Ensayo de Corte Directo

Ensayo de Corte Directo

Universidad Privada Antenor OrregoFacultad de ingeniera civilEscuela Profesional de Ingeniera CivilEnsayo de Corte DirectoDOCENTE:Ing. De La Cruz Vasquez, JavierALUMNO: Norabuena Segovia, Giampiero

CICLO:VITURNO: MAANA: 8:50am 10:20amTRUJILLO PER 2015 10

Ensayo de Corte Directo 1) Generalidades:Cuando una estructura se apoya en la tierra, transmite los esfuerzos al suelo de fundacin. Estos esfuerzos producen deformaciones en el suelo que pueden ocurrir de tres maneras:a) Por deformacin elstica de las partculas. En este caso es despreciable para la mayora de los suelos, y tambin en los niveles de esfuerzo que ocurren en la prctica.b) Por cambio de volumen en el suelo como consecuencia de la evacuacin del lquido existente en los huecos entre las partculas. En este caso corresponde al fenmeno de la consolidacin. c) Por deslizamiento de las partculas, que pueden conducir al deslizamiento de una gran masa de suelo. En este caso corresponde a fallas del tipo catastrficos y para evitarla se debe hacer un anlisis de estabilidad, que requiere del conocimiento de la resistencia al corte de suelo. El anlisis debe asegurar, que los esfuerzos de corte solicitantes son menores que la resistencia al corte, con un margen adecuado de modo que la obra siendo segura, sea econmicamente factible de llevar a cabo. Vemos que es absolutamente imposible independizar el comportamiento de la estructura y el del suelo.Por tanto el problema de la determinacin de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos puede decirse que constituye uno de los puntos fundamentales de toda la Mecnica de Suelos. En efecto, una valoracin correcta de este concepto constituye un paso previo imprescindible para intentar, con esperanza de xito cualquier aplicacin de la Mecnica de Suelos al anlisis de la estabilidad de las obras civiles.El procedimiento para efectuar la prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante tal como se presenta en este informe, se aplica solamente al ms sencillo de los casos que pueden presentarse en la prctica: aquel en que se prueba el material en estado seco. 2) Corte Directo:El ensayo de corte directo permite encontrar los parmetros de resistencia de un suelo (cohesin y ngulo de friccin). Este ensayo est guidado bajo la norma ASTM D3080 y la Norma Tcnica Peruana (NTP 339.171).El ensayo puede ser conducido en corte simple o corte doble. La prueba de corte directo es adecuada para un ensayo consolidado drenado porque las trayectorias de drenaje a travs del espcimen de ensayo son cortas, permitiendo por esto que los excesos de las presiones de poro sean disipados bastante rpidamente. El ensayo puede ser hecho sobre todo tipo de suelos y sobre muestras inalteradas o remoldadas. Los resultados del ensayo son aplicables a situaciones de campo donde la consolidacin completa ha ocurrido bajo la sobrecarga existente, y la falla es alcanzada lentamente de modo tal que los excesos de presiones de poro son disipados. El ensayo tambin es til para determinar la resistencia al corte a lo largo de planos dbiles reconocibles dentro del material de suelo.

3) Equipo de Corte Directo:3.1) Aparato de Corte Directo: El aparato de corte proporcionar medios para aplicar un esfuerzo normal a las caras de la muestra, permitiendo el drenado del agua a travs de las placas porosas en los lmites superior e inferior de la muestra de suelo, y para muestras sumergidas en agua. La mquina debe ser capaz de aplicar una fuerza cortante a la muestra a lo largo de un plano de corte predeterminado paralelo a las caras de la muestra. Los marcos que sostendrn la muestra deben ser lo suficientemente rgidos para prevenir su distorsin durante el proceso de corte. Varias partes de la mquina de corte deben de estar hechas de material anticorrosivo resistentes a la humedad o sustancias presentes en el suelo, por ejemplo, acero inoxidable, bronce, aluminio, etc. Metales distintos a los nombrados pueden causar oxidacin.

3.2) Caja de Corte:Una caja de corte, cuadrada, hecha de acero inoxidable, con aditamentos que permiten el drenado a travs de la parte superior e inferior. La caja est dividida verticalmente por un plano horizontal en dos mitades con el mismo espesor unido con unos tornillos de seguridad. La caja de corte es ajustada con los tornillos de seguridad, que controlan el espacio entre la parte superior e inferior de las dos mitades de la caja de corte.

