4 153 23,49 147 7,49 46,90 -0,0002 0,00313

1:13 8 5 154 31,31 147 10,00 46,95 -0,0003 0,00313

1:25 10 6 155 39,14 147 12,51 47,00 -0,0004 0,00313

1:43 13 9 156 50,88 147 16,32 47,14 -0,0005 0,00312

-- 18 10 156 70,46 147 22,62 47,19 -0,0005 0,00311

2:15 20 17 155 78,28 147 25,32 47,54 -0,0004 0,00309

2:33 21 19 153 82,20 147 26,64 47,64 -0,0002 0,00309

2:46 23 22 150 90,03 147 29,26 47,79 0,0000 0,00308

3:20 27 30 139 105,68 147 34,64 48,19 0,0009 0,00305

3:50 31 49 125 121,34 147 40,59 49,17 0,0020 0,00299

4:15 32 47 115 125,25 147 41,81 49,07 0,0028 0,00300

4:20 33 50 110 129,17 147 43,25 49,23 0,0032 0,00299

4:40 33 52 102 129,17 147 43,35 49,33 0,0039 0,00298

4:58 34 60 91 133,08 147 45,05 49,76 0,0048 0,00295

5:26 35 69 78 137,00 147 46,83 50,25 0,0058 0,00293

5:38 35 72 73 137,00 147 46,99 50,42 0,0062 0,0029

2

5:47 35 75 70 137,00 147 47,14 50,59 0,0065 0,00291

5:55 35 78 65 137,00 147 47,30 50,76 0,0069 0,00290

6:04 35 80 60 137,00 147 47,41 50,87 0,0073 0,00289

6:10 35 82 58 137,00 147 47,51 50,98 0,0075 0,00288

6:19 35 85 54 137,00 147 47,67 51,15 0,0078 0,00287

6:40 34,5 91 43 135,04 147 47,31 51,50 0,0087 0,00285

7:22 34,5 106 24 135,04 147 48,12 52,38 0,0102 0,00281

8:09 34,5 120 5 135,04 147 48,90 53,24 0,0118 0,00276

11:43 35 188 -34 137,00 147 53,87 57,80 0,0149 0,00254

Tabla 8. Etapa de corte de arena suelta consolidada a carga normal de 1.5 kg

● Carga de 3,1 kg:



0:04 695

0:34 696

1:00 696

1:34 697

2:15 697



T Anillo Carga

Def. H. (0,001 in)

Def. V. (0,0001 in)

Cortante (N)

Axial (N)

Cortante (kPa)

Axial (kPa)

ΔV/Vo Corr. (m2)