3.3) Aditamentos de Carga: Aditamento para aplicar la fuerza normal: La fuerza normal es aplicada por un marco que tiene un contrapeso para eliminar el peso del mismo y slo toma en cuenta el peso que se coloque en ste. Aditamento para cortar la muestra: El aditamento debe ser capaz de cortar el espcimen a una velocidad uniforme de desplazamiento, con menos de 26 Ensayos de Corte Directo 5% de desviacin, debe permitir el ajuste de la velocidad de desplazamiento. La velocidad debe ser aplicada dependiendo de la sobre-consolidacin caracterstica de los suelos. La velocidad es usualmente mantenida con un motor elctrico y un arreglo en la caja de engranes y la fuerza cortante es determinada por un indicador de carga tal como un anillo de prueba o una celda de carga. Aditamento para la medicin de la fuerza: cortante Un anillo de carga o celda de carga con precisin de 1% de la fuerza de corte en condiciones de ruptura. Para las pruebas realizadas se utiliz una Celda de carga con una capacidad de 10kN.

El peso de la parte superior de la caja de corte debe ser menor del uno por ciento de la fuerza normal aplicada: Esto puede requerir que la parte superior de la caja de corte sea modifica y soportada por una fuerza de corte predeterminada por un instrumento indicador de carga como la celda o un anillo de carga. Tazn para la caja de corte: Una caja metlica que soporte la caja de corte y suministre a una reaccin contra la que se apoye la mitad de la caja de corte, o una base slida que permita la alineacin de la mitad de la caja de corte, que permanezca libre para moverse en la direccin de la fuerza de corte aplicada en un plano horizontal. Indicador de desplazamiento horizontal: Transductores de desplazamientos capaces de medir el cambio de espesor de la muestra. Para las pruebas que se realizaron se utilizaron 3 distintos:

LVDT: con una precisin de 0.002 mmMicrmetro analgico: con una precisin de 0.01 mmMicrmetro electrnico: con precisin de 0.0001 mm

3.4) Equipo para compactacin de especmenes: Pizn de 5x5 cm, pizn de 9.5x9.5 cm.3.5) Tallador: Lado 6 cm, rea de corte 36 cm2, altura 2 cm, volumen 72 cm3.3.6) Otros equipos: cpsulas de porcelana, cronmetro, balanzas de una precisin de 1 un gramo, cucharn.

4) Preparacin de la Muestra:_ Se corta la muestra un poco mayor al tamao del tallador._ Se coloca el tallador en la parte superior y se va cortando poco a poco los bordes, como tambin se va tallando los bordes del tallador, hasta que poco a poco se introduce la muestra en el tallador._ Se disgrega el material en seco para despus Pasarlo por la malla No. 100, con el objeto de tener un suelo homogneo y obtener el tamao de partcula que se describe de acuerdo a la norma._ Posteriormente se determina la cantidad en peso que se utilizar para preparar la muestra en la caja de corte. Se dividir en 3 o 4 porciones de acuerdo a la cantidad que se utilizar._ Se ajusta adecuadamente la caja de corte, verificando que tanto la parte superior como la inferior estn alineadas la una con la otra, y asegurndolas con los tornillos para que no se pueda mover ninguna de estas dos partes; se coloca la tapa inferior, percatndose que las ranuras estn perpendiculares a la direccin del corte. _Al obtener las porciones, la primera porcin se introduce en la caja de corte y con una esptula se distribuye por toda la superficie de la caja, tratando de formar una capa uniforme. _ Con el pisn de 5*5cm se compacta la capa (Figura a), colocando el pisn en cada una de las esquinas de la caja y dando pisonadas cuidadosas para que el material no vuele, tanto en las esquinas como a la mitad de cada uno de lados, haciendo esto dos veces y recomendando que sean efectuadas en sentido de las manecillas del reloj._ Al terminar de dar las dos vueltas, se procede a realizar una ltima apisonada con el pisn de 9.5*9.5cm (Figura b), para que el material se distribuya uniformemente y se tenga la seguridad de que fue bien compactada. _Despus de compactar la capa se escarifica la parte superior haciendo 7 lneas verticales y 7 horizontales, separadas aproximadamente 8mm. _Al terminar con la primera capa se procede a vaciar la siguiente porcin de material y se realiza el mismo procedimiento hasta obtener las 3 o 4 capas de las porciones de muestra._Al tener las 3 o 4 capas compactadas y escarificadas, se coloca la tapa superior observando que las ranuras sean perpendiculares al movimiento de corte.5) Preparacin del Equipo:Este equipo aplica la presin normal por carga muerta a travs de un brazo de palanca que amplifica la carga de las pesas por diez. Para continuar con el ensayo se debe seguir el siguiente procedimiento:a) Colocar el brazo en posicin horizontal con ayuda del nivel de burbuja. Para que no se incline al colocar las pesas, ajustar la manivela al tope, cuidando siempre mantener la horizontalidad del brazo.b) Una vez seguro poner las pesas que generarn la presin normal del ensayo, que generalmente es 0,5 Kg/cm2, 1,0 Kg/cm2 o 1,5 Kg/cm2. Para este modelo de equipo la carga que se coloca en el extremo equivale la dcima parte de la fuerza aplicada sobre el rea (36 cm2) de la celda de corte.

Lugar donde se ha de colocar la caja de corte.

Celda o caja de corte ya colocado en el equipo.

6) Procedimiento:_ Muestra inalterada: coloque los bloques porosos hmedos sobre los extremos expuestos del espcimen en la caja de corte coloque la caja de corte con el espcimen inalterado y los bloques porosos en el soporte de la caja de corte y fjela al soporte._Especmenes compactados: coloque la caja de corte que contiene el espcimen o la muestra compactada y los bloques porosos en el soporte y fjela._ Conecte y ajuste el sistema de carga de corte de modo que no transmita fuerzas sobre el instrumento de medicin de carga._ Conecte y ajuste adecuadamente el instrumento de medicin de desplazamiento horizontal utilizado para medir los desplazamientos de corte. Haga una lectura inicial o coloque el instrumento de medicin para indicar el desplazamiento cero._ Coloque un bloque poroso hmedo y la placa de transferencia de carga en la parte superior del espcimen o muestra compactada en la caja de corte._ Coloque el marco de carga de fuerza horizontal en posicin y ajstelo de modo que la barra de carga quede horizontal. Si se utiliza un sistema de carga por palancas, nivele la palanca. En los sistemas de carga neumtica ajuste el marco de carga hasta que asiente suavemente en la depresin de la placa de transferencia de carga, o coloque una esfera metlica sobre la placa de transferencia y ajuste el marco hasta que haga un contacto suave._ Aplique una pequea carga normal al espcimen o muestra compactada. Verifique que todos los componentes del sistema de carga estn ajustados y alineados de tal manera que no quede restringido el movimiento de la placa de transferencia de carga en la caja de corte. Registre la carga vertical y la carga horizontal aplicadas en el sistema._ Fije y ajuste los instrumentos de medicin y desplazamiento lateral y vertical. Obtenga las lecturas iniciales o coloque en cero los instrumentos de medicin de desplazamiento vertical y horizontal._ Si se requiere, llene la caja de corte con agua y mantngala llena durante la ejecucin del ensayo._ Calcule y registre la fuerza normal requerida para obtener el esfuerzo normal deseado o el incremento subsiguiente. Aplique el esfuerzo normal deseado agregando las masas apropiadas en el extremo de la palanca o incrementando la presin neumtica._ Aplique la carga normal deseada o los incrementos sucesivos al espcimen o muestra compactada y comience a registrar las lecturas de la deformacin normal vs. el tiempo transcurrido. Para todos los incrementos de carga verifique que la consolidacin primaria ha tenido lugar completamente antes de continuar. Grafique el desplazamiento normal contra el logaritmo del tiempo o contra la raz cuadrada del tiempo (en minutos). _ Despus de que ha tenido lugar la consolidacin primaria, remueva los tornillos de alineamiento o los pines de la caja de corte. Abra el espaciamiento entre las mitades de la caja de corte hasta 0.6 mm utilizando los tornillos de separacin. Retire los tornillos de separacin. _ Aplique la carga de corte al espcimen o muestra compactada._ Seleccione una velocidad de desplazamiento apropiada. Cizalle el espcimen o muestra compactada a una velocidad relativamente baja de modo que haya exceso de presin en los poros en el momento de la ruptura.La siguiente ecuacin puede ser utilizada como una gua para determinar el tiempo mnimo requerido desde el principio del ensayo hasta la ruptura.