0 0 0 722 0,00 303,8 0,00 96,54 0,0000 0,00315

0:08 0 1 722 0,00 303,8 0,00 96,63 0,0000 0,00314

0:11 0 2 722 0,00 303,8 0,00 96,73 0,0000 0,00314

0:13 0 3 722 0,00 303,8 0,00 96,83 0,0000 0,00314

1:00 9 5 722 35,23 303,8 11,25 97,03 0,0000 0,00313

1:20 15 5 722 58,71 303,8 18,75 97,03 0,0000 0,00313

1:30 20 6 722 78,28 303,8 25,03 97,13 0,0000 0,00313

1:45 26 7 724 101,77 303,8 32,57 97,23 -0,0002 0,00312

1:53 30 9 725 117,43 303,8 37,66 97,43 -0,0002 0,00312

2:00 32 10 726 125,25 303,8 40,21 97,53 -0,0003 0,00311

2:10 35 12 727 137,00 303,8 44,07 97,73 -0,0004 0,00311

2:18 34 14 730 133,08 303,8 42,90 97,94 -0,0006 0,00310

2:35 38 20 734 148,74 303,8 48,25 98,55 -0,0010 0,00308

2:54 43 25 734 168,31 303,8 54,88 99,07 -0,0010 0,00307

3:13 44 30 732 172,22 303,8 56,46 99,59 -0,0008 0,00305

3:33 47 35 730 183,97 303,8 60,63 100,12 -0,0006 0,00303

3:46 49 40 727 191,80 303,8 63,54 100,65 -0,0004 0,00302

4:05 52 45 722 203,54 303,8 67,79 101,19 0,0000 0,00300

4:22 52 50 718 203,54 303,8 68,16 101,73 0,0003 0,00299

4:58 55 60 708 215,28 303,8 72,88 102,84 0,0011 0,00295

5:27 56 70 698 219,19 303,8 75,02 103,97 0,0019 0,00292

6:02 57 80 688 223,11 303,8 77,21 105,13 0,0028 0,00289

6:40 57 90 678 223,11 303,8 78,07 106,31 0,0036 0,00286

7:05 56 100 677 219,19 303,8 77,58 107,52 0,0037 0,00283

7:35 55 110 660 215,28 303,8 77,07 108,76 0,0050 0,00279

8:04 56 120 654 219,19 303,8 79,38 110,02 0,0055 0,00276

8:36 57 130 645 223,11 303,8 81,75 111,32 0,0062 0,00273

9:10 56 140 639 219,19 303,8 81,27 112,64 0,0067 0,00270

9:37 55 150 634 215,28 303,8 80,78 114,00 0,0071 0,00266

10:09 56 160 628 219,19 303,8 83,25 115,39 0,0076 0,00263

10:40 55 170 622 215,28 303,8 82,78 116,81 0,0081 0,00260

11:12 54 180 618 211,37 303,8 82,29 118,27 0,0084 0,00257

11:40 54 190 616 211,37 303,8 83,33 119,77 0,0086 0,00254

12:13 54 200 616 211,37 303,8 84,39 121,30 0,0086 0,00250

12:40 51 210 615 199,62 303,8 80,74 122,87 0,0087 0,00247

13:10 52 220 615 203,54 303,8 83,40 124,48 0,0087 0,00244

13:40 51 230 615 199,62 303,8 82,88 126,14 0,0087 0,00241

14:12 50 240 615 195,71 303,8 82,35 127,84 0,0087 0,00238

14:40 51 250 615 199,62 303,8 85,15 129,58 0,0087 0,00234

15:13 47 260 615 183,97 303,8 79,55 131,38 0,0087 0,00231


● Carga de 6,3 Kg



0 0

0:04 400

0:34 492

1:00 494

1:34 494



T Anillo Carga

Def. H. (0,001 in)

Def. V. (0,0001 in)

Cortante (N)

Axial (N)

Cortante (kPa)

Axial (kPa)

ΔV/Vo Corr. (m2)

0 0 0 494 0,00 617,4 0,00 196,19 0,0000 0,00315

0:20 2 1 495 7,83 617,4 2,49 196,39 -0,0001 0,00314

0:35 5 2 495 19,57 617,4 6,23 196,59 -0,0001 0,00314

0:46 5 3 495 19,57 617,4 6,24 196,79 -0,0001 0,00314

1:03 9 4 496 35,23 617,4 11,24 196,99 -0,0002 0,00313

1:22 15 5 497 58,71 617,4 18,75 197,19 -0,0002 0,00313

1:34 18 6 498 70,46 617,4 22,53 197,40 -0,0003 0,00313

1:41 21 7 499 82,20 617,4 26,31 197,60 -0,0004 0,00312

1:49 24 8 500 93,94 617,4 30,10 197,80 -0,0005 0,00312

1:57 28 9 501 109,60 617,4 35,15 198,01 -0,0006 0,00312

2:08 32 10 503 125,25 617,4 40,21 198,21 -0,0007 0,00311

2:26 51 12 509 199,62 617,4 64,22 198,62 -0,0012 0,00311

2:39 59 14 511 230,94 617,4 74,45 199,03 -0,0014 0,00310

2:52 68 16 513 266,16 617,4 85,98 199,45 -0,0015 0,00310

3:05 74 18 514 289,65 617,4 93,76 199,86 -0,0016 0,00309

3:18 79 20 514 309,22 617,4 100,31 200,28 -0,0016 0,00308

3:40 89 25 514 348,36 617,4 113,60 201,33 -0,0016 0,00307

4:03 100 30 510 391,42 617,4 128,31 202,39 -0,0013 0,00305

4:23 109 35 499 426,65 617,4 140,60 203,46 -0,0004 0,00303

4:40 113 40 495 442,30 617,4 146,54 204,55 -0,0001 0,00302

5:04 116 45 480 454,05 617,4 151,23 205,64 0,0011 0,00300

5:52 120 60 460 469,70 617,4 159,00 209,00 0,0028 0,00295

6:24 121 70 441 473,62 617,4 162,09 211,30 0,0043 0,00292

6:56 121 80 425 473,62 617,4 163,89 213,65 0,0056 0,00289

7:27 121 90 410 473,62 617,4 165,74 216,05 0,0068 0,00286

7:57 119 100 400 465,79 617,4 164,85 218,51 0,0076 0,00283

8:26 115 110 380 450,13 617,4 161,14 221,02 0,0093 0,00279

8:53 115 120 379 450,13 617,4 163,02 223,59 0,0093 0,00276

9:42 111 135 360 434,48 617,4 160,14 227,56 0,0109 0,00271

10:43 106 155 360 414,90 617,4 156,63 233,08 0,0109 0,00265

11:32 103 170 356 403,16 617,4 155,02 237,39 0,0112 0,00260

12:20 108 185 354 422,73 617,4 165,60 241,86 0,0114 0,00255

13:32 111 200 351 434,48 617,4 173,47 246,51 0,0116 0,00250

14:43 114 230 349 446,22 617,4 185,27 256,35 0,0118 0,00241

16:19 109 260 358 426,65 617,4 184,50 266,99 0,0110 0,00231


Gráficas de Esfuerzo Cortante Vs. Deformación horizontal

Carga de 1,5 KgArena Densa Arena Suelta


Carga de 6,3 Kg

Arena Densa Arena Suelta

Gráfica 1. Comparación relaciones esfuerzo-deformación.

Gráficas de ΔV/Vo Vs. Deformación horizontal



Carga de 6,3 Kg


Gráfica 2. Comparación deformaciones volumétricas.