Dnde:: Tiempo total estimado hasta la ruptura, minutos.: Tiempo requerido para que el espcimen o muestra compactada alcance el 50% de la consolidacin bajo el esfuerzo normal especificado.Determine el desplazamiento apropiado a partir de la siguiente ecuacin:

Dnde:: Velocidad de desplazamiento: Desplazamiento horizontal estimado en el momento de la ruptura (mm).: Tiempo total estimado hasta la ruptura (min)._ Seleccione y fije la velocidad de desplazamiento. Para algunos tipos de aparatos la velocidad de desplazamiento se logra utilizando combinaciones de piones y posiciones de palancas. En otros tipos la velocidad de desplazamiento se consigue ajustando la velocidad del motor._ Registre el tiempo inicial, los desplazamientos vertical y horizontal y las fuerzas normal y de corte. Ponga en funcionamiento el aparato e inicie la corte._ Haga la lectura de los datos de tiempo, desplazamiento vertical y horizontal y la fuerza de corte a intervalos definidos de desplazamiento. Las lecturas de datos deben tomarse a intervalos de desplazamientos iguales al 2% del dimetro del espcimen, o de su anchura, para definir con precisin una curva de esfuerzo-desplazamiento._ Detenga el aparato una vez ocurra la falla de la muestra. El desplazamiento correspondiente a la condicin de falla puede encontrarse entre el 15 y el 20% del dimetro o longitud del espcimen o muestra compactada. _ Quite la fuerza normal del espcimen o muestra compactada, retirando la masa de la palanca._ Cuando se trate de especmenes cohesivos separe las mitades de la caja de corte con un movimiento deslizante a lo largo del plano de ruptura. No separe las mitades de la caja de corte perpendicularmente a la superficie de falla puesto que puede daar el espcimen. Fotografe, dibuje, o describa por escrito la superficie de falla. Este procedimiento no es aplicable a los especmenes no cohesivos._ Retire el espcimen o muestra compactada de la caja de corte y determine su contenido de humedad._ Calcule y grafique el esfuerzo de corte nominal vs el desplazamiento lateral relativo.7) Clculos:Los datos presentados fueron realizados en la universidad nacional de ingenieros (UNI):7.1) Datos obtenidos del ensayo:

7.2) Frmulas:El esfuerzo de corte para cada punto se calcula con la siguiente relacin:

Dnde:E = esfuerzo de corte.K = constante del anillo de carga (0.315) para el equipo de corte residual.ld = lectura de la columna dial de carga.A = rea del molde.Ejemplo para la fila N 5 (carga 1.50 kg/cm2):

Ejemplo para la fila N 3 (carga 1.00 kg/cm2):

Ejemplo para la fila N 7 (carga 0.50 kg/cm2):

La deformacin tangencial para cada punto se calcula con la siguiente relacin:

Donde:Def = Deformacin tangencial (cm).LecDef = Lectura del dial de deformacin tangencial._Ejemplo para la fila N 1 (carga 0.50 kg/cm2):

_ Ejemplo para la fila N 3 (carga 1.00 kg/cm2):

_ Ejemplo para la fila N 5 (carga 1.50 kg/cm2):

El esfuerzo Normal se calcula con la siguiente frmula:Donde:= Esfuerzo normal (Kpa).= Fuerza vertical nominal sobre el espcimen (N, kg).En este caso los esfuerzos normales seran: 0.5 kg, 1kg y 1.5 kg.7.3) Resultados:a) Tabla de Resultados:

b) Grficos:Deformacin Tangencial vs. Esfuerzo de Corte

Esfuerzo Normal vs. Esfuerzo de Corte Mximo c

9.4) Otro ensayo realizado de la UNI:

8) Conclusiones y Recomendaciones:Conclusiones: En ambos ensallos nos indican que la deformacin al corte ( curva) es de falla gradual o progresiva, teniendo una resistencia media al corte. Recomendaciones: Los equipos de laboratorio tienen que estar en obtimas condiciones para su uso. Se pueden necesitar seis muestras si el suelo est inalterado. Mantener las muestras en ambiente de humedad controlada mientras se hace el moldeo, la preparacin de la mquina de corte y los dems tipos de ensayo. La manivela de la mquina de corte directo debe manejarse a una velocidad constante todo el tiempo que dure el ensayo. 9) Bibliografa: ASTM Standard D3080-90: Method for Direct Shear Test of Soil Under Consolidated Drained Conditions. ASTM Standard D422-63: Method for Particle-Size Analysis of Soils. ASTM Standard D1587-83: Practice for Thin-Walled Tube Sampling of Soils. ASTM Standard D2488-93: Practice for Description and Identification of Soils (Visual-Manual Procedure) ASTM Standard D4220-89: Practices for Preserving and Transporting Soil Samples Norma ASTM D 3080 y AASHTO T 236 S. N., ENSAYO DE CORTE DIRECTO, disponibleen:http://icc.ucv.cl:8080/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_ laboratorio/cortedirecto.pdf Tecnotest.

LAB. MECANICA DE SUELOS II ING. CIVIL - UPAOPgina 21