Gráficas de Esfuerzo Axial Vs. Esfuerzo Cortante

A continuación se presentan las dos gráficas halladas con relación a los esfuerzos axiales y cortantes, y a partir de esta se calculan los dos parámetros de corte:

Arena Densa

Gráfica 3. Envolvente de falla Arena densa.Arena Suelta

Gráfica 4. Envolvente de falla Arena Suelta.

Para hallar las anteriores gráficas se tomaron los valores máximos de esfuerzo cortante para cada una de las cargas axiales, estos valores están resaltados en las tablas 2, 4, 6, 8, 10 y 12 además se pueden verificar por inspección visual en las gráfica 1. A continuación, y por medio de la herramienta línea de tendencia, se encuentra la recta que mejor se ajusta a cada terna de puntos, además de la ecuación que la describe:

Arenasuelta⇒ τ=0,6669 σ+9,3166(7)Arenadensa⇒ τ=0,7316 σ+13,906(8)

Dada la ecuación para esfuerzo cortante en el criterio de falla de Mohr-Coulomb τ=tan(ϕ )σ+c, se hallan los dos parámetros para ambos casos (teniendo en cuenta que ϕ se calcula como arctan (m) donde m es la pendiente de la recta que mejor se ajusta a los puntos (ecuaciones 7 y 8). Teniéndose:

Parámetros de Resistencia al Corte


ϕ 36,2 33,5

c 13,906 9,3166Tabla 13. Parámetros de Resistencia al Corte.

5. Análisis de resultados:

En primer lugar al observar las gráficas de esfuerzo cortante y deformación horizontal se puede ver muy claramente que cuanto más se carga axialmente la muestra, esta adquiere una resistencia mayor, requiriendo mayores cargas horizontales para obtener la misma deformación horizontal. De igual manera al analizar estas gráficas se puede ver que el comportamiento es muy parecido al predicho por la teoría, es decir, según esta última una vez la muestra alcanza su resistencia máxima esta falla produciendo un estado de fluencia donde se produce aumento en la deformación sin cambio considerable en la carga, en la mayoría de casos esta tendencia se puede observar claramente.

Hay casos en los que aun después de la falla la muestra continua aumentado los esfuerzos que resiste, esto se puede deber a esfuerzo residuales de cohesión ( aunque muy mínima por tratarse un material seco y arenoso) y además de una alteración significativa en al orientación con respecto a la horizontal del tronco de carga.

Por otro lado al estudiar las gráficas de envolvente de falla para ambos tipos de arena se puede observar que el ensayo fue bien ejecutado (al menos por inspección visual) ya que los tres puntos de falla están ubicados sobre una misma recta sin posiciones extrañas o anómalas. La trayectoria que siguen los incrementos de esfuerzo debería ser totalmente vertical dado que la carga axial no se está variando, sin embargo esta tiene una ligera inclinación hacia la derecha, esto se debe a la corrección que se hizo del área de contacto, ya que aunque no se aumente la carga el área si está disminuyendo y por lo tanto aumenta el esfuerzo normal.

Por último al observar la ecuación de la envolvente de falla destaca que hay un valor para la cohesión aunque la teoría asume que en este tipo de material no se presenta, en la arena densa este valor es mayor dado que el material era más fino. Sin embargo se puede afirmar que dada la incertidumbre del ensayo y el valor obtenido este es muy cercano al 0 teórico.

6. Conclusiones:

● Este ensayo es relativamente rápido y fácil de llevar a cabo, aunque no presenta muchos inconvenientes, en la toma de datos se debe ser muy preciso ya que al ser cada lectura diferente y tomarse todas en un mismo intervalo se puede perder un poco de exactitud en la toma de datos.

● Los datos arrojados en los ensayos concuerdan con la teoría de corte, tanto con la arena suelta como con la arena densa, ya que estos muestran un comportamiento esperado en el cambio volumétrico, mientras la arena suelta se comprime, la arena densa tiende a dilatarse, concordando con lo establecido teóricamente.

● Es muy importante tener conocimientos básicos de los materiales que se van a evaluar en el ensayo ya que si es un material que presenta cambios volumétricos excesivos, puede variar mucho los resultados de la resistencia al corte de los suelos, por lo cual el ensayo se vuelve algo más complejo por la necesidad de aplicar correcciones a las desviaciones que se pueden presentar en los cálculos de cohesión y ángulos de fricción interna mediante regresiones lineales.

● El ensayo nos arrojó una cohesión aparente aunque en la teoría esta indicado que la cohesión entre partículas granulares es despreciable o tendiente a 0

● La realización del ensayo parece indicar buenos resultados obtenidos en cuanto a los ángulos de fricción internos que en la arena suela dio 33.5° y en la arena densa dio 36.2° se asemejan a varias tablas encontradas sobre esta investigación de datos.

7. Bibliografía:

DAS, Braja M. “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica”. Editorial Thomson. 2001

DURÁN GUTIERREZ, Jorge Enrique. “Apuntes sobre investigación del suelo”. Escuela Colombiana de Ingeniería. 2008

Lopez C. Alfredo. “Introducción a la mecánica de suelos”, Universidad del Valle. Primera edición 1983.

ensayo de corte directo final

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